Einige neue Entwicklungen bei elektronischen Transformatoren in Stromversorgungen

Einleitung In den letzten Jahren sind die Preise für Kernmaterialien und leitfähige Materialien, die in elektronischen Transformatoren in Netzteilen verwendet werden, weiter gestiegen, und vorgelagerte Rohstoffe haben sich zu einem Verkäufermarkt entwickelt. Als Power-User von nachgeschalteten elektronischen Transformatoren können sie auf globaler Ebene auswählen und einkaufen, um einen Käufermarkt zu bilden. In der mittleren Position der elektronischen Transformatorenindustrie können wir dieses Dilemma der Wut an beiden Enden nur auf dem Weg der technologischen Innovation beseitigen. In der ausgereiften elektronischen Transformatorenindustrie ist die technologische Innovation jedoch schwieriger. Aber jede kleine Linkverbesserung kann neue Ideen und neue Produkte bringen. Daher stellt dieser Artikel einige Neuentwicklungen bei elektronischen Transformatoren in Stromversorgungen der letzten Jahre unter vier Aspekten vor: neue Materialien, neue Strukturen, neue Prinzipien und neue Produkte für den Leser' Referenz. Bitte korrigiert mich, wenn es Unannehmlichkeiten gibt. Auf dem Weg der technologischen Innovation müssen wir uns immer an das zu erreichende Ziel erinnern. Der elektronische Transformator in der Stromversorgung führt wie alle Produkte als Commodity jede technologische Innovation durch und muss unter bestimmten Einsatzbedingungen bestimmte Funktionen erfüllen, wobei das beste Preis-Leistungs-Verhältnis angestrebt wird. Die aktuellen Leistungsprodukte sind im Allgemeinen dadurch gekennzeichnet, dass sie"leicht, dünn, kurz und klein" in Richtung Miniaturisierung und Portabilität. Elektronische Transformatoren müssen sich als Anwender an die Volumen- und Gewichtsanforderungen von Leistungsprodukten anpassen. Gleichzeitig sind die Rohstoffpreise (Kernmaterialien und leitfähige Materialien) für elektronische Transformatoren gestiegen. Daher ist die Reduzierung von Volumen und Gewicht sowie die Reduzierung der Kosten in den letzten Jahren zur Hauptrichtung der Entwicklung elektronischer Transformatoren geworden. 1. Neue Werkstoffe 1.1 Siliziumstahl Siliziumstahl ist ein weit verbreitetes Kernmaterial in elektronischen Transformatoren in industriellen Frequenzversorgungen. Um die Kernmenge in elektronischen Transformatoren zu reduzieren, muss die magnetische Arbeitsflussdichte (magnetische Arbeitsdichte) von Siliziumstahl erhöht werden. Die magnetische Arbeitsdichte von Siliziumstahl wird sowohl durch die magnetische Sättigungsflussdichte als auch durch den Verlust bestimmt. Da der Wirkungsgrad ein wichtiger Leistungsindex elektronischer Transformatoren ist, benötigen viele Leistungsprodukte jetzt Standby-Verluste, um Energie zu sparen. Der Kernverlust des elektronischen Transformators ist die Hauptkomponente des Standby-Verlustes, daher werden klare und strenge Anforderungen an die Effizienz oder den Verlust des elektronischen Transformators gestellt. In den letzten Jahren ist der Preis für orientierten und nicht orientierten kaltgewalzten Siliziumstahl gestiegen. Im Vergleich zu R-Typ-, CD-Typ- und EI-Typ-Kernen können gewickelte Ringkerne mehr als 20% . einsparen der Kernmaterialkosten durch geringeren Materialverbrauch. Der Anwendungsbereich im Transformator. Der gewickelte Ringkern kann die Leistung von orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahl voll ausspielen. Im Vergleich zu nicht orientiertem kaltgewalztem Stahl ist die magnetische Arbeitsdichte viel höher. Gleichzeitig können im Gegensatz zu Eisenkernen vom R-Typ, CD-Typ und EI-Typ Siliziumstahlmaterialien vollständig genutzt werden, es entsteht kein Eckenabfall und die Materialnutzungsrate kann mehr als 98% erreichen. In den letzten Jahren hat sich der kaltgewalzte orientierte Siliziumstahl beträchtlich verbessert. Der im Inland hergestellte 0,23 mm orientierte kaltgewalzte Siliziumstahl 23Q110 hat eine magnetische Arbeitsflussdichte von 1,7 T und 50 Hz, und der Gewichtsverlust pro Einheit beträgt 1,10 Wkg. Der in Japan hergestellte orientierte kaltgewalzte Siliziumstahl P1.750 mit einer Dicke von 0,23 mm hat ein Gewicht von 0,88 Wkg. Nach der Oberflächenbehandlung des Siliziumstahlbandes mit Zugbeschichtung sinkt P1.750 auf 0,7 Wkg. Durch Änderung des Glühprozesses zur Verfeinerung der magnetischen Domänen sinkt P1.750 auf 0,55～0,45Wkg, was viel niedriger ist als der 0,35 mm dicke nicht orientierte kaltgewalzte Siliziumstahl bei einer magnetischen Arbeitsdichte von 1,5 T und 50 Hz (P1. 550) von 2Wkg. Unter der Bedingung, den gleichen Verlust zu gewährleisten, kann die magnetische Arbeitsdichte von 0,23 mm dickem orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahl 1,85 t erreichen. Wenn es für die Bearbeitung des Ringkerns ausgewählt wird, ist es 1,23-mal höher als die magnetische Arbeitsdichte von nicht orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahl 1,5 T. Der Kernquerschnitt und das Volumen können um mehr als 23% reduziert werden. Heutzutage werden Eisenkern-Netzfrequenz-Leistungstransformatoren vom EI-Typ weit verbreitet in den Netzteilen von Mobiltelefonladegeräten und Haushaltsgeräten verwendet, und manchmal tritt eine Überhitzung auf. Der EI-Kern besteht aus EI-förmigen Stanzblechen. Ein Fünftel der Länge des E-förmigen gestanzten Blechs ist orthogonal zur Längsrichtung (Ausrichtungsrichtung). Um dem transversalen Magnetfeld zu widerstehen, wird im Allgemeinen nicht orientierter kaltgewalzter Siliziumstahl verwendet. In den letzten Jahren hat die japanische Kawasaki Company einen orientierten kaltgewalzten Siliziumstahl der RGE-Serie entwickelt, der für EI-Kerne verwendet werden kann. Die Dicke beträgt 0,35 mm, die magnetische Sättigungsdichte in Längsrichtung beträgt 1,80 bis 1,90 T, die magnetische Sättigungsdichte in Querrichtung beträgt 1,825 T und der Verlust P1.750 beträgt 1,10 bis 1,25 Wkg. Gleichzeitig ist der Isolierfilm relativ dünn und die Stanzleistung ist gut. Wenn es zur Herstellung des Eisenkerns verwendet wird, kann die magnetische Arbeitsdichte mehr als 1,7 T betragen, was 15% . beträgt höher als bei nicht orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahl. Der Kernabschnitt und das Volumen können um mehr als 15% reduziert werden, und der Verlust wird stark reduziert. , Es wird keine Überhitzung mehr geben. Die japanische Kawasaki Company hat auch einen nicht orientierten kaltgewalzten Stahl mit hoher magnetischer Sättigungsdichte entwickelt. Die Dicke beträgt 0,5 mm, der Siliziumgehalt beträgt weniger als 1%, 0,6% und der Aluminiumgehalt beträgt 0,3%. Nach dem Hinzufügen von 0,52% Nickel, die magnetische Sättigungsdichte beträgt 1,96 T. , Der Verlust P1.550 beträgt 3Wkg. Bei Verwendung als EI-Kernmaterial kann die magnetische Arbeitsdichte auch 1,7 T betragen, aber der Verlust ist relativ groß. Es ist erwähnenswert: Als große Klasse elektronischer Transformatoren kann die Verwendung von Kernmaterialien mit hoher magnetischer Arbeitsdichte die Anzahl der Spulenwindungen und die Kupfermenge reduzieren, anstatt den Kernquerschnitt und das Volumen zu reduzieren. Unter der Situation, dass der Preis von Kupfermaterial viel höher ist als der von Kernmaterial, kann dies ein besserer Plan zur Verbesserung des Designs sein. 1.2 Weichferrite Weichferrite sind Kernmaterialien, die in elektronischen Transformatoren in Mittel- und Hochfrequenzstromversorgungen weit verbreitet sind. Verglichen mit metallischen weichmagnetischen Materialien haben Weichferrite eine niedrige magnetische Sättigungsdichte, eine geringe Permeabilität und Curie-Temperatur. Niedrig ist seine größte Schwäche. Insbesondere wenn die Curie-Temperatur niedrig ist, ändern sich die magnetische Sättigungsdichte Bs und der Leistungsverlust pro Volumeneinheit Pcv mit der Temperatur. Die Temperatur steigt, Bs sinkt, Pcv beginnt zu sinken und steigt dann nach Erreichen des Talpunkts an. Daher kann unter Hochtemperaturbedingungen, solange Bs einen hohen Wert beibehält, die magnetische Arbeitsdichte Bm höher gewählt werden, wodurch die Anzahl der Spulenwindungen, die verwendete Kupfermenge und die Kosten verringert werden. Das weiche Ferritmaterial mit hoher Temperatur und hoher magnetischer Sättigungsdichte kann auch die obere Temperaturgrenze elektronischer Transformatoren auf 120 oder sogar 150 Vorteile erweitern. Beispielsweise müssen elektronische Hochfrequenztransformatoren in elektronischen Kraftfahrzeugausrüstungen Hochtemperatur-Weichferrit mit hoher Sättigung und magnetischer Dichte verwenden, um unter Hochtemperaturbedingungen mit großen Änderungen der Außentemperaturbedingungen und Hitze im Motorraum zu arbeiten. Als MnZn-Weichferrit für elektronische Mittel- und Hochfrequenztransformatoren, vertreten durch die japanische Firma TDK', hat es grob den Entwicklungsprozess von PC30 → PC40 → PC44 → PC50 → PC47 → PC95 → PC90 erlebt. Unter den Testbedingungen von 100℃, 100kHz und 200mT nimmt die Verlustleistung pro Volumeneinheit weiter ab. Laut den vom Unternehmen im April 2006 veröffentlichten Daten beträgt PC30 600 mW/cm3; PC40 ist 420 mW/cm3; PC44 beträgt 340 mW/cm³; PC47 ist 270 mW/cm3. Allerdings beträgt die Sättigungsflussdichte Bs unter 100 Vorteilen, PC30, PC40 und PC44 im Wesentlichen 390 mT, PC47 beträgt 410 mT, was weit vom theoretischen Wert von 600 mT entfernt ist und nicht als Hochtemperatur- und Sättigungsfluss angesehen werden kann Dichte Material. Um mit metallischen weichmagnetischen Materialien bei der Anwendung elektronischer Transformatoren zu konkurrieren, gab es in den letzten Jahren eine Welle der Entwicklung von MnZn-Ferritmaterialien mit hoher Temperatur und hoher Sättigungsmagnetdichte. Das japanische Unternehmen FDK&hat im März 2003 die 4H-Serie von Hochtemperatur- und Hochsättigungsmaterialien mit magnetischer Dichte entwickelt. Unter ihnen sind die Bs von 4H45 und 4H47 520 mT und 530 mT bei 25T, 450 mT und 470 mT bei 100 ℃, aber bei 100℃ ist die Verlustleistung Pcv mit 450mW/cm3 bzw. 650mW/cm3 relativ hoch. Berichten zufolge hat FDK unter Laborbedingungen ein 4H50-Material entwickelt. Der Bs bei 100°C beträgt 490 mT, aber der Pcv ist mit 800 mW/cm3 ziemlich groß. Das japanische Unternehmen TDK hat im September 2004 PC90-Material entwickelt. Bei 25℃ beträgt Bs 540 mT und Pcv 680 mW/cm3; bei 100 beträgt Bs 450 mT und Pcv 320 mW/cm3, was höher als das Materialniveau 4H45 ist. Die Firma TOKIN hat das Material BH3 entwickelt. Bei 25 °C beträgt Bs 540 mT und Pcv 600 mW/cm3; bei 100°C beträgt Bs 440 mT und Pcv beträgt 370 mW/cm3. NICERA hat das BM30-Material mit Bs von 540 mT und Pcv von 720 mW/cm3 bei 25°C entwickelt; bei 100°C, Bs von 450mT und Pcv von 320mW/cm3. Das von Hitachi Metals entwickelte Ferritmaterial mit hohem Eisen- und niedrigem Zinkgehalt, Bs, beträgt 563 mT bei 25 ℃; 560 mT bei 100 ℃, im Wesentlichen unverändert, 150 ℃ sind 490 mT, aber bei 100 ℃, 100 kHz. Unter der Testbedingung von 200 mT beträgt der Pcv 1700 mW/cm3, was zu hoch ist und verbessert werden muss. Viele Stromversorgungsgeräte erfordern nicht nur, dass sich der elektronische Transformator in einem betriebsbereiten Zustand befindet, dh der Verlust sollte bei hoher Temperatur gering sein, sondern auch im Standby-Zustand, dh der Verlust sollte bei normaler Temperatur gering sein. Diese elektronischen Transformatoren können Weichferrit mit einem breiten Temperaturbereich und geringem Stromverbrauch verwenden. PC95, entwickelt von Japan's TDK ist ein Hochtemperatur-Ferritmaterial, das in den letzten Jahren auf den Markt gekommen ist. Die Leistungsaufnahme Pcv beträgt 350 mW/cm3 bei 25 °C, 280 mW/cm3 bei 80 °C, 290 mW/cm3 bei 100 °C, 350 mW/cm3 bei 120 °C und die magnetische Sättigungsdichte 410 mT bei 100 °C. In den letzten Jahren wurde eine Reihe von µ-Weichferritmaterialien mit hoher Permeabilität entwickelt. Sie werden als Impulsübertrager in elektronischen Leistungsgeräten eingesetzt. Die Permeabilität µ muss relativ hoch sein. Es gibt H5C3 von TDK, das einen μ von 15 000 ± 30 hat. %, H5C5, μ ist 30 000±30%. Für EPCOS's T56 ist μ 20000±30%. Für die Filterung elektromagnetischer Interferenzen sind gute Permeabilitäts-Frequenzeigenschaften erforderlich. TDK HS52, μ ist 5 500 ± 25%; HS72, μ ist 7 500 ± 25%; HS10, μ ist 10000 ± 25%. Der MP15T von HITACHI hat einen μ von 15000±25% und kann unter 500kHz arbeiten. Für die DC-Filterung sind gute DC-Überlagerungseigenschaften erforderlich. TDK's DN45, μ ist 4500±25%, Betriebstemperatur beträgt 0～70℃, und verbesserter DNW45, μ ist 4200±25%, Betriebstemperatur beträgt -40℃～+85 ℃, Kawasakis SK-202G, Betriebstemperatur -40℃～+85℃, μ ist 4300±25%, und Materialien mit hoher Sättigungsmagnetdichte und hoher Permeabilität, wie TDKs DN50, μ ist 5 200±20% , Bs ist 550 mT bei 25℃, 380 mT bei 100℃, Curie-Temperatur Tc≥210℃. 1.3 Amorphe und nanokristalline Legierungen Seit Anfang 2005 ist der Preis für orientierte kaltgewalzte Siliziumstahlbänder aufgrund des Ungleichgewichts von Angebot und Nachfrage nach orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahlband stark gestiegen und hat inzwischen den Preis von amorphe Legierungsbänder auf Eisenbasis. Unter den aktuellen Marktpreisbedingungen ist der Ersatz von orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahl durch amorphe Legierungen auf Eisenbasis im Bereich der Netzfrequenz-Leistungstransformatoren nicht mehr nur möglich, sondern Realität. In der Leistungstransformatorenindustrie haben die Hersteller von Verteiltransformatoren die Kernmaterialien von orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahl auf amorphe Legierungen auf Eisenbasis umgestellt. Gleichzeitig wird ab dem 1. Juli 2006 die verbindliche nationale Norm"Grenzwerte der Energieeffizienz- und Energieeinsparbewertungswerte für Verteiltransformatoren (GG) quot; wurde formal umgesetzt, was die Verwendung von amorphen Legierungen auf Eisenbasis anstelle von orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahl in Verteiltransformatoren weiter förderte. Aufschwung. Wie bei Verteiltransformatoren wird der Ersatz von orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahl durch amorphe Legierungen auf Eisenbasis in Netzfrequenz-Leistungstransformatoren zu einer wichtigen Neuentwicklung bei elektronischen Transformatoren in Stromversorgungen. Warum? Der Grund ist aus dem Vergleich der technischen und wirtschaftlichen Indikatoren von orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahl und amorpher Legierung auf Eisenbasis in Tabelle 1 ersichtlich. Der mittelorientierte kaltgewalzte Siliziumstahl in Tabelle 1 nimmt die hohe magnetische Induktion 23R100 und magnetische Domänenbehandlung 23R085, hergestellt in Japan als Beispiele, und die amorphe Legierung auf Eisenbasis nimmt das im Inland hergestellte 1K101 und das von Hitachi hergestellte Metglas 2605SA1 als Beispiele, wie in Tabelle 1 zu sehen ist. Die folgenden Merkmale werden vorgestellt. [align=center] Tabelle 1 Vergleich technischer und wirtschaftlicher Indikatoren zwischen orientiertem kaltgewalztem Siliziumstahl und amorphen Legierungen auf Eisenbasis[/align] (1) Die magnetische Sättigungsdichte Bs von amorphen Legierungen auf Eisenbasis ist niedriger als die von Silizium Stahl, aber bei gleicher magnetischer Arbeitsdichte Bm (z. B. 1,4 T) ist der geringere Verlust geringer als bei Siliziumstahl. Die magnetische Arbeitsdichte Bm der amorphen Legierung auf Eisenbasis beträgt 1,40～1,45T für Einphasentransformatoren und 1,35～1,40T für Dreiphasentransformatoren. Die magnetische Arbeitsdichte Bm von Siliziumstahl beträgt 1,70T für Einphasentransformatoren und 1,65～1,70T für Dreiphasentransformatoren. Das Gewicht der amorphen Legierung auf Eisenbasis für den Netzfrequenztransformator mit der gleichen Kapazität beträgt etwa 120% aus Siliziumstahl. (2) Der Füllfaktor von amorphen Legierungen auf Eisenbasis beträgt 0,85 für im Inland hergestellte 1K101 und 0,{{356}},90 für Metglas 2605SA1, hergestellt von Hitachi, und einige haben 0,93 erreicht. Wenn 0.{{363}} mit 0,945 von Siliziumstahl verglichen wird, beträgt das Volumen des amorphen Legierungskerns auf Eisenbasis mit gleichem Gewicht etwa 110% von Siliziumstahl. (3) Der Einheitsgewichtsverlust der amorphen Legierung auf Eisenbasis unter 1,4T- und 50Hz-Bedingungen beträgt P1.450, was nur 26,4% beträgt bis 43% aus Siliziumstahl, wodurch die Kernerwärmung deutlich reduziert werden kann. Unter den gleichen Verlust- und Wärmeableitungsbedingungen können Leistungsfrequenztransformatoren aus amorpher Legierung auf Eisenbasis den Kupferverlust und die Kupfermaterialien reduzieren als Leistungsfrequenztransformatoren aus Siliziumstahl. Unter der Bedingung, dass der Preis von Kupferwerkstoffen höher ist als der von Eisenwerkstoffen, ist diese Regelung eine wirksame Maßnahme zur Kostensenkung. Es ist erwähnenswert, dass der Verlust pro Gewichtseinheit P1.450 unter einer Sinusspannung mit einer Verzerrung von weniger als 2% getestet wird. Das tatsächliche Netzfrequenzraster ist auf 5% verzerrt. Der Gewichtsverlust pro Einheit unter dieser Verzerrung beträgt P1.450, Siliziumstahl ist 123% P1.450, und amorphe Legierung auf Eisenbasis ist 106% P1.450. Derzeit ist P1.450 aus einer amorphen Legierung auf Eisenbasis nur Siliziumstahl. 22,7%～37% von allen. (4) Der aktuelle Preis für Siliziumstahl wurde dem Marktpreis für Stahl an einem bestimmten Ort in Guangdong Mitte August 2006 entnommen, und der aktuelle Preis für importierte amorphe Legierungen auf Eisenbasis wurde im Juli 2006 von Japans Hitachi übernommen, wobei 2,85 US-Dollar pro Kilogramm. Der RMB-Wechselkurs beträgt 22,8 Yuan kg, zuzüglich Zölle und Mehrwertsteuer 28 Yuan kg. Der aktuelle Preis für inländische amorphe Legierungen auf Eisenbasis ist eine Schätzung, die etwas vom Angebotspreis der Produktionseinheit abweicht. (5) Die Glühtemperatur von amorphen Legierungen auf Eisenbasis ist niedriger als die von Siliziumstahl, mit weniger Zeitaufwand und geringerem Energieverbrauch. Die zusätzlichen Verarbeitungskosten für die Herstellung von Eisenkernen sollten niedriger sein als die von Siliziumstahl. Amorphe Legierungsbänder auf Eisenbasis können zu Wickelkernen, rechteckigen Überlappungskernen und offenen C-förmigen Kernen verarbeitet werden. In den 1990er Jahren verwendete Japan mehrere Lagen verbundener amorpher Legierungsbänder auf Eisenbasis zur Verarbeitung von EI-Kernen, aber die zusätzlichen Verarbeitungskosten waren hoch und die Kernverluste stiegen. Später gab es keinen entsprechenden Bericht. Nun kann die Dicke der untersuchten amorphen Massenlegierung den Millimeter- und Zentimeterbereich erreichen. Wenn es in Produktion geht, kann es wie Siliziumstahl zu einem EI-Kern verarbeitet werden. Kombination der oben genannten Faktoren, im Ring und C and