变压器在国内的新进展
< 返回列表时间: 2009-08-11来源:电气自动化新闻
近年来,供电用电子变压器用芯材、导电材料价格不断上涨,上游原材料形成卖方市场。作为电子变压器的下游电力用户,他们可以在全球范围内选购,形成买方市场。在中间的电子变压器行业,只有走技术创新之路,才能摆脱这一困境。然而,在成熟的电子变压器行业,技术创新难度较大。但每一个小环节的改进都能带来新思路、新产品。在走技术创新之路的时候,我们应该永远记住我们要达到的目标。电源中的电子变压器和所有作为商品的产品一样,必须在特定的条件下完成特定的功能,追求最佳的性价比。当今的电源产品普遍具有“轻、薄、短、小”的特点,正朝着小型化、便携化方向发展。电子变压器必须适应电源产品体积和重量的要求。同时,电子变压器原材料(铁芯材料、导电材料)价格上涨。因此,如何减小体积和重量,降低成本,成为近年来电子变压器发展的主要方向。硅钢是一种广泛应用于工频电源电子变压器的铁芯材料。为了减少电子变压器铁芯的数量,必须提高硅钢的工作磁通密度。硅钢的工作磁通密度由饱和磁通密度和损耗共同决定。由于效率是电子式互感器的重要性能指标,目前许多电力产品为了节能,都提出了备损的要求。电子式变压器的铁损是备用损耗的主要组成部分。因此,对电子变压器的效率或损耗有着明确而严格的要求。近年来,取向硅钢和无取向硅钢的价格不断上涨。与R型、CD型和EI型磁芯相比,绕制环形磁芯材料消耗少,成本降低20%以上,扩大了电子变压器的应用范围。环芯缠绕可以充分发挥取向冷轧硅钢的性能,其工作磁场密度远高于无取向冷轧硅钢。同时,与R型、CD型、EI型磁芯不同,硅钢材料可充分利用,无角废料,材料利用率可达98%以上。作为一种大类的工频变压器,采用高磁密度的铁心材料不仅可以减小铁心的截面和体积,而且可以减少线圈匝数和铜耗。目前,铜的价格远高于铁芯材料,这可能是一个更好的设计改进方案。软磁铁氧体是一种广泛应用于中高频电源电子变压器中的磁芯材料。与金属软磁材料相比,软磁铁氧体具有饱和磁密度低、磁导率低、居里温度低等缺点。特别是在低居里温度下,饱和磁密度BS和单位体积功率损耗PCV随温度变化。随着温度的升高,BS下降,PCV开始下降,到达谷点后又上升。因此,在高温条件下,只要BS保持在较高的水平,就可以选择较高的工作磁密度BM,从而减少线圈匝数、铜耗和成本。高温高饱和磁密度软磁铁氧体材料还可以将电子变压器的温度上限扩展到120甚至150。例如,汽车电子设备中的高频电子变压器,在外界温度条件变化大、发动机舱发热的高温条件下工作时,必须使用高温、高饱和磁密度软磁铁氧体。软磁复合材料是20世纪90年代发展起来的一种新型软磁材料,其出发点是将金属软磁材料的工作频率扩展到MHz和GHz。因此,有必要将金属软磁材料与其它高阻材料,如石英、陶瓷、高分子材料等复合,只要将金属软磁材料的体积百分比控制在渗流极限以下,就有可能保持软磁性能,减少各种高频损耗。它已成为一种新型的软磁材料软磁复合材料,英文名称的第一个字母简称SMC材料。软磁复合材料中的磁粉经研磨后可以是纯铁、镍、钴、铁镍合金、铁镍钼合金、铁铝合金、铁基非晶合金、铁基纳米晶合金和软磁铁氧体粉末。非磁性物体可以用二氧化硅等绝缘体、有机硅、聚乙烯、环氧树脂等高分子材料作粘合剂、硬脂酸等润滑剂。磁粉与非磁性物体混合后,可以通过绝缘处理、压制成型、烧结等工艺加工成磁粉芯,也可以利用现有的塑性工程技术将其注射成各种复杂形状的磁芯。软磁复合材料具有密度低、重量轻、生产效率高、成本低、产品一致性好等优点。缺点是由于磁性粒子被非磁性物体隔开,磁导率一般小于100。近年来,通过纳米技术等手段,研制出磁导率在1000以上的软磁复合材料,达到6000多种。聚合物软磁复合材料近年来发展迅速。国外已经用这种材料制造了高频电力变压器和电感,并建立了相应的分析理论和设计程序。据笔者所知,虽然国内已经开展了聚合物软磁材料的研究和开发,但目前还没有将聚合物软磁材料应用于电力变压器的报道。目前,我国正在研制各种电力电子变压器用铝导线。有的企业开发了铜包铝线,铜线在外层,占总面积的15%,总比例为3.63g/cm3。考虑到表面效应和邻近效应,这种铜包铝线的电阻率比纯铝线小得多,成本不会增加太多。它是一种能充分发挥铜和铝作用的复合材料。近年来,另一个值得注意的发展趋势是选用180聚酯亚胺QZY漆包线和220聚酰亚胺qyz漆包线。导线的允许电流密度增大,导线直径减小,铜耗降低,铁芯的窗口面积减小,铁耗也减小,可以降低总成本。特别是对于高频、小体积的电力变压器,采用耐热性较好的漆包线更能发挥技术和经济效益。电源技术和电力电子技术中包含的交流电压变换技术是一种“纯”电子变压器,它还可以将低压变为高压进行升压变换,或将高压变为低压进行降压变换。其主要方法是利用电力电子技术提高功率转换频率,从而减小电路中变压器和电感的体积,而不必去掉变压器和电感。过去,这种将电力电子电路与电子变压器相结合的方法还没有引起足够的重视。近年来,随着电力系统对降低输入输出谐波、提高功率因数、实现“绿色改造”要求的不断提高,国内外开展了电力电子变压器的研究。本文研究了如何利用电力电子技术对电力进行变换和控制,并用电力电子变压器代替传统的电磁式配电变压器。目前,电路形式有单相变换和三相变换两种。这种电力电子变压器不仅可用于高压大电流领域,也可用于高压或低压小电流领域,如一些高压发电机和小功率调压器等。中国有2000多家从事电子变压器研发和生产的单位,包括国有、民营和外资企业。全球最大的电子变压器制造商美国plus公司和全球最大的软磁铁氧体制造商日本TDK公司都在中国拥有生产基地。世界上许多先进的电子变压器技术、生产工艺和产品汇集在中国。面对如此多元化的平台,技术交流大有可为。版权声明:如本网站来源为“中国电气自动化网”,版权归b
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