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非晶,纳米晶磁芯在电源中的应用

(2011-03-21 17:54:52)
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杂谈

大功率逆变弧焊电源单端脉冲变压器,铁芯工作在第一象限,因此要求变压器铁芯具有低的高频损耗,高的饱和磁感Bs和低的剩余磁感Br以获得大的工作磁感△B;输出滤波及储能电感要求高饱和磁感,低损耗及恒导磁特性,因此对纳米晶合金采用横磁热处理工艺,可获得低剩磁及恒导磁特性的铁芯。
1.性能参数及与相关软磁铁芯比较

基本磁性参数

纳米晶铁芯

铁氧体铁芯

饱和磁感应强度(T)

1.25

0.5

剩磁率(T)

0.15

0.2

导磁率(Gs/Oe)

20000

2000

矫顽力(Oe)

0.005

0.2

居里温度()

570

<200

铁损(20kHz,0.2T)(w/kg)

4

7.5

铁损(20kHz,0.5T)(w/kg)

40

-------

铁损(20kHz,0.3T)(w/kg)

60

-------

2.高Br及恒导磁纳米晶铁芯磁滞回线及损耗特性
http://www.gzmac.com.cn/images/img/c8.gif
3.低Br及恒导磁纳米晶铁芯应用领域:大功率逆变弧焊电源单端脉冲变压器、输出滤波电感及电抗器、车载音响设备滤波电感、ISDN信号变压器、共模振流圈。



  应用于逆变焊机变压器具有如下特点:1、较高磁导率;2、低的矫顽力(Hc<0.006oe)3、低的损耗;4、良好的的温度稳定性(130℃内磁性变化<3%)5、10年使用期内由于铁芯性能变化而烧毁逆变管,我公司负责赔偿;6、由于纳米晶铁芯在热处理过程中受温度高低、磁场大小、温度的均衡性等多方面影响,很难保证每一个铁芯的ΔB值都一样,铁芯的不一致性,这对变压器设计ΔB值取值带来困难。用同一方法取值,易造成铁芯使用不合理,若最大工作磁通密度Bw选取高了,铁芯损耗增加,容易磁饱和,造成逆变管损坏;Bw选取低了,铁芯利用率低,铜损耗增加,变压器效率降低。怎样才能选取纳米晶铁芯材料的最大工作磁通密度Bw,既能使铁芯有合理的利用率,又能限定铁芯的损耗。现利用我公司生产的MAC-630铁芯测试仪测出铁芯在实际工作频率下的饱和电压,直接计算出变压器原、副边匝数,让您享受变压器的计算如同一只特定水杯能装多少水一样方便,省去复杂且不准确的计算方法,使铁芯的性能得以充分发挥。饱和电压的定义为完全模拟逆变焊机的工作状态,得出的铁芯不致于磁饱和烧毁逆变管所能承受的最高电压。保证铁芯损耗最小,Bw选取合理又不磁饱和,变压器效率最高。

应用实例:
 例如1)主要参数:400A焊机,全桥电路,工作频率:20KHz,输入三相整流电压537V,输出电压77V,铁芯选用Φ130-80-40。
 a) 在20kHz时,测6T的饱和电压为:185V/250mA,即每圈电压为:30.8V。
V1/N1=V2/N2 537/30.8=17.4(取整数18) N2=V2×18/540=2.56(取整数3)最后确定初级圈数N1=V1×N2/V2=537×3/77=21
初级为21圈,次级为3圈 21×30.8=630V即变压器在低于三相整流电压647V时,不会磁饱和。
 b)若按损耗曲线选Bw为0.4T,ΔB-0.8T V-NScΔB102/T V:输入电压(V) N:圈数 Sc:铁芯有效截面积(cm2) ΔB:磁感变化量(T) T:脉冲宽度(μ S)
N=VT/cΔB102=537×25/7×0.8×100=23.9(取整数24)
N2=V2×N1/V1=77×24/537=3.44(取整数4)
最后确定初级圈数N1=V1×N2/V2=537×4/77=28 变比为28:4。这样计算与超纳米晶变压器铁芯测试结果相比,初级多了7圈,次级多了1圈。很明显铁芯利用率低,铜损耗增加,成木增加,变压器效率降低。
 例如2)主要参数315A焊机,半桥电路,工作频率:20KHz,输入三相整流电压270V,输出电压67V。铁芯选用φ120-70-30。
在20kHz时,测6T的饱和电压为150V/250mA,,即每圈电压为25V。V1/N1=V2/N2, 270/25 =10.8(取整数11) N2=V2×N1/V1=67×11/270-2.73(取整数3)

最后确定初级圈数N1=V1×N2/V2=270×3/67=12
初级为12圈,次级为3圈 12×25=300V即变压器在低于三相输入电压424V时,不会磁饱和。
 例如3)主要参数:250A焊机,单端正激电路,工作频率:20KHz,输入三相整流电压540V,输出电压75V,铁芯选用Ф120-70-20(选用低Br磁滞回线的铁芯)。在20kHz时,测6T的饱和电压为:100V、240mA,即每圈电压为:16.67V V1/N1=V2/N2 540/16.6=32.5(取整数33) N2=V2×N1/V1=75×33/540=4.58(取整数5) 最后确定初级圈数 N1=V1×N2/V2=540×5/75=36 初级为36圈,次级为5圈 36×16.67=600V 即变压器在低于三相输入电压424V时,不会磁饱和。
对于同一规格铁芯,由于磁通密度不同,变压器的匝数比也不同。
 例如4)主要参数:315V焊机,全桥电路,工作频率为20KHZ,输入三相整流电压540V,输出电压67V。铁芯选用Ф120×Ф70×30
 a) 在20KHz测得每圈饱和电压为25V,输入电压为540V。V1/N1=V2/N2 540V÷25=21.6匝,到整数22匝; N2-V2×N1/V1=67×22/540=2.73,取整数3匝;最后确定初级圈数 N1=V1×N2/V2=540×3/67=24 初级为24圈,次级为3圈。
最后校验:24×25(V)=600V 即铁芯在20KHz时,直流输入电压600V内,不会磁饱和。
 b) 在20KHz测得每圈饱和电压为20V,输入电压540V。V1/N1=V2/N2 540V÷20=27匝 N2=V2×N1/V1=67×27/540=3.35,取整数4匝,最后确定初级圈数N1=V1×N2/V2=540×4/67=32 初级为32圈,次级为4圈

最后验算:32×20(V)=640V 即铁芯在20KHz时,直流输入电压640V内,不会磁饱和。
以上实例说明同样规格的铁芯,由于不同的饱和电压,所绕的圈数就不一样。

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