電子變壓器在電源技術(shù)中的作用

1、電子變壓器在電源技術(shù)中的作用電源技術(shù)對電子變壓器的要求電子變壓器采用新軟磁材料和新磁芯結(jié)構(gòu)對電源技術(shù)發(fā)展的影響.電子變壓器的使用條件包括兩方面內(nèi)容:可靠性和電磁兼容性.以前只注意可靠性現(xiàn)在由于環(huán)境保護意識增強必須注意電磁兼容性.可靠性是指在具體的使用條件下電子變壓器能正常工作到使用壽命為止.一般使用條件中對電子變壓器影響最大的是環(huán)境溫度.決定電子變壓器受溫度影響強度的參數(shù)是軟磁材料的居里點.軟磁材料居里點高受溫度影響小軟磁材料居里點低對

2、溫度變化比較敏感受溫度影響大.例如錳鋅鐵氧體的居里點只有215℃比較低磁通密度、磁導率和損耗都隨溫度發(fā)生變化除正常溫度25℃而外還要給出60℃80℃100℃時的各種參數(shù)數(shù)據(jù).因此錳鋅鐵氧體磁芯的工作溫度一般限制在100℃以下也就是環(huán)境溫度為40℃時溫升必須低于60℃.鈷基非晶合金的居里點為205℃也低使用溫度也限制在100℃以下.鐵基非晶合金的居里點為370℃可以在150℃~180℃以下使用.高磁導坡莫合金的居里點為460℃至480℃可

3、以在200℃~250℃以下使用.微晶納米晶合金的居里點為600℃取向硅鋼居里點為730℃可以在300℃~400℃下使用.電磁兼容性是指電子變壓器既不產(chǎn)生對外界的電磁干擾又能承受外界的電磁干擾.電磁干擾包括可聽見的音頻噪聲和聽不見的高頻噪聲.電子變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因是磁芯的磁致伸縮.磁致伸縮系數(shù)大的軟磁材料產(chǎn)生的電磁干擾大.鐵基非晶合金的磁致伸縮系數(shù)通常為最大(27~30)106必須采取減少噪聲抑制干擾的措施.高磁導Ni50坡莫合

4、金的磁致伸縮系數(shù)為25106錳鋅鐵氧體的磁致伸縮系數(shù)為21106.以上這3種軟磁材料屬于容易產(chǎn)生電磁干擾的材料在應用中要注意.3%取向硅鋼的磁致伸縮系數(shù)為(1~3)106微晶納米晶合金的磁致伸縮系數(shù)為(0.5~2)106.這2種軟磁材料屬于比較容易產(chǎn)生電磁干擾的材料.6.5%硅鋼的磁致伸縮系數(shù)為0.1106高磁導Ni80坡莫合金的磁致伸縮系數(shù)為(0.1~0.5)106鈷基非晶合金的磁致伸縮系數(shù)為0.1106以下.這3種軟磁材料屬于不太容

5、易產(chǎn)生電磁干擾的材料.由磁致伸縮產(chǎn)生的電磁干擾的頻率一般與電子變壓器的工作頻率相同.如果有低于或高于工作頻率的電磁干擾那是由其他原因產(chǎn)生的.完成功能電子變壓器從功能上區(qū)分主要有變壓器和電感器2種.特殊元件完成的功能另外討論.變壓器完成的功能有3個:功率傳送、電壓變換和絕緣隔離.電感器完成功能有2個:功率傳送和紋波抑制.功率傳送有2種方式.第一種是變壓器傳送方式即外加在變壓器原繞組上的交變電壓在磁芯中產(chǎn)生磁通變化使副繞組感應電壓加在負載上

6、從而使電功率從原邊傳送到副邊.傳送功率的大小決定于感應電壓也就是決定于單位時間內(nèi)的磁通密度變量ΔB.ΔB與磁導率無關(guān)而與飽和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br有關(guān).從飽和磁通密度來看各種軟磁材料的Bs從大到小的順序為:鐵鈷合金為2.3~2.4T硅鋼為1.75~2.2T鐵基非晶合金為1.25~1.75T鐵基微晶納米晶合金為1.1~1.5T鐵硅鋁合金為1.0~1.6T高磁導鐵鎳坡莫合金為0.8~1.6T鈷基非晶合金為0.5~1.4T鐵鋁合金為0

7、.7~1.3T鐵鎳基非晶合金為0.4~0.7T錳鋅鐵氧體為0.3~0.7T.作為電子變壓器的磁芯用材料硅鋼和鐵基非晶合金占優(yōu)勢而錳鋅鐵氧體處于劣勢.軟磁材料包括磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗.渦流損耗又與材料的電阻率ρ成反比.ρ越大渦流損耗越小.各種軟磁材料的ρ從大到小的順序為:錳鋅鐵氧體為108~109μΩcm鐵鎳基非晶合金為150~180μΩcm鐵基非晶合金為130~150μΩcm鈷基非晶合金為120~140μΩcm高磁導坡莫合金為4

8、0~80μΩcm鐵硅鋁合金為40~60μΩcm鐵鋁合金為30~60μΩcm硅鋼為40~50μΩcm鐵鈷合金為20~40μΩcm.因此錳鋅鐵氧體的ρ比金屬軟磁材料高106~107倍在高頻中渦流小應用占優(yōu)勢.但是當工作頻率超過一定值以后錳鋅鐵氧體磁性顆粒之內(nèi)的絕緣體被擊穿和熔化ρ變得相當小損耗迅速上升到很高水平這個工作頻率就是錳鋅鐵氧體的極限工作頻率.金屬軟磁材料厚度變薄也可以降低渦流損耗.根據(jù)現(xiàn)有的電子變壓器使用金屬軟磁材料帶材的經(jīng)驗工作

9、頻率和帶材厚度的關(guān)系為:工頻50~60Hz用0.50~0.23mm(500~230μm)中頻400Hz至1kHz用0.20~0.08mm(200~80μm)1kHz至20kHz用0.10~0.025mm(100~25μm)中高頻20kHz至100kHz用0.05~0.015mm(50~15μm)高頻100kHz至1MHz用0.02~0.005mm(20~5μm)1MHz以上厚度小于5μm.金屬軟磁材料帶材只要降到一定厚度渦流損耗可顯著減

10、少.不論是硅鋼、坡莫合金還是鈷基非晶合金和微晶納米晶合金都可以在中、高頻電子變壓器中使用和錳鋅鐵氧體競爭.降低成本降低成本是對電子變壓器的一個主要要求有時甚至是決定性的要求.電子變壓器作為一種商品和其他商品一樣都面臨著市場競爭.競爭的內(nèi)容包括性能和成本兩個方面缺一不可.不注意成本往往會在競爭中被淘汰.電子變壓器的成本包括材料成本、制造成本和管理成本.降低成本要從這三個方面來考慮.軟磁材料成本在電子變壓器的材料成本中占有相當大的比例.根據(jù)

11、現(xiàn)行的市場價格每kg重量的軟磁材料的價格從小到大的順序是:錳鋅軟磁鐵氧體硅鋼鐵基非晶合金Ni50坡莫合金鈷基非晶合金Ni80坡莫合金.錳鋅鐵氧體在中高頻范圍內(nèi)廣泛應用硅鋼在工頻范圍內(nèi)廣泛應用最主要的原因之一就是價格便宜.制造成本與設計和工藝有關(guān).電子變壓器所用的磁芯、線圈和總體結(jié)構(gòu)的加工和裝配工藝是復雜還是簡單需要人工占的比例多大是否需要工模具質(zhì)量控制中需要檢測的工序和參數(shù)有多少要用什么檢測儀器和設備這些都是降低制造成本時要考慮的問題.

12、管理成本一般約占材料和制造成本之和的30%左右.如果管理得好充分利用人力和財力有可能降到20%左右.充分利用人力是指工時利用率要高減少管理人員和工人比例等等.充分利用財力是指縮短生產(chǎn)周期減少庫存加快資金流轉(zhuǎn)等等.所以一個好的電子變壓器設計者除了要了解電子變壓器的理論和設計方法而外還要了解各種軟磁材料電磁線絕緣材料的性能和價格還要了解磁芯加工和熱處理工藝線圈繞制和絕緣處理工藝和結(jié)構(gòu)組裝工藝還要了解實現(xiàn)質(zhì)量控制的檢測參數(shù)和儀器設備還要了解生