1引言
鐵心是電源中電磁元件的重要部件,對它的性能起著重要的作用。設(shè)計電磁元件的鐵心,包括以下幾個主要內(nèi)容:
(1)根據(jù)電源的電路和工作頻率,轉(zhuǎn)換成鐵心對軟磁材料的要求,選取適用的軟磁材料;
(2)根據(jù)電源要求的性能指標,選取適用的鐵心結(jié)構(gòu)形式;
(3)根據(jù)傳送功率和輸入阻抗(輸入電感),計算和選取鐵心尺寸;
(4)根據(jù)電磁元件電磁場數(shù)學(xué)模型,進行鐵心和線圈參數(shù)計算;
(5)根據(jù)使用要求,換算鐵心散熱面積和工作溫度。
如果工作頻率在10Hz至20kHz的聲頻范圍內(nèi),還要考慮周圍環(huán)境對可聞噪聲的要求。在強調(diào)環(huán)境保護的今天,可聞噪聲污染,對人的身心都會造成相當?shù)奈:ΑR虼?,降低可聞噪聲,使它限制在一定范圍?nèi),是相當重要的。如果達不到指標,在設(shè)計鐵心結(jié)構(gòu)時要采取降低噪聲的措施。
對有鐵心的電源變壓器,第(1)、第(2)項是決定性的,文獻1中已作介紹,不再贅述。關(guān)于第(3)項,比較通用的是從下面三個公式來設(shè)計和選取鐵心尺寸。
ACAO=P2(1+η)/KUJfΔBm(1)
ACLC=P2(1+η)/KUμOμfΔBm(2)
L1=μOμACN12/lC(3)
式中:AC是鐵心實際截面積(包括鐵心占空系數(shù)KC);
AO是鐵心窗口實際面積(包括窗口占空系數(shù)KO),ACAO是鐵心的特征參數(shù);
P2是電源變壓器的輸出功率;
η是電源變壓器的效率,P2(1+η)相當于電源變壓器的視在功率;
KU是波形系數(shù),對矩形波為2,對正弦波為222;
J是電流密度;
f是工作頻率;
ΔBm是工作磁通密度變化范圍,對磁通密度雙向變化的電源變壓器為2Bm,對磁通密度單向變化的電源變壓器為Bm-Br;
lC是鐵心的平均磁路長度,ACLC是鐵心的有效體積;
L1是輸入電感;
μO是真空磁導(dǎo)率;
μ是鐵心在工作頻率下的有效磁導(dǎo)率;
N1是輸入(初級)線圈匝數(shù)。
關(guān)于第(4)項,在超過一定工作頻率的高頻條件下,電源變壓器的設(shè)計應(yīng)當考慮電磁場的一維、二維或三維數(shù)學(xué)模型,否則會造成相當大的誤差。原電子工業(yè)部的指導(dǎo)性技術(shù)文件SJ/Z292188《開關(guān)電源變壓器設(shè)計方法》已不再適用。應(yīng)當根據(jù)現(xiàn)在已經(jīng)比較普及的計算機輔助設(shè)計,制定新的指導(dǎo)性技術(shù)文件。
關(guān)于第(5)項,一般不怎么受設(shè)計者重視,而是根據(jù)試制樣品溫升試驗的結(jié)果再作修改。但是對功率較大(例如100W以上),工作頻率較高(例如100kHz以上),還是先進行鐵心工作溫度核算,以便在設(shè)計中采取措施,防止鐵心溫升超過規(guī)定值。
以上簡單地介紹電源變壓器鐵心的設(shè)計程序,不但是為了強調(diào)軟磁材料和鐵心結(jié)構(gòu)對電源變壓器的重要性,同時也是為了澄清現(xiàn)在設(shè)計中流行的一些方向誤導(dǎo)的作法,供同行們參考。由于收集資料還不完備,這里只介紹高度為厘米級以上的立體式鐵心結(jié)構(gòu),包括復(fù)合鐵心結(jié)構(gòu)和多功能(磁集成)鐵心結(jié)構(gòu)。至于高度為1mm~10mm級的平面式鐵心結(jié)構(gòu)和高度為1mm級以下的薄膜式鐵心結(jié)構(gòu),以后再作介紹。
圖1硅鋼鐵心的片形
(a)I形(b)CI形(c)EI形(d)EE形
圖2硅鋼疊片式鐵心結(jié)構(gòu)截面
(a)方形(b)三階梯形(c)多階梯形
2硅鋼鐵心
50Hz~60Hz工頻電磁元件和400Hz~1000Hz中頻電磁元件,多數(shù)選用硅鋼鐵心。硅鋼鐵心結(jié)構(gòu)分為疊片式鐵心和卷繞式鐵心兩種。
疊片式鐵心是把硅鋼帶材通過剪切或沖壓成鐵心片,然后疊裝成一定結(jié)構(gòu)形式的鐵心。從鐵心片形狀發(fā)展來看(圖1),最早是單I形,后來是CI形、EI形和EE形,其目的是便于疊裝,減少工時。如果材料是取向硅鋼帶,要注意使磁路中磁力線方向與硅鋼取向一致,不要與硅鋼取向垂直,否則會增加鐵心激磁能量和鐵心損耗。為了解決轉(zhuǎn)角處磁力線方向不與硅鋼取向垂直,后來又發(fā)展成45°斜切角形片形。從疊裝成的鐵心截面發(fā)展來看(圖2),最早是方形,后來發(fā)展成三階梯形、多階梯形,使鐵心截面逐步趨向圓形。這一方面是為了減少線圈平均匝長,降低阻抗和銅損;另一方面也是為了便于線圈繞制。從疊裝成的鐵心柱數(shù)發(fā)展來看(圖3),最早是用于單相變壓器和電抗器的兩柱式,后來發(fā)展成用于三相變壓器的三柱式,用于帶平衡電抗器的整流變壓器的五柱式。
卷繞式鐵心是把硅鋼帶材剪切成需要的寬度后,卷繞成一定結(jié)構(gòu)形式的鐵心。從卷繞成的鐵心形狀發(fā)展來看(圖4),最早為環(huán)形,后來為了便于絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計和線圈繞制,發(fā)展成方框形。方框形包括:用于單相電源變壓器的單框式和雙框式,用于三相電源變壓器的三框式和四框式。三框式又分為兩種:一種是合成的,由兩個小框外套一個大框組成;一種是獨立的,由互相成120°角布置的三個方框組成。為了使鐵心截面逐漸趨向圓形,和疊片式鐵心一樣,卷繞式鐵心截面也從矩形,經(jīng)過三階梯形、多階梯形,發(fā)展成鐵心截面基本上是圓形的R形鐵心。截面是R形的卷繞式環(huán)形鐵心,稱為O形鐵心。既可充分利用鐵心材料,又可以減少線圈平均匝長,是比較理想的卷繞式鐵心結(jié)構(gòu)。
圖3硅鋼疊片式鐵心結(jié)構(gòu)柱數(shù)
(a)兩柱式(b)三柱式(c)五柱式
圖4硅鋼卷繞式鐵心結(jié)構(gòu)形狀
(a)環(huán)形(b)單框形(c)雙框形(d)合成三框形(e)120°布置三框形
圖5硅鋼CD形和XD形鐵心結(jié)構(gòu)
(a)CD形(b)XD形
卷繞式鐵心和疊片式鐵心比較,卷繞式鐵心可以使磁路中的磁力線完全與硅鋼取向一致,而且不存在氣隙,因此激磁能量和鐵心損耗將減小10%~25%,噪聲也低一些。其鐵心加工工藝比較簡單,便于用機械加工代替手工疊裝。但是線圈繞制比疊片式鐵心難度大,必須用專門的繞線設(shè)備,如果線圈損傷則整體報廢,不能返修。為了補償這些缺點,把卷繞式鐵心切開成兩半,變成CD形和XD形鐵心(圖5)。這種結(jié)構(gòu)雖然有兩個或三個氣隙,但仍然保持卷繞式鐵心的優(yōu)點,激磁能量和鐵心損耗增加不多,噪聲也增加不大。鐵心加工除增加鐵心切割加工和氣隙磨光工序而外,加工工藝也不復(fù)雜,仍能采用機械加工。同時又象疊片式鐵心那樣線圈繞制比較容易。線圈損傷也便于拆卸更換。還有,CD形和XD形鐵心對于必須有氣隙的電抗器來說,更是一種比較理想的鐵心結(jié)構(gòu)。
圖6鐵基非晶合金單I形疊片式鐵心結(jié)構(gòu)
圖7鐵基非晶合金搭接式鐵心結(jié)構(gòu)
3非晶和微晶合金鐵心
鐵基非晶合金可以用在50Hz~60Hz工頻和400Hz~20kHz中頻電源中作為電磁元件的鐵心材料。20世紀80年代末,日本大阪變壓器廠的研究結(jié)論認為:鐵基非晶合金鐵心在150Hz以上的綜合性能,比硅鋼鐵心好。經(jīng)過十多年的研究,鐵基非晶合金鐵心正在向50Hz~60Hz工頻領(lǐng)域擴展,和硅鋼鐵心進行競爭。
鐵基非晶合金鐵心結(jié)構(gòu)也分為疊片式和卷繞式兩種。疊片式鐵心是比較早期的結(jié)構(gòu),是把鐵基非晶合金帶材剪切成一定的鐵心片后,再疊裝成一定結(jié)構(gòu)形狀的鐵心。鐵基非晶合金帶材厚度一般為20μm~40μm,疊裝起來既費時又不容易疊好。為了縮短工時和增加鐵心強度,把幾片和十幾片薄鐵心片粘接在一起,成為0.1mm~0.25mm厚的鐵心片,但是損耗也有所增加。鐵基非晶合金磁性不存在取向問題,但是剪切加工困難,一般鐵心片形狀都為單I形(圖6),疊裝后的鐵心截面都為矩形。鐵心柱數(shù)也分為單相電磁元件用的兩柱式和三相電磁元件用的三柱式兩種。由于需要大量的工時,疊裝式鐵基非晶合金鐵心結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已很少使用。但是在150μm鐵基非晶合金帶材工藝成熟之后,仍然有可能采用疊裝式鐵心結(jié)構(gòu)。
卷繞式鐵心是把鐵基非晶帶材剪切或噴制成一定寬度后,再卷繞成一定結(jié)構(gòu)形式的鐵心。最早是環(huán)形,后來為了繞線方便,發(fā)展成方框形,包括單框形、雙框形、三框形和四框形。再后來為了簡化繞線和裝卸工藝,便于更換線圈,發(fā)展成CD形和XD形。和硅鋼卷繞式鐵心結(jié)構(gòu)不同,鐵基非晶合金鐵心在20世紀90年代初,出現(xiàn)一種新型的搭接式方框形鐵心結(jié)構(gòu)(圖7)。在鐵心的接縫部分,鐵心帶互相搭接在一起,而且接縫部分不在一條直線上,因此氣隙比CD形鐵心小。激磁能量和鐵心損耗與卷繞式方框形鐵心基本相同。但是它可以逐層打開,在裝入線圈后,再逐層合上。線圈繞制、裝卸和更換都比較容易?,F(xiàn)在普遍認為,這種搭接式方框形鐵心結(jié)構(gòu)是綜合了卷繞式方框形和CD形鐵心結(jié)構(gòu)優(yōu)點的、比較好的鐵心結(jié)構(gòu)。不但可以用于低頻,而且可以用于中高頻電磁元件。在配電變壓器中已經(jīng)大量使用,既縮短了鐵心加工和裝配工時,又可以發(fā)揮非晶合金材料的優(yōu)良性能。
鈷基非晶合金和鐵基微晶合金用于20kHz~500kHz中高頻電源中的電磁元件,主要是卷繞式環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu),個別的采用CD形鐵心結(jié)構(gòu)。CD形鐵心結(jié)構(gòu)主要用于20kHz~50kHz的電磁元件,在超過100kHz時,由于線圈匝數(shù)少,主要用環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu)。在大容量的電源中,20kHz~50kHz的電磁元件將來有可能采用搭接式鐵心結(jié)構(gòu)。
4高導(dǎo)磁合金(坡莫合金)鐵心
為了充分發(fā)揮高導(dǎo)磁合金的高導(dǎo)磁特性,一般都采用卷繞式環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu)。由于高導(dǎo)磁合金對應(yīng)力敏感,在熱處理后,要把環(huán)形鐵心裝在保護盒內(nèi),而且在繞線和絕緣處理工藝過程中,一定要輕拿輕放,避免沖擊和應(yīng)力對高導(dǎo)磁合金性能的影響。以前,在1kHz以下,也有個別情況采用疊片式鐵心結(jié)構(gòu),鐵心沖片為EE形或者EI形?,F(xiàn)在比較少見了。坡莫合金由于環(huán)境適應(yīng)性強,又擴展了使用頻率范圍,現(xiàn)在在電源中的用量有所增加。但是鐵心結(jié)構(gòu)仍然是卷繞式環(huán)形鐵心結(jié)構(gòu)。
5軟磁鐵氧體鐵心
圖8軟磁鐵氧體鐵心結(jié)構(gòu)
(a)EI形(b)EE形(c)EER形(d)EP形(e)UF形(f)UYF形(g)RM形
(h)PM形(i)PQ形(j)Q形(罐形)(k)T形(環(huán)形)(l)LP形
軟磁鐵氧體的鐵心結(jié)構(gòu)比較多,這是由于采用熱壓工藝,比較容易加工成各種形狀。有EI、EE、EER、EP、UF、UYF、RM、PM、PQ、Q(罐形)、T(環(huán)形)和LP形等等(圖8)。EI形以尺寸A(E形鐵心寬度)為標志,EE形以尺寸A(E形鐵心寬度)和2×B(E形鐵心長度)為標志,已形成EI10~50,EE8.3/8.0~110/80系列,品種多,制造工藝簡單成熟,散熱好,便于引出接線,成本較低。缺點是鐵心中間柱截面為方形,給線圈繞制帶來麻煩。同時,無屏蔽,容易產(chǎn)生雜散磁場干擾。EER形也是以尺寸A(E形鐵心寬度)和2×B(E形鐵心長度)為標志,已形成EER25/33~54/50系列,鐵心中間柱截面為圓形,繞線比較方便,同時繞線長度比方形截面縮短11%,從而降低銅損。但是仍無屏蔽。EP形鐵心以鐵心高度尺寸E為標志,已形成7至30系列,中間鐵心柱為圓形,而且一邊有屏蔽,另一邊有缺口,便于引出接線。UF形鐵心以U形鐵心寬度A為標志,形成9.8~25系列,可以兩個柱繞線,散熱好,引出接線也方便,但是鐵心截面為矩形,也無屏蔽。UYF形鐵心以U形鐵心厚度C(有時包括U形鐵心高度2×B)為標志,已形成10~18系列,有的兩個鐵心柱面為圓形,有的一個鐵心柱面為圓形(單邊繞線),一個鐵心柱截面為方形。RM形鐵心以中間鐵心柱的直徑C為標志,已形成4~14系列,有中心孔和無中心孔(用G作標志)兩種,中間鐵心柱為圓形,兩側(cè)有屏蔽,有兩邊缺口,便于引出接線。PM形鐵心以最大外徑A為標志,已形成PM50~114系列,其兩側(cè)屏蔽比RM形鐵心更寬,效果更好。Q形(罐形)鐵心以最大外徑A和高度C為標志,已形成Q7/4~Q40/29系列,屏蔽效果最好,單位空間電感值高,但缺口小,引出接線不便,有中心孔,以便安裝。PQ形鐵心以最大外徑A和高度F為標志,已形成PQ20/16~50/50系列,比Q形鐵心開的缺口大,引出接線方便,而且背面散熱面積大,是高頻電源變壓器用的鐵心結(jié)構(gòu)中,綜合性能最佳的一種。LP形鐵心以鐵心高度2D和一邊較小的缺口長度E為標志,已形成LP23/8~LP32/13系列,也適用于高頻電源變壓器。T形(環(huán)形)鐵心以外徑×內(nèi)徑×高尺寸為標志,已形成6×3×2~124×62×40系列,截面為矩形,磁路無空氣隙,電感值大,漏磁小。如果把截面改成圓形,變成類似硅鋼O形鐵心那樣的結(jié)構(gòu),其繞線工藝和性能都有所改善。
6復(fù)合鐵心和磁粉芯
復(fù)合鐵心是指采用兩種以上軟磁材料組成的鐵心結(jié)構(gòu)。如果為了使鐵心性能一致性好,而把一個鐵心分成兩個(或三個)鐵心,進行性能搭配,這不能算成是復(fù)合鐵心結(jié)構(gòu),因為它們使用的是同一種軟磁材料,而不是兩種以上軟磁材料。復(fù)合鐵心結(jié)構(gòu)的典型例子是脈沖變壓器用鐵心,為了保證上升時間短和頂降小,使用坡莫合金和軟磁鐵氧體兩種軟磁材料組成的鐵心,有環(huán)形的,也有疊片式的。
但是最常用的復(fù)合鐵心結(jié)構(gòu)是磁粉芯,它是用軟磁材料和非磁性材料復(fù)合而成。雖然磁粉芯不用于電源變壓器,而用于電感器,但是為了使鐵心結(jié)構(gòu)介紹比較全面一些,在本文中也把它介紹給讀者。
磁粉芯是由金屬軟磁材料粉末與絕緣材料混合以后壓制而成的,一般都是環(huán)形鐵心。為了表明軟磁材料的種類和性能,還涂有顏色(紅、黃、綠、藍)作為標記。由于金屬軟磁材料粉末被軟磁材料所包圍,形成分散氣隙,從而大大降低高頻渦流損耗,并具有抗飽和性能。
國家標準GBn25185《鎳鐵磁粉芯》只針對高導(dǎo)磁鐵鎳合金材料制成的磁粉芯,現(xiàn)在已發(fā)展了鐵磁粉芯、鐵硅鋁磁粉芯、非晶和微晶磁粉芯,故國標需要加以擴展和修訂。
對磁粉芯提出的指標有飽和磁通密度Bs、有效磁導(dǎo)率μe、有效品質(zhì)因數(shù)Qe、有效磁導(dǎo)率溫度系αμe及居里點、比重等。主要的磁粉芯的性能參數(shù)如表1所示。鐵鎳鉬磁粉芯國家標準型號為FN81,上海鋼鐵研究所型號為SN,美國阿諾德公司型號為MPP,磁導(dǎo)率高,工作環(huán)境適應(yīng)范圍廣,損耗低,但價格貴。鐵鎳高磁通磁粉芯國家標準型號為FN50,美國阿諾德公司型號為HF,飽和磁通密度高,磁導(dǎo)率中等,損耗也較低,價格較便宜,國內(nèi)外最近比較重視研究和使用。鐵硅鋁磁粉芯上海鋼鐵研究所型號為SA,美國阿諾德公司型號為MS,是一種價格較低,綜合性能指標較好的磁粉芯。鐵磁粉芯上海鋼鐵研究所型號SF,國外一般型號為IP,磁導(dǎo)率和飽和磁通密度高,但在高頻下?lián)p耗大,只適用于低頻和20kHz以下的中頻使用。由于價格便宜,可以把它加工成大型磁粉芯,代替硅鋼,作為大容量直流電源的濾波電抗器。
除了表1所列性能而外,一般還給出有效磁導(dǎo)率μe與頻率f的關(guān)系曲線。與軟磁鐵氧體類似,在超過一定極限工作頻率以后,有效磁導(dǎo)率會迅速下降。同時,還給出在有效磁導(dǎo)率μe下降50%的外加磁場強度,也就是恒磁范圍。表2是鐵鎳鉬磁粉芯和高磁通鐵鎳磁粉芯的恒磁范圍。還有,對用于輸出濾波器的磁粉芯,必須給出交直流同時磁化曲線,表示在大的直流磁化條件下,磁粉芯有效磁導(dǎo)率的變化情況。
表1磁粉芯的主要性能
材料 | Bs(T) | Hs(A/m) | μe10kHz | Pc0.1T/20kHzW/ | Pc0.04T/100kHzW/ | 比重g/ |
---|---|---|---|---|---|---|
鐵鎳鉬磁粉芯 | 0.7 | 47760 | 35~300 | 14 | 1.32~1.27 | 7.8~7.9 |
高磁通鐵鎳磁粉芯 | 1.2 | 63680 | 20~150 | 3.13~1.64 | 7.6 | |
鐵硅鋁磁粉芯 | 1.1 | 35~300 | 16~19 | 1.68 | 5.6~6.2 | |
鐵磁粉芯 | 1.4 | 19900 | 50~500 | 88 | 6.20~4.61 | 7.0~7.2 |
非晶微晶磁粉芯 | 1.2 | 20~800 | 10~25 | 1.0~1.5 | 7.2 |
圖9平面布置的多功能鐵心結(jié)構(gòu)
(a)一個變壓器和一個電抗器(b)一個變壓器和兩個電抗器
圖10兩種軟磁材料組成的多功能鐵心結(jié)構(gòu)
(a)柜形鐵心(b)橋式鐵心
表2鐵鎳鉬磁粉芯和高磁通鐵鎳磁粉芯恒磁范圍
鐵鎳鉬磁粉芯 | μe10kHz | 60 | 125 | 160 | 300 |
---|---|---|---|---|---|
H(A/m) | 8000 | 4000 | 3200 | 1600 | |
H(Oe) | 100 | 50 | 40 | 20 | |
高磁通鐵鎳磁粉芯 | μe10kHz | 22 | 35 | 60 | 75 |
H(A/m) | 22400 | 20000 | 5600 | 4000 | |
H(Oe) | 280 | 250 | 70 | 50 |
以前,包括國家標準在內(nèi),都沒有測試20kHz以上的有效磁導(dǎo)率μe和損耗Pc?,F(xiàn)在已有生產(chǎn)單位提供這方面的性能數(shù)據(jù)。希望制訂磁粉芯新的標準時,能提供20kHz、100kHz、1MHz、5MHz,甚至10MHz下的有效磁導(dǎo)率μe和損耗Pc,有利于把磁粉芯應(yīng)用到中高頻和高頻電源中去。
7多功能鐵心(集成磁芯)
多功能鐵心結(jié)構(gòu)是指一種鐵心同時起變壓器和電抗器,變壓器和磁性開關(guān)等多種功能。庫克教授在提出庫克電路的同時,把這種多功能鐵心結(jié)構(gòu)稱為“集成磁芯”,意思是指它象半導(dǎo)體集成電路一樣,把幾種功能集成在一起。這個詞語“集成磁芯”,到現(xiàn)在一直有人在使用。但是,現(xiàn)在出現(xiàn)了利用與半導(dǎo)體集成電路工藝相類似的技術(shù),制造薄膜式鐵心及其應(yīng)用的電磁元件,有的人稱為“微磁性器件”,有的人稱為“集成磁性器件”。因此,我認為再使用集成磁芯就容易使人混淆,把兩種完全不同的鐵心結(jié)構(gòu)認為是同一樣的東西,所以把原來的集成磁芯改稱為“多功能鐵心”。
其實,最早的多功能鐵心出現(xiàn)在鐵磁諧振穩(wěn)壓器中,包括一個變壓器和一個由磁分路組成的電抗器。恒壓變壓器是由鐵磁諧振穩(wěn)壓器發(fā)展而來的,鐵心也屬于多功能鐵心結(jié)構(gòu)。
常見的多功能鐵心結(jié)構(gòu)主要是平面布置的形式(圖9)。圖9(a)是一個變壓器和一個電抗器的鐵心結(jié)構(gòu)。圖9(b)是一個變壓器和兩個電抗器的鐵心結(jié)構(gòu)。圖10巧妙地采用兩種軟磁材料組成多功能鐵心結(jié)構(gòu)。圖10(a)外框鐵心采用高導(dǎo)磁合金材料,形成變壓器,中間采用低導(dǎo)磁材料形成電抗器。除了這種框形加中間柱結(jié)構(gòu)而外,還有圖10(b)的橋式多功能鐵心結(jié)構(gòu),四個橋臂用高導(dǎo)磁材料,橋?qū)蔷€用低導(dǎo)磁材料或者開一個氣隙。
從20世紀80年代末開始,對由垂直形鐵心構(gòu)成的立體布置的多功能鐵心結(jié)構(gòu)進行研究的人員越來越多。最早是有人把C形鐵心的一半轉(zhuǎn)90°而形成的,發(fā)現(xiàn)在沒轉(zhuǎn)90°的C形鐵心上的繞組之間仍存在變壓器功能,轉(zhuǎn)90°的C形鐵心上繞上一個繞組,可以通過電流激磁后,改變沒轉(zhuǎn)90°的C形鐵心上繞組的電感〔見圖11(a)〕。后來把鐵心去掉一些變成圖11(b),仍然具有這樣的功能。圖11(c)是把兩個變壓器和兩個可控電感組合在一起的多功能鐵心結(jié)構(gòu)。
圖11垂直形鐵心組成的多功能鐵心結(jié)構(gòu)
(a)一個C形鐵心轉(zhuǎn)90°可控電感(b)(a)的演變,可控電感
(c)二個變壓器與二個可控電感的組合
利用這種垂直形多功能鐵心結(jié)構(gòu)已經(jīng)研制開發(fā)出交流穩(wěn)壓電源、逆變電源、電壓諧振式和電流諧振式開關(guān)電源,具有可靠性高(主要是銅鐵材料)、可自動無級調(diào)節(jié)、消除諧波好、效率高等優(yōu)點,是值得繼續(xù)開發(fā)的一種特殊的鐵心結(jié)構(gòu)。
8結(jié)語
(1)各種軟磁材料由于使用領(lǐng)域不同,可以組成不同的鐵心結(jié)構(gòu)。在選取鐵心結(jié)構(gòu)時首先要注意能充分發(fā)揮軟磁材料的優(yōu)點,其次要注意工藝加工的復(fù)雜程度和材料的利用率,也就是成本。根據(jù)市場和用戶的要求綜合考慮,不能只注意性能一面而忽略成本和價格的另一面。
(2)任何鐵心結(jié)構(gòu)都各有其優(yōu)缺點,不能因為偏愛等主觀因素而抬高一種否定其它;也不能隨大流,由于大多數(shù)人反對,而對一種鐵心結(jié)構(gòu)采取絕對否定的態(tài)度。例如:有的人過分欣賞R形卷繞式鐵心結(jié)構(gòu),不愿注意到這種鐵心結(jié)構(gòu)本身存在的一些問題。又例如:大多數(shù)人認為120°布置三框式鐵心結(jié)構(gòu)不可能用在電源變壓器中去,但是已有人把它用于追求體積小的電源變壓器中,取得了良好效果。
(3)現(xiàn)在的鐵心結(jié)構(gòu)在低頻和中頻電源變壓器中發(fā)展比較成熟。在高頻電源變壓器中還有許多工作要做,那已經(jīng)不屬于立體式鐵心結(jié)構(gòu)范圍,而屬于平面式鐵心結(jié)構(gòu)和薄膜式鐵心結(jié)構(gòu)范圍。這兩種結(jié)構(gòu)正成為高頻電源變壓器的研究熱點。據(jù)報道,高頻開關(guān)電源的高度,采用平面式鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器在1995年還大于5mm,到1998年,采用低高度平面式鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器,高頻開關(guān)電源的高度已在5mm~3mm之間。預(yù)測到2002年,采用薄膜式鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器和集成工藝技術(shù),把磁性元件、半導(dǎo)體器件和電容器集成在一個單片上,組成新型的單片式高頻開關(guān)電源,高度可低于3mm,甚至達到1mm。短短十年期間,就從立體式鐵心結(jié)構(gòu)跨越平面式鐵心結(jié)構(gòu),發(fā)展到薄膜式鐵心結(jié)構(gòu),發(fā)展之迅速使人驚嘆不已!
(4)在利用多功能鐵心結(jié)構(gòu),開發(fā)性能獨特的直流和交流電源方面,日本索尼公司的一些人員不隨大流,堅持研究垂直型多功能鐵心結(jié)構(gòu),而取得了有自己知識產(chǎn)權(quán)的成果。這種創(chuàng)新精神和堅韌不拔的努力,給我們一個很好的啟示。希望我國的電源技術(shù)工作者能夠開發(fā)出有自己特色的產(chǎn)品,在電源技術(shù)新領(lǐng)域中占有一席之地。