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电源中电子变压器的一些新进展

来源:中国电源网/作者:徐泽玮?? 2007年06月21日 ?? 收藏0

?????? 软磁复合材料中的磁性粒子可以是纯铁、镍、钴金属、铁镍合金、铁镍钼合金、铁铝合金、铁基非晶合金、铁基纳米晶合金和软磁铁氧体经过粉碎后制成的粉末。非磁性物体可以是二氧化硅等绝缘体,硅树脂、聚乙烯、环氧树脂等高分子材料作粘接剂和硬脂酸等作润滑剂。磁性粒子和非磁性物体混合后,可以经过绝缘处理、压制成形、烧结等工艺加工成磁粉芯,也可以采用现在的塑料工程技术,注塑成各种复杂形状的磁芯。软磁复合材料的优点是密度小,重量轻,生产效率高,成本低,产品一致性好。缺点是由于磁粒子之间被非磁性物体隔开,磁性阻断,磁导率现在一般都在100以内,最近报导通过纳米技术和其他措施,已开发出磁导率超过1000 的软磁复合材料,最大可达6000。

  磁粉芯是软磁复合材料的一大门类,现在已有铁粉芯、铁镍粉芯、铁镍钼粉芯、铁硅铝粉芯和近年来开发成功的铁基纳米晶合金粉芯等,表4是几种磁粉芯的性能比较。

几种磁粉芯性能比较

  
???????从技术性能上看,铁镍钼粉芯最好,但是从价格上看最贵,因此最近开发出铁基纳米晶合金粉芯,可生产外径φ15~φ80 mm,内径φ7~φ50 mm,高5~25 mm 磁粉芯,有效磁导率为35、50、70 和

90。在电源中,用磁粉芯制造电感器件与软磁铁氧体相比,有以下优点:

  (1)饱和磁密Bs 高,可以承受更大的直流偏量;

  (2)气隙均匀分布,减少局部损耗;

  (3)居里温度高,在工作范围内,磁导率不变;

  (4)铁镍钼粉芯和铁基纳米晶合金粉芯磁致伸缩小,工作中噪声小。

  因此,现在磁粉芯在电源电感器件中已取代软磁铁氧体部分市场。

  高分子软磁复合材料近年来发展迅速,在国外已用这种材料制造高频电源变压器和电感器,并建立相应的分析理论和设计程序。据作者所知,国内虽然进行了高分子软磁材料的研究开发,但是还未见到用于电源中电子变压器的报道。

  1.5 导电材料

  从2004 年初开始,铜材料价格迅速上涨,到2006年8 月,已达到80.2 元/kg。作为电源中的电子变压器主要材料的导电材料,出现一些新的发展趋势。其中一个主要发展趋势是“以铝代铜”。这是因为2006 年8 月的铝材价格为27.4 元/kg,是铜材价格的34.4%,要低得多。虽然铝的电阻率为2.800μΩ·cm,为铜的电阻率1.741/μΩ·cm 的162.4%,铝的电阻温度系数0.00407/℃是铜的电阻温度系数0.00399/℃的103.56%。如果暂时不考虑温度影响,在保证电源中电子变压器的线圈损耗不变,也就是线圈电阻不变的条件下,铝导线必须比铜导线增大截面积162.4%。但是,铝材比重为2.7g/ cm3,是铜材比重8.89g/c cm3的30.37%。增加截面后的铝导线重量仍然只有铜导线重量的49.32%,也就是轻一半左右。假定一个电源中电子变压器铜导线用量为10kg,不考虑电磁线用绝缘漆和加工费用,单只是铜材价格将是802 元。在保证同样线圈损耗条件下,铝导线用量约为5kg,不考虑电磁线用绝缘漆和加工费用,单只是铝材价格为137 元,只有铜材价格的17.08%。即使考虑以铝代铜后,铁心窗口面积要增大,用铁量增加的成本,其降低电源中电子变压器的总体成本的效果也是非常明显的。

  现在,国内正在开发用于电源中电子变压器的各种铝导线。一些企业已经开发出铜包铝导线,铜线在外层,占面积15%,总比重为3.63 g/ cm3,考虑趋表效应和邻近效应,这种铜包铝导线的电阻率比纯铝线会小不少,而成本增加不多,是一种充分发挥铜和铝效果的复合材料。

  近年来另一值得注意的发展趋势,是选用温度指数高、耐热等级高的180聚酯亚胺QZY 漆包线和220 聚酰亚胺QYZ漆包线,导线允许的电流密度增大,导线直径减少,用铜量减少,铁心窗口面积减少,用铁量也同时减少,可以降低整体成本。特别是对要求体积小的高频小功率电源变压器,采用耐热性更好的漆包线, 更能显出技术经济效益。

  国外近年来开发的漆包线,如155ETFE、180FEP、200PFA漆包线,已在国内建厂生产。这几种漆包线的绝缘层都属于线型热塑性四氟乙烯共聚树脂,耐热性好,可以在从极低温至高温的大温度范围下工作,其电气性能、机械性能、耐化学溶剂性能和耐老化性能都好,可以用于特殊环境条件要求(如耐化学腐蚀、耐油、耐辐射)的中小型电源变压器中。小规格薄绝缘层PFA漆包线,国外已大量用于要求体积小的高频开关电源的电子变压器中。

  2 新结构

  近年来,电源中的电子变压器的结构发生了许多变化,出现了平面电子变压器、片式电子变压器和薄膜电子变压器等新结构电子变压器。这几种新结构电子变压器将逐渐成为中高频电子变压器主流新产品,在以后的新产品一节中介绍,这里先讨论一下电子变压器中铁心结构近年来发生的变化。


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