c.起交流和直流滤波作用
d.抑制电磁和噪声干扰作用
e.具有储能作用的储能电感器
f.辅助半导体开关换向作用的换向器
g.通过电磁感应传递能量,实现电路的电气隔离等。
可见,电子变压器在电力电子领域判参数为,可靠性和电磁兼容性(EMC)。在电子变压器过去几十年的发展中,经过对其扮演着至关重要的角色。
电子变压器的性能的两个重要评结构,磁芯材料以及绝缘材料的改良和发展,可靠性得到了大大的提高,工作时的电能损耗也被大幅度减少。当今社会,电子产品已成为人们生活中的必备产品,其结构越发趋于复杂,电气和电子元件之间的互相影响也会损伤设备的寿命及其工作性能,而且,随着无线网络及无线电能传输技术的发展,电磁兼容性越发变得重要,所以,现阶段,提高电子变压器电磁兼容性已经成为学科研究的重点方向。电子变压器对外界产生电磁干扰是因为磁芯材料的磁致伸缩。磁致伸缩系数与产生电磁干扰的强度成正比关系[1],所以,磁芯材料是电子变压工作性能提高非常重要的一个关节。Additionally,电子变压器的性能也收到外界环境(温度和湿度)的影响,其中温度对其影响较大。磁芯材料居里点与外界温度成反比例关系,即磁芯材料的居里点越高,受外界温度的影响越小,工作时的可靠性越高。
1.2 高频电子变压器
高频环节电气隔离AC-AC变换器中的核心器件就是高频电子变压器,其中后者最大的特点是可以工作于高频。高频化是AC-AC变换器发展趋势以及研究重点,提高AC-AC变换器的工作频率,可以大幅度减少变换器体积和重量,从而实现高功率密度化(功率/体积),提高了性价比[2]。对于高频,因为使用场合容量的不同,人们对高频有不同的定义。现阶段,对于元器件工作频率高于20kHz,就是属于高频器件。其中对于20kHz以上的范围进行一下划分:20kHz~50kHz较高频、50kHz~200kHz中高频、200kHz-1MHz高频、>1MHz超高频。为了为电力电子电路趋于小型化的趋势服务,高频电子变压器从传统的立体结构向平面结构、薄膜结构和片式结构发展,其中在MHz等级中,多采用空心变压器。在磁芯材料方面,软磁材料因为其良好的性能已经成为主流,其生产工艺也有大有提高。
1.2.1 磁芯材料
软磁铁氧体材料现在主要被使用的主要磁芯材料。日本TDK公司在2003年开发出宽温低损耗材料PE95在25°~120°范围内损耗比较小,在80°时损耗最小。高温高饱和磁密材料PE33的饱和磁密低,在工作于100kHz以上的高频电子变压器性价比更高。所以如何挑选更加合适的材料成为最近的研究的热点。下面按照材料最佳工作的频率来介绍几种比较重要的软磁材料:
A. 硅钢。现在硅钢的工作频率已可以达到325kHz。25kHz和70kHz的应用场合中铬硅钢已经出现。硅钢系列的软磁材料具有饱和磁密高,性能稳定,价格较低等特点。
B. 高磁导Timo合金。其工作频率已超过1MHZ。因为这种材料磁导率高,电磁兼容性强,但是价格昂贵,所以多用于军工场合和特种设备。
C. 钻基非晶合金在200kHz和1MHz的高频电子变压器中普遍应用,在软磁材料中高频损耗最低的一种材料,磁芯重量小等特点但是价格较为昂贵。
1.2.2 生产工艺
A. 自蔓延高温合成法(SHS)的原理是利用反应物内部的化学能来合成材料[2]。现今通过此方法合成的Mg、MgZn、MnZn、NiZn铁氧体已经实现批量生产。这种生产工艺大大提高材料的纯度,减小对环境的污染。
B. 火花等离子烧结法(SPS)。通过此方法,可以制成多层MnZn铁氧体和坡莫合金的复合材料,这种新型的软磁材料具有高磁导率、高饱磁密特性和高频低损耗的特[2]。
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