隔離變壓器行業(yè)未來的發(fā)展方向是什么
作者:admin | 發(fā)布時間:2021-07-02
近年來,隔離變壓器電源使用的芯材和導(dǎo)電材料價格持續(xù)上漲,上游原材料形成賣方市場。作為下游隔離變壓器權(quán)用戶,可以選擇在世界范圍內(nèi)購買,形成買方市場。處于中間位置的隔離變壓器產(chǎn)業(yè)只有通過技術(shù)創(chuàng)新才能擺脫這種困境。但是在成熟的隔離變壓器行業(yè),技術(shù)創(chuàng)新是比較困難的。但是,每一個微小的改進都可以帶來新的想法和新產(chǎn)品。
走技術(shù)創(chuàng)新之路,永遠記住要達到的目標(biāo)。電源中的隔離變壓器和所有商品一樣。進行任何技術(shù)創(chuàng)新,都需要在特定的使用條件下完成特定的功能,追求zui佳的性價比?,F(xiàn)在的電力產(chǎn)品普遍以“輕、薄、短、小”為特征,正在向小型化、便攜化方向發(fā)展。隔離變壓器作為用戶bixu滿足電源產(chǎn)品的體積和重量要求。同時,隔離變壓器原材料(芯材、導(dǎo)電材料)價格上漲。因此,如何減小體積和重量,如何降低成本成為了近幾年隔離變壓器發(fā)展的主要方向。
硅鋼是廣泛應(yīng)用于隔離變壓器電源的核心材料。為了將鐵芯損耗降低到隔離變壓器,需要增加硅鋼的工作磁通密度。硅鋼的工作磁密取決于飽和磁通密度和損耗。因為效率是隔離變壓器的一個重要性能指標(biāo),所以現(xiàn)在很多電力產(chǎn)品為了節(jié)能都提出了待機損耗的要求。隔離變壓器線損是待機損耗的主要組成部分,所以對效率或隔離變壓器損耗有明確嚴(yán)格的要求。
近年來,取向和非取向冷軋硅鋼的價格都有所上漲。與R型、CD型、EI型鐵芯相比,鐵芯材料成本可節(jié)約20個點以上,可擴大隔離變壓器的應(yīng)用范圍。纏繞環(huán)形磁芯可以充分發(fā)揮取向冷軋硅鋼的性能,其工作磁密遠高于無取向冷軋硅鋼。同時,與R型、CD型、EI型鐵芯不同,硅鋼材料可以得到充分利用,不會出現(xiàn)邊角廢料,材料利用率可以達到98個點以上。
作為隔離變壓器工頻變壓器,工作磁密度高的鐵心材料,在不減小鐵心截面和體積的情況下,可以減少線圈匝數(shù)和銅耗。目前銅材價格遠高于芯材,可能是更好的設(shè)計改進方案。
軟磁鐵氧體是一種廣泛應(yīng)用于中高頻電源的核心材料。與金屬軟磁材料相比,軟磁鐵氧體的主要弱點是飽和磁密度低、磁導(dǎo)率低和居里溫度低。特別是居里溫度較低時,飽和磁密度Bs和單位體積功率損耗Pcv會隨溫度變化。隨著溫度的升高,Bs降低,Pcv開始下降,到達谷點后又再次上升。因此,在高溫條件下,只要Bs保持在高水平,就可以選擇更高的工作磁密度Bm,從而減少線圈匝數(shù)、銅消耗和成本。高溫飽和磁密軟磁鐵氧體材料也可以將溫度上限從隔離變壓器擴展到120甚至150。比如汽車電子設(shè)備中的高頻隔離變壓器如果工作在外部溫度變化大、車廂發(fā)熱的高溫條件下,就需要使用高溫飽和磁密軟磁鐵氧體。軟磁復(fù)合材料是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新型軟磁材料。出發(fā)點是將金屬軟磁材料的工作頻率擴展到MHz和GHz。因此,如果將金屬軟磁材料與其他高阻材料結(jié)合,如適時、陶瓷、高分子材料等。只要將金屬軟磁材料的體積百分比控制在逾滲ji限以下,就有可能保持軟磁性能,降低各種高頻損耗,從而成為一種新型軟磁材料——軟磁復(fù)合材料。軟磁復(fù)合材料中的磁性顆粒可以是純鐵、鎳、鈷金屬、鐵鎳合金、鐵鎳鉬合金、鐵鋁合金、鐵基非晶合金、鐵基納米晶合金和軟磁鐵氧體。粉末非磁性材料物體可以是絕緣體,例如二氧化硅;使用硅酮、聚乙烯、環(huán)氧樹脂等高分子材料作為粘合劑;硬脂酸用作潤滑劑。磁性顆粒與非磁性物體混合后,可以通過絕緣處理、壓制成型、燒結(jié)等工藝加工成磁粉芯,也可以利用目前的塑性工程技術(shù)注射到各種復(fù)雜形狀的磁芯中。軟磁復(fù)合材料具有密度低、重量輕、生產(chǎn)效率高、成本低、產(chǎn)品一致性好的優(yōu)點。缺點是磁性粒子被非磁性物體隔開,磁導(dǎo)率一般小于一百。通過納米技術(shù)等措施,軟磁復(fù)合材料的磁導(dǎo)率已經(jīng)發(fā)展到1000以上,達到6000。聚合物軟磁復(fù)合材料近年來發(fā)展迅速。該材料已在國外用于制造高頻電力變壓器和電感,并建立了相應(yīng)的分析理論和設(shè)計方案。
目前國內(nèi)正在開發(fā)各種隔離變壓器電源用鋁導(dǎo)線。有的企業(yè)開發(fā)了銅包鋁線,外層是銅線,占面積的15個點,總比例為3.63g/cm3??紤]到表面效應(yīng)和鄰近效應(yīng),這種銅包鋁線的電阻率會比純鋁線小很多,但成本不會增加很多。是一種充分發(fā)揮銅和鋁作用的復(fù)合材料。
近年來,另一個值得關(guān)注的發(fā)展趨勢是選擇180聚酯酰亞胺QZY漆包線和220聚酰亞胺QZY漆包線。這兩根漆包線溫度指標(biāo)高,耐熱等級高,可以增加允許電流密度,減小線徑、銅耗、芯窗面積、鐵耗,降低整體成本。特別是對于高頻低功率的小功率變壓器,耐熱性較好的漆包線更能顯示出技術(shù)經(jīng)濟效益。
電源技術(shù)和電力電子技術(shù)中包含的交流電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種“純”隔離變壓器,也可以將低電壓轉(zhuǎn)換為高電壓進行升壓轉(zhuǎn)換,或者將高電壓轉(zhuǎn)換為電壓進行降壓轉(zhuǎn)換。主要方法是利用電力電子技術(shù)提高能量轉(zhuǎn)換頻率,從而減少電路中變壓器和電感的體積,而不是取消它們。在過去,這種將電力電子電路與隔離變壓器相結(jié)合的方法并沒有引起足夠的重視。近年來,隨著電力系統(tǒng)對降低輸入輸出諧波、提高電網(wǎng)側(cè)效率因子、實現(xiàn)“綠色轉(zhuǎn)型”的需求日益增加,國內(nèi)外開展了“電力隔離變壓器”研究,出現(xiàn)了研發(fā)熱潮。本文研究了如何利用電力電子技術(shù)對電力進行轉(zhuǎn)換和控制,用電力隔離變壓器替代傳統(tǒng)的電磁配電變壓器。目前有單相轉(zhuǎn)換、三相轉(zhuǎn)換等多種電路形式。這種電源隔離變壓器不僅可以用于高壓大電流電源領(lǐng)域,也可以用于高壓或低壓小電流領(lǐng)域,如一些高壓發(fā)電機和小功率穩(wěn)壓電源。
中國有2000多個從事隔離變壓器R&D和生產(chǎn)的單位,包括國有、私營和外資企業(yè)。世界zui大的隔離變壓器制造商美國珀西公司和世界zui大的軟磁鐵氧體制造商日本TDK公司都在中國有生產(chǎn)基地。世界上很多先進的隔離變壓器技術(shù)、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品都集中在中國。面對如此多元化的平臺,技術(shù)交流大有可為。