合金電力變壓器技術簡介

?合金變壓器

　　電力設備 變壓器 電子變壓器電源變壓器功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要軟磁電磁器件，電源技術中和電力電子技術中到廣泛應用。最近客戶高頻變壓器這一塊提出問題，我們來淺談一下高頻變壓器設計。?

高頻電源變壓器設計原則

　　高頻電源變壓器作為一種產品，自然帶有商品屬性，高頻電源變壓器設計原則和其他商品一樣，是具體使用條件下完成具體功能中追求性能價格比最好。可能偏重性能和效率，可能偏重價格和成本。現，輕、薄、短、小，成為高頻電源發展方向，是強調降低成本。其中成為一大難點高頻電源變壓器，更需要這方面下功夫。高頻電源變壓器“設計要點”一文中，只談性能，不談成本，不能不說是一大缺憾，能認真考慮一下高頻電源變壓器設計原則，追求更好性能價格比，傳送不到10VA單片開關電源高頻變壓器，應當設計出更輕、薄、短、小方案來。不談成本，市場價值規律是無情！許多性能好產品，往往價格不能為市場接受而遭冷落和淘汰。往往一種新產品最后被成本否決。一些“節能不節錢”產品為什么市場上推廣不開值大家深思。

　　產品成本，包括材料成本，生產成本，還包括研發成本，設計成本。，節約時間，經驗，對高頻電源變壓器鐵損銅損比例、漏感與激磁電感比例原邊和副邊繞組損耗比例、電流密度提供一些參考數據，對窗口填充程度、繞組導線和結　構推薦一些方案，有什么不好？為什么一定要按步就班來回進行推算和仿真，才概念錯誤？作者曾 20世紀80年代中開發高頻磁放大器式開關電源，以溫升最低為條件，對高頻電源變壓器進行過優化設計。熱阻難以確定，結果與試制樣品相差甚遠，不不再次修正。現有些公司磁芯產品說明書中，縮短用戶設計高頻電源變壓器時間，有列出簡化設計公式，有用表列出磁芯某種工作頻率下傳送功率。這種既為用戶著想，又推廣公司產品雙贏行為，是完全符合市場規律行為，決什么需要辨析錯誤概念。問題是提供參考數據，推薦方案是否是經驗總結？有沒有普遍性？包括“辨析”一文中提出一些說法，都需要實踐檢驗，才能站住腳。

高頻電源變壓器設計要求

　　以設計原則為出發點，可以對高頻電源變壓器提出四項設計要求：使用條件，完成功能，提高效率，降低成本。

使用條件

　　使用條件包括兩方面內容：可靠性和電磁兼容性。以前只注意可靠性，現環境保護意識增強，必須注意電磁兼容性。

　　可靠性是指具體使用條件下，高頻電源變壓器能正常工作到使用壽命為止。一般使用條件對高頻電源變壓器影響最大是環境溫度。有些軟磁材料，居里點比較低，對溫度敏感。例如錳鋅軟磁鐵氧體，居里點215℃，磁通密度、磁導率和損耗都隨溫度發生變化，除正常溫度25℃而外，還要給出60℃、80℃、 100℃時各種參考數據。，錳鋅軟磁鐵氧體磁芯溫度限制100℃以下，也就是環境溫度為40℃時，溫升只允許低于60℃，相當于A級絕緣材料溫度。與錳鋅軟磁鐵氧體磁芯相配套電磁線和絕緣件，一般都采用E級和B級絕緣材料。

　　電磁兼容性是指高頻電源變壓器既不產生對外界電磁干擾，又能承受外界電磁干擾。電磁干擾包括可聞音頻噪聲和不可聞高頻噪聲。高頻電源變壓器

　　產生電磁干擾主要原因之一是磁芯磁致伸縮。磁致伸縮大軟磁材料，產生電磁干擾大。例如錳鋅軟磁鐵氧體，磁致伸縮系數λS為21×10-6(負六次方)，是取向硅鋼7倍以上，是高磁導坡莫合金和非晶合金20倍以上，是微晶納米晶合金10倍以上。錳鋅軟磁鐵氧體磁芯產生電磁干擾大。高頻電源變壓器產生電磁干擾主要原因還有磁芯之間吸力和繞組導線之間斥力。這些力變化頻率與高頻電源變壓器工作頻率一致。工作頻率為100kHz左右高頻電源變壓器，沒有特殊原因是不會產生20kHz以下音頻噪聲。既然提出10W以下單片開關電源音頻噪聲頻率，約為10kHz-20kHz，一定有其原因。沒有畫出噪聲頻譜圖，具體原因說不清楚，由高頻電源變壓器本身產生可能性不大，沒有必要采用玻璃珠膠合劑粘合磁芯。屏蔽是防止電磁干擾，增加高頻電源變壓器電磁兼容性好辦法。阻止高頻電源變壓器電磁干擾傳播，設計磁芯結構和設計繞組結構也應當采取相應措施，只靠加外屏蔽帶并不一定是最佳方案，它只能阻止輻射傳播干擾，不能阻止傳導傳播干擾。

完成功能

　　高頻電源變壓器完成功能有三個：功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。

　　功率傳送有兩種方式。第一種是變壓器功率傳送方式，加原繞組上電壓，磁芯中產生磁通變化，使副繞組感應電壓，使電功率從原邊傳送到副邊。功率傳送過程中，磁芯又分為磁通單方向變化和磁通雙方向變化兩種工作模式。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值 Bm變化到剩余磁通密度Br，從Br變化到Bm。磁通密度變化值△B=Bm-Br。提高△B，希望Bm大，Br小。雙方向變化工作模式磁通度從+ Bm變化到-Bm，從-Bm變化到+Bm。磁通密度變化值△B=2Bm，提高△B，希望Bm大，但不要求Br小，是單方向變化工作模式雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導率有關，第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入電能，使磁芯激磁，變為磁能儲存起來，然后去磁使副繞組感應電壓，變成電能釋放給負載。傳送功率決定于電感磁芯儲能，而儲能又決定于原繞組電感。電感與磁芯磁導率有關，磁導率高，電感量大，儲能多。而不直接與磁通密度有關。功率傳送方式不同，要求磁芯參數不一樣，高頻電源變壓器設計中，磁芯材料和參數選擇仍然是設計一個主要內容。

　　電壓變換原邊和副邊繞組匝數比來完成。功率傳送是那一種方式，原邊和副邊電壓變換比等于原和副繞組匝數比。繞組匝數設計成多少，不改變匝數比，就不影響電壓變換。繞組匝數與高頻電源變壓器漏感有關。漏感大小與原繞組匝數平方成正比。

　　絕緣隔離原邊和副邊繞組絕緣結構來完成。保證繞組之間絕緣，必須增加兩個繞組之間距離，降低繞組間耦合程度，使漏感增大。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數不能太少，否則，匝間層間電壓相差大，會引起局部短路。這樣，匝數有下限，使漏感也有下限。總之，高頻電源變壓器絕緣結構和總體結構設計中，要統籌考慮漏感和絕緣強度問題。3.3 提高效率 提高效率是現對電源和電子設備普遍要求。從單個高頻電源變壓器來看，損耗不大。例如，100VA高頻電源變壓器，效率為98%時，損耗2W，并不多。成十萬個，成百萬個高頻電源變壓器，總損耗可能達到上十萬W，上百萬W。還有，許多高頻電源變壓器一直長期運行，年總損耗相當可觀，有可能達到上千萬kWh。這樣，高頻電源變壓器提高效率，可以節約電力。節約電力后，可以少建發電站。少建發電站后，可以少消耗煤和石油，可以少排放廢氣、廢水、煙塵和灰渣，減少對環境污染。既具有節約能源，又具有環境保護雙重社會經濟效益。提高效率是高頻電源變壓器一個主要設計要求，一般效率要提高到95%以上，損耗要減少到5%以下。

　　高頻電源變壓器損耗包括磁芯損耗（鐵損）和繞組損耗（銅損）。有人關心變壓器鐵損和銅損比例。這個比例是隨變壓器工作頻率發生變化。變壓器

　　外加電壓不變，工作頻率越低，繞組匝數越多，銅損越大。 50Hz工頻下，銅損遠遠超過鐵損。例如：50Hz 100kVAS9型三相油浸式硅鋼電力變壓器，

　　銅損為鐵損5倍左右。50Hz100kVA SH11型三相油浸式非晶合金電力變壓器，銅損為鐵損20倍左右。

　　正鐵損是高頻電源變壓器損耗主要部分，鐵損選擇磁芯材料是高頻電源變壓器設計一個主要內容。鐵損也成為評價軟磁芯材料一個主要參數。鐵損與

　　磁芯工作磁通密度工作頻率有關，介紹軟磁磁芯材料鐵損時，必須說明什么工作磁通密度下和什么工作頻率下損耗。用符號表示時，也必須標明：Ps

　　π其中工作磁通密度B單位是T（特斯拉），工作頻率f單位是Hz（赫芝）。例如Pos/doo表示工作磁能密度為0.5T，工作頻率為400Hz時損耗。又例如()表示工作磁通密度為0.1T，工作頻率為 100kHz時損耗。鐵損還與工作溫度有關，介紹軟磁磁芯材料鐵損時，必須指明它工作溫度，特別是軟磁鐵氧體材料，對溫度變化比較敏感，產品說明書中都要列出25℃至100℃鐵損。

　　軟磁材料飽和磁通密度并不完全代表使用工作磁通密度上限，常常是鐵損限制使用工作磁通密度上限。新電源變壓器用軟磁鐵氧體材料分類標準中把允許工作磁通密度和工作頻率乘積B×f，作為材料性能因子，并說明性能因子條件下允許損耗值。新分類標準性能因子把軟磁鐵氧體材料分為 PW1、PW2、PW3、PW4、PW5五類，性能因子越高，工作頻率越高，極限頻率也越高。

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