合金电力变压器技术简介

合金电力变压器技术简介

 合金变压器

　　电力设备 变压器 电子变压器电源变压器功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要软磁电磁器件，电源技术中和电力电子技术中到广泛应用。最近客户高频变压器这一块提出问题，我们来浅谈一下高频变压器设计。 

高频电源变压器设计原则

　　高频电源变压器作为一种产品，自然带有商品属性，高频电源变压器设计原则和其他商品一样，是具体使用条件下完成具体功能中追求性能价格比最好。可能偏重性能和效率，可能偏重价格和成本。现，轻、薄、短、小，成为高频电源发展方向，是强调降低成本。其中成为一大难点高频电源变压器，更需要这方面下功夫。高频电源变压器“设计要点”一文中，只谈性能，不谈成本，不能不说是一大缺憾，能认真考虑一下高频电源变压器设计原则，追求更好性能价格比，传送不到10VA单片开关电源高频变压器，应当设计出更轻、薄、短、小方案来。不谈成本，市场价值规律是无情！许多性能好产品，往往价格不能为市场接受而遭冷落和淘汰。往往一种新产品最后被成本否决。一些“节能不节钱”产品为什么市场上推广不开值大家深思。

　　产品成本，包括材料成本，生产成本，还包括研发成本，设计成本。，节约时间，经验，对高频电源变压器铁损铜损比例、漏感与激磁电感比例原边和副边绕组损耗比例、电流密度提供一些参考数据，对窗口填充程度、绕组导线和结　构推荐一些方案，有什么不好？为什么一定要按步就班来回进行推算和仿真，才概念错误？作者曾 20世纪80年代中开发高频磁放大器式开关电源，以温升最低为条件，对高频电源变压器进行过优化设计。热阻难以确定，结果与试制样品相差甚远，不不再次修正。现有些公司磁芯产品说明书中，缩短用户设计高频电源变压器时间，有列出简化设计公式，有用表列出磁芯某种工作频率下传送功率。这种既为用户着想，又推广公司产品双赢行为，是完全符合市场规律行为，决什么需要辨析错误概念。问题是提供参考数据，推荐方案是否是经验总结？有没有普遍性？包括“辨析”一文中提出一些说法，都需要实践检验，才能站住脚。

高频电源变压器设计要求

　　以设计原则为出发点，可以对高频电源变压器提出四项设计要求：使用条件，完成功能，提高效率，降低成本。

使用条件

　　使用条件包括两方面内容：可靠性和电磁兼容性。以前只注意可靠性，现环境保护意识增强，必须注意电磁兼容性。

　　可靠性是指具体使用条件下，高频电源变压器能正常工作到使用寿命为止。一般使用条件对高频电源变压器影响最大是环境温度。有些软磁材料，居里点比较低，对温度敏感。例如锰锌软磁铁氧体，居里点215℃，磁通密度、磁导率和损耗都随温度发生变化，除正常温度25℃而外，还要给出60℃、80℃、 100℃时各种参考数据。，锰锌软磁铁氧体磁芯温度限制100℃以下，也就是环境温度为40℃时，温升只允许低于60℃，相当于A级绝缘材料温度。与锰锌软磁铁氧体磁芯相配套电磁线和绝缘件，一般都采用E级和B级绝缘材料。

　　电磁兼容性是指高频电源变压器既不产生对外界电磁干扰，又能承受外界电磁干扰。电磁干扰包括可闻音频噪声和不可闻高频噪声。高频电源变压器

　　产生电磁干扰主要原因之一是磁芯磁致伸缩。磁致伸缩大软磁材料，产生电磁干扰大。例如锰锌软磁铁氧体，磁致伸缩系数λS为21×10-6(负六次方)，是取向硅钢7倍以上，是高磁导坡莫合金和非晶合金20倍以上，是微晶纳米晶合金10倍以上。锰锌软磁铁氧体磁芯产生电磁干扰大。高频电源变压器产生电磁干扰主要原因还有磁芯之间吸力和绕组导线之间斥力。这些力变化频率与高频电源变压器工作频率一致。工作频率为100kHz左右高频电源变压器，没有特殊原因是不会产生20kHz以下音频噪声。既然提出10W以下单片开关电源音频噪声频率，约为10kHz-20kHz，一定有其原因。没有画出噪声频谱图，具体原因说不清楚，由高频电源变压器本身产生可能性不大，没有必要采用玻璃珠胶合剂粘合磁芯。屏蔽是防止电磁干扰，增加高频电源变压器电磁兼容性好办法。阻止高频电源变压器电磁干扰传播，设计磁芯结构和设计绕组结构也应当采取相应措施，只靠加外屏蔽带并不一定是最佳方案，它只能阻止辐射传播干扰，不能阻止传导传播干扰。

完成功能

　　高频电源变压器完成功能有三个：功率传送、电压变换和绝缘隔离。

　　功率传送有两种方式。第一种是变压器功率传送方式，加原绕组上电压，磁芯中产生磁通变化，使副绕组感应电压，使电功率从原边传送到副边。功率传送过程中，磁芯又分为磁通单方向变化和磁通双方向变化两种工作模式。单方向变化工作模式，磁通密度从最大值 Bm变化到剩余磁通密度Br，从Br变化到Bm。磁通密度变化值△B=Bm-Br。提高△B，希望Bm大，Br小。双方向变化工作模式磁通度从+ Bm变化到-Bm，从-Bm变化到+Bm。磁通密度变化值△B=2Bm，提高△B，希望Bm大，但不要求Br小，是单方向变化工作模式双方向变化工作模式，变压器功率传送方式都不直接与磁芯磁导率有关，第二种是电感器功率传送方式，原绕组输入电能，使磁芯激磁，变为磁能储存起来，然后去磁使副绕组感应电压，变成电能释放给负载。传送功率决定于电感磁芯储能，而储能又决定于原绕组电感。电感与磁芯磁导率有关，磁导率高，电感量大，储能多。而不直接与磁通密度有关。功率传送方式不同，要求磁芯参数不一样，高频电源变压器设计中，磁芯材料和参数选择仍然是设计一个主要内容。

　　电压变换原边和副边绕组匝数比来完成。功率传送是那一种方式，原边和副边电压变换比等于原和副绕组匝数比。绕组匝数设计成多少，不改变匝数比，就不影响电压变换。绕组匝数与高频电源变压器漏感有关。漏感大小与原绕组匝数平方成正比。

　　绝缘隔离原边和副边绕组绝缘结构来完成。保证绕组之间绝缘，必须增加两个绕组之间距离，降低绕组间耦合程度，使漏感增大。还有，原绕组一般为高压绕组，匝数不能太少，否则，匝间层间电压相差大，会引起局部短路。这样，匝数有下限，使漏感也有下限。总之，高频电源变压器绝缘结构和总体结构设计中，要统筹考虑漏感和绝缘强度问题。3.3 提高效率 提高效率是现对电源和电子设备普遍要求。从单个高频电源变压器来看，损耗不大。例如，100VA高频电源变压器，效率为98%时，损耗2W，并不多。成十万个，成百万个高频电源变压器，总损耗可能达到上十万W，上百万W。还有，许多高频电源变压器一直长期运行，年总损耗相当可观，有可能达到上千万kWh。这样，高频电源变压器提高效率，可以节约电力。节约电力后，可以少建发电站。少建发电站后，可以少消耗煤和石油，可以少排放废气、废水、烟尘和灰渣，减少对环境污染。既具有节约能源，又具有环境保护双重社会经济效益。提高效率是高频电源变压器一个主要设计要求，一般效率要提高到95%以上，损耗要减少到5%以下。

　　高频电源变压器损耗包括磁芯损耗（铁损）和绕组损耗（铜损）。有人关心变压器铁损和铜损比例。这个比例是随变压器工作频率发生变化。变压器

　　外加电压不变，工作频率越低，绕组匝数越多，铜损越大。 50Hz工频下，铜损远远超过铁损。例如：50Hz 100kVAS9型三相油浸式硅钢电力变压器，

　　铜损为铁损5倍左右。50Hz100kVA SH11型三相油浸式非晶合金电力变压器，铜损为铁损20倍左右。

　　正铁损是高频电源变压器损耗主要部分，铁损选择磁芯材料是高频电源变压器设计一个主要内容。铁损也成为评价软磁芯材料一个主要参数。铁损与

　　磁芯工作磁通密度工作频率有关，介绍软磁磁芯材料铁损时，必须说明什么工作磁通密度下和什么工作频率下损耗。用符号表示时，也必须标明：Ps

　　π其中工作磁通密度B单位是T（特斯拉），工作频率f单位是Hz（赫芝）。例如Pos/doo表示工作磁能密度为0.5T，工作频率为400Hz时损耗。又例如()表示工作磁通密度为0.1T，工作频率为 100kHz时损耗。铁损还与工作温度有关，介绍软磁磁芯材料铁损时，必须指明它工作温度，特别是软磁铁氧体材料，对温度变化比较敏感，产品说明书中都要列出25℃至100℃铁损。

　　软磁材料饱和磁通密度并不完全代表使用工作磁通密度上限，常常是铁损限制使用工作磁通密度上限。新电源变压器用软磁铁氧体材料分类标准中把允许工作磁通密度和工作频率乘积B×f，作为材料性能因子，并说明性能因子条件下允许损耗值。新分类标准性能因子把软磁铁氧体材料分为 PW1、PW2、PW3、PW4、PW5五类，性能因子越高，工作频率越高，极限频率也越高。