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高频电源变压器损耗包括磁芯损耗(铁损)和绕组损耗(铜损)。有人关心变压器的铁损和铜损的比例。这个比例是随变压器的工作频率发生变化的。如果变压器的外加电压不变,工作频率越低,绕组匝数越多,铜损越大。因此在 50Hz工频下,铜损远远超过铁损。例如:50Hz 100kVAS9型三相油浸式硅钢电力变压器,铜损为铁损的5倍左右。50Hz100kVA SH11型三相油浸式非晶合金电力变压器,铜损为铁损的20倍左右。工频电源变压器的铜损也比铁损大许多。并不存在“辨析”一文中所说那样,工频变压器从热稳定热均匀角度出发,把铜损等于铁损作为经验设计规则。随着工作频率升高,绕组匝数减少,虽然由于趋表效应和邻近效应存在而使绕组损耗增加,但是总的趋势是铜损随着工作频率升高而下降。而铁损包括磁滞损耗和涡流损耗,随着工作频率升高而迅速增大。在某一段工作频率,有可能出现铜损和铁损相等的情况,超过这一段工作频率,铁损就大于铜损。造成铁损不等于铜损的原因,也并不象“辨析”一文中所说那样是由于“高频变压器采用非常细的漆包线作为绕组”。导线粗细的选择,虽然受趋表效应影响,但主要由高频电源变压器的传送功率来决定,与工作频率不存在直接关系。而且,选用非常细的漆包线作为绕组,反而会增加铜损,延缓铜损的下降趋势。说不定在设计选定的工作频率下,还有可能出现铜损等于铁损的情况。根据有的资料介绍,中小功率高频电源变压器的工作频率在 100kHz左右,铁损已经大于铜损,而成为高频电源变压器损耗的主要部分。
正因为铁损是高频电源变压器损耗的主要部分,因此根据铁损选择磁芯材料是高频电源变压器设计的一个主要内容。铁损也成为评价软磁芯材料的一个主要参数。铁损与磁芯的工作磁通密度工作频率有关,在介绍软磁磁芯材料铁损时,必须说明在什么工作磁通密度下和在在什么工作频率下损耗。用符号表示时,也必须标明:Psπ其中工作磁通密度B的单位是T(特斯拉),工作频率f的单位是Hz(赫芝)。例如Pos/doo表示工作磁能密度为0.5T,工作频率为400Hz时的损耗。又例如()表示工作磁通密度为0.1T,工作频率为 100kHz时的损耗。铁损还与工作温度有关,在介绍软磁磁芯材料铁损时,必须指明它的工作温度,特别是软磁铁氧体材料,对温度变化比较敏感,在产品说明书中都要列出25℃至100℃的铁损。
软磁材料的饱和磁通密度并不完全代表使用的工作磁通密度的上限,常常是铁损限制使用的工作磁通密度的上限。所以在新的电源变压器用软磁铁氧体材料分类标准中把允许的工作磁通密度和工作频率乘积B×f,作为材料的性能因子,并说明在性能因子条件下允许的损耗值。新的分类标准根据性能因子把软磁铁氧体材料分为 PW1、PW2、PW3、PW4、PW5五类,性能因子越高的,工作频率越高,极限频率也越高。例如,PW3类软磁铁氧体材料,工作频率为100kHz,极限频率为300kHz,性能因子B×f为10000mT×kHz,即在100mT(0.1T)和100kHz下,100℃时损耗a级为 ≤300kW/m3(300mw/cm3),b级为≤150kW/m3(150mw/cm3)。日本TDK公司生产的PC44型号软磁铁氧体材料达到 PW3a级标准,达不到PW3的b级标准。
“设计要点”一文中提出高频变压器使用的铁氧体磁芯在100kHz时的损耗应低于 50mW/cm3,没指明是选那一类软磁铁氧体材料,也没说明损耗对应的工作磁通密度。读者只好去猜:损耗对应的工作磁通密度是《电源技术应用》2003 年6期“设计要点”一文中的BAC典型值0.04-0.075T?还是《电源技术应用》2003年1~2期“设计要点”一文中的Bm值0.237T?不管是0.075T,还是0.237T?要达到100kHz下铁损低于50mW/cm3的铁氧体材料是非常先进的。请介绍一下是那家公司那种型号产品,以便读者也去购买。
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