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现在大批的新型磁性材料已经投入了变压器的制作中

  变压器现在的发展可以说是日新月异,一天一个样子,出现的新功能也是越来越多,技术力量也是越来越强。主要最明显的体现就是变压器的使用材料已经在提高,有很多的新材料已经开始在使用,大批的磁性材料已经投入利润变压器的运用之中,增强了变压器的新功能和新性能。

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  下面分别先容硅钢,软磁铁氧体,非晶纳米晶合金,软磁复合材料在电子变压器中应用的一些新进展。这里不先容薄膜软磁材料,它是用于1MHz以上的,高频小型电子变压器的新一代软磁材料,留待以后专文先容。

  1、硅钢

  电源技术中的工频电子变压器大量使用3%取向硅钢,现在厚度普遍从0.35mm减到0.27mm或0.23mm。国内生产的23Q110的0.23mm厚,3%取向硅钢,饱和磁通密度Bs为1.8T,其P1.7/50为1.10W/kg;27QG095的0.27mm厚,3%HiB取向硅钢,Bs为1.89T,P1.7/50为0.95W/kg。日本生产的0.23mm厚,3%取向硅钢Bs为1.85T,P1.7/50为0.85W/kg。与国内产品相差不多。但是0.23mm厚的3%取向硅钢经过特殊处理,即用电解法将表面抛光至镜面,再涂张力涂层,最后细化磁畴,可以使P1.7/50下降到0.45W/kg。同时,对要求损耗低的电子变压器,日本还进一步把厚度减薄到0.15mm,经过特殊处理,可以使P1.3/50降到0.082~0.11W/kg和铁基非晶合金水平基本相当。

  2、软磁铁氧体

  软磁铁氧体的特点是:饱和磁通密度低,磁导率低,居里温度低,中高频损耗低,成本低。前三个低是它的缺点,限制了它的使用范围,现在正在努力改进。后两个低是它的优点,有利于进入高频市场,现在正在努力扩展。

  以100kHz,0.2T和100℃下的损耗为例,TDK企业的PC40为410mW/cm3,PC44为300mW/cm3,PC47为250mW/cm3。TOKIN企业的BH1为250mW/cm3,损耗不断在下降。国内金宁生产的JP4E也达到300mW/cm3。

  不断地提高工作频率,是另一个努力方向。TDK企业的PC50工作频率为500kHz至1MHz。FDK企业的7H20,TOKIN的B40也能在1MHz下工作。Philips企业的3F4,3F45,3F5工作频率都超过1MHz。国内金宁的JP5,天通的TP5A工作频率都达到500kHz至1.5MHz。东磁的DMR1.2K的工作频率甚至超越3MHz,达到5.64MHz。

  3、 非晶和纳米晶合金

  铁基非晶合金在工频和中频领域,正在和硅钢竞争。铁基非晶合金和硅钢相比,有以下优缺点。

  1)铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低,但是,在同样的Bm下,铁基非晶合金的损耗比0.23mm厚的3%硅钢小。一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄,电阻率高。这只是一个方面,更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态,原子排列是随机的,不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性,也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界。因此,妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小,具有前所未有的软磁性,所以磁导率高,矫顽力小,损耗低。

  2)铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84~0.86,

  与硅钢填充系数0.90~0.95相比,同样重量的铁基非晶合金磁芯体积比硅钢磁芯大。

  3)铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度为

  1.35T~1.40T,硅钢为1.6T~1.7T。铁基非晶合金工频变压器的重量是硅钢工频变压器的重量的130%左右。但是,即使重量重,对同样容量的工频变压器,磁芯采用铁基非晶合金的损耗,比采用硅钢的要低70%~80%。

  4、软磁复合材料

  经过争论,现在对磁粉芯等已经取得了一致认识,即认为它属于软磁复合材料。软磁复合材料是将磁性微粒均匀分散在非磁性物中形成的。与传统的金属软磁合金和铁氧体材料相比,它有很多独特的优点:磁性金属粒子分散在非导体物件中,可以减少高频涡流损耗,提高应用频率;既可以采取热压法加工成粉芯,也可以利用现在的塑料工程技术,注塑制造成复杂形状的磁体;具有密度小,重量轻,生产效率高,成本低,产品重复性和一致性好等优点。缺点是由于磁性粒子之间被非磁性体分开,磁路隔断,磁导率现在一般在100以内。不过,采用纳米技术和其他措施,国外已有磁导率超过1000的报导,最大可达6000。

  软磁复合材料的磁导率受到很多因素的影响,如磁性粒子的成分,粒子的形状,尺寸,填充密度等。因此,根据工作频率可以进行调整。

  磁粉芯是软磁复合材料的典型例子。现在已在20kHz至100kHz甚至1MHz的电感器中取代了部分软磁铁氧体。例如铁硅铝磁粉芯,硅含量为8.8%,铝为5.76%,剩余全为铁。粒度为90~45μm,45~32μm和32~30μm。用硅树脂作粘接剂,1%左右硬脂酸作润滑剂,在2t/cm2压力下,制成13×8×5的环形磁芯,在氢气中用673°K,773°K,873°K退火,使磁导率达到100,300,600。在100kHz下损耗低,已经代替软磁铁氧体和MPP磁粉芯用于电感器中。

现在大批的新型磁性材料已经投入了变压器的制作中 2016-12-15 本文被阅读 1153 次
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