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電源技術與電子變壓器
摘要：討論了電源技術與電子變壓器之間的關系：電子變壓器在電源技術中的作用，電源技術對電子變壓器的要求，電子變壓器采用新軟磁材料和新磁芯結構對電源技術發(fā)展的影響。引言
電源裝置，無論是直流電源還是交流電源，都要使用由軟磁磁芯制成的電子變壓器（軟磁電磁元件）。雖然，已經(jīng)有不用軟磁磁芯的空芯電子變壓器和壓電陶瓷變壓器，但是，到現(xiàn)在為止，絕大多數(shù)的電源裝置中的電子變壓器，仍然使用軟磁磁芯。因此，討論電源技術與電子變壓器之間的關系：電子變壓器在電源技術中的作用，電源技術對電子變壓器的要求，電子變壓器采用新軟磁材料和新磁芯結構對電源技術發(fā)展的影響，一定會引起電源行業(yè)和軟磁材料行業(yè)的朋友們的興趣。本文提出一些看法，以便促成電源行業(yè)與電子變壓器行業(yè)和軟磁材料行業(yè)之間就電子變壓器和軟磁材料的有關問題進行對話，互相交流，共同發(fā)展。
1 電子變壓器在電源技術中的作用
電子變壓器和半導體開關器件，半導體整流器件，電容器一起，稱為電源裝置中的4大主要元器件。根據(jù)在電源裝置中的作用，電子變壓器可以分為：
1）起電壓和功率變換作用的電源變壓器，功率變壓器，整流變壓器，逆變變壓器，開關變壓器，脈沖功率變壓器；
2）起傳遞寬帶、聲頻、中周功率和信號作用的寬帶變壓器，聲頻變壓器，中周變壓器；
3）起傳遞脈沖、驅動和觸發(fā)信號作用的脈沖變壓器，驅動變壓器，觸發(fā)變壓器；
4）起原邊和副邊絕緣隔離作用的隔離變壓器，起屏蔽作用的屏蔽變壓器；
5）起單相變?nèi)嗷蛉嘧儐蜗嘧饔玫南鄶?shù)變換變壓器，起改變輸出相位作用的相位變換變壓器（移相器）；
6）起改變輸出頻率作用的倍頻或分頻變壓器；
7）起改變輸出阻抗與負載阻抗相匹配作用的匹配變壓器；
8）起穩(wěn)定輸出電壓或電流作用的穩(wěn)壓變壓器（包括恒壓變壓器）或穩(wěn)流變壓器，起調(diào)節(jié)輸出電壓作用的調(diào)壓變壓器；
9）起交流和直流濾波作用的濾波電感器；
10）起抑制電磁干擾作用的電磁干擾濾波電感器，起抑制噪聲作用的噪聲濾波電感器；
11）起吸收浪涌電流作用的吸收電感器，起減緩電流變化速率的緩沖電感器；
12）起儲能作用的儲能電感器，起幫助半導體開關換向作用的換向電感器；
13）起開關作用的磁性開關電感器和變壓器；
14）起調(diào)節(jié)電感作用的可控電感器和飽和電感器；
15）起變換電壓、電流或脈沖檢測信號的電壓互感器、電流互感器、脈沖互感器、直流互感器、零磁通互感器、弱電互感器、零序電流互感器、霍爾電流電壓檢測器。
從以上的列舉可以看出，不論是直流電源，交流電源，還是特種電源，都離不開電子變壓器。有人把電源界定為經(jīng)過高頻開關變換的直流電源和交流電源。在介紹軟磁電磁元件在電源技術中的作用時，往往舉高頻開關電源中的各種電磁元件為例證。同時，在電子電源中使用的軟磁電磁元件中，各種變壓器占主要地位，因此用變壓器作為電子電源中軟磁元件的代表，稱它們?yōu)椤半娮幼儔浩鳌薄?/P>
2 電源技術對電子變壓器的要求
電源技術對電子變壓器的要求，像所有作為商品的產(chǎn)品一樣，是在具體使用條件下完成具體的功能中追求性能價格比最好。有時可能偏重價格和成本，有時可能偏重效率和性能�，F(xiàn)在，輕、薄、短、小成為電子變壓器的發(fā)展方向，是強調(diào)降低成本。從總的要求出發(fā)，可以對電子變壓器得出四項具體要求：使用條件，完成功能，提高效率，降低成本。
2.1 使用條件
電子變壓器的使用條件，包括兩方面內(nèi)容：可靠性和電磁兼容性。以前只注意可靠性，現(xiàn)在由于環(huán)境保護意識增強，必須注意電磁兼容性。
可靠性是指在具體的使用條件下，電子變壓器能正常工作到使用壽命為止。一般使用條件中對電子變壓器影響最大的是環(huán)境溫度。決定電子變壓器受溫度影響強度的參數(shù)是軟磁材料的居里點。軟磁材料居里點高，受溫度影響�。卉洿挪牧暇永稂c低，對溫度變化比較敏感，受溫度影響大。例如錳鋅鐵氧體的居里點只有215℃，比較低，磁通密度、磁導率和損耗都隨溫度發(fā)生變化，除正常溫度25℃而外，還要給出60℃，80℃，100℃時的各種參數(shù)數(shù)據(jù)。因此，錳鋅鐵氧體磁芯的工作溫度一般限制在100℃以下，也就是環(huán)境溫度為40℃時，溫升必須低于60℃。鈷基非晶合金的居里點為205℃，也低，使用溫度也限制在100℃以下。鐵基非晶合金的居里點為370℃，可以在150℃～180℃以下使用。高磁導坡莫合金的居里點為460℃至480℃，可以在200℃～250℃以下使用。微晶納米晶合金的居里點為600℃，取向硅鋼居里點為730℃，可以在300℃～400℃下使用。
電磁兼容性是指電子變壓器既不產(chǎn)生對外界的電磁干擾，又能承受外界的電磁干擾。電磁干擾包括可聽見的音頻噪聲和聽不見的高頻噪聲。電子變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因是磁芯的磁致伸縮。磁致伸縮系數(shù)大的軟磁材料，產(chǎn)生的電磁干擾大。鐵基非晶合金的磁致伸縮系數(shù)通常為最大（27～30）×10－6，必須采取減少噪聲抑制干擾的措施。高磁導Ni50坡莫合金的磁致伸縮系數(shù)為25×10－6，錳鋅鐵氧體的磁致伸縮系數(shù)為21×10－6。以上這3種軟磁材料屬于容易產(chǎn)生電磁干擾的材料，在應用中要注意。3％取向硅鋼的磁致伸縮系數(shù)為（1～3）×10－6，微晶納米晶合金的磁致伸縮系數(shù)為（0.5～2）×10－6。這2種軟磁材料屬于比較容易產(chǎn)生電磁干擾的材料。6.5％硅鋼的磁致伸縮系數(shù)為0.1×10－6，高磁導Ni80坡莫合金的磁致伸縮系數(shù)為（0.1～0.5）×10－6，鈷基非晶合金的磁致伸縮系數(shù)為0.1×10－6以下。這3種軟磁材料屬于不太容易產(chǎn)生電磁干擾的材料。由磁致伸縮產(chǎn)生的電磁干擾的頻率一般與電子變壓器的工作頻率相同。如果有低于或高于工作頻率的電磁干擾，那是由其他原因產(chǎn)生的。
2.2 完成功能
電子變壓器從功能上區(qū)分主要有變壓器和電感器2種。特殊元件完成的功能另外討論。變壓器完成的功能有3個：功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。電感器完成功能有2個：功率傳送和紋波抑制。
功率傳送有2種方式。第一種是變壓器傳送方式，即外加在變壓器原繞組上的交變電壓，在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應電壓，加在負載上，從而使電功率從原邊傳送到副邊。傳送功率的大小決定于感應電壓，也就是決定于單位時間內(nèi)的磁通密度變量ΔB。ΔB與磁導率無關，而與飽和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br有關。從飽和磁通密度來看，
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