干式變壓器采用納米晶鐵芯技術的優(yōu)缺點

隨著工業(yè)的發(fā)展，開關電源功率不斷提升，工作頻率２０ｋＨｚ以上、輸出功率超過３０ｋＷ的干式變壓器如選用傳統(tǒng)鐵氧體材料，加工難度加大，批量一致性及溫度穩(wěn)定性都會存在問題，且干式變壓器體積大，不能滿足電源高頻與小型化的發(fā)展需求。干式變壓器的快速凝固技術制備的鐵基納米晶軟磁材料因其高飽和磁感應強度、高磁導率、低損耗、良好的溫度穩(wěn)定性、加工周期短、加工過程環(huán)保、產(chǎn)品批量一致性及溫度穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點，在大功率高頻功率變壓器上極具應用價值。經(jīng)過多年的發(fā)展，納米晶軟磁材料已經(jīng)在逆變焊機電源、電流互感器、開關電源、電磁兼容器件等中得到了廣泛的應用。

目前市場上普通的鐵基納米晶軟磁材料厚度約３０μｍ，且因納米晶材料呈薄帶狀、材料較脆、易折斷、對應力非常敏感，在加工使用過程中，一旦受外力影響，磁性能會大幅惡化，因此在應用時一般將其繞制成環(huán)狀或馬蹄形狀，并裝入護盒。這種結構形狀單一、鐵芯窗口利用率低、器件的工作溫度受保護盒材料影響大，散熱差、變壓器漏感大，容易產(chǎn)生噪聲，這些問題導致了其應用的局限性，不能應用于大功率高頻干式變壓器，也不能用于制造復雜形狀的變壓器。

新型的納米晶功率干式變壓器鐵芯采用厚度為２４μｍ的納米晶材料，經(jīng)過熱處理與固化處理，可以有效解決上述問題。固化成型鐵芯相對于傳統(tǒng)護盒的變壓器鐵芯，具有明顯優(yōu)勢：

（１）納米晶鐵芯整體固化，纏繞絕緣膜后強度能夠達到繞線的要求，可以直接進行變壓器繞制；

（２）固化后的納米晶鐵芯釋放了鐵芯內徑和外徑因保護盒增加的部分尺寸，鐵芯整體體積減小，特別是內窗口尺寸可以增大３～５ｍｍ，散熱空間更大，變壓器工作安全性提高；

（３）減少了保護盒材料對器件工作安全性的影響，節(jié)省了保護盒結構設計以及開模具的周期及輔料的質量管控；

（４）納米晶變壓器鐵芯設計規(guī)格可以更靈活，鐵芯有環(huán)形、矩形、Ｃ型多種可選，為變壓器的設計及后期線包的繞制提供了更多的選擇方案。中國鋼研科技公司安泰公司以ＦｅＳｉＢＣｕＮｂ合金納米晶薄帶軟磁材料為對象，研究了功率變壓器用的納米晶鐵芯的技術要點。他們的實驗證明：在相同頻率條件下，２４μｍ的薄帶比常規(guī)３０μｍ的薄帶損耗低，在２０ｋＨｚ、０.５Ｔ下，２４μｍ薄帶比普通３０μｍ帶材損耗低４０％。固化成型處理后因鐵芯迭片間受到固化劑粘接的影響，鐵芯內部產(chǎn)生局部應力，會增加損耗，損耗變化量均值在１０％～１５％之間。固化劑濃度對鐵芯損耗和磁導率有影響，應選擇最佳固化劑配比。超過最佳配比后，鐵芯損耗增加較大，這是因為固化劑濃度增加后，鐵芯固化的效果增強，鐵芯內部迭片間所受應力增大，導致?lián)p耗增加。