Nekaj ​​novosti v elektronskih transformatorjih v napajalnikih

Uvod V zadnjih letih so cene osnovnih materialov in prevodnih materialov, ki se uporabljajo v elektronskih transformatorjih v napajalnikih, še naprej naraščale, gorjevodne surovine pa so oblikovale trg prodajalca' Kot močan uporabnik elektronskih transformatorjev na nižji stopnji lahko izbirajo in kupujejo po vsem svetu, da oblikujejo trg kupca' V srednjem položaju industrije elektronskih transformatorjev se lahko le na poti tehnoloških inovacij rešimo te dileme jeze na obeh koncih. Vendar so v zreli industriji elektronskih transformatorjev tehnološke inovacije težje. Toda vsako izboljšanje majhne povezave lahko prinese nove ideje in nove izdelke. Zato ta članek predstavlja nekaj novosti v zvezi z elektronskimi transformatorji v napajalnikih v zadnjih letih s štirih vidikov: novi materiali, nove strukture, novi principi in novi izdelki za bralce' sklic. Prosim, popravite me, če je prišlo do nepravilnosti. Na poti tehnoloških inovacij se moramo vedno zavedati namena, ki ga želimo doseči. Elektronski transformator v napajalniku, tako kot vsi izdelki kot blago, izvaja kakršne koli tehnološke inovacije in mora opravljati posebne funkcije pod posebnimi pogoji uporabe, pri čemer mora doseči najboljše razmerje med zmogljivostjo in ceno. Za sedanje izdelke moči je na splošno značilno, da so" lahki, tanki, kratki in majhni" v smeri miniaturizacije in prenosljivosti. Elektronski transformatorji se morajo prilagoditi zahtevam glede prostornine in teže elektroenergetskih izdelkov kot uporabniki. Hkrati so se zvišale cene surovin (osnovni materiali in prevodni materiali) za elektronske transformatorje. Zato je v zadnjih letih glavno vodilo razvoja elektronskih transformatorjev postalo, kako zmanjšati prostornino in težo ter kako znižati stroške. 1. Novi materiali 1.1 Silikonsko jeklo Silicijevo jeklo je jedro materiala, ki se pogosto uporablja v elektronskih transformatorjih v industrijskih frekvenčnih napajalnikih. Za zmanjšanje količine jedra v elektronskih transformatorjih je treba povečati gostoto delujočega magnetnega pretoka (delovna magnetna gostota) silicijevega jekla. Delovna magnetna gostota silicijevega jekla je določena tako z gostoto nasičenega magnetnega pretoka kot z izgubo. Ker je izkoristek pomemben indeks učinkovitosti elektronskih transformatorjev, je zdaj za varčevanje z energijo pri številnih napajalnih napravah potrebna izguba stanja pripravljenosti. Izguba jedra elektronskega transformatorja je glavni sestavni del izgube v stanju pripravljenosti, zato so postavljene jasne in stroge zahteve glede učinkovitosti ali izgube elektronskega transformatorja. V zadnjih letih se je dvignila cena usmerjenega in neusmerjenega hladno valjanega silicijevega jekla. V primerjavi z jedri R-tipa, CD-ja in EI tipa z vijugastimi toroidnimi jedri lahko prihranite več kot 20 % stroškov osnovnega materiala zaradi manjše porabe materialov. Obseg uporabe v transformatorju. Toroidno jedro rane lahko v celoti igra učinek usmerjenega hladno valjanega silicijevega jekla. V primerjavi z ne usmerjenim hladno valjanim jeklom je delovna magnetna gostota veliko večja. Hkrati je mogoče za razliko od železnih jeder tipa R, CD in EI tipa materiale iz silicijevega jekla v celoti izkoristiti, ne bo odpadkov na vogalih, stopnja izrabe materiala pa lahko doseže več kot 98 % V zadnjih letih je pri hladno valjanem usmerjenem silicijevem jeklu prišlo do znatnih izboljšav. Doma proizvedeno 0,23 mm usmerjeno hladno valjano silicijevo jeklo 23Q110 ima delovno gostoto magnetnega pretoka 1,7 T in 50 Hz, enota izgube teže pa 1,10 Wkg. Na Japonsko proizvedeno hladno valjano silicijevo jeklo P1.750, usmerjeno v debelino 0,23 mm, je 0,88 Wkg. Ko je površinska obdelava silicijevega jeklenega traku prevlečena z napetostno prevleko, P1.750 pade na 0,7 Wkg. S spreminjanjem postopka žarjenja za izboljšanje magnetnih domen P1.750 pade na 0,55 ～ 0,45 Wkg, kar je veliko manj kot 0,35 mm debelo neoriginirano hladno valjano silicijevo jeklo pri delovni magnetni gostoti 1,5 T in 50 Hz (P1. 550) 2Wkg. Pod pogojem, da se zagotovi enaka izguba, lahko delovna magnetna gostota hladno valjanega silicijevega jekla, usmerjenega v debelino 0,23 mm, doseže 1,85T. Če je izbrana za obdelavo toroidnega jedra, je 1,23-krat večja od delovne magnetne gostote neoriginiranega hladno valjanega silicijevega jekla 1,5 T. Prerez in prostornina jedra Lahko se zmanjša za več kot 23 % Dandanes se močnostni transformatorji z železnim jedrom tipa EI pogosto uporabljajo v napajalnikih polnilnikov mobilnih telefonov in gospodinjskih aparatov, včasih pa pride do pregrevanja. Jedro EI je sestavljeno iz luknjanih listov v obliki EI. Petina dolžine luknjanega lista v obliki črke E je pravokotna na vzdolžno smer (orientacijska smer). Da bi zdržali prečno magnetno polje, se običajno uporablja nenamerjeno hladno valjano silicijevo jeklo. Japonsko podjetje Kawasaki je v zadnjih letih razvilo hladno valjano silicijevo jeklo, usmerjeno v serijo RGE, ki se lahko uporablja za jedra EI. Debelina je 0,35 mm, vzdolžna magnetna gostota nasičenja je 1,80 ～ 1,90 T, magnetna gostota prečne nasičenosti je 1,825T in izguba P1,750 je 1,10 ～ 1,25 Wkg. Hkrati je izolacijski film razmeroma tanek in zmogljivost žigosanja dobra. Z njegovo pomočjo za izdelavo železovega jedra je delovna magnetna gostota lahko večja od 1,7T, kar je 15 % višja kot pri neusmerjenem hladno valjanem silicijevem jeklu. Jedro in prostornino jedra lahko zmanjšamo za več kot 15 % in izgubo močno zmanjšamo. , Pregrevanja ne bo več. Japonsko podjetje Kawasaki je razvilo tudi neusmerjeno hladno valjano jeklo z visoko nasičenostjo magnetne gostote. Debelina je 0,5 mm, vsebnost silicija je manjša od 1 %, 0,6 % in vsebnost aluminija je 0,3 %. Po dodajanju 0,52 % niklja, je nasičena magnetna gostota 1,96T. , Izguba P1.550 je 3Wkg. Če ga uporabimo kot jedro EI, je lahko delovna magnetna gostota tudi 1,7T, vendar so izgube razmeroma velike. Treba je omeniti, da: kot velik razred elektronskih transformatorjev lahko uporaba jedrnih materialov z visoko delovno magnetno gostoto zmanjša število obratov tuljave in zmanjša količino bakra, namesto da bi zmanjšala prerez in prostornino jedra. V primeru, da je cena bakrenega materiala veliko višja od cene materiala iz jedra, je to morda boljši načrt za izboljšanje zasnove. 1.2 Mehki feriti Mehki feriti so osnovni materiali, ki se pogosto uporabljajo v elektronskih transformatorjih v srednje in visokofrekvenčnih napajalnikih. V primerjavi s kovinskimi mehkimi magnetnimi materiali imajo mehki feriti nizko nasičeno magnetno gostoto, nizko prepustnost in Curiejevo temperaturo. Nizka je njegova glavna slabost. Zlasti kadar je Curiejeva temperatura nizka, se bo nasičena magnetna gostota Bs in izguba moči na enoto prostornine Pcv spreminjala s temperaturo. Temperatura se dvigne, Bs pade, Pcv začne padati in nato narašča, ko doseže dolinsko točko. Zato lahko v pogojih visokih temperatur, dokler B ohranja visoko raven, delovno magnetno gostoto Bm izberemo večjo, s čimer zmanjšamo število obratov tuljave, zmanjšamo količino uporabljenega bakra in stroške. Mehki feritni materiali z visoko temperaturo in visoko nasičenostjo z magnetno gostoto lahko tudi razširijo zgornjo temperaturno mejo elektronskih transformatorjev na 120 ali celo 150 prednosti. Na primer, visokofrekvenčni elektronski transformatorji v avtomobilski elektronski opremi morajo uporabljati visokotemperaturni mehki ferit z visoko nasičenostjo z magnetno gostoto za delo v visokotemperaturnih pogojih z velikimi spremembami zunanjih temperaturnih pogojev in toplote v strojnici. Kot mehki ferit MnZn za srednje in visokofrekvenčne elektronske transformatorje, ki ga zastopa podjetje TDK Japonske' s, je približno izkusil razvojni proces PC30 → PC40 → PC44 → PC50 → PC47 → PC95 → PC90. V preskusnih pogojih 100 ℃, 100 kHz in 200 mT se izguba moči na enoto prostornine zmanjšuje. Po podatkih, ki jih je podjetje objavilo aprila 2006, je PC30 600 mW / cm3; PC40 znaša 420 mW / cm3; PC44 znaša 340 mW / cm3; PC47 znaša 270 mW / cm3. Gostota nasičenega pretoka B pod 100 ugodnostmi, PC30, PC40 in PC44, pa je v bistvu 390 mT, PC47 je 410 mT, kar je daleč od teoretične vrednosti 600 mT in je ni mogoče šteti za pretok visoke temperature in visoke nasičenosti gostota materiala. V zadnjih letih je za konkurenco kovinskim mehkim magnetnim materialom pri uporabi elektronskih transformatorjev prišlo do vala razvoja visokotemperaturnih in visokonasičenih magnetnih gostot MnZn feritnih materialov. Podjetje FDK iz Japonske&# 39 je marca 2003 razvilo 4H visokotemperaturne in visokonasičene materiale z magnetno gostoto. Med njimi so B 4H45 in 4H47 520 mT in 530mT pri 25 ℃, 450mT in 470mT pri 100 ℃, toda pri 100 ℃ je izguba moči Pcv razmeroma velika, to je 450mW / cm3 in 650mW / cm3. Po poročilih je FDK v laboratorijskih pogojih razvil material 4H50. Bs pri 100 ° C je 490 mT, Pcv pa je precej velik pri 800 mW / cm3. Japonsko podjetje TDK je septembra 2004 razvilo material PC90. Pri 25 ℃ je Bs 540mT in Pcv 680 mW / cm3; pri 100 ℃ je Bs 450 mT in Pcv 320 mW / cm3, kar je višje od ravni materiala 4H45. Podjetje TOKIN je razvilo material BH3. Pri 25 ° C je njegov Bs 540 mT, Pcv pa 600 mW / cm3; pri 100 ° C je Bs 440 mT, Pcv pa 370 mW / cm3. NICERA je razvila material BM30 z Bs 540 mT in Pcv 720 mW / cm3 pri 25 ° C; pri 100 ° C, Bs 450 mT in Pcv 320 mW / cm3. Feritni material z visoko vsebnostjo železa in nizko cinkovim feritom, ki ga je razvila družba Hitachi Metals, Bs, je 563 mT pri 25 ℃; 560 mT pri 100 ℃, v bistvu nespremenjeno, 150 ℃ je 490 mT, toda pri 100 ℃, 100 kHz, V preskusnih pogojih 200 mT je Pcv 1700 mW / cm3, kar je previsoko in ga je treba izboljšati. Številna napajalna oprema ne zahteva le, da je elektronski transformator v delovnem stanju, to pomeni, da mora biti izguba pri visoki temperaturi majhna, ampak tudi v stanju pripravljenosti, to pomeni, da mora biti izguba pri normalni temperaturi majhna. Ti elektronski transformatorji lahko uporabljajo mehki ferit s široko temperaturo in nizko porabo energije. PC95, ki ga je razvil Japan' s TDK, je feritni material na visoki ravni s široko temperaturo, ki se je pojavil v zadnjih letih. Poraba energije Pcv je 350mW / cm3 pri 25 ° C, 280mW / cm3 pri 80 ° C, 290mW / cm3 pri 100 ° C, 350mW / cm3 pri 120 ° C in nasičena magnetna gostota 410mT pri 100 ° C. V zadnjih letih je bila razvita vrsta visoko prepustnih μ mehkih feritnih materialov. Uporabljajo se kot impulzni transformatorji v elektronski napajalni opremi. Prepustnost μ mora biti razmeroma visoka. Obstaja H5C3 iz TDK, ki ima μ 15 000 ± 30. %, H5C5, μ je 30 000 ± 30 %. Za EPCOS' s T56 je μ 20000 ± 30 %. Za filtriranje elektromagnetnih motenj so potrebne dobre frekvenčne lastnosti prepustnosti. TDK HS52, μ je 5 500 ± 25 % HS72, μ je 7 500 ± 25 % HS10, μ je 10000 ± 25 %. HITACHI-jev MP15T ima μ 15000 ± 25 % in lahko deluje pod 500kHz. Za enosmerno filtriranje so potrebne dobre enosmerne lastnosti superpozicije. TDK' s DN45, μ je 4500 ± 25 %, delovna temperatura je 0 ～ 70 ℃ in izboljšan DNW45, μ je 4 200 ± 25 %, delovna temperatura je -40 ℃ ～ +85 ℃, Kawasakijev SK-202G, delovna temperatura -40 ℃ ～ +85 ℃, μ je 4300 ± 25 % in materiali z visoko nasičenostjo z magnetno gostoto in visoko prepustnostjo, kot je TD50 DN50, μ je 5 200 ± 20 % , Bs je 550 mT pri 25 ℃, 380 mT pri 100 ℃, Curiejeva temperatura Tc≥210 ℃. 1.3 Amorfne in nanokristalne zlitine Od začetka leta 2005 je cena usmerjenih hladno valjanih trakov iz silicijevega jekla zaradi neravnovesja v domači ponudbi in povpraševanju po usmerjenih hladno valjanih trakovih iz silicijevega jekla hitro narasla in zdaj presegla ceno trakovi iz amorfne zlitine na osnovi železa. V sedanjih tržnih pogojih cen zamenjava usmerjenega hladno valjanega silicijevega jekla z amorfnimi zlitinami na osnovi železa na področju energetskih frekvenčnih transformatorjev ni več le mogoča stvar, temveč je postala resničnost. V industriji močnostnih transformatorjev so proizvajalci distribucijskih transformatorjev preusmerili jedro materialov iz usmerjenega hladno valjanega silicijevega jekla v amorfne zlitine na osnovi železa. Hkrati je od 1. julija 2006 veljal obvezni nacionalni standard" Omejene vrednosti energetske učinkovitosti in vrednotenja varčevanja z energijo za distribucijske transformatorje" je bil formalno izveden, kar je nadalje spodbujalo uporabo amorfnih zlitin na osnovi železa namesto usmerjenega hladno valjanega silicijevega jekla v distribucijskih transformatorjih. vzpon. Tako kot distribucijski transformatorji bo tudi zamenjava usmerjenega hladno valjanega silicijevega jekla z amorfnimi zlitinami na osnovi železa v močnostnih transformatorjih pomemben nov razvoj elektronskih transformatorjev v napajalnikih. zakaj? Razlog je razviden iz primerjave tehničnih in ekonomskih kazalnikov usmerjenega hladno valjanega silicijevega jekla in amorfne zlitine na osnovi železa v tabeli 1. Srednje usmerjeno hladno valjano silicijevo jeklo v tabeli 1 ima visoko magnetno indukcijo 23R100 in magnetno domenska obdelava 23R085, proizvedena na Japonskem, za primere pa vsebuje amorfno zlitino na osnovi železa domačo 1K101 in Metglas 2605SA1, ki jo proizvaja Hitachi, kot je razvidno iz tabele 1. Predstavljene so naslednje značilnosti. [align = center] Tabela 1 Primerjava tehničnih in ekonomskih kazalnikov med usmerjenim hladno valjanim silicijevim jeklom in amorfnimi zlitinami na osnovi železa [/ align] (1) Nasičena magnetna gostota B amorfnih zlitin na osnovi železa je manjša kot pri siliciju jekla, vendar je pri enaki delovni magnetni gostoti Bm (na primer 1,4T) manjša izguba manjša kot pri silicijevem jeklu. Delovna magnetna gostota Bm amorfne zlitine na osnovi železa je 1,40 ～ 1,45T za enofazni transformator in 1,35 ～ 1,40T za trifazni transformator. Delovna magnetna gostota Bm silicijevega jekla je 1,70 T za enofazni transformator in 1,65 ～ 1,70 T za trifazni transformator. Teža amorfne zlitine na osnovi železa za močnostni frekvenčni transformator enake zmogljivosti je približno 120 % iz silicijevega jekla. (2) Faktor polnjenja amorfnih zlitin na osnovi železa je 0,85 za doma proizvedene 1K101 in 0. {{356}}. 90 za Metglas 2605SA1, ki jo proizvaja Hitachi, nekateri pa so dosegli 0,93. Če primerjamo 0. {{363}} z 0,945 silicijevega jekla, je volumen jedra amorfne zlitine na osnovi železa približno enak 110 % silicijevega jekla. (3) Enota izgube teže amorfne zlitine na osnovi železa v pogojih 1,4T in 50Hz je P1,450, kar je samo 26,4 % do 43 % silicijevega jekla, kar lahko znatno zmanjša ogrevanje jedra. Pod enakimi pogoji odvajanja toplote lahko transformatorji moči iz amorfne zlitine na osnovi železa zmanjšajo izgubo bakra in zmanjšajo bakrene materiale kot transformatorji silicijevega jekla. Pod pogojem, da so cene materialov iz bakra višje od cen materialov iz železa, je uporaba te sheme učinkovit ukrep za zmanjšanje stroškov. Omeniti velja, da se izguba na enoto teže P1.450 preskuša pod napetostjo sinusnega valovanja z popačenjem manj kot 2 %. Dejanska frekvenčna mreža je popačena na 5 % Enota izgube teže pri tem izkrivljanju je P1.450, silicijevo jeklo je 123 % P1.450 in amorfna zlitina na osnovi železa je 106 % P1.450. V tem času je P1.450 amorfne zlitine na osnovi železa samo silicijevo jeklo. 22,7 % ～ 37 % skupnega števila. (4) Trenutna cena silicijevega jekla je bila odvzeta iz tržne cene jekla v določenem kraju v Guangdongu sredi avgusta 2006, trenutna cena uvoženih amorfnih zlitin na osnovi železa pa je bila julija 2006 vzeta iz japonske Hitachi 2,85 USD za kilogram. Menjalni tečaj RMB je 22,8 juana kg, plus tarife in davek na dodano vrednost pa 28 juanov kg. Trenutna cena domačih amorfnih zlitin na osnovi železa je ocena, ki se nekoliko razlikuje od navedene cene proizvodne enote. (5) Temperatura žarjenja amorfnih zlitin na osnovi železa je nižja kot temperatura silicijevega jekla, z manj časa in manjšo porabo energije. Dodatni stroški obdelave za izdelavo železnih jeder bi morali biti nižji od stroškov silicijevega jekla. Trakove amorfne zlitine na osnovi železa je mogoče predelati v navita toroidna jedra, prekrivajoča se pravokotna jedra in odprta jedra v obliki črke C. V devetdesetih letih je Japonska za obdelavo jeder EI uporabila več plasti vezanih trakov iz amorfne zlitine na osnovi železa, vendar so bili dodatni stroški obdelave visoki in izgube jedra so se povečale. Kasneje ustreznega poročila ni bilo. Zdaj lahko debelina raziskovane amorfne zlitine doseže milimeter in centimeter. Če ga damo v proizvodnjo, ga lahko predelamo v jedro EI, kot je silicijevo jeklo. Združevanje zgornjih dejavnikov, v obroču in C