您当前的位置:五五电子网电子知识电工技术电工文摘电源中电磁元件的铁心结构 正文
电源中电磁元件的铁心结构

电源中电磁元件的铁心结构

点击数:7915 次   录入时间:03-04 11:39:06   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘
钴基非晶合金和铁基微晶合金用于20kHz~500kHz中高频电源中的电磁元件,主要是卷绕式环形铁心结构,个别的采用CD形铁心结构。CD形铁心结构主要用于20kHz~50kHz的电磁元件,在超过100kHz时,由于线圈匝数少,主要用环形铁心结构。在大容量的电源中,20kHz~50kHz的电磁元件将来有可能采用搭接式铁心结构。

4高导磁合金(坡莫合金)铁心

为了充分发挥高导磁合金的高导磁特性,一般都采用卷绕式环形铁心结构。由于高导磁合金对应力敏感,在热处理后,要把环形铁心装在保护盒内,而且在绕线和绝缘处理工艺过程中,一定要轻拿轻放,避免冲击和应力对高导磁合金性能的影响。以前,在1kHz以下,也有个别情况采用叠片式铁心结构,铁心冲片为EE形或者EI形。现在比较少见了。坡莫合金由于环境适应性强,又扩展了使用频率范围,现在在电源中的用量有所增加。但是铁心结构仍然是卷绕式环形铁心结构。

5软磁铁氧体铁心

图8软磁铁氧体铁心结构

(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(环形)(l)LP形

软磁铁氧体的铁心结构比较多,这是由于采用热压工艺,比较容易加工成各种形状。有EI、EE、EER、EP、UF、UYF、RM、PM、PQ、Q(罐形)、T(环形)和LP形等等(图8)。EI形以尺寸A(E形铁心宽度)为标志,EE形以尺寸A(E形铁心宽度)和2×B(E形铁心长度)为标志,已形成EI10~50,EE8.3/8.0~110/80系列,品种多,制造工艺简单成熟,散热好,便于引出接线,成本较低。缺点是铁心中间柱截面为方形,给线圈绕制带来麻烦。同时,无屏蔽,容易产生杂散磁场干扰。EER形也是以尺寸A(E形铁心宽度)和2×B(E形铁心长度)为标志,已形成EER25/33~54/50系列,铁心中间柱截面为圆形,绕线比较方便,同时绕线长度比方形截面缩短11%,从而降低铜损。但是仍无屏蔽。EP形铁心以铁心高度尺寸E为标志,已形成7至30系列,中间铁心柱为圆形,而且一边有屏蔽,另一边有缺口,便于引出接线。UF形铁心以U形铁心宽度A为标志,形成9.8~25系列,可以两个柱绕线,散热好,引出接线也方便,但是铁心截面为矩形,也无屏蔽。UYF形铁心以U形铁心厚度C(有时包括U形铁心高度2×B)为标志,已形成10~18系列,有的两个铁心柱面为圆形,有的一个铁心柱面为圆形(单边绕线),一个铁心柱截面为方形。RM形铁心以中间铁心柱的直径C为标志,已形成4~14系列,有中心孔和无中心孔(用G作标志)两种,中间铁心柱为圆形,两侧有屏蔽,有两边缺口,便于引出接线。PM形铁心以最大外径A为标志,已形成PM50~114系列,其两侧屏蔽比RM形铁心更宽,效果更好。Q形(罐形)铁心以最大外径A和高度C为标志,已形成Q7/4~Q40/29系列,屏蔽效果最好,单位空间电感值高,但缺口小,引出接线不便,有中心孔,以便安装。PQ形铁心以最大外径A和高度F为标志,已形成PQ20/16~50/50系列,比Q形铁心开的缺口大,引出接线方便,而且背面散热面积大,是高频电源变压器用的铁心结构中,综合性能最佳的一种。LP形铁心以铁心高度2D和一边较小的缺口长度E为标志,已形成LP23/8~LP32/13系列,也适用于高频电源变压器。T形(环形)铁心以外径×内径×高尺寸为标志,已形成6×3×2~124×62×40系列,截面为矩形,磁路无空气隙,电感值大,漏磁小。如果把截面改成圆形,变成类似硅钢O形铁心那样的结构,其绕线工艺和性能都有所改善。

6复合铁心和磁粉芯

复合铁心是指采用两种以上软磁材料组成的铁心结构。如果为了使铁心性能一致性好,而把一个铁心分成两个(或三个)铁心,进行性能搭配,这不能算成是复合铁心结构,因为它们使用的是同一种软磁材料,而不是两种以上软磁材料。复合铁心结构的典型例子是脉冲变压器用铁心,为了保证上升时间短和顶降小,使用坡莫合金和软磁铁氧体两种软磁材料组成的铁心,有环形的,也有叠片式的。

但是最常用的复合铁心结构是磁粉芯,它是用软磁材料和非磁性材料复合而成。虽然磁粉芯不用于电源变压器,而用于电感器,但是为了使铁心结构介绍比较全面一些,在本文中也把它介绍给读者。

磁粉芯是由金属软磁材料粉末与绝缘材料混合以后压制而成的,一般都是环形铁心。为了表明软磁材料的种类和性能,还涂有颜色(红、黄、绿、蓝)作为标记。由于金属软磁材料粉末被软磁材料所包围,形成分散气隙,从而大大降低高频涡流损耗,并具有抗饱和性能。

国家标准GBn25185《镍铁磁粉芯》只针对高导磁铁镍合金材料制成的磁粉芯,现在已发展了铁磁粉芯、铁硅铝磁粉芯、非晶和微晶磁粉芯,故国标需要加以扩展和修订。

对磁粉芯提出的指标有饱和磁通密度Bs、有效磁导率μe、有效品质因数Qe、有效磁导率温度系αμe及居里点、比重等。主要的磁粉芯的性能参数如表1所示。铁镍钼磁粉芯国家标准型号为FN81,上海钢铁研究所型号为SN,美国阿诺德公司型号为MPP,磁导率高,工作环境适应范围广,损耗低,但价格贵。铁镍高磁通磁粉芯国家标准型号为FN50,美国阿诺德公司型号为HF,饱和磁通密度高,磁导率中等,损耗也较低,价格较便宜,国内外最近比较重视研究和使用。铁硅铝磁粉芯上海钢铁研究所型号为SA,美国阿诺德公司型号为MS,是一种价格较低,综合性能指标较好的磁粉芯。铁磁粉芯上海钢铁研究所型号SF,国外一般型号为IP,磁导率和饱和磁通密度高,但在高频下损耗大,只适用于低频和20kHz以下的中频使用。由于价格便宜,可以把它加工成大型磁粉芯,代替硅钢,作为大容量直流电源的滤波电抗器。

除了表1所列性能而外,一般还给出有效磁导率μe与频率f的关系曲线。与软磁铁氧体类似,在超过一定极限工作频率以后,有效磁导率会迅速下降。同时,还给出在有效磁导率μe下降50%的外加磁场强度,也就是恒磁范围。表2是铁镍钼磁粉芯和高磁通铁镍磁粉芯的恒磁范围。还有,对用于输出滤波器的磁粉芯,必须给出交直流同时磁化曲线,表示在大的直流磁化条件下,磁粉芯有效磁导率的变化情况。

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/ 铁镍钼磁粉芯 0.7 47760 35~300 14 1.32~1.27 7.8~7.9 高磁通铁镍磁粉芯 1.2 63680 20~150   3.13~1.64 7.6 铁硅铝磁粉芯 1.1   35~300 16~19 1.68 5.6~6.2 铁磁粉芯 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

   

图9平面布置的多功能铁心结构

(a)一个变压器和一个电抗器(b)一个变压器和两个电抗器

  

图10两种软磁材料组成的多功能铁心结构

(a)柜形铁心(b)桥式铁心

表2铁镍钼磁粉芯和高磁通铁镍磁粉芯恒磁范围 铁镍钼磁粉芯 μe10kHz 60 125 160 300 H(A/m) 8000 4000 3200 1600 H(Oe) 100 50 40 20 高磁通铁镍磁粉芯 μe10kHz 22 35 60 75 H(A/m) 22400 20000 5600 4000 H(Oe) 280 250 70 50 以前,包括国家标准在内,都没有测试20kHz以上的有效磁导率μe和损耗Pc。现在已有生产单位提供这方面的性能数据。希望制订磁粉芯新的标准时,能提供20kHz、100kHz、1MHz、5MHz,甚至10MHz下的有效磁导率μe和损耗Pc,有利于把磁粉芯应用到中高频和高频电源中去。

7多功能铁心(集成磁芯)

多功能铁心结构是指一种铁心同时起变压器和电抗器,变压器和磁性开关等多种功能。库克教授在提出库克电路的同时,把这种多功能铁心结构称为“集成磁芯”,意思是指它象半导体集成电路一样,把几种功能集成在一起。这个词语“集成磁芯”,到现在一直有人在使用。但是,现在出现了利用与半导体集成电路工艺相类似的技术,制造薄膜式铁心及其应用的电磁元件,有的人称为“微磁性器件”,有的人称为“集成磁性器件”。因此,我认为再使用集成磁芯就容易使人混淆,把两种完全不同的铁心结构认为是同一样的东西,所以把原来的集成磁芯改称为“多功能铁心”。

其实,最早的多功能铁心出现在铁磁谐振稳压器中,包括一个变压器和一个由磁分路组成的电抗器。恒压变压器是由铁磁谐振稳压器发展而来的,铁心也属于多功能铁心结构。

常见的多功能铁心结构主要是平面布置的形式(图9)。图9(a)是一个变压器和一个电抗器的铁心结构。图9(b)是一个变压器和两个电抗器的铁心结构。图10巧妙地采用两种软磁材料组成多功能铁心结构。图10(a)外框铁心采用高导磁合金材料,形成变压器,中间采用低导磁材料形成电抗器。除了这种框形加中间柱结构而外,还有图10(b)的桥式多功能铁心结构,四个桥臂用高导磁材料,桥对角线用低导磁材料或者开一个气隙。

从20世纪80年代末开始,对由垂直形铁心构成的立体布置的多功能铁心结构进行研究的人员越来越多。最早是有人把C形铁心的一半转90°而形成的,发现在没转90°的C形铁心上的绕组之间仍存在变压器功能,转90°的C形铁心上绕上一个绕组,可以通过电流激磁后,改变没转90°的C形铁心上绕组的电感〔见图11(a)〕。后来把铁心去掉一些变成图11(b),仍然具有这样的功能。图11(c)是把两个变压器和两个可控电感组合在一起的多功能铁心结构。

上一页  [1] [2] [3]  下一页


本文关键字:电源  电工文摘电工技术 - 电工文摘