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國內外變壓器研究新進展

發布日期:2015-07-10

近年來,電源中電子變壓器所用的鐵心材料和導電材料價格連續上漲,上游原材料形成賣方市場。作為下游的電子變壓器的電源用戶,可以在全球范圍內選擇和采購,形成買方市場。處于中間位置的電子變壓器行業,只有走技術創新之路,才能擺脫這種兩頭受氣的困境。然而,在成熟的電子變壓器行業里,技術創新比較困難。但是每一個細小環節的改進,就可以帶來新的理念和新的產品。

走技術創新之路,要時刻記住要達到的目的。電源中的電子變壓器,象所有作為商品的產品一樣進行任何技術創新,都必須在具體使用條件下完成具體功能中,追求性能價格比**。現在的電源產品,普遍以“輕、薄、短、小”為特點向小型化和便攜化發展。電子變壓器必須適應作為用戶的電源產品對體積和重量的要求。同時,電子變壓器的原材料(鐵心材料和導電材料)價格上漲。因此,如何減小體積和重量,如何降低成本,成為近年來電子變壓器發展的主要方向。

硅鋼是工頻電源中電子變壓器大量使用的鐵心材料。要減少電子變壓器中的鐵心用量,必須提高硅鋼的工作磁通密度(工作磁密)。硅鋼的工作磁密既決定于飽和磁通密度,又決定于損耗。因為效率是電子變壓器的重要性能指標,現在,為了節能,許多電源產品都提出待機損耗要求。電子變壓器的鐵心損耗是待機損耗的主要組成部分,因此,都對電子變壓器的效率或損耗提出明確的嚴格要求。

2008年以來,取向和無取向冷軋硅鋼價格上漲,卷繞式環形鐵心,相比于R型、CD型和EI型鐵心,由于消耗材料少,可以節約20%以上的鐵心材料成本,擴大了電子變壓器中的使用范圍。卷繞式環形鐵心可以充分發揮取向冷軋硅鋼的性能,與無取向冷軋鋼相比,工作磁密要高得多。同時不象R型、CD型和EI型的鐵心那樣,可以充分利用硅鋼材料,不會有邊角廢料,材料利用率可以達到98%以上。

作為電子變壓器一大類的工頻變壓器,采用工作磁密高的鐵心材料后,可以不減少鐵心截面和體積,而是減少線圈匝數,減少用銅量。在現在銅材價格遠遠高于鐵心材料的情況下,可能是更好的一種設計改進方案。

軟磁鐵氧體是中、高頻電源中電子變壓器大量使用的鐵心材料,和金屬軟磁材料相比,軟磁鐵氧體的飽和磁密低,磁導率低,居里溫度低,是它的幾大弱點。尤其是居里溫度低,飽和磁密Bs和單位體積功率損耗Pcv都會隨溫度變化。溫度上升,Bs下降,Pcv開始下降,到谷點后再升高。因此在高溫條件下,只要Bs保持較高水平,就可以把工作磁密Bm選得高一些,從而減少線圈匝數,降低用銅量和成本。高溫高飽和磁密軟磁鐵氧體材料,還可以擴大電子變壓器使用的溫度上限到120益甚至150益。

例如,汽車用電子設備中的高頻電子變壓器,在外界溫度條件變化大和發動機室發熱的高溫條件下工作,就必須采用高溫高飽和磁密軟磁鐵氧體。軟磁復合材料(SMC)是上世紀90年代開發出來的新型軟磁材料,其出發點是想把金屬軟磁材料的工作頻率向MHz級和GHz級擴展,因此將金屬軟磁材料與其他高電阻材料,如石英、陶瓷、高分子材料等復合在一起,只要控制金屬軟磁材料的體積百分數在逾滲極限以下,就有可能保持軟磁特性,又減少各種高頻率損耗,成為一種新的軟磁材料――軟磁復合材料,取英文名稱的第一個字母,簡稱SMC材料。


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