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电源技术与电子变压器

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2009-01-11 00:00:22
结晶新工艺,制成更薄的硅钢,Bs为2.03T,P1.3/50为0.19W/kg(0.075mm厚),0.17W/kg(0.071mm厚)和0.13W/kg0.032mm厚)。

电源装置中的中频(400Hz至10kHz)电子变压器,除了使用0.20~0.08mm厚,3%取向硅钢外,日本已采用6.5%无取向硅钢。6.5%硅钢,磁致伸缩近似为零,可制成低噪声电子变压器,磁导率为16000~25000。ρ比3%硅钢高一倍,中频损耗低,例如:0.10mm厚的6.5%无取向硅钢P1/50为0.6W/kg,P1/400为6.1W/kg,P0.5/1K为5.2W/kg,P0.1/10k为8.2W/kg,Bs为1.25T。采用温轧法可以生产6.5%取向硅钢,Bs提高到1.62~1.67T。0.23mm厚的6.5%取向硅钢P1/50为0.25W/kg。日本已用6.5%硅钢制成1kHz音频变压器,在1.0T时,噪声比3%取向硅钢下降21dB,铁损下降40%,还用6.5%硅钢取代3%取向硅钢用于8kHz电焊机中,铁芯重量从7.5kg减少到3kg。6.5%硅钢国内已进行小批量生产。

与研制6.5%硅钢的同时,日本还开发了硅含量呈梯度分布的硅钢。

1)中高频低损耗梯度硅钢,表层硅含量6.5%,电阻率高,磁导率高,磁通集中在表面,涡流也集中表面,损耗小。内部硅含量低于6.5%。总的损耗低于6.5%硅钢。例如:0.20mm厚的6.5%硅钢的P0.1/10k为16W/kg,梯度硅钢为13W/kg;P0.05/20k6.5%硅钢为14W/kg,梯度硅钢为9W/kg。由于总的硅平均含量低于6.5%,Bs比6.5%硅钢高,可达1.90T。延伸性即加工性也比6.5%硅钢好。已经用这种梯度硅钢制成家用电器逆变器用电感器,由于Bs高,损耗低,既体积小,又发热少。

2)低剩磁梯度硅钢,表层硅含量高,磁致伸缩小,中心层硅含量低,磁致伸缩大。表层与中心层存在的磁致伸缩差而引发应力。出现的弹性能导致剩磁低,一般饱和磁通密度Bs为1.96T,剩磁Br为0.34T。ΔB=Bm-Br超过1.0T(Bm为工作磁通密度)。损耗也低,P1.2/50为1.27W/kg。可以用于脉冲变压器,单方向磁通变化电源变压器等。作为电源变压器铁芯时,还可以抑制合闸时的突发电流浪涌。

最近报导,日本开发出用于中高频电子变压器的硅钢新品种——添加铬(Cr)的硅钢。在4.5%硅钢中,添加4%铬,电阻率可达82μΩ·cm,而一般3%取向硅钢电阻率为44μΩ·cm,牌号为“HiFreqs”。0.1mm厚添加铬的硅钢损耗低,P0.2/5k为20.5W/kg,P0.1/10k为10W/kg,P0.05/20k为5W/kg;延伸性即加工性好,与3%硅钢一样,可以进行冲剪,铆固加工;耐腐蚀性好,在盐水和湿气中,不涂层也不腐蚀。已用这种添加铬的硅钢制成25kHz开关电源用滤波电感器,铁芯损耗为22W/kg,比6.5%硅钢(36W/kg)和铁基非晶合金(29W/kg)小。还用它制成70kHz感应加热装置的电子变压器,比0.1mm厚3%取向硅钢发热显著减少,寿命延长4倍以上。

3.2 软磁铁氧体

软磁铁氧体的特点是:饱和磁通密度低,磁导率低,居里温度低,中高频损耗低,成本低。前三个低是它的缺点,限制了它的使用范围,现在正在努力改进。后两个低是它的优点,有利于进入高频市场,现在正在努力扩展。

以100kHz,0.2T和100℃下的损耗为例,TDK公司的PC40为410mW/cm3,PC44为300mW/cm3,PC47为250mW/cm3。TOKIN公司的BH1为250mW/cm3,损耗不断在下降。国内金宁生产的JP4E也达到300mW/cm3。

不断地提高工作频率,是另一个努力方向。TDK公司的PC50工作频率为500kHz至1MHz。FDK公司的7H20,TOKIN的B40也能在1MHz下工作。Philips公司的3F4,3F45,3F5工作频率都超过1MHz。国内金宁的JP5,天通的TP5A工作频率都达到500kHz至1.5MHz。东磁的DMR1.2K的工作频率甚至超越3MHz,达到5.64MHz。

磁导率是软磁铁氧体的弱项。现在国内生产的产品一般为10000左右。国外TDK公司的H5C5,Philips公司的3E9,分别达到30000和20000。

采用SHS法合成MnZn铁氧体材料的研究,值得注意。用这种方法的试验结果表明,可以大大降低铁氧体的制造能耗和成本。国内已有试验成功的报导。

3.3 非晶和纳米晶合金

铁基非晶合金在工频和中频领域,正在和硅钢竞争。铁基非晶合金和硅钢相比,有以下优缺点。

1)铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低,但是,在同样的Bm下,铁基非晶合金的损耗比0.23mm厚的3%硅钢小。一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄,电阻率高。这只是一个方面,更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态,原子排列是随机的,不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性,也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界。因此,妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小,具有前所未有的软磁性,所以磁导率高,矫顽力小,损耗低。

2)铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84~0.86,

与硅钢填充系数0.90~0.95相比,同样重量的铁基非晶合金磁芯体积比硅钢磁芯大。

3)铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度为

1.35T~1.40T,

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