納米晶材料應(yīng)用于逆變電源的優(yōu)點(diǎn)與問題

　　高頻逆變電源的工作頻率在20kHz~50 kHz，作為電源心臟的主變壓器，傳統(tǒng)的鐵芯材料鐵氧體雖高頻損耗較低，但其低頻段（100kHz以下）的磁特性不太好，又因其飽和磁感應(yīng)值（Bs）較低，鐵芯的體積和重量仍較大，此外，鐵氧體的居里溫度較低，熱穩(wěn)定性差，溫度稍高即導(dǎo)致Bs值降低，易飽和，工作狀態(tài)不穩(wěn)定，不適合于高頻大功率下使用。納米晶材料，具有優(yōu)良的綜合磁性能，特別是應(yīng)用在高頻大功率逆變電源上，作為逆變變壓器的鐵芯已是獨(dú)占鰲頭。

　　一、納米晶的優(yōu)點(diǎn)

　　納米晶材料同時(shí)具備了硅鋼、坡莫合金、鐵氧體的優(yōu)點(diǎn)。即：

　　高磁感：飽和磁感Bs＝1.2T，是坡莫合金的一倍，鐵氧體的2.5倍。鐵芯功率密度大，可以達(dá)到15 kW～20kW/kg。

　　高磁導(dǎo)率：靜態(tài)初始導(dǎo)磁率μ0可高達(dá)12萬～14萬，與坡莫合金相當(dāng)。用于功率變壓器鐵芯的磁導(dǎo)率是鐵氧體的10多倍，大大降低了激磁功率，提高了變壓器的效率。

　　低損耗：在20kHz～50kHz頻率范圍是鐵氧體1/2～1/5，降低鐵芯溫升。

　　居里溫度高：納米晶材料的居里溫度達(dá)570℃，鐵氧體的居里溫度僅180℃～200℃。

　　由于以上的優(yōu)點(diǎn)，納米晶制造的變壓器應(yīng)用在逆變電源上，對(duì)電源可靠性提高起了很大作用：

　　損耗小，變壓器溫升低，大量用戶的長期實(shí)際使用證明，納米晶變壓器的溫升遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于IGBT管子的溫升。

　　鐵芯磁導(dǎo)率高，降低了激磁功率，減小了銅損，提高了變壓器的效率。變壓器的初級(jí)電感大，減小了電流在開關(guān)時(shí)對(duì)IGBT管子的沖擊。

　　工作磁感高，功率密度大，可達(dá)到15Kw/kg。減小了鐵芯的體積。特別是大功率逆變電源，體積減小使得在機(jī)箱內(nèi)空間增大，有利于IGBT管子的散熱。

　　變壓器的過載能力強(qiáng)，由于工作磁感選擇在飽和磁感的40%左右，當(dāng)過載發(fā)生時(shí)，僅由于磁感增高產(chǎn)生發(fā)熱，而不會(huì)因鐵芯飽和而損壞IGBT管子。

　　納米晶材料的居里溫度高，假設(shè)溫度達(dá)到100℃以上時(shí)，鐵氧體變壓器已經(jīng)不能工作，納米晶變壓器完全可以正常工作。

　　納米晶的這些優(yōu)點(diǎn)，被越來越多的電源生產(chǎn)廠家認(rèn)識(shí)并采用，國內(nèi)一批生產(chǎn)廠，已經(jīng)采用納米晶鐵芯，并應(yīng)用多年。越來越多的廠家開始使用或試用。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在逆變焊機(jī)、通信電源、電鍍電解電源、感應(yīng)加熱電源、充電電源等領(lǐng)域，今后幾年還會(huì)有更大幅度的增加。

　　二、大家關(guān)心的幾個(gè)問題

　　納米晶材料在應(yīng)用于逆變電源的過程中，曾出現(xiàn)了一些如噪聲問題、脆性問題、一致性問題等，在一定程度上對(duì)推廣應(yīng)用帶來影響，引起了關(guān)注?，F(xiàn)在這些問題都已經(jīng)逐步得到解決。

　　（一）噪聲問題

　　噪聲的形成有多方面的原因：

　　1．材料本身磁致伸縮系數(shù)的原因，鐵氧體材料的磁致伸縮系數(shù)比較大，盡管鐵氧體磁芯是實(shí)心的，在使用有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)噪聲。納米晶的成分不同，磁致伸縮系數(shù)不同，前幾年使用的成分，是一種通用的合金的成分，因此制造出變壓器的噪聲問題比較突出，隨著應(yīng)用、開發(fā)越來越深入，針對(duì)不同用途采用不同的合金成分，以滿足不同器件對(duì)磁性的特殊要求。例如，作為功率輸出變壓器、電流互感器、共模電感等，都開發(fā)出專用的成分。根據(jù)功率變壓器的要求調(diào)整的合金成分，降低了磁致伸縮系數(shù)，經(jīng)用戶使用證明，噪聲問題已經(jīng)大大改善。

　　2．鐵芯卷繞松緊上的原因，這與使用的帶材質(zhì)量有很大關(guān)系，帶材尺寸偏差、厚薄不均勻都會(huì)造成鐵芯卷繞不緊，容易產(chǎn)生噪聲。調(diào)整成分后，鋼水流動(dòng)性好，有利于帶材的成型質(zhì)量，在一定程度上為降低鐵芯噪聲，提供了有利保證。

　　3．逆變電路方面的問題，電路中直流成分大，造成鐵芯的工作磁感提高，引起噪聲。我們的實(shí)驗(yàn)證明，噪聲隨工作磁感的提高而增大。有的廠家在電路上采取了隔直流措施，使用納米晶鐵芯多年來沒有出現(xiàn)噪聲問題。

　　通過以上的改進(jìn)，噪聲問題基本得到了解決。