Niektoré novinky v oblasti elektronických transformátorov v napájacích zdrojoch

Úvod V posledných rokoch ceny základných materiálov a vodivých materiálov používaných v elektronických transformátoroch v napájacích zdrojoch naďalej rástli a vstupné suroviny vytvorili trh predajcu&# 39. Ako energetický užívateľ nadväzujúcich elektronických transformátorov si môže vyberať a nakupovať v globálnom meradle a vytvárať tak trh kupujúceho&# 39. Na strednej pozícii v priemysle elektronických transformátorov sa iba touto cestou technologických inovácií môžeme zbaviť tejto dilemy hnevu na oboch koncoch. V priemysle vyspelých elektronických transformátorov sú však technologické inovácie ťažšie. Ale každé vylepšenie malého odkazu môže priniesť nové nápady a nové produkty. Preto tento článok predstavuje pre čitateľov nový vývoj v oblasti elektronických transformátorov v napájacích zdrojoch v posledných rokoch zo štyroch aspektov: nové materiály, nové štruktúry, nové princípy a nové produkty pre čitateľov' odkaz. Ak existuje nejaká nevhodnosť, opravte ma. Pri ceste technologickými inováciami si musíme vždy pamätať na účel, ktorý sa má dosiahnuť. Elektronický transformátor v napájacom zdroji, podobne ako všetky výrobky ako komodita, vykonáva akékoľvek technologické inovácie a musí vykonávať špecifické funkcie za konkrétnych podmienok použitia, pričom sa musí usilovať o najlepší pomer ceny a výkonu. Súčasné energetické výrobky sa všeobecne vyznačujú tým, že sú&"; ľahké, tenké, krátke a malé &"; smerom k miniaturizácii a prenosnosti. Elektronické transformátory sa musia prispôsobiť požiadavkám na objem a hmotnosť energetických výrobkov ako používateľov. Zároveň vzrástli ceny surovín (základné materiály a vodivé materiály) pre elektronické transformátory. Preto sa spôsob, ako znížiť objem a hmotnosť a ako znížiť náklady, stal v posledných rokoch hlavným smerom vývoja elektronických transformátorov. 1. Nové materiály 1.1 Kremíková oceľ Kremíková oceľ je jadrový materiál, ktorý sa často používa v elektronických transformátoroch v priemyselných zdrojoch frekvencie. Aby sa znížilo množstvo jadra v elektronických transformátoroch, musí sa zvýšiť hustota pracovného magnetického toku (pracovná magnetická hustota) kremíkovej ocele. Pracovná magnetická hustota kremíkovej ocele je určená ako saturačnou hustotou magnetického toku, tak aj stratou. Pretože účinnosť je dôležitým indexom výkonu elektronických transformátorov, mnoho energetických výrobkov vyžaduje z dôvodu úspory energie stratu v pohotovostnom režime. Strata v jadre elektronického transformátora je hlavnou zložkou straty v pohotovostnom režime, preto sa kladú jasné a prísne požiadavky na účinnosť alebo stratu elektronického transformátora. V posledných rokoch vzrástla cena orientovanej a neorientovanej za studena valcovanej kremíkovej ocele. V porovnaní s jadrami typu R, CD a EI môžu vinuté toroidné jadrá ušetriť viac ako 20 % nákladov na jadrový materiál v dôsledku menšej spotreby materiálov. Rozsah použitia v transformátore. Navinuté toroidné jadro môže plne hrať výkonnosť orientovanej za studena valcovanej kremíkovej ocele. V porovnaní s neorientovanou oceľou valcovanou za studena je pracovná magnetická hustota oveľa vyššia. Súčasne, na rozdiel od železných jadier typu R, CD a EI, môžu byť materiály z kremíkovej ocele plne využité, nebude tam žiadny rohový odpad a miera využitia materiálu môže dosiahnuť viac ako 98 %. V posledných rokoch došlo k výraznému zlepšeniu v oblasti za studena valcovanej orientovanej kremíkovej ocele. Domáce vyrábaná 0,23 mm za studena valcovaná kremíková oceľ 23Q110 má pracovnú hustotu magnetického toku 1,7 T a 50 Hz a úbytok hmotnosti je 1,10 Wkg. Silikónová oceľ P1.750 valcovaná za studena s hrúbkou 0,23 mm vyrobená v Japonsku je 0,88 Wkg. Po povrchovej úprave pásu z kremíkovej ocele potiahnutým ťahom klesne P1 750 na 0,7 Wkg. Zmena procesu žíhania na zdokonalenie magnetických domén klesne P1,750 na 0,55 ～ 0,45 Wkg, čo je oveľa menej ako 0,35 mm hrubá neorientovaná za studena valcovaná kremíková oceľ pri pracovnej magnetickej hustote 1,5 T a 50 Hz (P1. 550) 2 Wkg. Za podmienky zabezpečenia rovnakej straty môže pracovná magnetická hustota za studena valcovanej kremíkovej ocele orientovanej na hrúbku 0,23 mm dosiahnuť 1,85T. Ak je zvolený na spracovanie toroidného jadra, je 1,23-krát vyšší ako pracovná magnetická hustota neorientovanej kremíkovej ocele valcovanej za studena 1,5 T. Prierez a objem jadra je možné zmenšiť o viac ako 23 %. V súčasnosti sa železné výkonové transformátory so železným jadrom typu EI široko používajú v napájacích adaptéroch nabíjačiek mobilných telefónov a domácich spotrebičov a niekedy dochádza k ich prehriatiu. Jadro EI je tvorené dierovanými plechmi v tvare EI. Jedna pätina dĺžky dierovaného plechu v tvare E je kolmá na pozdĺžny smer (smer orientácie). Na vydržanie priečneho magnetického poľa sa všeobecne používa neorientovaná kremíková oceľ valcovaná za studena. V posledných rokoch vyvinula japonská spoločnosť Kawasaki Company silikónovú oceľ valcovanú za studena série RGE, ktorú je možné použiť pre jadrá EI. Hrúbka je 0,35 mm, pozdĺžna magnetická hustota nasýtenia je 1,80 ～ 1,90 T, magnetická hustota bočnej nasýtenosti je 1,825T a strata P1,750 je 1,10 W 1,25 Wkg. Zároveň je izolačná fólia pomerne tenká a lisovací výkon je dobrý. Pri jeho použití na výrobu železného jadra môže byť pracovná magnetická hustota vyššia ako 1,7 T, čo je 15 % vyššia ako u neorientovanej kremíkovej ocele valcovanej za studena. Sekciu jadra a objem je možné znížiť o viac ako 15 % a strata sa výrazne zníži. , Už nebude dochádzať k prehrievaniu. Japonská spoločnosť Kawasaki tiež vyvinula neorientovanú oceľ valcovanú za studena s vysokou magnetickou hustotou nasýtenia. Hrúbka je 0,5 mm, obsah kremíka je menej ako 1 %, 0,6 % a obsah hliníka je 0,3 %. Po pridaní 0,52 % nikel, saturačná magnetická hustota je 1,96T. , Strata P1,550 je 3Wkg. Pri použití ako materiál jadra EI môže byť pracovná magnetická hustota tiež 1,7 T, ale strata je pomerne veľká. Stojí za zmienku, že: ako veľká trieda elektronických transformátorov môže použitie materiálov jadra s vysokou pracovnou magnetickou hustotou znížiť počet závitov cievky a znížiť množstvo medi namiesto toho, aby sa zmenšil prierez a objem jadra. Za situácie, že cena medeného materiálu je oveľa vyššia ako cena jadrového materiálu, môže to byť lepší plán vylepšenia dizajnu. 1.2 Mäkké ferity Mäkké ferity sú základné materiály, ktoré sa často používajú v elektronických transformátoroch v stredno- a vysokofrekvenčných zdrojoch napájania. V porovnaní s kovovými mäkkými magnetickými materiálmi majú mäkké ferity nízku hustotu magnetickej hustoty, nízku permeabilitu a Curieovu teplotu. Nízka je jeho hlavná slabina. Najmä keď je Curieova teplota nízka, magnetická hustota nasýtenia Bs a strata výkonu na jednotku objemu Pcv sa budú s teplotou meniť. Teplota stúpa, Bs klesá, Pcv začína klesať a potom stúpa po dosiahnutí bodu údolia. Preto za vysokých teplotných podmienok, pokiaľ si B udržiava vysokú hladinu, možno zvoliť vyššiu pracovnú magnetickú hustotu Bm, čím sa zníži počet závitov cievky, zníži sa množstvo použitej medi a náklady. Mäkký feritový materiál s vysokou teplotou a vysokou saturáciou magnetickej hustoty môže tiež rozšíriť horný teplotný limit elektronických transformátorov na 120 alebo dokonca 150 výhod. Napríklad vysokofrekvenčné elektronické transformátory v elektronických zariadeniach pre automobily musia používať vysokoteplotný mäkký ferit s vysokou saturáciou magnetickej hustoty, aby mohli pracovať za vysokých teplôt s veľkými zmenami vonkajších teplotných podmienok a tepla v strojovni. Ako mäkký ferit MnZn pre stredné a vysokofrekvenčné elektronické transformátory, zastúpený japonskou spoločnosťou' s TDK, prešiel zhruba vývojovým procesom PC30 → PC40 → PC44 → PC50 → PC47 → PC95 → PC90. Za testovacích podmienok 100 ℃, 100kHz a 200mT sa strata energie na jednotku objemu stále znižuje. Podľa údajov zverejnených spoločnosťou v apríli 2006 je PC30 600 mW / cm3; PC40 je 420 mW / cm3; PC44 je 340 mW / cm3; PC47 je 270 mW / cm3. Avšak hustota toku saturácie Bs pod 100 výhod, PC30, PC40 a PC44, je v zásade 390 mT, PC47 je 410 mT, čo je ďaleko od teoretickej hodnoty 600 mT, a nemožno ju považovať za tok s vysokou teplotou a vysokou saturáciou hustota materiálu. V posledných rokoch došlo k vlne vývoja feritových materiálov s vysokou teplotou a vysokou saturáciou magnetickej hustoty MnZn, aby mohli konkurovať kovovým mäkkým magnetickým materiálom pri aplikácii elektronických transformátorov. Japonská spoločnosť' FDK vyvinula v marci 2003 sériu 4H materiálov s vysokou teplotou a vysokou saturáciou magnetickej hustoty. Medzi nimi Bs 4H45 a 4H47 sú 520 mT a 530mT pri 25 ℃, 450mT a 470mT pri 100 But, ale pri 100 ℃ je strata výkonu Pcv relatívne vysoká, respektíve 450 mW / cm3 a 650 mW / cm3. Podľa správ spoločnosť FDK vyvinula materiál 4H50 v laboratórnych podmienkach. Bs pri 100 ° C je 490 mT, ale Pcv je dosť veľký pri 800 mW / cm3. Japonská spoločnosť TDK vyvinula materiál PC90 v septembri 2004. Pri 25 ° C je Bs 540 mT a Pcv 680 mW / cm3; pri 100 ° C je Bs 450 mT a Pcv je 320 mW / cm3, čo je viac ako úroveň materiálu 4H45. Spoločnosť TOKIN vyvinula materiál BH3. Pri 25 ° C je jeho Bs 540 mT a Pcv je 600 mW / cm3; pri 100 ° C je Bs 440 mT a Pcv je 370 mW / cm3. NICERA vyvinula materiál BM30 s Bs 540 mT a Pcv 720 mW / cm3 pri 25 ° C; pri 100 ° C, Bs 450 mT a Pcv 320 mW / cm3. Feritový materiál s vysokým obsahom železa a nízkym obsahom zinku vyvinutý spoločnosťou Hitachi Metals, Bs, je 563 mT pri 25 ℃; 560 mT pri 100 ℃, v podstate nezmenené, 150 ℃ je 490 mT, ale pri 100 ℃, 100 kHz. Pri testovacej podmienke 200 mT je Pcv 1700 mW / cm3, čo je príliš veľa a je potrebné ho vylepšiť. Mnoho napájacích zariadení vyžaduje nielen to, aby bol elektronický transformátor v prevádzkovom stave, to znamená, že strata by mala byť malá pri vysokej teplote, ale aj v pohotovostnom stave, to znamená, že strata by mala byť malá pri normálnej teplote. Tieto elektronické transformátory môžu používať mäkký ferit so širokou teplotou a nízkou spotrebou energie. PC95 vyvinutý japonským' s TDK je vysokoúrovňový širokoteplotný feritový materiál, ktorý sa objavil v posledných rokoch. Spotreba energie Pcv je 350 mW / cm3 pri 25 ° C, 280 mW / cm3 pri 80 ° C, 290 mW / cm3 pri 100 ° C, 350 mW / cm3 pri 120 ° C a magnetická hustota nasýtenia 410 mT pri 100 ° C. V posledných rokoch bola vyvinutá séria materiálov s vysokou permeabilitou mäkkých feritov μ. Používajú sa ako impulzné transformátory v elektronických energetických zariadeniach. Je potrebné, aby bola permeabilita μ relatívne vysoká. Existuje H5C3 od TDK, ktorý má μ 15 000 ± 30. %, H5C5, μ je 30 000 ± 30 %. Pre EPCOS' s T56 je μ 20000 ± 30 %. Na filtrovanie elektromagnetického rušenia sa vyžadujú dobré frekvenčné charakteristiky priepustnosti. TDK HS52, μ je 5 500 ± 25 %; HS72, μ je 7 500 ± 25 %; HS10, μ je 10 000 ± 25 %. MP15T od spoločnosti HITACHI má μ 15000 ± 25 % a môže pracovať pod 500 kHz. Pre jednosmerné filtrovanie sú potrebné dobré superpozičné charakteristiky jednosmerného prúdu. TDK' s DN45, μ je 4500 ± 25 %, prevádzková teplota je 0 ～ 70 ℃ a vylepšená DNW45, μ je 4 200 ± 25 %, prevádzková teplota je -40 ℃ ～ +85 ℃, Kawasaki's SK-202G, prevádzková teplota -40 ℃ ～ +85 ℃, μ je 4300 ± 25 % a vysoká magnetická hustota nasýtenia a materiály s vysokou permeabilitou, ako napríklad TDK DN50, μ je 5 200 ± 20 % , Bs je 550 mT pri 25 ° C, 380 mT pri 100 ° C, Curieho teplota Tc≥210 ° C. 1.3 Amorfné a nanokryštalické zliatiny Od začiatku roku 2005 v dôsledku nerovnováhy domácej ponuky a dopytu po orientovaných pásoch zo silikónovej ocele valcovaných za studena cena orientovaných pásov zo silikónovej ocele valcovaných za studena rýchlo vzrástla a teraz prevyšovala cenu pásy z amorfnej zliatiny na báze železa. Za súčasných podmienok trhových cien nahradenie orientovanej za studena valcovanej kremíkovej ocele amorfnými zliatinami na báze železa v oblasti výkonových kmitočtov výkonových transformátorov už nie je iba možnou vecou, ​​stalo sa realitou. V priemysle energetických transformátorov presunuli výrobcovia distribučných transformátorov základné materiály z orientovanej za studena valcovanej kremíkovej ocele na amorfné zliatiny na báze železa. Zároveň od 1. júla 2006 začala platiť povinná národná norma&„Limited Values ​​of Energy Efficiency and Energy Conservation Evaluation Values ​​for Distribution Transformers &“; , ktorá ďalej podporovala použitie amorfných zliatin na báze železa namiesto orientovanej za studena valcovanej kremíkovej ocele v distribučných transformátoroch. vzostup. Rovnako ako distribučné transformátory, aj nahradenie orientovanej za studena valcovanej kremíkovej ocele amorfnými zliatinami na báze železa vo výkonových transformátoroch s vysokou frekvenciou sa stane hlavným novým vývojom v oblasti elektronických transformátorov v napájacích zdrojoch. prečo? Dôvod je zrejmý z porovnania technických a ekonomických ukazovateľov orientovanej za studena valcovanej kremíkovej ocele a amorfnej zliatiny na báze železa v tabuľke 1. Stredne orientovaná za studena valcovaná kremíková oceľ v tabuľke 1 vykazuje vysokú magnetickú indukciu 23R100 a magnetickú ako príklad je uvedená doménová úprava 23R085 vyrobená v Japonsku a ako amorfná zliatina na báze železa je tu uvedená domáca výroba 1K101 a Metglas 2605SA1 vyrábané spoločnosťou Hitachi, ako je zrejmé z tabuľky 1. Uvádzame nasledujúce vlastnosti. [align = center] Tabuľka 1 Porovnanie technických a ekonomických ukazovateľov medzi orientovanou za studena valcovanou kremíkovou oceľou a amorfnými zliatinami na báze železa [/ align] (1) Saturačná magnetická hustota Bs amorfných zliatin na báze železa je nižšia ako hustota kremíka oceľ, ale pri rovnakej pracovnej magnetickej hustote Bm (napríklad 1,4T) sú nižšie straty nižšie ako v prípade kremíkovej ocele. Pracovná magnetická hustota Bm amorfnej zliatiny na báze železa je 1,40 ～ 1,45T pre jednofázový transformátor a 1,35 ～ 1,40T pre trojfázový transformátor. Pracovná magnetická hustota Bm kremíkovej ocele je 1,70T pre jednofázový transformátor a 1,65 ～ 1,70T pre trojfázový transformátor. Hmotnosť amorfnej zliatiny na báze železa pre výkonový kmitočtový transformátor s rovnakou kapacitou je asi 120 % z kremíkovej ocele. (2) Faktor plnenia amorfných zliatin na báze železa je 0,85 pre domácu výrobu 1K101 a 0. {{356}}. 90 pre Metglas 2605SA1 vyrábanú spoločnosťou Hitachi a niektoré dosiahli 0,93. Ak sa porovnáva 0. {{363}} s 0,945 kremíkovej ocele, objem jadra amorfnej zliatiny na báze železa s rovnakou hmotnosťou je asi 110 % z toho z kremíkovej ocele. (3) Jednotková strata hmotnosti amorfnej zliatiny na báze železa za podmienok 1,4 T a 50 Hz je P1,450, čo je iba 26,4 % do 43 % kremíkovej ocele, čo môže výrazne znížiť ohrev jadra. Za rovnakých strát a rovnakých podmienok odvodu tepla môžu výkonové frekvenčné transformátory na báze železa z amorfnej zliatiny znížiť straty medi a znížiť medené materiály ako výkonové frekvenčné transformátory z kremíkovej ocele. Pod podmienkou, že cena medených materiálov je vyššia ako cena železných materiálov, je prijatie tohto systému jedným z účinných opatrení na zníženie nákladov. Stojí za zmienku, že strata na jednotku hmotnosti P1,450 sa testuje pri sínusovom napätí so skreslením menším ako 2 %. Skutočná sieťová frekvencia napájania je skreslená na 5 %. Jednotková strata hmotnosti pri tomto skreslení je P1,450, kremíková oceľ je 123 % P1,450 a amorfná zliatina na báze železa je 106 % P1,450. V súčasnosti je P1,450 amorfnej zliatiny na báze železa iba kremíková oceľ. 22.7 % ～ 37 % z celkového počtu. (4) Aktuálna cena kremíkovej ocele bola prevzatá z trhovej ceny ocele na určitom mieste v Kuang-tungu v polovici augusta 2006 a súčasná cena dovážaných amorfných zliatin na báze železa bola prevzatá z japonského podniku Hitachi v júli 2006, citujúc 2,85 USD za kilogram. Výmenný kurz RMB je 22,8 juan kg, plus tarify a daň z pridanej hodnoty je 28 juan kg. Aktuálna cena domácich amorfných zliatin na báze železa je odhad, ktorý sa trochu líši od kótovanej ceny výrobnej jednotky. (5) Teplota žíhania amorfných zliatin na báze železa je nižšia ako teplota kremíkovej ocele s kratším časom a menšou spotrebou energie. Dodatočné náklady na spracovanie pri výrobe železných jadier by mali byť nižšie ako náklady na kremíkovú oceľ. Pásy z amorfnej zliatiny na báze železa je možné spracovať na navíjanie toroidných jadier, prekrývajúcich sa obdĺžnikových jadier a otvorených jadier v tvare C. V 90. rokoch minulého storočia Japonsko použilo na spracovanie jadier EI niekoľko vrstiev lepených pásov amorfnej zliatiny na báze železa, ale dodatočné náklady na spracovanie boli vysoké a straty jadra sa zvýšili. Neskôr neexistovala žiadna relevantná správa. Teraz môže hrúbka študovanej objemovej amorfnej zliatiny dosiahnuť úroveň milimetrov a centimetrov. Ak sa dostane do výroby, môže sa spracovať na jadro EI, ako je kremíková oceľ. Kombináciou vyššie uvedených faktorov, v kruhu a C