電源技術(shù)與電子變壓器
| 在2005年就可以將FeMB系非晶合金工頻變壓器試制成功，并投入生產(chǎn)。 非晶納米晶合金在中高頻領(lǐng)域中，正在和軟磁鐵氧體競爭。在10kHz至50kHz電子變壓器中，鐵基納米晶合金的工作磁通密度可達0.5T，損耗P0.5/20k≤25W/kg，因而，在大功率電子變壓器中有明顯的優(yōu)勢。在50kHz至100kHz電子變壓器中，鐵基納米晶合金損耗P0.2/100k為30～75W/kg， 鐵基非晶合金P0.2/100k為30W/kg，可以取代部分鐵氧體市場。 非晶納米晶合金經(jīng)過20多年的推廣應(yīng)用，已經(jīng)證明其具有下述優(yōu)點： 1）不存在時效穩(wěn)定性問題，納米晶合金在200℃以下，鈷基非晶合金在100℃以下，經(jīng)過長期使用，性能無顯著變化； 2）溫度穩(wěn)定性比軟磁鐵氧體好，在－55℃至150℃范圍內(nèi)，磁性能變化5％～10％，而且可逆； 3）耐沖擊振動，隨電源整機在30g下的振動試驗中，均未發(fā)生過性能惡化問題； 4）鐵基非晶合金脆性大大改善，帶材平整度良好，可以剪切加工，也可以制成搭接式卷繞磁芯，經(jīng)過5次彎折或拆卸，性能無顯著變化。 3.4軟磁復(fù)合材料 經(jīng)過爭論，現(xiàn)在對磁粉芯等已經(jīng)取得了一致認識，即認為它屬于軟磁復(fù)合材料。軟磁復(fù)合材料是將磁性微粒均勻分散在非磁性物中形成的。與傳統(tǒng)的金屬軟磁合金和鐵氧體材料相比，它有很多獨特的優(yōu)點：磁性金屬粒子分散在非導(dǎo)體物件中，可以減少高頻渦流損耗，提高應(yīng)用頻率；既可以采取熱壓法加工成粉芯，也可以利用現(xiàn)在的塑料工程技術(shù)，注塑制造成復(fù)雜形狀的磁體；具有密度小，重量輕，生產(chǎn)效率高，成本低，產(chǎn)品重復(fù)性和一致性好等優(yōu)點。缺點是由于磁性粒子之間被非磁性體分開，磁路隔斷，磁導(dǎo)率現(xiàn)在一般在100以內(nèi)。不過，采用納米技術(shù)和其他措施，國外已有磁導(dǎo)率超過1000的報導(dǎo)，******可達6000。 軟磁復(fù)合材料的磁導(dǎo)率受到很多因素的影響，如磁性粒子的成分，粒子的形狀，尺寸，填充密度等。因此，根據(jù)工作頻率可以進行調(diào)整。 磁粉芯是軟磁復(fù)合材料的典型例子。現(xiàn)在已在20kHz至100kHz甚至1MHz的電感器中取代了部分軟磁鐵氧體。例如鐵硅鋁磁粉芯，硅含量為8.8％，鋁為5.76％，剩余全為鐵。粒度為90～45μm，45～32μm和32～30μm。用硅樹脂作粘接劑，1％左右硬脂酸作潤滑劑，在2t/cm2壓力下，制成13×8×5的環(huán)形磁芯，在氫氣中用673°K，773°K，873°K退火，使磁導(dǎo)率達到100，300，600。在100kHz下?lián)p耗低，已經(jīng)代替軟磁鐵氧體和MPP磁粉芯用于電感器中。 已經(jīng)有人對大功率電源的電感器用軟磁復(fù)合材料——磁粉芯進行了開發(fā)研究。在20kHz以下，磁導(dǎo)率基本不變。在1.0T下，磁導(dǎo)率為100左右。50Hz～20kHz損耗小，可制成100kg重量以上的大型的磁芯，而且在20kHz下音頻范圍，噪聲比環(huán)形鐵氧體磁芯降低10dB。可以在大功率電源中代替硅鋼和軟磁鐵氧體。 有人用鈷/二氧化硅（Co/SiO2）納米復(fù)合軟磁材料制作不同于薄膜的大尺寸磁芯。鈷粒子平均尺寸為30μm，填充度40％至90％，經(jīng)過攪拌后，退火形成Co/SiO2納米復(fù)合粉，然后壓制成環(huán)形磁芯。磁導(dǎo)率在300MHz以下，都可達到16。鎳鋅鐵氧體的磁導(dǎo)率為12，而且在100MHz以后迅速下降。證明在高頻和超高頻下，軟磁復(fù)合材料也可取代部分鐵氧體市場。 4新磁芯結(jié)構(gòu)在電子變壓器中的應(yīng)用 4.1搭接式卷繞磁芯 搭接式卷繞磁芯最早用于非晶合金配電變壓器。它既有卷繞磁芯優(yōu)點，激磁電流小，空載損耗低，又可以打開裝卸線圈，消除一般卷繞磁芯的缺點，不需要用專用繞線機繞制線圈，生產(chǎn)效率提高，線圈出現(xiàn)問題時也便于更換和維修?，F(xiàn)有3％取向硅鋼的厚度已減薄到0.23mm和0.27mm，用它們制造搭接式卷繞磁芯比非晶合金更容易。因此，搭接式卷繞磁芯有可能用于500VA以上的硅鋼電源變壓器，尤其是大容量整流電源和不停電電源中的硅鋼電源變壓器。 4.2立體三角形磁芯 立體布置的三角形三相磁芯，現(xiàn)在正在國內(nèi)風(fēng)行。最早出現(xiàn)立體三角形磁芯可追溯到20世紀30年代，但是，由于磁芯需要特殊剪切加工，線圈需要專用繞線機繞制，而未能推廣應(yīng)用。現(xiàn)在可以用計算機控制磁芯剪切加工，已經(jīng)有專用繞線機繞線。國內(nèi)有5—6家企業(yè)在申請立體三角形磁芯變壓器的專利。立體布置的三角形三相磁芯與平面布置的三柱式三相磁芯相比，磁通分布均勻，不會出現(xiàn)局部飽和，激磁電流和磁通的對稱性好。問題是各個柱的截面要形成接近圓形相當困難，繞組平均匝長增加，負載損耗也會增加?？捎糜?0kVA以上的大型變壓器。 4.3正交形磁芯 把C型磁芯的一半旋轉(zhuǎn)90°，再接合在一起，就形成正交形磁芯?？梢杂弥绷骺刂评@組控制正交形磁芯的電感。日本索尼公司已經(jīng)用軟磁鐵氧體制成這種磁芯，叫SX形磁芯，并且已經(jīng)用于各種電視機的開關(guān)電源，作為驅(qū)動變壓器，控制它的電感，使電路出現(xiàn)電壓諧振或者電流諧振，而實現(xiàn)軟開關(guān)條件。日本東北大學(xué)和東北電力公司已經(jīng)用硅鋼制成這種磁芯，用于功率補償器和移相器，控制電力系統(tǒng)的有功和無功功率。與晶閘管功率補償器和移相器相比，具有高次諧波少，電磁干擾小，控制電路簡單等特點。 4.4磁性液體磁芯 有人曾設(shè)想過，用注塑機加工變壓器磁芯，可以避免硅鋼磁芯沖片，熱處理，疊片，組裝等多道工序?，F(xiàn)在正在開發(fā)磁性液體磁芯可以實現(xiàn)這種設(shè)想，用工程塑料做成磁芯外殼，中間注入磁性液體，表面再用磁性片封住。這樣，大量生產(chǎn)的中小型電源變壓器的加工效率可以顯著提高，使成本降低，與疊片式硅鋼磁芯相比具有明顯的優(yōu)勢。 5結(jié)語 電子變壓器在電源技術(shù)中起著重要作用。電源技術(shù)要求電子變壓器能適應(yīng)外界使用條件，減少電磁干擾；完成功率傳送，電壓變換，絕緣隔離和紋波抑制等功能；提高效率，降低成本。新軟磁材料和新磁芯結(jié)構(gòu)在電子變壓器中的應(yīng)用，不但推動了電子變壓器的發(fā)展，而且也推動了電源技術(shù)的發(fā)展。各種新的動態(tài)值得注意。 |
