Några nya utvecklingar inom elektroniska transformatorer i nätaggregat

Inledning Under de senaste åren har priserna på kärnmaterial och ledande material som används i elektroniska transformatorer i kraftförsörjningar fortsatt att stiga, och uppströmsråvaror har bildat en säljare' s marknad. Som en kraftanvändare av nedströms elektroniska transformatorer kan de välja och köpa globalt för att bilda en köparmarknad&# 39. I mitten av den elektroniska transformatorindustrin, bara genom att ta vägen för teknisk innovation, kan vi bli av med detta dilemma av ilska i båda ändar. Men i den mogna elektroniska transformatorindustrin är teknisk innovation svårare. Men varje liten länkförbättring kan ge nya idéer och nya produkter. Därför introducerar den här artikeln några nya utvecklingar av elektroniska transformatorer i strömförsörjning de senaste åren från fyra aspekter: nya material, nya strukturer, nya principer och nya produkter, för läsare' referens. Korrigera mig om det är orättvist. På vägen för teknisk innovation måste vi alltid komma ihåg syftet som ska uppnås. Den elektroniska transformatorn i strömförsörjningen utför, liksom alla produkter som en vara, alla tekniska innovationer och måste utföra specifika funktioner under specifika användningsförhållanden och uppnå det bästa förhållandet mellan prestanda och pris. De nuvarande kraftprodukterna kännetecknas vanligen av att vara &, lätt, tunn, kort och liten &; mot miniatyrisering och bärbarhet. Elektroniska transformatorer måste anpassas till volym- och viktbehovet för kraftprodukter som användare. Samtidigt har priserna på råvaror (kärnmaterial och ledande material) för elektroniska transformatorer stigit. Därför har hur man minskar volymen och vikten och hur man minskar kostnaden blivit huvudriktningen för utvecklingen av elektroniska transformatorer de senaste åren. 1. Nya material 1.1 Kiselstål Kiselstål är ett kärnmaterial som i stor utsträckning används i elektroniska transformatorer i industriella frekvensströmförsörjningar. För att minska mängden kärna i elektroniska transformatorer måste den magnetiska arbetsflödestätheten (arbetsmagnetisk densitet) av kiselstål ökas. Arbetsmagnetisk densitet hos kiselstål bestäms av både mättnadens magnetiska flödestäthet och förlusten. Eftersom effektivitet är ett viktigt prestandaindex för elektroniska transformatorer kräver många kraftprodukter nu standby-förlust för att spara energi. Kärnförlusten för den elektroniska transformatorn är huvudkomponenten i standby-förlusten, därför ställs tydliga och strikta krav på effektiviteten eller förlusten av den elektroniska transformatorn. De senaste åren har priset på orienterat och icke-orienterat kallvalsat kiselstål stigit. Jämfört med kärnor av R-typ, CD-typ och EI-typ kan lindade toroidkärnor spara mer än 20 % av kärnmaterialkostnaden på grund av mindre materialförbrukning. Omfattningen av användningen i transformatorn. Den lindade toroidkärnan kan ge full prestanda för orienterat kallvalsat kiselstål. Jämfört med icke-orienterat kallvalsat stål är den magnetiska arbetsdensiteten mycket högre. Samtidigt, till skillnad från R-typ, CD-typ och EI-typ järnkärnor, kan kiselstålmaterial utnyttjas fullt ut, det blir inget hörnavfall och materialutnyttjandegraden kan nå mer än 98 %. Under de senaste åren har kallvalsat kiselstål förbättrats avsevärt. Det inhemskt producerade 0,23 mm orienterade kallvalsade kiselstål av 23Q110 har en fungerande magnetisk flödestäthet på 1,7 T och 50 Hz, och enhetens viktminskning är 1,10 Wkg. Det tjockleksorienterade kallvalsade kiselstålet P1.750 på 0,23 mm som produceras i Japan är 0,88Wkg. Efter att ytbehandlingen av kiselstålband är belagd med spänningsbeläggning, sjunker P1.750 till 0,7Wkg. Genom att ändra glödgningsprocessen för att förfina de magnetiska domänerna sjunker P1.750 till 0,55 ～ 0,45Wkg, vilket är mycket lägre än det 0,35 mm tjocka icke-orienterade kallvalsade kiselstålet vid en fungerande magnetisk densitet av 1,5T och 50Hz (P1. 550) av 2Wkg. Under förutsättning att samma förlust säkerställs kan den magnetiska arbetsdensiteten på 0,23 mm tjockleksorienterat kallvalsat kiselstål nå 1,85T. Om den väljs för att bearbeta den toroidformade kärnan är den 1,23 gånger högre än den magnetiska arbetsdensiteten för icke-orienterat kallvalsat kiselstål 1,5 T. Kärnsektionen och volymen Den kan minskas med mer än 23 %. Numera används transformatorer av järnkärnan av EI-typ kraftigt i nätadaptrarna till mobiltelefonladdare och hushållsapparater, och ibland uppstår överhettning. EI-kärnan består av EI-formade stansade ark. En femtedel av längden på det E-formade stansade arket är vinkelrätt mot längdriktningen (orienteringsriktning). För att motstå det tvärgående magnetfältet används vanligtvis icke-orienterat kallvalsat kiselstål. Under de senaste åren har Japans Kawasaki Company utvecklat RGE-serien orienterat kallvalsat kiselstål som kan användas för EI-kärnor. Tjockleken är 0,35 mm, den längsgående mättnadens magnetiska densitet är 1,80 ～ 1,90 T, den laterala mättnadens magnetiska densitet är 1,825T och förlusten P1.750 är 1,10 ～ 1,25Wkg. Samtidigt är den isolerande filmen relativt tunn och stansningsprestandan är bra. Med den för att göra järnkärnan kan den magnetiska arbetsdensiteten vara mer än 1,7T, vilket är 15 % högre än för icke-orienterat kallvalsat kiselstål. Kärnsektionen och volymen kan minskas med mer än 15 % och förlusten minskas kraftigt. , Det kommer inte att bli mer överhettning. Japans Kawasaki Company har också utvecklat ett icke-orienterat kallvalsat stål med magnetisk densitet med hög mättnad. Tjockleken är 0,5 mm, kiselhalten är mindre än 1 %, 0,6 % och aluminiumhalten är 0,3 %. Efter att ha lagt till 0,52 % nickel, är mättnadens magnetiska densitet 1,96T. , Förlusten P1.550 är 3Wkg. Genom att använda det som ett EI-kärnmaterial kan den magnetiska arbetsdensiteten också vara 1,7T, men förlusten är relativt stor. Det är värt att notera att: som en stor klass av elektroniska transformatorer kan användningen av kärnmaterial med hög arbetsmagnetisk densitet minska antalet spolvarv och minska mängden koppar istället för att minska kärnsektionen och volymen. Under situationen att priset på kopparmaterial är mycket högre än kärnmaterialet kan det vara en bättre plan för designförbättring. 1.2 Mjuka ferriter Mjuka feriter är kärnmaterial som används i stor utsträckning i elektroniska transformatorer i medel- och högfrekventa nätaggregat. Jämfört med mjuka metallmagnetiska material har mjuka ferriter låg mättnad magnetisk densitet, låg permeabilitet och Curie-temperatur. Låg är dess största svaghet. Speciellt när Curie-temperaturen är låg kommer mättnadens magnetiska densitet Bs och effektförlusten per volymsenhet Pcv att förändras med temperaturen. Temperaturen stiger, Bs sjunker, Pcv börjar sjunka och stiger sedan efter att ha nått dalpunkten. Därför, under höga temperaturförhållanden, så länge som Bs håller en hög nivå, kan den magnetiska arbetstätheten Bm väljas högre, vilket minskar antalet spolvarv, vilket minskar mängden koppar som används och kostnaden. Det mjuka ferritmaterialet med hög temperatur och hög mättnad kan också utvidga den övre temperaturgränsen för elektroniska transformatorer till 120 eller till och med 150 fördelar. Till exempel måste högfrekventa elektroniska transformatorer i fordonselektronisk utrustning använda hög temperatur, högmättad mjuk ferrit med magnetisk densitet för att arbeta under höga temperaturförhållanden med stora förändringar i yttre temperaturförhållanden och värme i maskinrummet. Som en MnZn mjuk ferrit för medel- och högfrekventa elektroniska transformatorer, representerad av Japan' s TDK-företag, har det ungefär upplevt utvecklingsprocessen för PC30 → PC40 → PC44 → PC50 → PC47 → PC95 → PC90. Under testförhållandena 100 ℃, 100 kHz och 200 mT fortsätter strömförlusten per volymenhet att minska. Enligt uppgifterna från företaget i april 2006 är PC30 600mW / cm3; PC40 är 420 mW / cm3; PC44 är 340 mW / cm3; PC47 är 270 mW / cm3. Mättnadsflödestätheten Bs under 100 fördelar, PC30, PC40 och PC44 är i princip 390 mT, PC47 är 410 mT, vilket är långt ifrån det teoretiska värdet på 600 mT, och kan inte betraktas som ett högtemperatur- och högmättnadsflöde densitetsmaterial. Under de senaste åren har det skett en våg av utveckling av höga temperaturer och hög mättnad magnetisk densitet MnZn ferritmaterial för att kunna konkurrera med metallmjuka magnetiska material vid tillämpningen av elektroniska transformatorer. Japan' s FDK-företag utvecklade 4H-serien av magnetiska densitetsmaterial med hög temperatur och hög mättnad i mars 2003. Bland dem är Bs av 4H45 och 4H47 520 mT och 530mT vid 25 ℃, 450 mT och 470 mT vid 100 ℃, men vid 100 ℃ är strömförlusten Pcv relativt hög, respektive 450mW / cm3 och 650mW / cm3. Enligt rapporter har FDK utvecklat ett 4H50-material under laboratorieförhållanden. Bs vid 100 ° C är 490 mT, men Pcv är ganska stort vid 800 mW / cm3. Japan TDK-företag utvecklade PC90-material i september 2004. Vid 25 ℃ är Bs 540mT och Pcv är 680 mW / cm3; vid 100 ℃ är Bs 450 mT och Pcv är 320 mW / cm3, vilket är högre än 4H45 materialnivå. TOKIN-företaget utvecklade BH3-materialet. Vid 25 ° C är dess Bs 540 mT och Pcv är 600 mW / cm3; vid 100 ° C är Bs 440 mT och Pcv är 370 mW / cm3. NICERA har utvecklat BM30-materialet, med Bs på 540 mT och Pcv på 720 mW / cm3 vid 25 ° C; vid 100 ° C, Bs på 450mT och Pcv på 320mW / cm3. Ferritmaterialet med högt järn och låg zink utvecklat av Hitachi Metals, Bs är 563 mT vid 25 ℃; 560 mT vid 100 ℃, i princip oförändrad, 150 ℃ är 490 mT, men vid 100 ℃, 100 kHz, Under testförhållandet 200 mT är Pcv 1700 mW / cm3, vilket är för högt och behöver förbättras. Många strömförsörjningsutrustning kräver inte bara att den elektroniska transformatorn är i fungerande skick, det vill säga att förlusten ska vara liten vid hög temperatur utan också i beredskapsläge, det vill säga förlusten ska vara liten vid normal temperatur. Dessa elektroniska transformatorer kan använda mjuk ferrit med bred temperatur och låg strömförbrukning. PC95 utvecklad av Japan' s TDK är ett högnivå ferritmaterial med hög temperatur som har dykt upp de senaste åren. Strömförbrukningen Pcv är 350 mW / cm3 vid 25 ° C, 280 mW / cm3 vid 80 ° C, 290 mW / cm3 vid 100 ° C, 350 mW / cm3 vid 120 ° C och mättnadens magnetiska densitet på 410 mT vid 100 ° C. Under de senaste åren har en serie med hög permeabilitet μ mjuka ferritmaterial utvecklats. De används som pulstransformatorer i elektronisk kraftutrustning. Permeabiliteten μ krävs för att vara relativt hög. Det finns H5C3 från TDK, som har en μ av 15 000 ± 30. %, H5C5, μ är 30 000 ± 30 %. För EPCOS' s T56 är μ 20000 ± 30 %. För filtrering av elektromagnetisk störning krävs goda permeabilitetsfrekvensegenskaper. TDK HS52, μ är 5 500 ± 25 %; HS72, μ är 7 500 ± 25 %; HS10, μ är 10000 ± 25 %. HITACHIs MP15T har en μ av 15000 ± 25 % och kan arbeta under 500 kHz. För DC-filtrering krävs goda DC-superpositioneringsegenskaper. TDK' s DN45, μ är 4500 ± 25 %, arbetstemperaturen är 0 ～ 70 ℃, och förbättrad DNW45, μ är 4 200 ± 25 %, driftstemperaturen är -40 ℃ ～ +85 ℃, Kawasakis SK-202G, arbetstemperatur -40 ℃ ～ +85 ℃, μ är 4300 ± 25 %, och hög mättnad magnetisk densitet och material med hög permeabilitet, såsom TDK: s DN50, μ är 5 200 ± 20 % , Bs är 550 mT vid 25 ℃, 380 mT vid 100 ℃, Curie-temperatur Tc≥210 ℃. 1.3 Amorfa och nanokristallina legeringar Sedan början av 2005, på grund av obalansen i inhemskt utbud och efterfrågan på orienterade kallvalsade kiselstålband, har priset på orienterade kallvalsade kiselstålband stigit snabbt och har nu överskridit priset på järnbaserade amorfa legeringsremsor. Under de nuvarande marknadsprisförhållandena är ersättning av orienterat kallvalsat kiselstål med järnbaserade amorfa legeringar inom kraftfrekvenseffekttransformatorer inte längre bara en möjlig sak, det har blivit verklighet. Inom krafttransformatorindustrin har tillverkare av distributionstransformatorer flyttat kärnmaterial från orienterat kallvalsat kiselstål till järnbaserade amorfa legeringar. Samtidigt, från och med den 1 juli 2006, den obligatoriska nationella standarden" Begränsade värden för energieffektivitet och energibesparingsvärderingar för distributionstransformatorer" implementerades formellt, vilket ytterligare främjade användningen av järnbaserade amorfa legeringar istället för orienterat kallvalsat kiselstål i distributionstransformatorer. uppsving. Precis som distributionstransformatorer kommer utbyte av orienterat kallvalsat kiselstål med järnbaserade amorfa legeringar i kraftfrekventa transformatorer att bli en viktig ny utveckling inom elektroniska transformatorer i kraftförsörjning. Varför? Anledningen framgår av jämförelsen av tekniska och ekonomiska indikatorer för orienterat kallvalsat kiselstål och järnbaserat amorf legering i tabell 1. Det medelorienterade kallvalsade kiselstålet i tabell 1 tar den höga magnetiska induktionen 23R100 och magnetiska domänbehandling 23R085 producerad i Japan som exempel, och den järnbaserade amorfa legeringen tar den inhemska producerade 1K101 och Metglas 2605SA1 producerad av Hitachi som exempel, vilket kan ses i tabell 1. Följande funktioner presenteras. [align = center] Tabell 1 Jämförelse av tekniska och ekonomiska indikatorer mellan orienterat kallvalsat kiselstål och järnbaserade amorfa legeringar [/ align] (1) Mättnadens magnetiska densitet Bs för järnbaserade amorfa legeringar är lägre än för kisel stål, men vid samma arbetsmagnetiska densitet Bm (till exempel 1,4T) är lägre förlust lägre än kiselstål. Arbetsmagnetisk densitet Bm för järnbaserad amorf legering är 1,40 ～ 1,45T för enfas transformator och 1,35 ～ 1,40T för trefas transformator. Arbetsmagnetisk densitet Bm av kiselstål är 1,70T för enfas transformator och 1,65 ～ 1,70T för trefas transformator. Vikten av järnbaserad amorf legering för effektfrekvenstransformator med samma kapacitet är cirka 120 % av kiselstål. (2) Fyllningsfaktorn för järnbaserade amorfa legeringar är 0,85 för inhemskt producerad 1K101 och 0. {{356}}. 90 för Metglas 2605SA1 producerad av Hitachi, och en del har nått 0,93. Om 0. {{363}} jämförs med 0,945 kiselstål, är volymen på den järnbaserade amorfa legeringskärnan med samma vikt cirka 110 % av kiselstål. (3) Enhetsviktsförlusten för järnbaserad amorf legering under 1.4T- och 50Hz-förhållanden är P1.450, vilket endast är 26,4 % till 43 % av kiselstål, vilket avsevärt kan minska kärnvärmen. Under samma förlust och samma värmeavledningsförhållanden kan järnbaserade amorfa legeringseffekttransformatorer minska kopparförlust och minska kopparmaterial än kiselståls effektfrekvenstransformatorer. Under förutsättning att priset på kopparmaterial är högre än priset på järnmaterial är det att anta detta system En effektiv åtgärd för att sänka kostnaderna. Det är värt att notera att förlusten per viktenhet P1.450 testas under en sinusvågsspänning med en distorsion mindre än 2 %. Det faktiska kraftfrekvensnätet är förvrängt till 5 %. Enhetens viktminskning under denna snedvridning är P1.450, kiselstål är 123 % P1.450, och järnbaserad amorf legering är 106 % P1.450. Vid denna tidpunkt är P1.450 av järnbaserad amorf legering endast kiselstål. 22.7 % ～ 37 % av totalen. (4) Det aktuella priset på kiselstål togs från marknadspriset på stål på en viss plats i Guangdong i mitten av augusti 2006, och det nuvarande priset på importerade järnbaserade amorfa legeringar togs från Japans Hitachi i juli 2006, med citat 2,85 US $ per kilo. RMB-växelkursen är 22,8 yuan kg, plus tullar och mervärdesskatt är 28 yuan kg. Det aktuella priset på inhemska järnbaserade amorfa legeringar är en uppskattning som skiljer sig något från det angivna priset på produktionsenheten. (5) Glödgningstemperaturen för järnbaserade amorfa legeringar är lägre än för kiselstål, med mindre tid och mindre energiförbrukning. Den extra bearbetningskostnaden för tillverkning av järnkärnor bör vara lägre än för kiselstål. Järnbaserade amorfa legeringsremsor kan bearbetas till lindande toroidkärnor, överlappande rektangulära kärnor och öppna C-formade kärnor. På 1990-talet använde Japan flera lager bondade järnbaserade amorfa legeringsremsor för att bearbeta EI-kärnor, men de extra bearbetningskostnaderna var höga och kärnförlusterna ökade. Senare fanns det ingen relevant rapport. Nu kan tjockleken på den stora amorfa legeringen som studeras nå millimeter- och centimeternivån. Om den sätts i produktion kan den bearbetas till en EI-kärna som kiselstål. Kombinera ovanstående faktorer i ringen och C