隨著工業(yè)的發(fā)展,開關(guān)電源功率不斷提升,工作頻率20kHz以上、輸出功率超過30kW的變壓器如選用傳統(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(huì)存在問題,且變壓器體積大,不能滿足電源高頻與小型化的發(fā)展需求?？焖倌碳夹g(shù)制備的鐵基納米晶軟磁材料因其高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高磁導(dǎo)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(diǎn),在大功率高頻功率變壓器上極具應(yīng)用價(jià)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(jī)電源、電流互感器、開關(guān)電源、電磁兼容器件等中得到了廣泛的應(yīng)用。
目前市場(chǎng)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(duì)應(yīng)力非常敏感,在加工使用過程中,一旦受外力影響,磁性能會(huì)大幅惡化,因此在應(yīng)用時(shí)一般將其繞制成環(huán)狀或馬蹄形狀,并裝入護(hù)盒。這種結(jié)構(gòu)形狀單一、鐵芯窗口利用率低、器件的工作溫度受保護(hù)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(dǎo)致了其應(yīng)用的局限性,不能應(yīng)用于大功率高頻變壓器,也不能用于制造復(fù)雜形狀的變壓器。
新型的納米晶功率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(duì)于傳統(tǒng)護(hù)盒的變壓器鐵芯,具有明顯優(yōu)勢(shì):(1)納米晶鐵芯整體固化,纏繞絕緣膜后強(qiáng)度能夠達(dá)到繞線的要求,可以直接進(jìn)行變壓器繞制;(2)固化后的納米晶鐵芯釋放了鐵芯內(nèi)徑和外徑因保護(hù)盒增加的部分尺寸,鐵芯整體體積減小,特別是內(nèi)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(hù)盒材料對(duì)器件工作安全性的影響,節(jié)省了保護(hù)盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及開模具的周期及輔料的質(zhì)量管控;(4)納米晶變壓器鐵芯設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)及后期線包的繞制提供了更多的選擇方案。中國(guó)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(duì)象,研究了功率變壓器用的納米晶鐵芯的技術(shù)要點(diǎn)。他們的實(shí)驗(yàn)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(nèi)部產(chǎn)生局部應(yīng)力,會(huì)增加損耗,損耗變化量均值在10%～15%之間。固化劑濃度對(duì)鐵芯損耗和磁導(dǎo)率有影響,應(yīng)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?yàn)楣袒瘎舛仍黾雍?鐵芯固化的效果增強(qiáng),鐵芯內(nèi)部迭片間所受應(yīng)力增大,導(dǎo)致?lián)p耗增加。