Neka nova dostignuća u elektroničkim transformatorima u napajanjima

Uvod Posljednjih godina cijene osnovnih materijala i provodnih materijala koji se koriste u elektroničkim transformatorima u napajanjima nastavili su rasti, a sirovine uzvodno formirale su tržište prodavača' Kao moćni korisnik elektroničkih transformatora nizvodno, mogu birati i kupovati na globalnoj razini kako bi formirali tržište kupaca' U srednjem položaju industrije elektroničkih transformatora, tek kretanjem putem tehnoloških inovacija, možemo se riješiti ove dileme bijesa na oba kraja. Međutim, u zreloj industriji elektroničkih transformatora tehnološke su inovacije teže. Ali svako poboljšanje male veze može donijeti nove ideje i nove proizvode. Stoga ovaj članak predstavlja nekoliko novih razvoja elektroničkih transformatora u napajanjima posljednjih godina s četiri aspekta: novi materijali, nove strukture, novi principi i novi proizvodi za čitatelje' referenca. Molim vas, ispravite me ako postoji nepravilnost. Krećući putem tehnoloških inovacija, uvijek se moramo sjetiti svrhe koju treba postići. Elektronički transformator u napajanju, kao i svi proizvodi kao roba, izvodi bilo kakvu tehnološku inovaciju i mora obavljati određene funkcije pod određenim uvjetima korištenja, vodeći se najboljim omjerom performansi i cijene. Trenutni proizvodi snage uglavnom se karakteriziraju time što su &, lagani, tanki, kratki i mali &; prema minijaturizaciji i prenosivosti. Elektronički transformatori moraju se prilagoditi potrebama za volumenom i težinom elektroenergetskih proizvoda kao korisnika. Istodobno su porasle cijene sirovina (osnovnih materijala i vodljivih materijala) za elektroničke transformatore. Stoga je posljednjih godina glavni smjer razvoja elektroničkih transformatora kako smanjiti volumen i težinu i kako smanjiti troškove. 1. Novi materijali 1.1 Silikonski čelik Silikonski čelik je osnovni materijal koji se široko koristi u elektroničkim transformatorima u industrijskim frekvencijskim napajanjima. Da bi se smanjila količina jezgre u elektroničkim transformatorima, mora se povećati radna gustoća magnetskog toka (radna magnetska gustoća) silicijskog čelika. Radna magnetska gustoća silicijskog čelika određena je i gustoćom zasićenog magnetskog toka i gubitkom. Budući da je učinkovitost važan indeks performansi elektroničkih transformatora, mnogim proizvodima napajanja sada je potreban gubitak u stanju pripravnosti kako bi uštedjeli energiju. Gubitak jezgre elektroničkog transformatora glavna je komponenta gubitka u stanju pripravnosti, stoga se postavljaju jasni i strogi zahtjevi u pogledu učinkovitosti ili gubitka elektroničkog transformatora. Posljednjih godina porasla je cijena orijentiranog i neorijentiranog hladno valjanog silicijskog čelika. U usporedbi s jezgrama tipa R, CD i tipa EI, namotane toroidalne jezgre mogu uštedjeti više od 20 % troškova osnovnog materijala zbog manje potrošnje materijala. Opseg upotrebe u transformatoru. Toroidna jezgra rane može dati punu izvedbu orijentiranom hladno valjanom silicijskom čeliku. U usporedbi s neorijentiranim hladno valjanim čelikom, radna magnetska gustoća je mnogo veća. Istodobno, za razliku od željeznih jezgri tipa R, CD i EI, materijali od silicijskog čelika mogu se u potpunosti iskoristiti, neće biti otpada u kutovima, a stopa iskorištavanja materijala može doseći više od 98 %. Posljednjih godina zabilježen je značajan napredak u hladno valjanom orijentiranom silicijskom čeliku. Domaće proizvedeni 0,23 mm orijentirani hladno valjani silicijski čelik od 23Q110 ima radnu gustoću magnetskog toka od 1,7 T i 50 Hz, a jedinični gubitak težine je 1,10 Wkg. Hladno valjani silicijski čelik P1.750 orijentiran na debljinu 0,23 mm proizveden u Japanu iznosi 0,88 Wkg. Nakon što je površinska obrada silicijske čelične trake presvučena zateznim premazom, P1.750 pada na 0,7 Wkg. Promjenom postupka žarenja radi pročišćavanja magnetskih domena, P1.750 pada na 0,55 ～ 0,45 Wkg, što je mnogo niže od 0,35 mm neorijentiranog hladno valjanog silicijskog čelika pri radnoj magnetskoj gustoći od 1,5T i 50Hz (P1. 550) od 2Wkg. Pod uvjetom da se osiguraju isti gubici, radna magnetska gustoća hladno valjanog silicijskog čelika orijentiranog na debljinu 0,23 mm može doseći 1,85 T. Ako se odabere za obradu toroidne jezgre, ona je 1,23 puta veća od radne magnetske gustoće neorijentiranog hladno valjanog silicijskog čelika 1,5 T. Presjek jezgre i volumen Može se smanjiti za više od 23 %. Danas se transformatori snage frekvencije napajanja od željezne jezgre tipa EI široko koriste u adapterima za napajanje punjača za mobilne telefone i kućanskih aparata, a ponekad se dogodi i pregrijavanje. Jezgra EI sastoji se od probušenih limova u obliku EI. Petina duljine probušenog lima u obliku slova E ortogonalna je uzdužnom smjeru (smjer orijentacije). Kako bi se izdržalo poprečno magnetsko polje, općenito se koristi neorijentirani hladno valjani silicijski čelik. Posljednjih godina japanska tvrtka Kawasaki razvila je hladno valjani silicijski čelik orijentiran na RGE seriju koji se može koristiti za EI jezgre. Debljina je 0,35 mm, uzdužna magnetska gustoća zasićenja je 1,80 ～ 1,90 T, magnetska gustoća bočnog zasićenja je 1,825 T, a gubitak P1 750 je 1,10 ～ 1,25 Wkg. Istodobno, izolacijski film je relativno tanak, a izvedba žigosanja dobra. Pomoću nje za izradu željezne jezgre radna magnetska gustoća može biti veća od 1,7T, što je 15 % viša od one kod neorijentiranog hladno valjanog silicijskog čelika. Odjeljak jezgre i volumen mogu se smanjiti za više od 15 %, a gubici su uvelike smanjeni. , Neće više biti pregrijavanja. Japanska tvrtka Kawasaki također je razvila neorijentirani hladno valjani čelik visoke magnetske gustoće zasićenja. Debljina je 0,5 mm, sadržaj silicija je manji od 1 %, 0,6 %, a aluminij 0,3 %. Nakon dodavanja 0,52 % nikla, magnetska gustoća zasićenja je 1,96T. , Gubitak P1.550 je 3Wkg. Koristeći ga kao materijal EI jezgre, radna magnetska gustoća također može biti 1,7T, ali gubitak je relativno velik. Vrijedno je napomenuti da: kao velika klasa elektroničkih transformatora, upotreba materijala jezgre s velikom radnom magnetskom gustoćom može smanjiti broj zavoja zavojnica i smanjiti količinu bakra, umjesto da smanji dio i zapreminu jezgre. U situaciji kada je cijena bakrenog materijala mnogo veća od cijene jezgre, to bi mogao biti bolji plan poboljšanja dizajna. 1.2 Mekani feriti Meki feriti su osnovni materijali koji se široko koriste u elektroničkim transformatorima u srednjim i visokofrekventnim izvorima napajanja. U usporedbi s metalnim mekanim magnetskim materijalima, mekani feriti imaju malu magnetsku gustoću zasićenja, nisku propusnost i Curieovu temperaturu. Niska je njegova glavna slabost. Pogotovo kad je Curiejeva temperatura niska, magnetska gustoća zasićenja Bs i gubitak snage po jedinici volumena Pcv mijenjat će se s temperaturom. Temperatura raste, Bs pada, Pcv počinje padati, a zatim raste nakon dostizanja točke u dolini. Stoga, pod uvjetima visoke temperature, sve dok B održavaju visoku razinu, radna magnetska gustoća Bm može se odabrati većom, čime se smanjuje broj zavoja zavojnice, smanjuje količina bakra i trošak. Mekani feritni materijal visoke temperature i visoke zasićenosti magnetskom gustoćom može također proširiti gornju temperaturnu granicu elektroničkih transformatora na 120 ili čak 150 prednosti. Na primjer, visokofrekventni elektronički transformatori u automobilskoj elektroničkoj opremi moraju koristiti mekani ferit visoke temperature i visoke zasićenosti magnetske gustoće za rad u uvjetima visoke temperature s velikim promjenama vanjskih temperaturnih uvjeta i topline u strojarnici. Kao mekani ferit MnZn za elektroničke transformatore srednje i visoke frekvencije, koju zastupa japanska tvrtka TDK,' s, otprilike je iskusio razvojni proces PC30 → PC40 → PC44 → PC50 → PC47 → PC95 → PC90. U uvjetima ispitivanja od 100 ℃, 100 kHz i 200 mT, gubitak snage po jedinici volumena stalno se smanjuje. Prema podacima koje je tvrtka objavila u travnju 2006. godine, PC30 iznosi 600mW / cm3; PC40 iznosi 420 mW / cm3; PC44 iznosi 340 mW / cm3; PC47 iznosi 270 mW / cm3. Međutim, gustoća protoka zasićenja Bs ispod 100 prednosti, PC30, PC40 i PC44, u osnovi su 390 mT, PC47 je 410 mT, što je daleko od teorijske vrijednosti 600 mT, i ne može se smatrati protokom visoke temperature i visokog zasićenja gustoća materijala. Posljednjih godina, kako bi se nadmetao s metalnim mekim magnetskim materijalima u primjeni elektroničkih transformatora, dogodio se val razvoja visokotemperaturnih i visokonasićenih magnetskih gustoća feritnih materijala. Japanska tvrtka' FDK razvila je 4H seriju visokotemperaturnih i visokozasićenih materijala s magnetskom gustoćom u ožujku 2003. Među njima su B 4H45 i 4H47 520 mT i 530mT na 25 ℃, 450mT i 470mT na 100 ℃, ali pri 100 loss, gubitak snage Pcv je relativno velik, odnosno 450mW / cm3 i 650mW / cm3. Prema izvještajima, FDK je razvio materijal 4H50 u laboratorijskim uvjetima. Bs na 100 ° C iznosi 490 mT, ali Pcv je prilično velik na 800 mW / cm3. Japanska tvrtka TDK razvila je PC90 materijal u rujnu 2004. Na 25 ℃, Bs je 540mT, a Pcv je 680 mW / cm3; na 100 ℃, Bs je 450 mT, a Pcv je 320mW / cm3, što je više od razine materijala 4H45. Tvrtka TOKIN razvila je materijal BH3. Na 25 ° C, njegova Bs je 540 mT, a Pcv je 600 mW / cm3; na 100 ° C, Bs je 440 mT, a Pcv je 370 mW / cm3. NICERA je razvila BM30 materijal s Bs od 540 mT i Pcv od 720 mW / cm3 na 25 ° C; na 100 ° C, Bs od 450mT i Pcv od 320mW / cm3. Feritni materijal s visokim željezom i niskim cinkom, koji je razvio Hitachi Metals, Bs, iznosi 563 mT pri 25 ℃; 560 mT na 100 ℃, u osnovi nepromijenjeno, 150 ℃ je 490 mT, ali na 100 ℃, 100 kHz, Pod ispitnim uvjetima od 200 mT, Pcv je 1700mW / cm3, što je previsoko i treba poboljšanje. Mnoga oprema za napajanje ne samo da zahtijeva da je elektronički transformator u radnom stanju, odnosno gubici bi trebali biti mali pri visokoj temperaturi, već i u stanju pripravnosti, odnosno gubici bi trebali biti mali pri normalnoj temperaturi. Ovi elektronički transformatori mogu koristiti mekani ferit sa širokom temperaturom i niskom potrošnjom energije. PC95 koji je razvio Japan' s TDK je feritni materijal široke temperature s visokom razinom koji se pojavio posljednjih godina. Potrošnja energije Pcv iznosi 350mW / cm3 na 25 ° C, 280mW / cm3 na 80 ° C, 290mW / cm3 na 100 ° C, 350mW / cm3 na 120 ° C i magnetsku gustoću zasićenja od 410mT na 100 ° C. Posljednjih godina razvijen je niz visokopropusnih μ mekih feritnih materijala. Koriste se kao impulsni transformatori u elektroničkoj energetskoj opremi. Potrebno je da propusnost μ bude relativno visoka. Postoji H5C3 iz TDK, koji ima μ 15 000 ± 30. %, H5C5, μ je 30 000 ± 30 %. Za EPCOS' s T56, μ je 20000 ± 30 %. Za filtriranje elektromagnetskih smetnji potrebne su dobre karakteristike frekvencije propusnosti. 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 % i može raditi ispod 500 kHz. Za istosmjerno filtriranje potrebne su dobre karakteristike istosmjerne superpozicije. TDK' s DN45, μ je 4500 ± 25 %, radna temperatura je 0 ～ 70 ℃, a poboljšani DNW45, μ je 4 200 ± 25 %, radna temperatura je -40 ℃ ～ +85 ℃, Kawasakijev SK-202G, radna temperatura -40 ℃ ～ +85 ℃, μ je 4300 ± 25 %, a materijali visoke magnetske gustoće i visokopropusni materijali, kao što je TDK-ov DN50, μ su 5 200 ± 20 % , Bs je 550 mT na 25 ℃, 380 mT na 100 ℃, Curiejeva temperatura Tc≥210 ℃. 1.3 Amorfne i nanokristalne legure Od početka 2005., zbog neravnoteže u domaćoj ponudi i potražnji orijentiranih hladno valjanih silicijskih čeličnih traka, cijena orijentiranih hladno valjanih silicijskih čeličnih traka brzo je rasla i sada je premašila cijenu trake od amorfne legure na bazi željeza. U trenutnim tržišnim uvjetima cijena, zamjena orijentiranog hladno valjanog silicijskog čelika amorfnim legurama na bazi željeza u polju energetskih frekvencijskih transformatora više nije samo moguća stvar, već je postala stvarnost. U industriji energetskih transformatora, proizvođači distribucijskih transformatora prebacili su temeljne materijale s orijentiranog hladno valjanog silicijskog čelika na amorfne legure na bazi željeza. Istodobno, od 1. srpnja 2006. godine, obvezni nacionalni standard" Ograničene vrijednosti energetske učinkovitosti i vrijednosti uštede energije za distribucijske transformatore" formalno je implementiran, što je dalje promoviralo upotrebu amorfnih legura na bazi željeza umjesto orijentiranog hladno valjanog silicijskog čelika u distribucijskim transformatorima. uzlet. Poput distribucijskih transformatora, zamjena orijentiranog hladno valjanog silicijskog čelika amorfnim legurama na bazi željeza u energetskim transformatorima postat će glavni novi razvoj u elektroničkim transformatorima u napajanjima. zašto? Razlog se može vidjeti iz usporedbe tehničkih i ekonomskih pokazatelja orijentiranog hladno valjanog silicijskog čelika i amorfne legure na bazi željeza u tablici 1. Srednje orijentirani hladno valjani silicijski čelik u tablici 1. uzima visoku magnetsku indukciju 23R100 i magnetsku obrada domene 23R085 proizvedena u Japanu kao primjeri, a amorfna legura na bazi željeza uzima za primjer domaće 1K101 i Metglas 2605SA1 proizvedene u Hitachiju, kao što se može vidjeti u tablici 1. Sljedeće su značajke predstavljene. [align = center] Tablica 1. Usporedba tehničkih i ekonomskih pokazatelja između orijentiranog hladno valjanog silicijskog čelika i amorfnih legura na bazi željeza [/ align] (1) Magnetska gustoća zasićenja B amorfnih legura na bazi željeza niža je od silicija čelika, ali pri istoj radnoj magnetskoj gustoći Bm (na primjer, 1,4T) manji gubitak manji je od silicijskog čelika. Radna magnetska gustoća Bm amorfne legure na bazi željeza iznosi 1,40 ～ 1,45T za jednofazni transformator i 1,35 ～ 1,40T za trofazni transformator. Radna magnetska gustoća Bm silicijskog čelika iznosi 1,70T za jednofazni transformator i 1,65 ～ 1,70T za trofazni transformator. Težina amorfne legure na bazi željeza za energetski frekvencijski transformator istog kapaciteta je oko 120 % od silicijskog čelika. (2) Faktor punjenja amorfnih legura na bazi željeza iznosi 0,85 za domaće proizvode 1K101 i 0. {{356}}. 90 za Metglas 2605SA1 proizvođača Hitachi, a neki su dosegli 0,93. Ako se 0. {{363}} usporedi s 0,945 silicijskog čelika, volumen jezgre amorfne legure na bazi željeza iste težine iznosi oko 110 % od silicijskog čelika. (3) Jedinični gubitak težine amorfne legure na bazi željeza u uvjetima od 1,4T i 50Hz je P1.450, što je samo 26,4 % do 43 % od silicijskog čelika, što može značajno smanjiti zagrijavanje jezgre. Pod istim gubicima i istim uvjetima odvođenja topline, transformatori snage amorfne legure amorfne legure na bazi željeza mogu smanjiti gubitak bakra i smanjiti bakrene materijale od silicijskih čeličnih transformatora snage. Pod uvjetom da je cijena bakrenih materijala viša od cijene željeznih materijala, usvajanje ove sheme jedna je od učinkovitih mjera za smanjenje troškova. Vrijedno je napomenuti da se gubitak po jedinici težine P1.450 ispituje pod naponom sinusnog vala s izobličenjem manjim od 2 %. Stvarna mreža frekvencije napajanja izobličena je na 5 %. Jedinični gubitak težine pri ovom izobličenju je P1.450, silicijski čelik je 123 % P1.450, a amorfna legura na osnovi željeza je 106 % P1.450. U ovom trenutku, P1.450 amorfne legure na bazi željeza samo je silicijski čelik. 22,7 % ～ 37 % od ukupnog broja. (4) Trenutna cijena silicijskog čelika preuzeta je iz tržišne cijene čelika na određenom mjestu u Guangdongu sredinom kolovoza 2006., a trenutna cijena uvoznih amorfnih legura na bazi željeza preuzeta je iz japanskog Hitachija u srpnju 2006., citirajući 2,85 američkih dolara po kilogramu. Tečaj RMB-a iznosi 22,8 yuana kg, plus carine i porez na dodanu vrijednost 28 yuan kg. Trenutna cijena domaćih amorfnih legura na bazi željeza procjena je koja se donekle razlikuje od navedene cijene proizvodne jedinice. (5) Temperatura žarenja amorfnih slitina na bazi željeza niža je od temperature silicijskog čelika, s manje vremena i manjom potrošnjom energije. Dodatni troškovi obrade za proizvodnju željeznih jezgri trebali bi biti niži od troškova silicijskog čelika. Trake amorfne legure na bazi željeza mogu se preraditi u vijugave toroidalne jezgre, preklapajuće se pravokutne jezgre i otvorene jezgre u obliku slova C. U 1990-ima Japan je koristio nekoliko slojeva vezanih traka od amorfne legure na bazi željeza za obradu jezgri EI, ali dodatni troškovi obrade bili su visoki, a gubici u jezgri povećani. Kasnije nije bilo relevantnog izvještaja. Sada debljina ispitivane mase amorfne legure može doseći milimetar i centimetar. Ako se stavi u proizvodnju, može se preraditi u EI jezgru poput silicijskog čelika. Kombinirajući gore navedene čimbenike, u prstenu i C