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1、電源技術(shù)與電子變壓器分析綜述電源裝置,無(wú)論是直流電源還是交流電源,都要使用由軟磁磁芯制成的電子變壓器(軟磁電磁元件) 。雖然,已經(jīng)有不用軟磁磁芯的空芯電子變壓器和壓電陶瓷變壓器,但是,到現(xiàn)在為止,絕大多數(shù)的電源裝置中的電子變壓器,仍然使用軟磁磁芯。因此,討論電源技術(shù)與電子變壓器之間的關(guān)系:電子變壓器在電源技術(shù)中的作用,電源技術(shù)對(duì)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(duì)電源技術(shù)發(fā)展的影響, 一定會(huì)引起電源行業(yè)和軟磁材料行業(yè)的朋友們的興趣。本文提出一些看法,以便促成電源行業(yè)與電子變壓器行業(yè)和軟磁材料行業(yè)之間就電子變壓器和軟磁材料的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行對(duì)話,互相交流,共同發(fā)展。1 電子變壓器

2、在電源技術(shù)中的作用電子變壓器和半導(dǎo)體開關(guān)器件,半導(dǎo)體整流器件,電容器一起,稱為電源裝置中的 4 大主要元器件。根據(jù)在電源裝置中的作用,電子變壓器可以分為:1)起電壓和功率變換作用的電源變壓器,功率變壓器,整流變壓器,逆變變壓器,開關(guān)變壓器,脈沖功率變壓器;2)起傳遞寬帶、聲頻、中周功率和信號(hào)作用的寬帶變壓器,聲頻變壓器,中周變壓器;3)起傳遞脈沖、驅(qū)動(dòng)和觸發(fā)信號(hào)作用的脈沖變壓器,驅(qū)動(dòng)變壓器,觸發(fā)變壓器;4)起原邊和副邊絕緣隔離作用的隔離變壓器,起屏蔽作用的屏蔽變壓器;5)起單相變?nèi)嗷蛉嘧儐蜗嘧饔玫南鄶?shù)變換變壓器,起改變輸出相位作用的相位變換變壓器(移相器) ;6)起改變輸出頻率作用的倍頻或

3、分頻變壓器;7)起改變輸出阻抗與負(fù)載阻抗相匹配作用的匹配變壓器;8)起穩(wěn)定輸出電壓或電流作用的穩(wěn)壓變壓器(包括恒壓變壓器)或穩(wěn)流變壓器,起調(diào)節(jié)輸出電壓作用的調(diào)壓變壓器;9)起交流和直流濾波作用的濾波電感器;10)起抑制電磁干擾作用的電磁干擾濾波電感器,起抑制噪聲作用的噪聲濾波電感器;11)起吸收浪涌電流作用的吸收電感器,起減緩電流變化速率的緩沖電感器;12)起儲(chǔ)能作用的儲(chǔ)能電感器,起幫助半導(dǎo)體開關(guān)換向作用的換向電感器;13)起開關(guān)作用的磁性開關(guān)電感器和變壓器;14)起調(diào)節(jié)電感作用的可控電感器和飽和電感器;15)起變換電壓、電流或脈沖檢測(cè)信號(hào)的電壓互感器、電流互感器、脈沖互感器、直流互感器、零磁

4、通互感器、弱電互感器、零序電流互感器、霍爾電流電壓檢測(cè)器。從以上的列舉可以看出, 不論是直流電源, 交流電源,還是特種電源,都離不開電子變壓器。有人把電源界定為經(jīng)過(guò)高頻開關(guān)變換的直流電源和交流電源。在介紹軟磁電磁元件在電源技術(shù)中的作用時(shí),往往舉高頻開關(guān)電源中的各種電磁元件為例證。同時(shí),在電子電源中使用的軟磁電磁元件中,各種變壓器占主要地位,因此用變壓器作為電子電源中軟磁元件的代表,稱它們?yōu)殡娮幼儔浩鳌? 電源技術(shù)對(duì)電子變壓器的要求電源技術(shù)對(duì)電子變壓器的要求,像所有作為商品的產(chǎn)品一樣,是在具體使用條件下完成具體的功能中追求性能價(jià)格比最好。有時(shí)可能偏重價(jià)格和成本,有時(shí)可能偏重效率和性能。現(xiàn)在,輕、

5、薄、短、小成為電子變壓器的發(fā)展方向,是強(qiáng)調(diào)降低成本。從總的要求出發(fā),可以對(duì)電子變壓器得出四項(xiàng)具體要求:使用條件,完成功能,提高效率,降低成本。2.1 使用條件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(hù)意識(shí)增強(qiáng), 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(duì)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(qiáng)度的參數(shù)是軟磁材料的居里點(diǎn)。軟磁材料居里點(diǎn)高,受溫度影響??;軟磁材料居里點(diǎn)低,對(duì)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(diǎn)只有215,比較低,磁通密度、磁導(dǎo)率和損耗

6、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)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(shí),溫升必須低于 60。鈷基非晶合金的居里點(diǎn)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(diǎn)為 370,可以在 150 180以下使用。高磁導(dǎo)坡莫合金的居里點(diǎn)為 460至 480,可以在 200 250以下使用。微晶納米晶合金的居里點(diǎn)為 600,取向硅鋼居里點(diǎn)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(duì)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

7、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( 2730)×106,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25×106,錳鋅鐵氧體的磁致伸縮系數(shù)為21×106。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(13)×106,微晶納米晶合金的磁致伸縮系數(shù)為(0.5 2)×106。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×

8、106,高磁導(dǎo) Ni80 坡莫合金的磁致伸縮系數(shù)為( 0.10.5)×10 6,鈷基非晶合金的磁致伸縮系數(shù)為 0.1×106 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。2.2 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(gè):功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。電感器完成功能有2 個(gè):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(fù)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(shí)間內(nèi)的磁通密度變量&DeltaB。&DeltaB與磁導(dǎo)率無(wú)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(lái)看,各種軟磁材料的Bs 從大到小的順序?yàn)椋鸿F鈷合金為2.32.4T,硅鋼為 1.752.2T,鐵基非晶合金為1.251.75T,鐵基微晶納米晶合金為1.1

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