电源技术与电子变压器
| 在2005年就可以将FeMB系非晶合金工频变压器试制成功，并投入生产。 非晶纳米晶合金在中高频领域中，正在和软磁铁氧体竞争。在10kHz至50kHz电子变压器中，铁基纳米晶合金的工作磁通密度可达0.5T，损耗P0.5/20k≤25W/kg，因而，在大功率电子变压器中有明显的优势。在50kHz至100kHz电子变压器中，铁基纳米晶合金损耗P0.2/100k为30～75W/kg， 铁基非晶合金P0.2/100k为30W/kg，可以取代部分铁氧体市场。 非晶纳米晶合金经过20多年的推广应用，已经证明其具有下述优点： 1）不存在时效稳定性问题，纳米晶合金在200℃以下，钴基非晶合金在100℃以下，经过长期使用，性能无显著变化； 2）温度稳定性比软磁铁氧体好，在－55℃至150℃范围内，磁性能变化5％～10％，而且可逆； 3）耐冲击振动，随电源整机在30g下的振动试验中，均未发生过性能恶化问题； 4）铁基非晶合金脆性大大改善，带材平整度良好，可以剪切加工，也可以制成搭接式卷绕磁芯，经过5次弯折或拆卸，性能无显著变化。 3.4软磁复合材料 经过争论，现在对磁粉芯等已经取得了一致认识，即认为它属于软磁复合材料。软磁复合材料是将磁性微粒均匀分散在非磁性物中形成的。与传统的金属软磁合金和铁氧体材料相比，它有很多独特的优点：磁性金属粒子分散在非导体物件中，可以减少高频涡流损耗，提高应用频率；既可以采取热压法加工成粉芯，也可以利用现在的塑料工程技术，注塑制造成复杂形状的磁体；具有密度小，重量轻，生产效率高，成本低，产品重复性和一致性好等优点。缺点是由于磁性粒子之间被非磁性体分开，磁路隔断，磁导率现在一般在100以内。不过，采用纳米技术和其他措施，国外已有磁导率超过1000的报导，最大可达6000。 软磁复合材料的磁导率受到很多因素的影响，如磁性粒子的成分，粒子的形状，尺寸，填充密度等。因此，根据工作频率可以进行调整。 磁粉芯是软磁复合材料的典型例子。现在已在20kHz至100kHz甚至1MHz的电感器中取代了部分软磁铁氧体。例如铁硅铝磁粉芯，硅含量为8.8％，铝为5.76％，剩余全为铁。粒度为90～45μm，45～32μm和32～30μm。用硅树脂作粘接剂，1％左右硬脂酸作润滑剂，在2t/cm2压力下，制成13×8×5的环形磁芯，在氢气中用673°K，773°K，873°K退火，使磁导率达到100，300，600。在100kHz下损耗低，已经代替软磁铁氧体和MPP磁粉芯用于电感器中。 已经有人对大功率电源的电感器用软磁复合材料——磁粉芯进行了开发研究。在20kHz以下，磁导率基本不变。在1.0T下，磁导率为100左右。50Hz～20kHz损耗小，可制成100kg重量以上的大型的磁芯，而且在20kHz下音频范围，噪声比环形铁氧体磁芯降低10dB。可以在大功率电源中代替硅钢和软磁铁氧体。 有人用钴/二氧化硅（Co/SiO2）纳米复合软磁材料制作不同于薄膜的大尺寸磁芯。钴粒子平均尺寸为30μm，填充度40％至90％，经过搅拌后，退火形成Co/SiO2纳米复合粉，然后压制成环形磁芯。磁导率在300MHz以下，都可达到16。镍锌铁氧体的磁导率为12，而且在100MHz以后迅速下降。证明在高频和超高频下，软磁复合材料也可取代部分铁氧体市场。 4新磁芯结构在电子变压器中的应用 4.1搭接式卷绕磁芯 搭接式卷绕磁芯最早用于非晶合金配电变压器。它既有卷绕磁芯优点，激磁电流小，空载损耗低，又可以打开装卸线圈，消除一般卷绕磁芯的缺点，不需要用专用绕线机绕制线圈，生产效率提高，线圈出现问题时也便于更换和维修。现有3％取向硅钢的厚度已减薄到0.23mm和0.27mm，用它们制造搭接式卷绕磁芯比非晶合金更容易。因此，搭接式卷绕磁芯有可能用于500VA以上的硅钢电源变压器，尤其是大容量整流电源和不停电电源中的硅钢电源变压器。 4.2立体三角形磁芯 立体布置的三角形三相磁芯，现在正在国内风行。最早出现立体三角形磁芯可追溯到20世纪30年代，但是，由于磁芯需要特殊剪切加工，线圈需要专用绕线机绕制，而未能推广应用。现在可以用计算机控制磁芯剪切加工，已经有专用绕线机绕线。国内有5—6家企业在申请立体三角形磁芯变压器的专利。立体布置的三角形三相磁芯与平面布置的三柱式三相磁芯相比，磁通分布均匀，不会出现局部饱和，激磁电流和磁通的对称性好。问题是各个柱的截面要形成接近圆形相当困难，绕组平均匝长增加，负载损耗也会增加。可用于30kVA以上的大型变压器。 4.3正交形磁芯 把C型磁芯的一半旋转90°，再接合在一起，就形成正交形磁芯。可以用直流控制绕组控制正交形磁芯的电感。日本索尼公司已经用软磁铁氧体制成这种磁芯，叫SX形磁芯，并且已经用于各种电视机的开关电源，作为驱动变压器，控制它的电感，使电路出现电压谐振或者电流谐振，而实现软开关条件。日本东北大学和东北电力公司已经用硅钢制成这种磁芯，用于功率补偿器和移相器，控制电力系统的有功和无功功率。与晶闸管功率补偿器和移相器相比，具有高次谐波少，电磁干扰小，控制电路简单等特点。 4.4磁性液体磁芯 有人曾设想过，用注塑机加工变压器磁芯，可以避免硅钢磁芯冲片，热处理，叠片，组装等多道工序。现在正在开发磁性液体磁芯可以实现这种设想，用工程塑料做成磁芯外壳，中间注入磁性液体，表面再用磁性片封住。这样，大量生产的中小型电源变压器的加工效率可以显著提高，使成本降低，与叠片式硅钢磁芯相比具有明显的优势。 5结语 电子变压器在电源技术中起着重要作用。电源技术要求电子变压器能适应外界使用条件，减少电磁干扰；完成功率传送，电压变换，绝缘隔离和纹波抑制等功能；提高效率，降低成本。新软磁材料和新磁芯结构在电子变压器中的应用，不但推动了电子变压器的发展，而且也推动了电源技术的发展。各种新的动态值得注意。 |
