Noen nye utviklingstrekk innen elektroniske transformatorer i strømforsyninger

Innledning De siste årene har prisene på kjernematerialer og ledende materialer brukt i elektroniske transformatorer i strømforsyninger fortsatt å øke, og oppstrøms råvarer har dannet et selgermarked &. Som en strømbruker av nedstrøms elektroniske transformatorer, kan de velge og kjøpe på global skala for å danne et kjøpermarked&# 39. I midtposisjonen til den elektroniske transformatorindustrien, bare ved å ta veien for teknologisk innovasjon, kan vi bli kvitt dette dilemmaet av sinne i begge ender. Imidlertid er teknologisk innovasjon vanskeligere i den modne elektroniske transformatorindustrien. Men hver liten koblingsforbedring kan gi nye ideer og nye produkter. Derfor introduserer denne artikkelen noen nye utviklinger innen elektroniske transformatorer i strømforsyninger de siste årene fra fire aspekter: nye materialer, nye strukturer, nye prinsipper og nye produkter, for lesere' henvisning. Rett meg hvis det er upassende. Tar veien for teknologisk innovasjon, må vi alltid huske formålet som skal oppnås. Den elektroniske transformatoren i strømforsyningen, som alle produkter som en vare, utfører enhver teknologisk innovasjon, og må utføre spesifikke funksjoner under spesifikke bruksforhold, og oppnå det beste ytelses-til-pris-forholdet. De nåværende kraftproduktene er generelt preget av å være &, lett, tynn, kort og liten &; mot miniatyrisering og bærbarhet. Elektroniske transformatorer må tilpasse seg volum- og vektbehovet til kraftprodukter som brukere. Samtidig har prisene på råvarer (kjernematerialer og ledende materialer) for elektroniske transformatorer steget. Derfor, hvordan man reduserer volum og vekt, og hvordan man kan redusere kostnadene, har blitt hovedretningen for utviklingen av elektroniske transformatorer de siste årene. 1. Nye materialer 1.1 Silisiumstål Silisiumstål er et kjernemateriale som er mye brukt i elektroniske transformatorer i industrielle frekvensstrømforsyninger. For å redusere mengden kjerne i elektroniske transformatorer, må arbeidsmagnetisk fluksdensitet (arbeidsmagnetisk tetthet) av silisiumstål økes. Arbeidsmagnetisk tetthet av silisiumstål bestemmes av både metningens magnetiske flytdensitet og tapet. Fordi effektivitet er en viktig ytelsesindeks for elektroniske transformatorer, krever mange kraftprodukter nå tap av standby for å spare energi. Kjernetapet til den elektroniske transformatoren er hovedkomponenten i standbytapet, derfor stilles det klare og strenge krav til effektiviteten eller tapet av den elektroniske transformatoren. De siste årene har prisen på orientert og ikke-orientert kaldvalset silisiumstål steget. Sammenlignet med kjerner av R-type, CD-type og EI-type, kan spiralformede toroidkjerner lagre mer enn 20 % av kjernematerialkostnaden på grunn av mindre forbruk av materialer. Omfanget av bruk i transformatoren. Den sårede toroidekjernen kan gi full spill til ytelsen til orientert kaldvalset silisiumstål. Sammenlignet med ikke-orientert kaldvalset stål er arbeidsmagnetisk tetthet mye høyere. På samme tid, i motsetning til jernkjerner av R-type, CD-type og EI-type, kan silisiumstålmaterialer utnyttes fullt ut, det blir ikke hjørneavfall, og materialutnyttelsesgraden kan nå mer enn 98 %. De siste årene har det vært betydelig forbedring i kaldvalset silisiumstål. Det innenlandske produserte 0,23 mm orienterte kaldvalsede silisiumstål av 23Q110 har en fungerende magnetisk flytdensitet på 1,7 T og 50 Hz, og enhetens vekttap er 1,10 Wkg. 0,23 mm tykkelsesorientert kaldvalset silisiumstål P1.750 produsert i Japan er 0.88Wkg. Etter at overflatebehandlingen av silisiumstålbånd er belagt med strekkbelegg, synker P1.750 til 0,7Wkg. Ved å endre annealingprosessen for å avgrense de magnetiske domenene, synker P1.750 til 0,55 ～ 0,45Wkg, som er mye lavere enn det 0,35 mm tykke, ikke-orienterte kaldvalsede silisiumstål med en arbeidsmagnetisk tetthet på 1,5T og 50Hz (P1. 550) på 2Wkg. Under forutsetning av å sikre det samme tapet, kan den magnetiske tettheten på 0,23 mm tykkelsesorientert kaldvalset silisiumstål nå 1,85T. Hvis den er valgt for å behandle den toroidkjernen, er den 1,23 ganger høyere enn den magnetiske arbeidsdensiteten til ikke-orientert kaldvalset silisiumstål 1,5 T. Kjernedelen og volumet Den kan reduseres med mer enn 23 %. I dag brukes EI-type jernkjerneeffektfrekvensstrømstransformatorer mye i strømadaptere til mobiltelefonladere og husholdningsapparater, og noen ganger oppstår overoppheting. EI-kjernen består av EI-formede utstansede ark. En femtedel av lengden på det E-formede utstansede arket er vinkelrett på lengderetningen (orienteringsretning). For å tåle det tverrgående magnetfeltet brukes vanligvis ikke-orientert kaldvalset silisiumstål. De siste årene har Japans Kawasaki Company utviklet RGE-serien orientert kaldvalset silisiumstål som kan brukes til EI-kjerner. Tykkelsen er 0,35 mm, den langsgående metningens magnetiske tetthet er 1,80 ～ 1,90 T, den laterale metningens magnetiske tetthet er 1,825T, og tapet P1,750 er 1,10 ～ 1,25Wkg. Samtidig er isolasjonsfilmen relativt tynn, og stemplingytelsen er god. Ved å bruke den til å lage jernkjernen, kan den magnetiske arbeidsdensiteten være mer enn 1,7 T, som er 15 % høyere enn for ikke-orientert kaldvalset silisiumstål. Kjerneseksjonen og volumet kan reduseres med mer enn 15 %, og tapet reduseres kraftig. , Det blir ikke mer overoppheting. Japans Kawasaki Company har også utviklet et ikke-orientert kaldvalset stål med magnetisk tetthet med høy metning. Tykkelsen er 0,5 mm, silisiuminnholdet er mindre enn 1 %, 0,6 %, og aluminiuminnholdet er 0,3 %. Etter å ha lagt til 0,52 % metning magnetisk tetthet er 1,96T. , Tapet P1.550 er 3Wkg. Ved å bruke det som et EI-kjernemateriale kan den magnetiske arbeidsdensiteten også være 1,7 T, men tapet er relativt stort. Det er verdt å merke seg at: som en stor klasse av elektroniske transformatorer kan bruk av kjernematerialer med høy magnetisk tetthet arbeide redusere antall spoler og redusere mengden kobber, i stedet for å redusere kjerneseksjonen og volumet. Under den situasjonen at prisen på kobbermateriale er mye høyere enn kjernematerialet, kan det være en bedre plan for forbedring av design. 1.2 Myke ferritter Myke ferritter er kjernematerialer som brukes mye i elektroniske transformatorer i mellom- og høyfrekvente strømforsyninger. Sammenlignet med metalliske myke magnetiske materialer har myke ferritter lav metning magnetisk tetthet, lav permeabilitet og Curie temperatur. Lav er dens største svakhet. Spesielt når Curie-temperaturen er lav, vil metningens magnetiske tetthet Bs og effekttapet per volumsenhet Pcv endre seg med temperaturen. Temperaturen stiger, Bs synker, Pcv begynner å synke, og stiger deretter etter å ha nådd dalpunktet. Derfor, under høye temperaturforhold, så lenge Bs holder et høyt nivå, kan den magnetiske tettheten Bm velges høyere, og derved redusere antall spolevendinger, redusere mengden kobber som brukes og kostnaden. Det myke ferrittmaterialet med høy temperatur og høy metning kan også utvide den øvre temperaturgrensen for elektroniske transformatorer til 120 eller til og med 150 fordeler. For eksempel må høyfrekvente elektroniske transformatorer i elektronisk bilutstyr bruke høy temperatur, myk ferrit med magnetisk tetthet med høy metning for å arbeide under høye temperaturforhold med store endringer i ytre temperaturforhold og varme i maskinrommet. Som en MnZn myk ferrit for middels og høyfrekvente elektroniske transformatorer, representert av Japan' s TDK-selskap, har den grovt opplevd utviklingsprosessen til PC30 → PC40 → PC44 → PC50 → PC47 → PC95 → PC90. Under testforholdene 100 ℃, 100 kHz og 200 mT fortsetter strømtapet per volumsenhet å synke. I følge dataene som ble utgitt av selskapet i april 2006, er PC30 600mW / cm3; PC40 er 420 mW / cm3; PC44 er 340 mW / cm3; PC47 er 270 mW / cm3. Metningstrømstettheten Bs under 100 fordeler, PC30, PC40 og PC44 er i utgangspunktet 390 mT, PC47 er 410 mT, noe som er langt fra den teoretiske verdien på 600 mT, og kan ikke betraktes som en høy temperatur og høy metningstrøm. tetthetsmateriale. De siste årene har det vært en bølge av utvikling av høy temperatur og høy metning magnetisk tetthet MnZn ferrittmaterialer for å konkurrere med myke metallmagnetiske materialer i applikasjonen av elektroniske transformatorer. Japan' s FDK-selskap utviklet 4H-serien av magnetiske tetthetsmaterialer med høy temperatur og høy metning i mars 2003. Blant dem er Bs på 4H45 og 4H47 520 mT og 530mT ved 25 ℃, 450 mT og 470 mT ved 100 ℃, men ved 100 ℃ er effekttapet Pcv relativt høyt, henholdsvis 450mW / cm3 og 650mW / cm3. Ifølge rapporter har FDK utviklet et 4H50-materiale under laboratorieforhold. Bs ved 100 ° C er 490 mT, men PC-en er ganske stor ved 800 mW / cm3. Japan TDK-selskap utviklet PC90-materiale i september 2004. På 25 ℃ er Bs 540mT og Pcv er 680 mW / cm3; ved 100 ℃ er Bs 450 mT og Pcv er 320mW / cm3, som er høyere enn 4H45 materialnivå. TOKIN-selskapet utviklet BH3-materialet. Ved 25 ° C er dens B 540 mT og Pcv er 600 mW / cm3; ved 100 ° C er Bs 440 mT og Pcv er 370 mW / cm3. NICERA har utviklet BM30-materialet, med Bs på 540 mT og Pcv på 720 mW / cm3 ved 25 ° C; ved 100 ° C, Bs på 450mT og Pcv på 320mW / cm3. Ferritmaterialet med høyt jern og lite sink utviklet av Hitachi Metals, Bs er 563 mT ved 25 ℃; 560 mT ved 100 ℃, i utgangspunktet uendret, 150 ℃ er 490 mT, men ved 100 ℃, 100 kHz, Under testtilstanden på 200 mT er Pcv 1700 mW / cm3, som er for høyt og trenger forbedring. Mange strømforsyningsutstyr krever ikke bare at den elektroniske transformatoren er i fungerende tilstand, det vil si at tapet skal være lite ved høy temperatur, men også i standby-tilstand, det vil si at tapet skal være lite ved normal temperatur. Disse elektroniske transformatorene kan bruke myk ferrit med bred temperatur og lavt strømforbruk. PC95 utviklet av Japan' s TDK er et høyt nivå ferritmateriale med høy temperatur som har dukket opp de siste årene. Strømforbruket Pcv er 350mW / cm3 ved 25 ° C, 280mW / cm3 ved 80 ° C, 290mW / cm3 ved 100 ° C, 350mW / cm3 ved 120 ° C, og metningens magnetiske tetthet på 410mT ved 100 ° C. De siste årene har en serie med høy permeabilitet μ myke ferrittmaterialer blitt utviklet. De brukes som pulstransformatorer i elektronisk kraftutstyr. Permeabiliteten μ kreves for å være relativt høy. Det er H5C3 fra TDK, som har en μ på 15 000 ± 30. %, H5C5, μ er 30 000 ± 30 %. For EPCOS' s T56, er μ 20000 ± 30 %. For filtrering av elektromagnetisk interferens kreves gode permeabilitetsfrekvensegenskaper. TDK HS52, μ er 5500 ± 25 %; HS72, μ er 7500 ± 25 %; HS10, μ er 10000 ± 25 %. HITACHIs MP15T har en μ på 15000 ± 25 % og kan fungere under 500 kHz. For DC-filtrering kreves gode DC-superposisjonsegenskaper. TDK' s DN45, μ er 4500 ± 25 %, driftstemperatur er 0 ～ 70 ℃, og forbedret DNW45, μ er 4 200 ± 25 %, driftstemperatur er -40 ℃ ～ +85 ℃, Kawasakis SK-202G, driftstemperatur -40 ℃ ～ +85 ℃, μ er 4300 ± 25 %, og høy metning magnetisk tetthet og høy permeabilitetsmaterialer, slik som TDKs DN50, μ er 5 200 ± 20 % , Bs er 550 mT ved 25 ℃, 380 mT ved 100 ℃, Curie temperatur Tc≥210 ℃. 1.3 Amorfe og nanokrystallinske legeringer Siden begynnelsen av 2005, på grunn av ubalansen i innenlandsk tilbud og etterspørsel etter orienterte kaldvalsede silisiumstrips, har prisen på orienterte kaldvalsede silisiumstålstriper steget raskt, og har nå oversteg prisen på jernbaserte amorfe legeringsstrimler. Under de nåværende markedsprisforholdene er ikke lenger erstatning av orientert kaldvalset silisiumstål med jernbaserte amorfe legeringer innen kraftfrekvensstrømstransformatorer bare en mulig ting, det har blitt en realitet. I krafttransformatorindustrien har distribusjonstransformatorprodusenter flyttet kjernematerialer fra orientert kaldvalset silisiumstål til jernbaserte amorfe legeringer. På samme tid, fra 1. juli 2006, ble den obligatoriske nasjonale standarden" Begrensede verdier av energieffektivitet og energibesparende evalueringsverdier for distribusjonstransformatorer" ble formelt implementert, noe som fremmer bruken av jernbaserte amorfe legeringer i stedet for orientert kaldvalset silisiumstål i distribusjonstransformatorer. opptur. I likhet med distribusjonstransformatorer vil erstatning av orientert kaldvalset silisiumstål med jernbaserte amorfe legeringer i kraftfrekvente krafttransformatorer bli en viktig ny utvikling innen elektroniske transformatorer i strømforsyninger. Hvorfor? Årsaken kan sees fra sammenligningen av tekniske og økonomiske indikatorer for orientert kaldvalset silisiumstål og jernbasert amorf legering i tabell 1. Det middels orienterte kaldvalsede silisiumstål i tabell 1 tar høy magnetisk induksjon 23R100 og magnetisk domenebehandling 23R085 produsert i Japan som eksempler, og den jernbaserte amorfe legeringen tar den innenlandske produserte 1K101 og Metglas 2605SA1 produsert av Hitachi som eksempler, som det fremgår av tabell 1. Følgende trekk er presentert. [align = center] Tabell 1 Sammenligning av tekniske og økonomiske indikatorer mellom orientert kaldvalset silisiumstål og jernbaserte amorfe legeringer [/ align] (1) Metningens magnetiske tetthet Bs av jernbaserte amorfe legeringer er lavere enn silisium stål, men med samme arbeidsmagnetiske tetthet Bm (for eksempel 1,4T) er lavere tap lavere enn silisiumstål. Arbeidsmagnetisk tetthet Bm av jernbasert amorf legering er 1,40 ～ 1,45T for enfasetransformator og 1,35 ～ 1,40T for trefasetransformator. Arbeidsmagnetisk tetthet Bm av silisiumstål er 1,70T for enfasetransformator og 1,65 ～ 1,70T for trefasetransformator. Vekten av jernbasert amorf legering for kraftfrekvenstransformator med samme kapasitet er omtrent 120 % av silisiumstål. (2) Fyllingsfaktoren for jernbaserte amorfe legeringer er 0,85 for hjemmeprodusert 1K101 og 0. {{356}}. 90 for Metglas 2605SA1 produsert av Hitachi, og noen har nådd 0,93. Hvis 0. {{363}} sammenlignes med 0,945 silisiumstål, er volumet av den jernbaserte amorfe legeringskjerne med samme vekt omtrent 110 % av silisiumstål. (3) Enhetens vekttap av jernbasert amorf legering under 1.4T og 50Hz betingelser er P1.450, som bare er 26.4 % til 43 % av silisiumstål, noe som kan redusere kjerneoppvarmingen betydelig. Under samme tap og de samme varmespredningsforholdene kan jernbaserte amorfe legeringseffektfrekvenstransformatorer redusere kobbertap og redusere kobbermaterialer enn silisiumståls kraftfrekvenstransformatorer. Under forutsetning av at prisen på kobbermaterialer er høyere enn prisen på jernmaterialer, er det en effektiv tiltak for å redusere kostnadene. Det er verdt å merke seg at tapet per vektenhet P1.450 testes under en sinusbølgespenning med en forvrengning mindre enn 2 %. Det faktiske kraftfrekvensnettet er forvrengt til 5 %. Enhetens vekttap under denne forvrengningen er P1.450, silisiumstål er 123 % P1.450, og jernbasert amorf legering er 106 % P1.450. På dette tidspunktet er P1.450 av jernbasert amorf legering bare silisiumstål. 22.7 % ～ 37 % av totalen. (4) Den nåværende prisen på silisiumstål ble tatt fra markedsprisen på stål et bestemt sted i Guangdong i midten av august 2006, og den nåværende prisen på importerte jernbaserte amorfe legeringer ble hentet fra Japans Hitachi i juli 2006, med sitering USD 2,85 per kilo. RMB-valutakursen er 22,8 yuan kg, pluss toll og merverdiavgift er 28 yuan kg. Den nåværende prisen på innenlandske jernbaserte amorfe legeringer er et estimat, som er noe forskjellig fra den oppgitte prisen på produksjonsenheten. (5) Annealingstemperaturen til jernbaserte amorfe legeringer er lavere enn silisiumstål, med mindre tid og mindre energiforbruk. De ekstra prosesseringskostnadene for produksjon av jernkjerner bør være lavere enn silisiumstål. Jernbaserte amorfe legeringsstrimler kan bearbeides til svingete toroidale kjerner, overlappende rektangulære kjerner og åpne C-formede kjerner. På 1990-tallet brukte Japan flere lag med bondede jernbaserte amorfe legeringsstrimler for å behandle EI-kjerner, men de ekstra prosesseringskostnadene var høye og kjernetapene økte. Senere var det ingen relevant rapport. Nå kan tykkelsen på den store amorfe legeringen som studeres nå millimeter- og centimeternivået. Hvis den blir satt i produksjon, kan den behandles til en EI-kjerne som silisiumstål. Kombinere de ovennevnte faktorene, i ringen og C