Một số phát triển mới về máy biến áp điện tử trong nguồn cung cấp điện

Giới thiệu Trong những năm gần đây, giá vật liệu cốt lõi và vật liệu dẫn điện được sử dụng trong các máy biến áp điện tử trong nguồn cung cấp điện liên tục tăng, và các vật liệu thô đầu nguồn đã hình thành nên thị trường bán' Với tư cách là người sử dụng điện của các máy biến áp điện tử hạ nguồn, họ có thể chọn và mua trên quy mô toàn cầu để hình thành thị trường của người mua' Ở vị trí trung gian của ngành công nghiệp máy biến áp điện tử, chỉ bằng cách đi theo con đường đổi mới công nghệ, chúng ta mới có thể thoát khỏi tình thế khó xử của sự tức giận ở cả hai đầu. Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp máy biến áp điện tử đã trưởng thành, việc đổi mới công nghệ gặp nhiều khó khăn hơn. Nhưng mọi cải tiến liên kết nhỏ đều có thể mang lại những ý tưởng mới và sản phẩm mới. Vì vậy, bài viết này giới thiệu một số phát triển mới của máy biến áp điện tử trong nguồn cung cấp điện trong những năm gần đây từ bốn khía cạnh: vật liệu mới, cấu trúc mới, nguyên lý mới và sản phẩm mới, cho độc giả' tài liệu tham khảo. Vui lòng sửa cho tôi nếu có bất kỳ điều gì không chính xác. Đi trên con đường đổi mới công nghệ, chúng ta phải luôn ghi nhớ mục đích cần đạt được. Máy biến áp điện tử trong bộ nguồn, giống như tất cả các sản phẩm như hàng hóa, thực hiện bất kỳ sự đổi mới công nghệ nào và phải thực hiện các chức năng cụ thể trong các điều kiện sử dụng cụ thể, theo đuổi tỷ lệ hiệu suất trên giá tốt nhất. Các sản phẩm điện hiện nay thường có đặc điểm chung là" nhẹ, mỏng, ngắn và nhỏ" hướng tới sự thu nhỏ và tính di động. Máy biến áp điện tử phải thích ứng với yêu cầu về khối lượng và trọng lượng của sản phẩm điện với tư cách là người sử dụng. Đồng thời, giá nguyên vật liệu (vật liệu lõi và vật liệu dẫn điện) cho máy biến áp điện tử đã tăng. Vì vậy, làm thế nào để giảm khối lượng và trọng lượng, làm thế nào để giảm giá thành đã trở thành hướng phát triển chính của máy biến áp điện tử trong những năm gần đây. 1. Vật liệu mới 1.1 Thép silic Thép silic là vật liệu cốt lõi được sử dụng rộng rãi trong các máy biến áp điện tử trong các bộ nguồn tần số công nghiệp. Để giảm lượng lõi trong máy biến áp điện tử, phải tăng mật độ từ thông làm việc (mật độ từ làm việc) của thép silic. Mật độ từ tính làm việc của thép silic được xác định bởi cả mật độ từ thông bão hòa và tổn thất. Bởi vì hiệu suất là một chỉ số hiệu suất quan trọng của máy biến áp điện tử, nhiều sản phẩm điện hiện nay yêu cầu tổn thất dự phòng để tiết kiệm năng lượng. Tổn hao lõi của máy biến áp điện tử là thành phần chính của tổn thất dự phòng, do đó, các yêu cầu rõ ràng và nghiêm ngặt được đặt ra về hiệu suất hoặc tổn thất của máy biến áp điện tử. Trong những năm gần đây, giá thép cán nguội silicon có định hướng và không định hướng đã tăng lên. So với lõi loại R, loại CD và loại EI, lõi hình xuyến cuộn có thể tiết kiệm hơn 20 % của chi phí vật liệu cốt lõi do tiêu thụ ít vật liệu hơn. Phạm vi sử dụng trong máy biến áp. Lõi hình xuyến có vết thương có thể phát huy hết tác dụng của thép cán nguội định hướng silicon. So với thép cán nguội không định hướng, mật độ từ tính làm việc cao hơn nhiều. Đồng thời, không giống như lõi sắt loại R, loại CD và loại EI, vật liệu thép silic có thể được tận dụng triệt để, sẽ không có lãng phí góc, và tỷ lệ sử dụng vật liệu có thể đạt hơn 98 %. Trong những năm gần đây, đã có sự cải tiến đáng kể đối với thép silic cán nguội. Thép silicon cán nguội định hướng 0,23mm của 23Q110 được sản xuất trong nước có mật độ từ thông làm việc là 1,7 T và 50 Hz, và khối lượng đơn vị mất đi là 1,10 Wkg. Thép silicon cán nguội định hướng P1.750 có độ dày 0,23 mm được sản xuất tại Nhật Bản là 0,88Wkg. Sau khi xử lý bề mặt của dải thép silicon được phủ bằng lớp phủ căng, P1.750 giảm xuống 0,7Wkg. Thay đổi quy trình ủ để tinh chỉnh các miền từ tính, P1.750 giảm xuống còn 0,55 ～ 0,45Wkg, thấp hơn nhiều so với thép cán nguội không định hướng dày 0,35mm ở mật độ từ tính làm việc là 1,5T và 50Hz (P1. 550) trong tổng số 2Wkg. Trong điều kiện đảm bảo cùng một tổn thất, mật độ từ tính làm việc của thép silic cán nguội định hướng có độ dày 0,23mm có thể đạt tới 1,85T. Nếu nó được chọn để xử lý lõi hình xuyến, thì mật độ từ tính làm việc của thép cán nguội không định hướng cao hơn 1,23 lần 1,5 T. Tiết diện và thể tích lõi của nó có thể giảm hơn 23 %. Ngày nay, máy biến áp tần số điện lõi sắt loại EI được sử dụng rộng rãi trong bộ điều hợp nguồn của bộ sạc điện thoại di động và thiết bị gia dụng, và đôi khi xảy ra hiện tượng quá nhiệt. Lõi EI được tạo thành từ các tấm đục lỗ hình EI. Một phần năm chiều dài của tấm đục lỗ hình chữ E trực giao với hướng dọc (hướng định hướng). Để chịu được từ trường ngang, thép silic cán nguội không định hướng thường được sử dụng. Trong những năm gần đây, Công ty Kawasaki của Nhật Bản đã phát triển thép silic cán nguội theo định hướng dòng RGE có thể được sử dụng cho lõi EI. Độ dày là 0,35 mm, mật độ từ bão hòa dọc là 1,80 ～ 1,90 T, mật độ từ bão hòa bên là 1,825T, và tổn thất P1.750 là 1,10 ～ 1,25Wkg. Đồng thời, màng cách nhiệt tương đối mỏng, hiệu suất dập tốt. Dùng nó để làm lõi sắt, mật độ từ làm việc có thể lớn hơn 1,7T, tức là 15 % cao hơn so với thép cán nguội không định hướng silicon. Phần lõi và khối lượng có thể giảm hơn 15 %, và tổn thất giảm đáng kể. , Sẽ không còn tình trạng quá nóng nữa. Công ty Kawasaki của Nhật Bản cũng đã phát triển một loại thép cán nguội không định hướng với mật độ từ bão hòa cao. Độ dày là 0,5mm, hàm lượng silicon nhỏ hơn 1 %, 0,6 %, và hàm lượng nhôm là 0,3 %. Sau khi thêm 0,52 % niken, mật độ từ bão hòa là 1,96T. , P1.550 hao hụt là 3Wkg. Sử dụng nó làm vật liệu lõi EI, mật độ từ tính làm việc cũng có thể là 1,7T, nhưng tổn thất tương đối lớn. Cần lưu ý rằng: là loại máy biến áp điện tử lớn, việc sử dụng vật liệu lõi có mật độ từ tính làm việc cao có thể làm giảm số vòng dây và giảm lượng đồng, thay vì giảm tiết diện và khối lượng lõi. Trong tình hình giá vật liệu đồng cao hơn nhiều so với vật liệu lõi, đó có thể là một phương án cải tiến thiết kế tốt hơn. 1.2 Ferit mềm Ferit mềm là vật liệu cốt lõi được sử dụng rộng rãi trong các máy biến áp điện tử trong các nguồn cung cấp điện tần số trung bình và cao tần. So với các vật liệu từ mềm kim loại, ferit mềm có mật độ từ bão hòa thấp, độ từ thẩm thấp và nhiệt độ Curie. Thấp là điểm yếu chính của nó. Đặc biệt khi nhiệt độ Curie thấp, mật độ từ bão hòa Bs và công suất tổn thất trên một đơn vị thể tích Pcv sẽ thay đổi theo nhiệt độ. Nhiệt độ tăng lên, Bs giảm xuống, Pcv bắt đầu giảm, và sau đó tăng lên sau khi đến điểm thung lũng. Do đó, trong điều kiện nhiệt độ cao, miễn là Bs duy trì ở mức cao, mật độ từ làm việc Bm có thể được chọn cao hơn, do đó giảm số vòng dây, giảm lượng đồng sử dụng và giá thành. Nhiệt độ cao và vật liệu ferit mềm có mật độ từ bão hòa cao cũng có thể mở rộng giới hạn nhiệt độ trên của máy biến áp điện tử lên 120 hoặc thậm chí 150 lợi ích. Ví dụ, máy biến áp điện tử cao tần trong thiết bị điện tử ô tô phải sử dụng ferit mềm mật độ từ bão hòa nhiệt độ cao để làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao với sự thay đổi lớn của điều kiện nhiệt độ bên ngoài và nhiệt trong buồng máy. Là một ferit mềm MnZn cho máy biến áp điện tử tần số trung bình và cao, do công ty TDK' của Nhật Bản đại diện, nó đã trải qua quá trình phát triển của PC30 → PC40 → PC44 → PC50 → PC47 → PC95 → PC90. Trong các điều kiện thử nghiệm 100 ℃, 100kHz và 200mT, tổn thất điện năng trên một đơn vị âm lượng tiếp tục giảm. Theo số liệu công ty công bố vào tháng 4 năm 2006, PC30 là 600mW / cm3; PC40 là 420 mW / cm3; PC44 là 340 mW / cm3; PC47 là 270 mW / cm3. Tuy nhiên, mật độ thông lượng bão hòa B dưới 100 lợi ích, PC30, PC40 và PC44 về cơ bản là 390 mT, PC47 là 410 mT, khác xa giá trị lý thuyết là 600 mT và không thể được coi là nhiệt độ cao và thông lượng bão hòa cao vật liệu mật độ. Trong những năm gần đây, để cạnh tranh với vật liệu từ mềm kim loại trong ứng dụng máy biến áp điện tử, đã có làn sóng phát triển vật liệu ferit MnZn có mật độ từ tính cao và mật độ từ bão hòa cao. Công ty FDK của Nhật Bản&# 39 đã phát triển loạt vật liệu mật độ từ độ bão hòa cao và nhiệt độ cao 4H vào tháng 3 năm 2003. Trong số đó, Bs của 4H45 và 4H47 là 520 mT và 530mT ở 25 ℃, 450mT và 470mT ở 100 ℃, nhưng ở 100 ℃, công suất tổn thất Pcv tương đối cao, lần lượt là 450mW / cm3 và 650mW / cm3. Theo báo cáo, FDK đã phát triển vật liệu 4H50 trong điều kiện phòng thí nghiệm. Bs ở 100 ° C là 490 mT, nhưng Pcv khá lớn ở 800 mW / cm3. Công ty TDK Nhật Bản đã phát triển vật liệu PC90 vào tháng 9 năm 2004. Ở 25 ℃, Bs là 540mT và Pcv là 680 mW / cm3; ở 100 ℃, Bs là 450 mT và Pcv là 320mW / cm3, cao hơn mức vật liệu 4H45. Công ty TOKIN đã phát triển vật liệu BH3. Ở 25 ° C, B của nó là 540 mT và Pcv là 600 mW / cm3; ở 100 ° C, Bs là 440 mT và Pcv là 370 mW / cm3. NICERA đã phát triển vật liệu BM30, với Bs là 540 mT và Pcv là 720 mW / cm3 ở 25 ° C; ở 100 ° C, B là 450mT và Pcv là 320mW / cm3. Vật liệu ferit ít sắt và kẽm thấp do Hitachi Metals phát triển, Bs là 563 mT ở 25 ℃; 560 mT ở 100 ℃, về cơ bản không thay đổi, 150 ℃ là 490 mT, nhưng ở 100 ℃, 100 kHz, Trong điều kiện thử nghiệm 200 mT, Pcv là 1700mW / cm3, quá cao và cần được cải thiện. Nhiều thiết bị cung cấp điện không chỉ yêu cầu máy biến áp điện tử ở trạng thái làm việc, tức là tổn thất phải nhỏ ở nhiệt độ cao, mà còn ở trạng thái chờ, tức là tổn thất phải nhỏ ở nhiệt độ bình thường. Các máy biến áp điện tử này có thể sử dụng ferit mềm với nhiệt độ rộng và tiêu thụ điện năng thấp. PC95 do Nhật Bản phát triển' s TDK là vật liệu ferit nhiệt độ rộng, cấp cao đã xuất hiện trong những năm gần đây. Công suất tiêu thụ Pcv là 350mW / cm3 ở 25 ° C, 280mW / cm3 ở 80 ° C, 290mW / cm3 ở 100 ° C, 350mW / cm3 ở 120 ° C và mật độ từ bão hòa 410mT ở 100 ° C. Trong những năm gần đây, một loạt các vật liệu ferit mềm μ có độ thấm cao đã được phát triển. Chúng được sử dụng làm máy biến áp xung trong thiết bị điện điện tử. Độ thấm μ được yêu cầu tương đối cao. Có H5C3 từ TDK, có μ là 15 000 ± 30. %, H5C5, μ là 30 000 ± 30 %. Đối với EPCOS' s T56, μ là 20000 ± 30 %. Để lọc nhiễu điện từ, cần có các đặc tính tần số thấm tốt. TDK HS52, μ là 5 500 ± 25 %; HS72, μ là 7 500 ± 25 %; HS10, μ là 10000 ± 25 %. MP15T của HITACHI có μ là 15000 ± 25 % và có thể hoạt động dưới 500kHz. Để lọc DC, cần có các đặc tính chồng chất DC tốt. TDK' s DN45, μ là 4500 ± 25 %, nhiệt độ hoạt động là 0 ～ 70 ℃ và DNW45 cải tiến, μ là 4 200 ± 25 %, nhiệt độ hoạt động là -40 ℃ ～ +85 ℃, SK-202G của Kawasaki, nhiệt độ hoạt động -40 ℃ ～ +85 ℃, μ là 4300 ± 25 %, và mật độ từ bão hòa cao và vật liệu có tính thấm cao, chẳng hạn như DN50 của TDK, μ là 5 200 ± 20 % , Bs là 550 mT ở 25 ℃, 380 mT ở 100 ℃, nhiệt độ Curie Tc≥210 ℃. 1.3 Hợp kim vô định hình và tinh thể nano Kể từ đầu năm 2005, do sự mất cân đối cung cầu trong nước đối với thép cuộn cán nguội định hướng silicon, giá thép cuộn cán nguội định hướng silicon đã tăng nhanh chóng và hiện đã vượt quá giá của dải hợp kim vô định hình gốc sắt. Trong điều kiện giá cả thị trường hiện nay, việc thay thế thép silic cán nguội định hướng bằng hợp kim vô định hình gốc sắt trong lĩnh vực máy biến áp tần số điện không còn là chuyện khả dĩ mà đã trở thành hiện thực. Trong ngành công nghiệp máy biến áp điện, các nhà sản xuất máy biến áp phân phối đã chuyển vật liệu cốt lõi từ thép silic cán nguội định hướng sang hợp kim vô định hình gốc sắt. Đồng thời, kể từ ngày 1 tháng 7 năm 2006, tiêu chuẩn quốc gia bắt buộc" Giá trị giới hạn của các giá trị đánh giá hiệu quả năng lượng và tiết kiệm năng lượng cho máy biến áp phân phối" đã được chính thức thực hiện, điều này đã thúc đẩy hơn nữa việc sử dụng hợp kim vô định hình gốc sắt thay vì thép silic cán nguội định hướng trong máy biến áp phân phối. thăng trầm. Giống như máy biến áp phân phối, việc thay thế thép silic cán nguội định hướng bằng hợp kim vô định hình gốc sắt trong máy biến áp tần số điện sẽ trở thành một bước phát triển mới lớn trong máy biến áp điện tử trong nguồn cung cấp điện. tại sao? Có thể thấy nguyên nhân từ việc so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thép cán nguội định hướng silic và hợp kim vô định hình gốc sắt trong Bảng 1. Thép silic cán nguội định hướng trung bình trong Bảng 1 lấy cảm ứng từ cao 23R100 và từ tính xử lý miền 23R085 được sản xuất tại Nhật Bản làm ví dụ, và hợp kim vô định hình dựa trên sắt lấy 1K101 được sản xuất trong nước và Metglas 2605SA1 do Hitachi sản xuất làm ví dụ, như có thể thấy trong Bảng 1. Các đặc điểm sau được trình bày. [align = center] Bảng 1 So sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật giữa thép cán nguội định hướng silic và hợp kim vô định hình gốc sắt [/ align] (1) Mật độ từ bão hòa B của hợp kim vô định hình gốc sắt thấp hơn so với silic thép, nhưng ở cùng mật độ từ làm việc Bm (Ví dụ: 1,4T) tổn thất thấp hơn thép silic. Mật độ từ làm việc Bm của hợp kim vô định hình gốc sắt là 1,40 ～ 1,45T đối với máy biến áp một pha và 1,35 ～ 1,40T đối với máy biến áp ba pha. Mật độ từ làm việc Bm của thép silic là 1,70T đối với máy biến áp một pha và 1,65 ～ 1,70T đối với máy biến áp ba pha. Trọng lượng của hợp kim vô định hình gốc sắt đối với biến tần nguồn có cùng công suất là 120 % bằng thép silic. (2) Hệ số lấp đầy của hợp kim vô định hình gốc sắt là 0,85 đối với 1K101 và 0 được sản xuất trong nước. {{356}}. 90 đối với Metglas 2605SA1 do Hitachi sản xuất và một số đạt 0,93. Nếu so sánh 0. {{363}} với 0,945 của thép silic thì thể tích của lõi hợp kim vô định hình gốc sắt có cùng trọng lượng là khoảng 110 % của thép silic. (3) Độ hụt khối lượng đơn vị của hợp kim vô định hình gốc sắt ở điều kiện 1,4T và 50Hz là P1.450, chỉ bằng 26,4 % đến 43 % bằng thép silic, có thể làm giảm đáng kể sự nóng lên của lõi. Trong cùng một tổn thất và cùng điều kiện tản nhiệt, máy biến tần công suất bằng hợp kim vô định hình làm từ sắt có thể giảm tổn thất đồng và giảm vật liệu đồng hơn so với máy biến tần bằng thép silic. Trong điều kiện giá vật liệu đồng cao hơn giá vật liệu sắt thì việc áp dụng phương án này là một biện pháp hữu hiệu để giảm chi phí. Điều đáng chú ý là sự mất mát trên một đơn vị trọng lượng P1.450 được thử nghiệm dưới điện áp sóng hình sin với độ méo nhỏ hơn 2 %. Tần số nguồn điện lưới thực tế bị méo thành 5 %. Trọng lượng đơn vị giảm theo sự biến dạng này là P1.450, thép silic là 123 % P1.450, và hợp kim vô định hình dựa trên sắt là 106 % P1.450. Tại thời điểm này, P1.450 của hợp kim vô định hình gốc sắt chỉ là thép silic. 22,7 % ～ 37 % trong tổng số. (4) Giá hiện tại của thép silic được lấy từ giá thị trường của thép tại một số nơi nhất định ở Quảng Đông vào giữa tháng 8 năm 2006, và giá hiện tại của hợp kim vô định hình gốc sắt nhập khẩu được lấy từ Hitachi của Nhật Bản vào tháng 7 năm 2006, trích dẫn 2,85 đô la Mỹ mỗi kg. Tỷ giá nhân dân tệ là 22,8 nhân dân tệ kg, cộng với thuế quan và thuế giá trị gia tăng là 28 nhân dân tệ kg. Giá hợp kim vô định hình gốc sắt trong nước hiện nay là giá ước tính, có phần chênh lệch so với giá niêm yết của đơn vị sản xuất. (5) Nhiệt độ ủ của hợp kim vô định hình trên cơ sở sắt thấp hơn của thép silic, với thời gian và tiêu thụ ít năng lượng hơn. Chi phí gia công bổ sung để sản xuất lõi sắt phải thấp hơn so với thép silic. Các dải hợp kim vô định hình gốc sắt có thể được gia công thành lõi hình xuyến quanh co, lõi hình chữ nhật chồng lên nhau và lõi hình chữ C hở. Vào những năm 1990, Nhật Bản đã sử dụng nhiều lớp dải hợp kim vô định hình gốc sắt được liên kết để xử lý lõi EI, nhưng chi phí xử lý bổ sung cao và tổn thất lõi tăng lên. Sau đó, không có báo cáo liên quan. Giờ đây, độ dày của hợp kim vô định hình số lượng lớn đang được nghiên cứu có thể đạt đến mức milimet và centimet. Nếu nó được đưa vào sản xuất, nó có thể được xử lý thành lõi EI như thép silicon. Kết hợp các yếu tố trên, trong vòng và C