Güç Kaynaklarında Elektronik Transformatörlerde Bazı Yeni Gelişmeler

Giriş Son yıllarda, güç kaynaklarında elektronik transformatörlerde kullanılan çekirdek malzemelerin ve iletken malzemelerin fiyatları artmaya devam etti ve yukarı akışlı hammaddeler bir satıcı' pazarı oluşturdu. Alt elektronik transformatörlerin güçlü bir kullanıcısı olarak, bir alıcı's pazarı oluşturmak için küresel ölçekte seçim yapabilir ve satın alabilirler. Elektronik trafo endüstrisinin orta konumunda, ancak teknolojik yenilik yoluna girerek, her iki uçtaki bu öfke ikileminden kurtulabiliriz. Ancak, olgun elektronik transformatör endüstrisinde teknolojik yenilik daha zordur. Ancak her küçük bağlantı iyileştirmesi yeni fikirler ve yeni ürünler getirebilir. Bu nedenle, bu makale son yıllarda güç kaynaklarındaki elektronik transformatörlerdeki bazı yeni gelişmeleri dört açıdan tanıtmaktadır: okuyucular için yeni malzemeler, yeni yapılar, yeni ilkeler ve yeni ürünler' referans. Uygunsuzluk varsa lütfen düzeltin. Teknolojik yenilik yolunda ilerlerken, her zaman ulaşılması gereken amacı hatırlamalıyız. Güç kaynağındaki elektronik transformatör, bir meta olarak tüm ürünler gibi, her türlü teknolojik yeniliği gerçekleştirir ve en iyi performans-fiyat oranını takip ederek belirli kullanım koşulları altında belirli işlevleri yerine getirmelidir. Mevcut güç ürünleri genellikle&"hafif, ince, kısa ve küçük &" olarak karakterize edilir; minyatürleştirme ve taşınabilirliğe doğru Elektronik transformatörler, kullanıcılar olarak güç ürünlerinin hacim ve ağırlık gereksinimlerine uyum sağlamalıdır. Aynı zamanda, elektronik transformatörler için hammadde (çekirdek malzemeler ve iletken malzemeler) fiyatları arttı. Bu nedenle hacim ve ağırlığın nasıl azaltılacağı ve maliyetin nasıl düşürüleceği, son yıllarda elektronik transformatörlerin gelişiminin ana yönü haline gelmiştir. 1. Yeni malzemeler 1.1 Silikon çelik Silikon çelik, endüstriyel frekanslı güç kaynaklarındaki elektronik transformatörlerde yaygın olarak kullanılan bir çekirdek malzemedir. Elektronik transformatörlerdeki çekirdek miktarını azaltmak için silikon çeliğin çalışma manyetik akı yoğunluğu (çalışma manyetik yoğunluğu) arttırılmalıdır. Silikon çeliğin çalışma manyetik yoğunluğu, hem doygunluk manyetik akı yoğunluğu hem de kayıp tarafından belirlenir. Verimlilik, elektronik transformatörlerin önemli bir performans endeksi olduğundan, birçok güç ürünü artık enerji tasarrufu sağlamak için bekleme kaybı gerektirir. Elektronik transformatörün çekirdek kaybı, bekleme kaybının ana bileşenidir, bu nedenle elektronik transformatörün verimliliği veya kaybı konusunda açık ve katı gereksinimler ortaya konmuştur. Son yıllarda oryantasyonlu ve oryantasyonsuz soğuk haddelenmiş silisli sac fiyatları arttı. R-tipi, CD-tipi ve EI-tipi çekirdeklerle karşılaştırıldığında, sarmal toroidal çekirdekler 20% Daha az malzeme tüketimi nedeniyle çekirdek malzeme maliyetinin. Transformatörde kullanım kapsamı. Sarılmış toroidal çekirdek, yönlendirilmiş soğuk haddelenmiş silikon çeliğin performansına tam olarak yer verebilir. Yönlendirilmemiş soğuk haddelenmiş çelik ile karşılaştırıldığında, çalışma manyetik yoğunluğu çok daha yüksektir. Aynı zamanda, R-tipi, CD-tipi ve EI-tipi demir çekirdeklerin aksine, silikon çelik malzemeler tam olarak kullanılabilir, köşe israfı olmaz ve malzeme kullanım oranı 98%'den fazla olabilir. Son yıllarda, soğuk haddelenmiş oryantasyonlu silikon çelikte önemli gelişmeler olmuştur. 23Q110'un yerli olarak üretilen 0.23mm oryantasyonlu soğuk haddelenmiş silikon çeliği, 1,7 T ve 50 Hz çalışma manyetik akı yoğunluğuna sahiptir ve birim ağırlık kaybı 1,10 Wkg'dır. Japonya'da üretilen 0,23 mm kalınlıkta yönlendirilmiş soğuk haddelenmiş silikon çelik P1.750 0,88 Wkg'dır. Silikon çelik şeridin yüzey işlemi gerilim kaplama ile kaplandıktan sonra P1.750, 0.7Wkg'a düşer. Manyetik alanları iyileştirmek için tavlama sürecini değiştiren P1.750, 0,55～0,45Wkg'a düşer; bu, 1,5T ve 50Hz'lik bir çalışma manyetik yoğunluğunda 0,35mm kalınlığında yönlendirilmemiş soğuk haddelenmiş silikon çelikten çok daha düşüktür (P1.5.1. 550) 2Wkg. Aynı kaybın sağlanması koşuluyla, 0.23mm kalınlığında yönlendirilmiş soğuk haddelenmiş silikon çeliğin çalışma manyetik yoğunluğu 1.85T'ye ulaşabilir. Toroidal çekirdeği işlemek için seçilirse, yönlendirilmemiş soğuk haddelenmiş silikon çeliğin 1.5 T çalışma manyetik yoğunluğundan 1,23 kat daha yüksektir. Çekirdek bölümü ve hacmi 23%'den daha fazla azaltılabilir. Günümüzde EI tipi demir çekirdekli güç frekanslı güç transformatörleri, cep telefonu şarj cihazlarının ve ev aletlerinin güç adaptörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve bazen aşırı ısınma meydana gelmektedir. EI çekirdeği, EI şekilli delikli levhalardan oluşur. E-şekilli delinmiş levhanın uzunluğunun beşte biri, uzunlamasına yöne (yön yönü) diktir. Enine manyetik alana dayanmak için genellikle yönlendirilmemiş soğuk haddelenmiş silikon çelik kullanılır. Son yıllarda, Japon Kawasaki Şirketi, EI çekirdekleri için kullanılabilecek RGE serisi odaklı soğuk haddelenmiş silikon çelik geliştirdi. Kalınlık 0,35 mm, boyuna doygunluk manyetik yoğunluğu 1,80～1,90 T, yanal doygunluk manyetik yoğunluğu 1,825T ve kayıp P1,750～1,25Wkg'dır. Aynı zamanda, yalıtım filmi nispeten incedir ve damgalama performansı iyidir. Demir çekirdeği yapmak için kullanıldığında, çalışma manyetik yoğunluğu 1,7T'den fazla olabilir, bu da 15% yönlendirilmemiş soğuk haddelenmiş silikon çelikten daha yüksektir. Çekirdek bölümü ve hacmi 15%'den daha fazla azaltılabilir ve kayıp büyük ölçüde azalır. , Artık aşırı ısınma olmayacak. Japon Kawasaki Şirketi ayrıca yüksek doygunluk manyetik yoğunluğuna sahip yönlendirilmemiş soğuk haddelenmiş bir çelik geliştirdi. Kalınlık 0,5 mm'dir, silikon içeriği 1%, 0,6%'den azdır ve alüminyum içeriği 0,3%'dir. 0,52 ekledikten sonra% nikel, doygunluk manyetik yoğunluğu 1.96T'dir. , P1.550 kaybı 3Wkg'dır. Bir EI çekirdek malzemesi olarak kullanıldığında, çalışma manyetik yoğunluğu da 1,7T olabilir, ancak kayıp nispeten büyüktür. Şunu belirtmekte fayda var: geniş bir elektronik transformatör sınıfı olarak, yüksek çalışma manyetik yoğunluğuna sahip çekirdek malzemelerin kullanılması, çekirdek bölümünü ve hacmini azaltmak yerine bobin dönüşlerinin sayısını azaltabilir ve bakır miktarını azaltabilir. Bakır malzeme fiyatının çekirdek malzeme fiyatından çok daha yüksek olması durumunda daha iyi bir tasarım iyileştirme planı olabilir. 1.2 Yumuşak ferritler Yumuşak ferritler, orta ve yüksek frekanslı güç kaynaklarındaki elektronik transformatörlerde yaygın olarak kullanılan temel malzemelerdir. Metalik yumuşak manyetik malzemelerle karşılaştırıldığında, yumuşak ferritler düşük doygunluk manyetik yoğunluğa, düşük geçirgenliğe ve Curie sıcaklığına sahiptir. Düşük, en büyük zayıflığıdır. Özellikle Curie sıcaklığı düşük olduğunda, doygunluk manyetik yoğunluğu Bs ve birim hacim Pcv başına güç kaybı sıcaklıkla değişecektir. Sıcaklık yükselir, Bs düşer, Pcv düşmeye başlar ve vadi noktasına ulaştıktan sonra yükselir. Bu nedenle, yüksek sıcaklık koşulları altında, Bs yüksek bir seviyeyi koruduğu sürece, çalışma manyetik yoğunluğu Bm daha yüksek seçilebilir, böylece bobin dönüş sayısı azalır, kullanılan bakır miktarı ve maliyet azalır. Yüksek sıcaklık ve yüksek doygunluk manyetik yoğunluklu yumuşak ferrit malzeme, elektronik transformatörlerin üst sıcaklık sınırını 120 hatta 150 faydaya kadar genişletebilir. Örneğin, otomotiv elektronik ekipmanındaki yüksek frekanslı elektronik transformatörler, yüksek sıcaklık koşullarında çalışmak için yüksek sıcaklık, yüksek doygunluk manyetik yoğunluklu yumuşak ferrit kullanmalıdır, dış sıcaklık koşullarında büyük değişiklikler ve makine dairesindeki ısı. Japonya's TDK şirketi tarafından temsil edilen orta ve yüksek frekanslı elektronik transformatörler için bir MnZn yumuşak ferrit olarak, PC30→PC40→PC44→PC50→PC47→PC95→PC90 geliştirme sürecini kabaca deneyimlemiştir. 100℃, 100kHz ve 200mT test koşulları altında, birim hacim başına güç kaybı azalmaya devam eder. Şirketin Nisan 2006'da yayınladığı verilere göre PC30 600mW/cm3; PC40, 420 mW/cm3'tür; PC44, 340 mW/cm3'tür; PC47, 270 mW/cm3'tür. Bununla birlikte, 100 fayda altındaki doyma akı yoğunluğu Bs, PC30, PC40 ve PC44 temelde 390 mT'dir, PC47 410 mT'dir, 600 mT teorik değerinden uzaktır ve yüksek sıcaklık ve yüksek doyma akısı olarak kabul edilemez. yoğunluk malzemesi Son yıllarda, elektronik transformatörlerin uygulamasında metal yumuşak manyetik malzemelerle rekabet edebilmek için, yüksek sıcaklık ve yüksek doygunluk manyetik yoğunluklu MnZn ferrit malzemelerinde bir gelişme dalgası olmuştur. Japonya's FDK şirketi Mart 2003'te 4H serisi yüksek sıcaklık ve yüksek doygunluk manyetik yoğunluklu malzemeleri geliştirdi. Bunların arasında, 4H45 ve 4H47'nin B'leri 25°C'de 520 mT ve 530mT, 100'de 450mT ve 470mT'dir. ℃, ancak 100℃'de güç kaybı Pcv nispeten yüksektir, sırasıyla 450mW/cm3 ve 650mW/cm3. Raporlara göre FDK, laboratuvar koşullarında 4H50 malzeme geliştirdi. 100°C'de Bs 490 mT'dir, ancak Pcv 800 mW/cm3'te oldukça büyüktür. Japonya TDK şirketi PC90 malzemesini Eylül 2004'te geliştirdi. 25°C'de Bs 540mT ve Pcv 680 mW/cm3'tür; 100℃'de Bs 450 mT'dir ve Pcv 320mW/cm3'tür, bu da 4H45 malzeme seviyesinden daha yüksektir. TOKIN şirketi BH3 malzemesini geliştirdi. 25°C'de Bs'si 540 mT'dir ve Pcv'si 600 mW/cm3'tür; 100°C'de Bs 440 mT ve Pcv 370 mW/cm3'tür. NICERA, 25°C'de Bs 540 mT ve Pcv 720 mW/cm3 olan BM30 malzemesini geliştirdi; 100°C'de, 450mT'lik Bs ve 320mW/cm3'lük Pcv. Hitachi Metals tarafından geliştirilen yüksek demirli ve düşük çinkolu ferrit malzeme, Bs 25 ℃'de 563 mT'dir; 100 ℃'de 560 mT, temelde değişmez, 150 ℃ 490 mT'dir, ancak 100 ℃, 100 kHz'de, 200 mT'lik test koşulu altında, Pcv 1700 mW/cm3'tür, bu çok yüksektir ve iyileştirilmesi gerekir. Birçok güç kaynağı ekipmanı, yalnızca elektronik transformatörün çalışır durumda olmasını gerektirmez, yani kayıp yüksek sıcaklıkta küçük olmalıdır, aynı zamanda bekleme durumunda, yani kayıp normal sıcaklıkta küçük olmalıdır. Bu elektronik transformatörler, geniş sıcaklık ve düşük güç tüketimi ile yumuşak ferrit kullanabilir. Japonya's TDK tarafından geliştirilen PC95, son yıllarda ortaya çıkan yüksek seviyeli, geniş sıcaklıklı bir ferrit malzemedir. Güç tüketimi Pcv 25°C'de 350mW/cm3, 80°C'de 280mW/cm3, 100°C'de 290mW/cm3, 120°C'de 350mW/cm3 ve 100°C'de 410mT doygunluk manyetik yoğunluğudur. Son yıllarda, bir dizi yüksek geçirgenlikli μ yumuşak ferrit malzeme geliştirilmiştir. Elektronik güç ekipmanlarında darbe transformatörleri olarak kullanılırlar. Geçirgenliğin μ nispeten yüksek olması gerekir. TDK'dan μ değeri 15 000±30 olan H5C3 var. %, H5C5, μ 30 000±30%. EPCOS's T56 için, μ 20000±30%'dir. Elektromanyetik girişim filtrelemesi için iyi geçirgenlik frekans özellikleri gereklidir. TDK HS52, μ 5 500 ± 25%; HS72, μ 7 500 ± 25%; HS10, μ 10000 ± 25%'dir. HITACHI MP15T'nin μ değeri 15000±25% ve 500kHz'in altında çalışabilir. DC filtreleme için iyi DC süperpozisyon özellikleri gereklidir. TDK's DN45, μ 4500±25%, çalışma sıcaklığı 0～70℃ ve geliştirilmiş DNW45, μ 4 200±25%, çalışma sıcaklığı -40 ℃～+85 ℃, Kawasaki'nin SK-202G'si, çalışma sıcaklığı -40℃～+85℃, μ 4300±25% ve TDK'nın DN50'si gibi yüksek doygunluk manyetik yoğunluk ve yüksek geçirgenlik malzemeleri, μ 5 200±20% , Bs 25°C'de 550 mT, 100°C'de 380 mT, Curie sıcaklığı Tc≥210°C'dir. 1.3 Amorf ve nanokristal alaşımlar Yönlendirilmiş soğuk haddelenmiş silisli çelik şeritlerin yurtiçi arz ve talebindeki dengesizlik nedeniyle 2005 yılının başından bu yana, oryantasyonlu soğuk haddelenmiş silisli çelik şeritlerin fiyatı hızla yükselmiş ve şimdi oryantasyonlu soğuk haddelenmiş silisli çelik şeritlerin fiyatını aşmıştır. demir bazlı amorf alaşım şeritler. Mevcut piyasa fiyatı koşullarında, güç frekanslı güç transformatörleri alanında yönlendirilmiş soğuk haddelenmiş silikon çeliğin demir bazlı amorf alaşımlarla değiştirilmesi artık sadece mümkün değil, bir gerçek haline geldi. Güç trafosu endüstrisinde, dağıtım trafosu üreticileri, ana malzemeleri yönlendirilmiş soğuk haddelenmiş silikon çelikten demir bazlı amorf alaşımlara kaydırdı. Aynı zamanda, 1 Temmuz 2006 tarihinden itibaren, zorunlu ulusal standart&"Sınırlı Enerji Verimliliği Değerleri ve Dağıtım Transformatörleri için Enerji Tasarrufu Değerlendirme Değerleri &"; dağıtım transformatörlerinde yönlendirilmiş soğuk haddelenmiş silikon çelik yerine demir bazlı amorf alaşımların kullanımını daha da teşvik eden resmi olarak uygulandı. yükseliş. Dağıtım transformatörleri gibi, güç frekanslı güç transformatörlerinde yönlendirilmiş soğuk haddelenmiş silikon çeliğin demir bazlı amorf alaşımlarla değiştirilmesi, güç kaynaklarındaki elektronik transformatörlerde önemli bir yeni gelişme olacaktır. neden? Bunun nedeni, Tablo 1'de yönlendirilmiş soğuk haddelenmiş silikon çelik ve demir bazlı amorf alaşımın teknik ve ekonomik göstergelerinin karşılaştırılmasından görülebilir. Tablo 1'deki orta yönlü soğuk haddelenmiş silikon çelik, yüksek manyetik indüksiyon 23R100 ve manyetik alır. Örnek olarak Japonya'da üretilen alan tedavisi 23R085 ve demir bazlı amorf alaşım, Tablo 1'de görüldüğü gibi, yerli olarak üretilen 1K101 ve Hitachi tarafından üretilen Metglas 2605SA1'i örnek olarak almaktadır. Aşağıdaki özellikler sunulmaktadır. [align=center] Tablo 1 Yönlendirilmiş soğuk haddelenmiş silikon çelik ve demir bazlı amorf alaşımlar arasındaki teknik ve ekonomik göstergelerin karşılaştırması[/align] (1) Demir bazlı amorf alaşımların doygunluk manyetik yoğunluğu Bs silikondan daha düşüktür çelik, ancak aynı çalışma manyetik yoğunluğunda Bm (Örneğin, 1.4T) daha düşük kayıp silikon çeliğinden daha düşüktür. Demir bazlı amorf alaşımın çalışma manyetik yoğunluğu Bm, tek fazlı transformatör için 1.40~1.45T ve üç fazlı transformatör için 1.35~1.40T'dir. Silikon çeliğin çalışma manyetik yoğunluğu Bm, tek fazlı transformatör için 1.70T ve üç fazlı transformatör için 1.65～1.70T'dir. Aynı kapasitedeki güç frekans transformatörü için demir bazlı amorf alaşımın ağırlığı yaklaşık 120% silikon çelikten. (2) Yerli olarak üretilen 1K101 için demir bazlı amorf alaşımların doldurma faktörü 0.85 ve Hitachi tarafından üretilen Metglas 2605SA1 için 0.90'dır ve bazıları 0.93'e ulaşmıştır. 0.{{363}}, 0.945 silikon çeliği ile karşılaştırıldığında, aynı ağırlığa sahip demir bazlı amorf alaşım çekirdeğin hacmi yaklaşık 110% silisyum çeliğinden yapılmıştır. (3) 1.4T ve 50Hz koşulları altında demir bazlı amorf alaşımın birim ağırlık kaybı P1.450'dir, bu sadece 26.4% 43'e kadar% çekirdek ısıtmasını önemli ölçüde azaltabilen silikon çelik. Aynı kayıp ve aynı ısı dağılımı koşulları altında, demir bazlı amorf alaşımlı güç frekans transformatörleri, silikon çelik güç frekans transformatörlerine göre bakır kaybını azaltabilir ve bakır malzemeleri azaltabilir. Bakır malzemelerin fiyatının demir malzemelerden daha yüksek olması koşuluyla, bu şemayı benimsemek Maliyetleri azaltmak için etkili bir önlemdir. Birim ağırlık başına kayıp P1.450'nin, 2%'den daha az bir bozulma ile bir sinüs dalgası voltajı altında test edildiğini belirtmekte fayda var. Gerçek güç frekansı ızgarası, 5% şeklinde bozuk. Bu bozulma altında birim ağırlık kaybı P1.450, silikon çelik 123% P1.450 ve demir bazlı amorf alaşım 106% P1.450. Şu anda, demir bazlı amorf alaşımın P1.450'si sadece silikon çeliktir. 22.7%～37% toplamından. (4) Silisli çeliğin cari fiyatı, Ağustos 2006'nın ortalarında Guangdong'da belirli bir yerdeki çeliğin piyasa fiyatından alınmıştır ve ithal demir bazlı amorf alaşımların cari fiyatı, Temmuz 2006'da Japonya'nın Hitachi'sinden alınmıştır. Kilogram başına 2,85 ABD Doları. RMB döviz kuru 22,8 yuan kg, artı tarifeler ve katma değer vergisi 28 yuan kg'dır. Yerli demir bazlı amorf alaşımların mevcut fiyatı, üretim biriminin kote fiyatından biraz farklı olan bir tahmindir. (5) Demir bazlı amorf alaşımların tavlama sıcaklığı, daha az zaman ve daha az enerji tüketimi ile silikon çeliğinden daha düşüktür. Demir çekirdek üretimi için ek işlem maliyeti, silikon çeliğinkinden daha düşük olmalıdır. Demir bazlı amorf alaşım şeritler, toroidal göbeklerin sarılması, üst üste binen dikdörtgen göbeklerin ve açık C-şekilli göbeklerin içine işlenebilir. 1990'larda Japonya, EI çekirdeklerini işlemek için birkaç kat bağlı demir bazlı amorf alaşım şeritleri kullandı, ancak ek işleme maliyetleri yüksekti ve çekirdek kayıpları arttı. Daha sonra, ilgili bir rapor yoktu. Şimdi, incelenen toplu amorf alaşımın kalınlığı milimetre ve santimetre seviyesine ulaşabilir. Üretime alınırsa, silikon çelik gibi bir EI çekirdeğine işlenebilir. Halkadaki ve C'deki yukarıdaki faktörleri birleştirerek