現(xiàn)在大批的新型磁性材料已經(jīng)投入了變壓器的制作中
變壓器現(xiàn)在的發(fā)展可以說是日新月異,一天一個樣子,出現(xiàn)的新功能也是越來越多,技術(shù)力量也是越來越強。主要最明顯的體現(xiàn)就是變壓器的使用材料已經(jīng)在提高,有很多的新材料已經(jīng)開始在使用,大批的磁性材料已經(jīng)投入利潤變壓器的運用之中,增強了變壓器的新功能和新性能。
下面分別介紹硅鋼,軟磁鐵氧體,非晶納米晶合金,軟磁復合材料在電子變壓器中應用的一些新進展。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。
1、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降到0.082~0.11W/kg和鐵基非晶合金水平基本相當。
2、軟磁鐵氧體
軟磁鐵氧體的特點是:飽和磁通密度低,磁導率低,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。
3、 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、軟磁復合材料
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合材料。軟磁復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體物件中,可以減少高頻渦流損耗,提高應用頻率;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,國外已有磁導率超過1000的報導,最大可達6000。
軟磁復合材料的磁導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。
磁粉芯是軟磁復合材料的典型例子。現(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。
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