1.概述
我們可以這樣認為,電子變壓器的發展很大程度上依賴于鐵心結構形式的改變。從鐵心的演變歷史中可以看出,鐵心的結構形式從ED型——CD型(OD型)——R型,電子變壓器的磁性能、電性能以及機械加工性能得到了一定程度的進步。(如圖1)
比較一下:
(1)ED型:
雖然其各種性能差些,但目前因其材料成本、加工成本都很低,仍然有很大的市場。
(2)CD型:
由于其線圈繞制、鐵心裝配方便以及性能價格比最優,是目前應用最廣泛一類。
(3)R型:
由于鐵心十分接近園截面和較大窗高、心柱比而以其優異的磁性能,應用愈來愈廣。
(4)OD型:
是最理想的鐵心形狀,沒有應力作用,能夠再現鐵心材料的原有性能。目前精密軟磁合金、超微晶等軟磁材料均制造成環形鐵心就是這個道理。
2.橢園形鐵心
為了綜合這些鐵心形式的優點,我們擬采用新形式的鐵心——橢園形鐵心。(見圖2)
a.這種橢園形鐵心,可以通過結合CD型和OD型形成一類。也可以通過結合R型和OD型形成另一類。
b.橢園形鐵心的磁性能和電性能與OD型一樣最理想,而且其機械制造、安裝形式又與CD型、R型一樣方便。
因此,如果我們精心地設計好鐵心的配套件以及安裝件,將橢園形鐵心形成系列化、標準化,橢園形鐵心將可以成為新一類電子變壓器的鐵心。特別在用坡莫合金、非晶、超微晶等薄帶卷繞的鐵心中,橢園形鐵心的磁性能將得到充分的利用和發揮。
3.應力比較
圖2中CD/R型鐵心應力影響是非常明顯的,其產生的損耗約為總鐵損的1/3,而且隨鋼帶越薄應力的影響越大(如超微晶鐵心,其應力鐵損很大)。橢園形鐵心完全消除了這種應力的影響。
4.高壓變壓器
圖3是CD/R型鐵心和橢園形鐵心卷繞線圈后比較,橢園形鐵心的窗口利用率低。但對高壓變壓器來說,這多余的窗口正好可以利用上。增大了耐壓空間,同時也消除了因拐角產生的尖角,使線圈的高壓與鐵心之間的電壓成梯度增長,勻場效果極為顯著。
5.準橢園形鐵心
為了改善橢園形鐵心窗口的利用率,我們將鐵心設計成近似為橢園形,稱為準橢園形鐵心(圖4)。這可以根據電壓的高、低以及用戶的實際要求來確定。
6.橢園形鐵心與常規鐵心
如果僅僅將CD/R型鐵心倒角加大(根據一些數據統計,CD/R鐵心的倒角R大于10mm以上時,才能與橢園形鐵心性能相當),那么同樣大小的線圈就無法安裝。如果將鐵心兩端拉長,那么它就和準橢園形鐵心一樣(見圖5)。
7.鐵心的制造
從上述的分析中,我們不難看出,制造橢園形鐵心并不困難,其基本設備和基本工藝與原來一樣。比如:用硅鋼制造的鐵心,只要將原來制造CD型和R型鐵心的心子換一換,即將矩形心子換成橢園形或準橢園形心子就能制造了。
為了制造高頻、高壓變壓器,我們采用不銹鋼作底筒,取代常規的心子,直接在不銹鋼底筒上繞制超微晶薄帶。這樣,增加了鐵心的有效截面,降低了漏磁,增大要繞線空間,使鐵心的性能更加完美地得到再現。同時,減小了變壓器的體積和重量。
8.按裝方式
臥式:采用R型鐵心相似的結構安裝件。豎式:采用與CD型鐵心相似的結構安裝件(如圖6)。
9.結論與探討
目前,我們對橢園形鐵心做了一些的比較試驗。希望以后能做更多具體的工作,以更詳細的數據來說明橢園形鐵心的優勢。雖然橢園形鐵心也有許多不足之處,如其磁路長度比常規鐵心長一點,鐵心的體積和重量均增加了一點。但從總體上來看,用橢園形鐵心制造高壓和高效率的高頻變壓器具有很大的優勢。在同一功率、同一高電壓量級的情況下,用橢園形鐵心制造的高壓變壓器的體積和重量比常規高壓變壓器還要小一點。
最近,在國際上,有一些磁性材料和鐵心的生產企業也推出了用超微晶制造的橢園形鐵心系列。如:德國的VAC公司,他們不僅能制造超微晶的橢園形鐵心,而且能對鐵心進行很好的切割,使其鐵心能得到廣泛的應用。還有些鐵氧體生產企業,也同樣地制造了鐵氧體橢園形磁心系列產品,以迎合各種變壓器的需要。如我國的NCD(新康達磁業)公司等等。
因此,橢園形鐵心值得在國內的變壓器行業中推廣與應用。特別是在高頻、高壓、高效的變壓器中更應廣泛地推廣和應用。
參考文獻
[1] 電子變壓器手冊 遼寧科學技術出版社
[2] 新康達磁心應用指南 NCD公司
[3] Advanced materials-the key to progress VAC公司
[4] Additional losses in high frequency magnetics