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變壓器納米晶鐵芯的技術特征


  隨著工業的發展,開關電源功率不斷提升,工作頻率20kHz以上、輸出功率超過30kW的變壓器如選用傳統鐵氧體材料,加工難度加大,批量一致性及溫度穩定性都會存在問題,且變壓器體積大,不能滿足電源高頻與小型化的發展需求??焖倌碳夹g制備的鐵基納米晶軟磁材料因其高飽和磁感應強度、高磁導率、低損耗、良好的溫度穩定性、加工周期短、加工過程環保、產品批量一致性及溫度穩定性好等一系列優點,在大功率高頻功率變壓器上極具應用價值。經過多年的發展,納米晶軟磁材料已經在逆變焊機電源、電流互感器、開關電源、電磁兼容器件等中得到了廣泛的應用。
  目前市場上普通的鐵基納米晶軟磁材料厚度約30μm,且因納米晶材料呈薄帶狀、材料較脆、易折斷、對應力非常敏感,在加工使用過程中,一旦受外力影響,磁性能會大幅惡化,因此在應用時一般將其繞制成環狀或馬蹄形狀,并裝入護盒。這種結構形狀單一、鐵芯窗口利用率低、器件的工作溫度受保護盒材料影響大,散熱差、變壓器漏感大,容易產生噪聲,這些問題導致了其應用的局限性,不能應用于大功率高頻變壓器,也不能用于制造復雜形狀的變壓器。
  新型的納米晶功率變壓器鐵芯采用厚度為24μm的納米晶材料,經過熱處理與固化處理,可以有效解決上述問題。固化成型鐵芯相對于傳統護盒的變壓器鐵芯,具有明顯優勢:(1)納米晶鐵芯整體固化,纏繞絕緣膜后強度能夠達到繞線的要求,可以直接進行變壓器繞制;(2)固化后的納米晶鐵芯釋放了鐵芯內徑和外徑因保護盒增加的部分尺寸,鐵芯整體體積減小,特別是內窗口尺寸可以增大3~5mm,散熱空間更大,變壓器工作安全性提高;(3)減少了保護盒材料對器件工作安全性的影響,節省了保護盒結構設計以及開模具的周期及輔料的質量管控;(4)納米晶變壓器鐵芯設計規格可以更靈活,鐵芯有環形、矩形、C型多種可選,為變壓器的設計及后期線包的繞制提供了更多的選擇方案。中國鋼研科技公司安泰公司以FeSiBCuNb合金納米晶薄帶軟磁材料為對象,研究了功率變壓器用的納米晶鐵芯的技術要點。他們的實驗證明:在相同頻率條件下,24μm的薄帶比常規30μm的薄帶損耗低,在20kHz、0.5T下,24μm薄帶比普通30μm帶材損耗低40%。固化成型處理后因鐵芯迭片間受到固化劑粘接的影響,鐵芯內部產生局部應力,會增加損耗,損耗變化量均值在10%~15%之間。固化劑濃度對鐵芯損耗和磁導率有影響,應選擇最佳固化劑配比。超過最佳配比后,鐵芯損耗增加較大,這是因為固化劑濃度增加后,鐵芯固化的效果增強,鐵芯內部迭片間所受應力增大,導致損耗增加。
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