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(dāng)?shù)奈:ΑR虼?,降低可聞噪聲,,使它限制在一定范圍?nèi),是相當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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。現(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。現(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,。