合金電力變壓器技術(shù)簡(jiǎn)介

?合金變壓器

　　電力設(shè)備 變壓器 電子變壓器電源變壓器功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要軟磁電磁器件，電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中到廣泛應(yīng)用。最近客戶高頻變壓器這一塊提出問題，我們來淺談一下高頻變壓器設(shè)計(jì)。?

高頻電源變壓器設(shè)計(jì)原則

　　高頻電源變壓器作為一種產(chǎn)品，自然帶有商品屬性，高頻電源變壓器設(shè)計(jì)原則和其他商品一樣，是具體使用條件下完成具體功能中追求性能價(jià)格比最好。可能偏重性能和效率，可能偏重價(jià)格和成本。現(xiàn)，輕、薄、短、小，成為高頻電源發(fā)展方向，是強(qiáng)調(diào)降低成本。其中成為一大難點(diǎn)高頻電源變壓器，更需要這方面下功夫。高頻電源變壓器“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中，只談性能，不談成本，不能不說是一大缺憾，能認(rèn)真考慮一下高頻電源變壓器設(shè)計(jì)原則，追求更好性能價(jià)格比，傳送不到10VA單片開關(guān)電源高頻變壓器，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出更輕、薄、短、小方案來。不談成本，市場(chǎng)價(jià)值規(guī)律是無情！許多性能好產(chǎn)品，往往價(jià)格不能為市場(chǎng)接受而遭冷落和淘汰。往往一種新產(chǎn)品最后被成本否決。一些“節(jié)能不節(jié)錢”產(chǎn)品為什么市場(chǎng)上推廣不開值大家深思。

　　產(chǎn)品成本，包括材料成本，生產(chǎn)成本，還包括研發(fā)成本，設(shè)計(jì)成本。，節(jié)約時(shí)間，經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高頻電源變壓器鐵損銅損比例、漏感與激磁電感比例原邊和副邊繞組損耗比例、電流密度提供一些參考數(shù)據(jù)，對(duì)窗口填充程度、繞組導(dǎo)線和結(jié)　構(gòu)推薦一些方案，有什么不好？為什么一定要按步就班來回進(jìn)行推算和仿真，才概念錯(cuò)誤？作者曾 20世紀(jì)80年代中開發(fā)高頻磁放大器式開關(guān)電源，以溫升最低為條件，對(duì)高頻電源變壓器進(jìn)行過優(yōu)化設(shè)計(jì)。熱阻難以確定，結(jié)果與試制樣品相差甚遠(yuǎn)，不不再次修正。現(xiàn)有些公司磁芯產(chǎn)品說明書中，縮短用戶設(shè)計(jì)高頻電源變壓器時(shí)間，有列出簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)公式，有用表列出磁芯某種工作頻率下傳送功率。這種既為用戶著想，又推廣公司產(chǎn)品雙贏行為，是完全符合市場(chǎng)規(guī)律行為，決什么需要辨析錯(cuò)誤概念。問題是提供參考數(shù)據(jù)，推薦方案是否是經(jīng)驗(yàn)總結(jié)？有沒有普遍性？包括“辨析”一文中提出一些說法，都需要實(shí)踐檢驗(yàn)，才能站住腳。

高頻電源變壓器設(shè)計(jì)要求

　　以設(shè)計(jì)原則為出發(fā)點(diǎn)，可以對(duì)高頻電源變壓器提出四項(xiàng)設(shè)計(jì)要求：使用條件，完成功能，提高效率，降低成本。

使用條件

　　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)環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，必須注意電磁兼容性。

　　可靠性是指具體使用條件下，高頻電源變壓器能正常工作到使用壽命為止。一般使用條件對(duì)高頻電源變壓器影響最大是環(huán)境溫度。有些軟磁材料，居里點(diǎn)比較低，對(duì)溫度敏感。例如錳鋅軟磁鐵氧體，居里點(diǎn)215℃，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(shí)各種參考數(shù)據(jù)。，錳鋅軟磁鐵氧體磁芯溫度限制100℃以下，也就是環(huán)境溫度為40℃時(shí)，溫升只允許低于60℃，相當(dāng)于A級(jí)絕緣材料溫度。與錳鋅軟磁鐵氧體磁芯相配套電磁線和絕緣件，一般都采用E級(jí)和B級(jí)絕緣材料。

　　電磁兼容性是指高頻電源變壓器既不產(chǎn)生對(duì)外界電磁干擾，又能承受外界電磁干擾。電磁干擾包括可聞音頻噪聲和不可聞高頻噪聲。高頻電源變壓器

　　產(chǎn)生電磁干擾主要原因之一是磁芯磁致伸縮。磁致伸縮大軟磁材料，產(chǎn)生電磁干擾大。例如錳鋅軟磁鐵氧體，磁致伸縮系數(shù)λS為21×10-6(負(fù)六次方)，是取向硅鋼7倍以上，是高磁導(dǎo)坡莫合金和非晶合金20倍以上，是微晶納米晶合金10倍以上。錳鋅軟磁鐵氧體磁芯產(chǎn)生電磁干擾大。高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾主要原因還有磁芯之間吸力和繞組導(dǎo)線之間斥力。這些力變化頻率與高頻電源變壓器工作頻率一致。工作頻率為100kHz左右高頻電源變壓器，沒有特殊原因是不會(huì)產(chǎn)生20kHz以下音頻噪聲。既然提出10W以下單片開關(guān)電源音頻噪聲頻率，約為10kHz-20kHz，一定有其原因。沒有畫出噪聲頻譜圖，具體原因說不清楚，由高頻電源變壓器本身產(chǎn)生可能性不大，沒有必要采用玻璃珠膠合劑粘合磁芯。屏蔽是防止電磁干擾，增加高頻電源變壓器電磁兼容性好辦法。阻止高頻電源變壓器電磁干擾傳播，設(shè)計(jì)磁芯結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)繞組結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施，只靠加外屏蔽帶并不一定是最佳方案，它只能阻止輻射傳播干擾，不能阻止傳導(dǎo)傳播干擾。

完成功能

　　高頻電源變壓器完成功能有三個(gè)：功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。

　　功率傳送有兩種方式。第一種是變壓器功率傳送方式，加原繞組上電壓，磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應(yīng)電壓，使電功率從原邊傳送到副邊。功率傳送過程中，磁芯又分為磁通單方向變化和磁通雙方向變化兩種工作模式。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值 Bm變化到剩余磁通密度Br，從Br變化到Bm。磁通密度變化值△B=Bm-Br。提高△B，希望Bm大，Br小。雙方向變化工作模式磁通度從+ Bm變化到-Bm，從-Bm變化到+Bm。磁通密度變化值△B=2Bm，提高△B，希望Bm大，但不要求Br小，是單方向變化工作模式雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來，然后去磁使副繞組感應(yīng)電壓，變成電能釋放給負(fù)載。傳送功率決定于電感磁芯儲(chǔ)能，而儲(chǔ)能又決定于原繞組電感。電感與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率高，電感量大，儲(chǔ)能多。而不直接與磁通密度有關(guān)。功率傳送方式不同，要求磁芯參數(shù)不一樣，高頻電源變壓器設(shè)計(jì)中，磁芯材料和參數(shù)選擇仍然是設(shè)計(jì)一個(gè)主要內(nèi)容。

　　電壓變換原邊和副邊繞組匝數(shù)比來完成。功率傳送是那一種方式，原邊和副邊電壓變換比等于原和副繞組匝數(shù)比。繞組匝數(shù)設(shè)計(jì)成多少，不改變?cè)褦?shù)比，就不影響電壓變換。繞組匝數(shù)與高頻電源變壓器漏感有關(guān)。漏感大小與原繞組匝數(shù)平方成正比。

　　絕緣隔離原邊和副邊繞組絕緣結(jié)構(gòu)來完成。保證繞組之間絕緣，必須增加兩個(gè)繞組之間距離，降低繞組間耦合程度，使漏感增大。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數(shù)不能太少，否則，匝間層間電壓相差大，會(huì)引起局部短路。這樣，匝數(shù)有下限，使漏感也有下限。總之，高頻電源變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要統(tǒng)籌考慮漏感和絕緣強(qiáng)度問題。3.3 提高效率 提高效率是現(xiàn)對(duì)電源和電子設(shè)備普遍要求。從單個(gè)高頻電源變壓器來看，損耗不大。例如，100VA高頻電源變壓器，效率為98%時(shí)，損耗2W，并不多。成十萬個(gè)，成百萬個(gè)高頻電源變壓器，總損耗可能達(dá)到上十萬W，上百萬W。還有，許多高頻電源變壓器一直長(zhǎng)期運(yùn)行，年總損耗相當(dāng)可觀，有可能達(dá)到上千萬kWh。這樣，高頻電源變壓器提高效率，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，可以少排放廢氣、廢水、煙塵和灰渣，減少對(duì)環(huán)境污染。既具有節(jié)約能源，又具有環(huán)境保護(hù)雙重社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。提高效率是高頻電源變壓器一個(gè)主要設(shè)計(jì)要求，一般效率要提高到95%以上，損耗要減少到5%以下。

　　高頻電源變壓器損耗包括磁芯損耗（鐵損）和繞組損耗（銅損）。有人關(guān)心變壓器鐵損和銅損比例。這個(gè)比例是隨變壓器工作頻率發(fā)生變化。變壓器

　　外加電壓不變，工作頻率越低，繞組匝數(shù)越多，銅損越大。 50Hz工頻下，銅損遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵損。例如：50Hz 100kVAS9型三相油浸式硅鋼電力變壓器，

　　銅損為鐵損5倍左右。50Hz100kVA SH11型三相油浸式非晶合金電力變壓器，銅損為鐵損20倍左右。

　　正鐵損是高頻電源變壓器損耗主要部分，鐵損選擇磁芯材料是高頻電源變壓器設(shè)計(jì)一個(gè)主要內(nèi)容。鐵損也成為評(píng)價(jià)軟磁芯材料一個(gè)主要參數(shù)。鐵損與

　　磁芯工作磁通密度工作頻率有關(guān)，介紹軟磁磁芯材料鐵損時(shí)，必須說明什么工作磁通密度下和什么工作頻率下?lián)p耗。用符號(hào)表示時(shí)，也必須標(biāo)明：Ps

　　π其中工作磁通密度B單位是T（特斯拉），工作頻率f單位是Hz（赫芝）。例如Pos/doo表示工作磁能密度為0.5T，工作頻率為400Hz時(shí)損耗。又例如()表示工作磁通密度為0.1T，工作頻率為 100kHz時(shí)損耗。鐵損還與工作溫度有關(guān)，介紹軟磁磁芯材料鐵損時(shí)，必須指明它工作溫度，特別是軟磁鐵氧體材料，對(duì)溫度變化比較敏感，產(chǎn)品說明書中都要列出25℃至100℃鐵損。

　　軟磁材料飽和磁通密度并不完全代表使用工作磁通密度上限，常常是鐵損限制使用工作磁通密度上限。新電源變壓器用軟磁鐵氧體材料分類標(biāo)準(zhǔn)中把允許工作磁通密度和工作頻率乘積B×f，作為材料性能因子，并說明性能因子條件下允許損耗值。新分類標(biāo)準(zhǔn)性能因子把軟磁鐵氧體材料分為 PW1、PW2、PW3、PW4、PW5五類，性能因子越高，工作頻率越高，極限頻率也越高。

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