什么是高頻變壓器?它有什么作用?高頻變壓器，一般是用于開關(guān)電源中，它在其中起著重要的作用。本文主要是關(guān)于高頻變壓器的相關(guān)介紹，并且著重對高頻變壓器的磁芯進行了詳盡的闡述。下面就隨小編來看看吧。
高頻變壓器
高頻變壓器是工作頻率超過中頻(10kHz)的電源變壓器，主要用于高頻開關(guān)電源中作高頻開關(guān)電源變壓器，也有用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機中作高頻逆變電源變壓器的。按工作頻率高低，可分為幾個檔次：10kHz- 50kHz、50kHz-100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、10MHz以上。
開關(guān)電源一般是采用半橋式功率轉(zhuǎn)換電路，電路中含有高頻變壓器以及三極管等。該電路工作時，三極管輪流導(dǎo)通，從而產(chǎn)生頻率為100KH值得高頻脈沖，然后通過高頻變壓器進行降壓，最后輸出電壓較低的交流電，具體的電壓值則由高頻變壓器中各繞組線圈的匝數(shù)比來確定。一般會用到三個變壓器，分別叫主變壓器、驅(qū)動變壓器以及輔助變壓器，每個變壓器都有各自的衡量規(guī)范以及作用，所以缺一不可。
高頻變壓器磁芯的選用原則
一般變壓器磁芯所使用的是磁性材料，其主要成分是MnZn。但由于配方及生產(chǎn)工藝存在不同，因此磁性材料有很多牌號，每一種牌號的磁性材料的特性參數(shù)也有所不同，包括使用頻率范圍、初始導(dǎo)磁率、比損耗因數(shù)、比溫度系數(shù)、飽和磁通密度、居里溫度、電阻率以及密度等等�？偟膩碚f，磁芯有EI、EE、EC、U、UF 等這些型號。一般在選擇時，我們應(yīng)該根據(jù)使用時變壓器的最高工作頻率來確定。
磁芯型號規(guī)則的選用，也是有一定原則的，具體的有：
(1)盡量使用現(xiàn)有的變壓器骨架;
(2)應(yīng)符合電路設(shè)計時給定的截面積、飽和磁通密度等;
(3)應(yīng)符合結(jié)構(gòu)安裝要求及總功率、頻率要求;
(4)其絕緣材料應(yīng)是安全可靠的。
高頻變壓器磁芯如何選型
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(dǎo)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(dǎo)坡莫合金的居里點為460℃至480℃，可以在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)×10-6，必須采取減少噪聲抑制干擾的措施。高磁導(dǎo)Ni50坡莫合金的磁致伸縮系數(shù)為25×10-6，錳鋅鐵氧體的磁致伸縮系數(shù)為21×10-6.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(yīng)用中要注意.3%取向硅鋼的磁致伸縮系數(shù)為(1~3)×10-6，微晶納米晶合金的磁致伸縮系數(shù)為(0.5~2)×10-6.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0.1×10-6，高磁導(dǎo)Ni80坡莫合金的磁致伸縮系數(shù)為(0.1~0.5)×10-6，鈷基非晶合金的磁致伸縮系數(shù)為0.1×10-6以下。這3種軟磁材料屬于不太容易產(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(yīng)電壓，加在負載上，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(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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0.7~1.3T，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。
功率傳送的第二種是電感器傳送方式，即輸入給電感器繞組的電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆Υ嫫饋�，然后通過去磁變成電能釋放給負載。傳送功率的大小決定于電感器磁芯的儲能，也就是決定于電感器的電感量。電感量不直接與飽和磁通密度有關(guān)，而與磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率高，電感量大，儲能多，傳送功率大。各種軟磁材料的磁導(dǎo)率從大到小順序為：Ni80坡莫合金為(1.2~3)×106，鈷基非晶合金為(1~1.5)×106，鐵基微晶納米晶合金為(5~8)×105，鐵基非晶合金為(2~5)×105，Ni50坡莫合金為(1~3)×105，硅鋼為(2~9)×104，錳鋅鐵氧體為(1~3)×104.作為電感器的磁芯用材料，Ni80坡莫合金、鈷基非晶合金、鐵基微晶納米晶合金占優(yōu)勢，硅鋼和錳鋅鐵氧體處于劣勢。
傳送功率大小，還與單位時間內(nèi)的傳送次數(shù)有關(guān)，即與電子變壓器的工作頻率有關(guān)。工作頻率越高，在同樣尺寸的磁芯和線圈參數(shù)下，傳送的功率越大。
電壓變換通過變壓器原繞組和副繞組匝數(shù)比來完成，不管功率傳送大小如何，原邊和副邊的電壓變換比等于原繞組和副繞組匝數(shù)比。
絕緣隔離通過變壓器原繞組和副繞組的絕緣結(jié)構(gòu)來完成。絕緣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，與外加和變換的電壓大小有關(guān)，電壓越高，絕緣結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。
紋波抑制通過電感器的自感電勢來實現(xiàn)。只要通過電感器的電流發(fā)生變化，線圈在磁芯中產(chǎn)生的磁通也會發(fā)生變化，使電感器的線圈兩端出現(xiàn)自感電勢，其方向與外加電壓方向相反，從而阻止電流的變化。紋波的變化頻率比基頻高，電流紋波的電流頻率比基頻大，因此，更能被電感器產(chǎn)生的自感電勢抑制。
電感器對紋波抑制的能力，決定于自感電勢的大小，也就是電感量大小，與磁芯的磁導(dǎo)率有關(guān)，Ni80坡莫合金、鈷基非晶合金、鐵基微晶納米晶合金磁導(dǎo)率大，處于優(yōu)勢，硅鋼和錳鋅鐵氧體磁導(dǎo)率小，處于劣勢。
提高效率
提高效率是對電源和電子變壓器的普遍要求。雖然，從單個電子變壓器來看，損耗不大。例如，100VA電源變壓器，效率為98%時，損耗只有2W并不多。但是成十萬個、成百萬個電源變壓器，總損耗可能達到上十萬W，甚至上百萬W.還有，許多電源變壓器一直長期運行，年總損耗相當(dāng)可觀，有可能達到上千萬kW·h.顯然，提高電子變壓器的效率，可以節(jié)約電力。節(jié)約電力后，可以少建發(fā)電站。少建發(fā)電站后，可以少消耗煤和石油，可以少排放CO2，SO2，NOx，廢氣，污水，煙塵和灰渣，減少對環(huán)境的污染。既具有節(jié)約能源，又具有保護環(huán)境的雙重社會經(jīng)濟效益。因此，提高效率是對電子變壓器的一個主要要求。
電子變壓器的損耗包括磁芯損耗(鐵損)和線圈損耗(銅損)。鐵損只要電子變壓器投入工作，一直存在，是電子變壓器損耗的主要部分。因此，根據(jù)鐵損選擇磁芯材料，是電子變壓器設(shè)計的主要內(nèi)容，鐵損也成為評價軟磁材料的一個主要參數(shù)。鐵損與電子變壓器磁芯的工作磁通密度和工作頻率有關(guān)，在介紹軟磁材料的鐵損時，必須說明是在什么工作磁通密度下和什么工作頻率下的損耗。例如，P0.5/400，表示在工作磁通密度0.5T和工作頻率400Hz下的鐵損.P0.1/100k表示在工作磁通密度0.1T和工作頻率100kHz下的鐵損。
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108~109μΩ·cm，鐵鎳基非晶合金為150~180μΩ·cm，鐵基非晶合金為130~150μΩ·cm，鈷基非晶合金為120~140μΩ·cm，高磁導(dǎo)坡莫合金為40~80μΩ·cm，鐵硅鋁合金為40~60μΩ·cm，鐵鋁合金為30~60μΩ·cm，硅鋼為40~50μΩ·cm，鐵鈷合金為20~40μΩ·cm.
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(yīng)用占優(yōu)勢。但是當(dāng)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(dāng)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(dāng)大的比例。根據(jù)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(yīng)用，硅鋼在工頻范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，最主要的原因之一就是價格便宜。
制造成本與設(shè)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(fù)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(shè)備?這些都是降低制造成本時要考慮的問題。
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(shè)計者，除了要了解電子變壓器的理論和設(shè)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(shè)備;還要了解生產(chǎn)管理的基本知識以及電子變壓器的市場動態(tài)等等。只有知識全面的設(shè)計者，才能設(shè)計出性能好，價格低的電子變壓器。
新軟磁材料在電子變壓器中的應(yīng)用
電子變壓器中的軟磁材料，根據(jù)上面的分析，在工頻及中頻范圍內(nèi)主要采用硅鋼，在高頻范圍內(nèi)主要采用軟磁鐵氧體�，F(xiàn)在硅鋼遇到非晶納米晶合金的挑戰(zhàn)，軟磁鐵氧體既遇到非晶納米晶合金的挑戰(zhàn)，又遇到軟磁復(fù)合材料的競爭。在挑戰(zhàn)和競爭中，不但使新軟磁材料迅速發(fā)展，也使硅鋼和軟磁鐵氧體得到發(fā)展。新發(fā)展起來的軟磁材料在電子變壓器中的應(yīng)用，使電子變壓器的性能提高，成本下降。而且也使電源技術(shù)在向短、小、輕、薄的變革中遇到的難點——磁性元件小型化問題逐步得到解決。
下面分別介紹硅鋼，軟磁鐵氧體，非晶納米晶合金，軟磁復(fù)合材料在電子變壓器中應(yīng)用的一些新進展。這里不介紹薄膜軟磁材料，它是用于1MHz以上的，高頻小型電子變壓器的新一代軟磁材料，留待以后專文介紹。
硅鋼
電源技術(shù)中的工頻電子變壓器大量使用3%取向硅鋼，現(xiàn)在厚度普遍從0.35mm減到0.27mm或0.23mm.國內(nèi)生產(chǎn)的23Q110的0.23mm厚，3%取向硅鋼，飽和磁通密度Bs為1.8T，其P1.7/50為1.10W/kg;27QG095的0.27mm厚，3%HiB取向硅鋼，Bs為1.89T，P1.7/50為0.95W/kg.日本生產(chǎn)的0.23mm厚，3%取向硅鋼Bs為1.85T，P1.7/50為0.85W/kg.與國內(nèi)產(chǎn)品相差不多。但是0.23mm厚的3%取向硅鋼經(jīng)過特殊處理，即用電解法將表面拋光至鏡面，再涂張力涂層，最后細化磁疇，可以使P1.7/50下降到0.45W/kg.同時，對要求損耗低的電子變壓器，日本還進一步把厚度減薄到0.15mm，經(jīng)過特殊處理，可以使P1.3/50下降到0.082~0.11W/kg和鐵基非晶合金水平基本相當(dāng)。
日本還用溫度梯度爐高溫退火新工藝，使0.15mm厚，3%取向硅鋼的Bs達到1.95~2.0T，經(jīng)過特殊處理，使P1.3/50為0.15W/kg，P1.7/50為0.35W/kg.采用三次再結(jié)晶新工藝，制成更薄的硅鋼，Bs為2.03T，P1.3/50為0.19W/kg(0.075mm厚)，0.17W/kg(0.071mm厚)和0.13W/kg0.032mm厚)。
電源裝置中的中頻(400Hz至10kHz)電子變壓器，除了使用0.20~0.08mm厚，3%取向硅鋼外，日本已采用6.5%無取向硅鋼.6.5%硅鋼，磁致伸縮近似為零，可制成低噪聲電子變壓器，磁導(dǎo)率為16000~25000.ρ比3%硅鋼高一倍，中頻損耗低，例如：0.10mm厚的6.5%無取向硅鋼P1/50為0.6W/kg，P1/400為6.1W/kg，P0.5/1K為5.2W/kg，P0.1/10k為8.2W/kg，Bs為1.25T.采用溫軋法可以生產(chǎn)6.5%取向硅鋼，Bs提高到1.62~1.67T.0.23mm厚的6.5%取向硅鋼P1/50為0.25W/kg.日本已用6.5%硅鋼制成1kHz音頻變壓器，在1.0T時，噪聲比3%取向硅鋼下降21dB，鐵損下降40%，還用6.5%硅鋼取代3%取向硅鋼用于8kHz電焊機中，鐵芯重量從7.5kg減少到3kg.6.5%硅鋼國內(nèi)已進行小批量生產(chǎn)。
與研制6.5%硅鋼的同時，日本還開發(fā)了硅含量呈梯度分布的硅鋼。
1)中高頻低損耗梯度硅鋼，表層硅含量6.5%，電阻率高，磁導(dǎo)率高，磁通集中在表面，渦流也集中表面，損耗小。內(nèi)部硅含量低于6.5%.總的損耗低于6.5%硅鋼。例如：0.20mm厚的6.5%硅鋼的P0.1/10k為16W/kg，梯度硅鋼為13W/kg;P0.05/20k6.5%硅鋼為14W/kg，梯度硅鋼為9W/kg.由于總的硅平均含量低于6.5%，Bs比6.5%硅鋼高，可達1.90T.延伸性即加工性也比6.5%硅鋼好。已經(jīng)用這種梯度硅鋼制成家用電器逆變器用電感器，由于Bs高，損耗低，既體積小，又發(fā)熱少。
2)低剩磁梯度硅鋼，表層硅含量高，磁致伸縮小，中心層硅含量低，磁致伸縮大。表層與中心層存在的磁致伸縮差而引發(fā)應(yīng)力。出現(xiàn)的彈性能導(dǎo)致剩磁低，一般飽和磁通密度Bs為1.96T，剩磁Br為0.34T.ΔB=Bm-Br超過1.0T(Bm為工作磁通密度)。損耗也低，P1.2/50為1.27W/kg.可以用于脈沖變壓器，單方向磁通變化電源變壓器等。作為電源變壓器鐵芯時，還可以抑制合閘時的突發(fā)電流浪涌。
最近報導(dǎo)，日本開發(fā)出用于中高頻電子變壓器的硅鋼新品種——添加鉻(Cr)的硅鋼。在4.5%硅鋼中，添加4%鉻，電阻率可達82μΩ·cm，而一般3%取向硅鋼電阻率為44μΩ·cm，牌號為“HiFreqs”.0.1mm厚添加鉻的硅鋼損耗低，P0.2/5k為20.5W/kg，P0.1/10k為10W/kg，P0.05/20k為5W/kg;延伸性即加工性好，與3%硅鋼一樣，可以進行沖剪，鉚固加工;耐腐蝕性好，在鹽水和濕氣中，不涂層也不腐蝕。已用這種添加鉻的硅鋼制成25kHz開關(guān)電源用濾波電感器，鐵芯損耗為22W/kg，比6.5%硅鋼(36W/kg)和鐵基非晶合金(29W/kg)小。還用它制成70kHz感應(yīng)加熱裝置的電子變壓器，比0.1mm厚3%取向硅鋼發(fā)熱顯著減少，壽命延長4倍以上。
軟磁鐵氧體
軟磁鐵氧體的特點是：飽和磁通密度低，磁導(dǎo)率低，居里溫度低，中高頻損耗低，成本低。前三個低是它的缺點，限制了它的使用范圍，現(xiàn)在正在努力改進。后兩個低是它的優(yōu)點，有利于進入高頻市場，現(xiàn)在正在努力擴展。
以100kHz，0.2T和100℃下的損耗為例，TDK公司的PC40為410mW/cm3，PC44為300mW/cm3，PC47為250mW/cm3.TOKIN公司的BH1為250mW/cm3，損耗不斷在下降。國內(nèi)金寧生產(chǎn)的JP4E也達到300mW/cm3.
不斷地提高工作頻率，是另一個努力方向.TDK公司的PC50工作頻率為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工作頻率都超過1MHz.國內(nèi)金寧的JP5，天通的TP5A工作頻率都達到500kHz至1.5MHz.東磁的DMR1.2K的工作頻率甚至超越3MHz，達到5.64MHz.
磁導(dǎo)率是軟磁鐵氧體的弱項�，F(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品一般為10000左右。國外TDK公司的H5C5，Philips公司的3E9，分別達到30000和20000.
采用SHS法合成MnZn鐵氧體材料的研究，值得注意。用這種方法的試驗結(jié)果表明，可以大大降低鐵氧體的制造能耗和成本。國內(nèi)已有試驗成功的報導(dǎo)。
非晶和納米晶合金
鐵基非晶合金在工頻和中頻領(lǐng)域，正在和硅鋼競爭。鐵基非晶合金和硅鋼相比，有以下優(yōu)缺點。
1)鐵基非晶合金的飽和磁通密度Bs比硅鋼低，但是，在同樣的Bm下，鐵基非晶合金的損耗比0.23mm厚的3%硅鋼小。一般人認為損耗小的原因是鐵基非晶合金帶材厚度薄，電阻率高。這只是一個方面，更主要的原因是鐵基非晶合金是非晶態(tài)，原子排列是隨機的，不存在原子定向排列產(chǎn)生的磁晶各向異性，也不存在產(chǎn)生局部變形和成分偏移的晶粒邊界。因此，妨礙疇壁運動和磁矩轉(zhuǎn)動的能量壁壘非常小，具有前所未有的軟磁性，所以磁導(dǎo)率高，矯頑力小，損耗低。
2)鐵基非晶合金磁芯填充系數(shù)為0.84~0.86，
與硅鋼填充系數(shù)0.90~0.95相比，同樣重量的鐵基非晶合金磁芯體積比硅鋼磁芯大。
3)鐵基非晶合金磁芯的工作磁通密度為
1.35T~1.40T，硅鋼為1.6T~1.7T.鐵基非晶合金工頻變壓器的重量是硅鋼工頻變壓器的重量的130%左右。但是，即使重量重，對同樣容量的工頻變壓器，磁芯采用鐵基非晶合金的損耗，比采用硅鋼的要低70%~80%.
4)假定工頻變壓器的負載損耗(銅損)都一樣，負載率也都是50%.那么，要使硅鋼工頻變壓
器的鐵損和鐵基非晶合金工頻變壓器的一樣，則硅鋼變壓器的重量是鐵基非晶合金變壓器的18倍。因此，國內(nèi)一般人所認同的拋開變壓器的損耗水平，籠統(tǒng)地談?wù)撹F基非晶合金工頻變壓器的重量、成本和價格，是硅鋼工頻變壓器的130%~150%，并不符合市場要求的性能價格比原則。國外提出兩種比較的方法，一種是在同樣損耗的條件下，求出兩種工頻變壓器所用的銅鐵材料重量和價格，進行比較。另一種方法是對鐵基非晶合金工頻變壓器的損耗降低瓦數(shù)，折合成貨幣進行補償。每瓦空載損耗折合成5~11美元，相當(dāng)于人民幣42~92元。每瓦負載損耗折合成0.7~1.0美元，相當(dāng)于人民幣6~8.3元。例如一個50Hz，5kVA單相變壓器用硅鋼磁芯，報價為1700元/臺;空載損耗28W，按60元人民幣/W計，為1680元;負載損耗110W，按8元人民幣/W計，為880元;則，總的評估價為4260元/臺。用鐵基非晶合金磁芯，報價為2500元/臺;空載損耗6W，折合成人民幣360元;負載損耗110W，折合成人民幣880元，總的評估價為3740元/臺。如果不考慮損耗，單計算報價，5kVA鐵基非晶合金工頻變壓器為硅鋼工頻變壓器的147%.如果考慮損耗，總的評估價為89%.
5)現(xiàn)在測試工頻電源變壓器磁芯材料損耗，是在畸變小于2%的正弦波電壓下進行的。而實際的工頻電網(wǎng)畸變?yōu)?%.在這種情況下，鐵基非晶合金損耗增加到106%，硅鋼損耗增加到123%.如果在高次諧波大，畸變?yōu)?5%的條件下(例如工頻整流變壓器)，鐵基非晶合金損耗增加到160%，硅鋼損耗增加到300%以上。說明鐵基非晶合金抗電源波形畸變能力比硅鋼強。
6)鐵基非晶合金的磁致伸縮系數(shù)大，是硅鋼的3~5倍。因此，鐵基非晶合金工頻變壓器的噪聲為硅鋼工頻變壓器噪聲的120%，要大3~5dB.
7)現(xiàn)行市場上，鐵基非晶合金帶材價格是0.23mm3%取向硅鋼的150%，是0.15mm3%取向硅鋼(經(jīng)過特殊處理)的40%左右。
8)鐵基非晶合金退火溫度比硅鋼低，消耗能量小，而且鐵基非晶合金磁芯一般由專門生產(chǎn)廠制造。硅鋼磁芯一般由變壓器生產(chǎn)廠制造。
根據(jù)以上比較，只要達到一定生產(chǎn)規(guī)模，鐵基非晶合金在工頻范圍內(nèi)的電子變壓器中將取代部分硅鋼市場。在400Hz至10kHz中頻范圍內(nèi)，即使有新的硅鋼品種出現(xiàn)，鐵基非晶合金仍將會取代大部分0.15mm以下厚度的硅鋼市場。
值得注意的是，日本正在大力開發(fā)FeMB系非晶合金和納米晶合金，其Bs可達1.7~1.8T，而且損耗為現(xiàn)有FeSiB系非晶合金的50%以下，如果用于工頻電子變壓器，工作磁通密度達到1.5T以上，而損耗只有硅鋼工頻變壓器的10%~15%，將是硅鋼工頻變壓器的更有力的競爭者。日本預(yù)計在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。
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)，最大可達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�，F(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。
新磁芯結(jié)構(gòu)在電子變壓器中的應(yīng)用
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。現(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。
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(jì)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(dāng)困難，繞組平均匝長增加，負載損耗也會增加。可用于30kVA以上的大型變壓器。
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。
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。
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。以上就是高頻變壓器的解析，希望能給大家?guī)椭?/p>
文章來源：電子變壓器資訊
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