30kHz高頻開關(guān)電源干式變壓器的設(shè)計
在高頻干式變壓器的傳統(tǒng)設(shè)計中,由于鐵芯材料的限制,其工作頻率一般在20kHz左右。隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展,電源系統(tǒng)的小型化、高頻化和高功率比已經(jīng)成為一個永恒的研究方向和發(fā)展趨勢。因此,研究更高頻率的干式變壓器是減小電力系統(tǒng)體積、提高電源輸出功率比的關(guān)鍵因素。根據(jù)超微晶合金優(yōu)異的電磁性能,通過實例介紹了30kHz超微晶高頻開關(guān)電源干式變壓器的設(shè)計。
1.干式變壓器的性能指標
電路形式:半橋開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器原理見圖1。
工作頻率f: 30khz
逆變器輸入電壓Ui:DC300V
轉(zhuǎn)換器U0:DC2100V的輸出電壓
轉(zhuǎn)換器的輸出電流Io:0.08A
整流電路:橋式整流器
占空比d: 1% ~ 90%
輸出效率:80%
耐受電壓:直流12kV
溫升:50
工作環(huán)境閾值為:-55 ~ 85
2.干式變壓器鐵心的選擇和工作點的確定
從干式變壓器的性能要求可以看出,傳統(tǒng)的薄帶硅鋼和鐵氧體材料在頻率和使用環(huán)境上很難滿足干式變壓器的設(shè)計要求。磁芯的材料只考慮坡莫合金、鈷基非晶合金和超微晶合金。而坡莫合金和鈷基非晶合金價格較高,約為超微晶合金的幾倍,而飽和磁感應(yīng)強度Bs約為超微晶合金的2/3,加工工藝復(fù)雜。因此,對比三種材料的性能(表1),選擇飽和磁感應(yīng)強度Bs高、溫度穩(wěn)定性好、價格低廉、加工方便的超微晶合金,有利于干式變壓器技術(shù)指標的實現(xiàn)。
表1(1)鈷基非晶合金和超微晶合金主要磁性能的比較
鐵芯工作點的選擇往往從鐵芯材料、工作狀態(tài)、工作頻率、輸出功率、絕緣和耐壓等因素考慮。超微晶合金的飽和磁感應(yīng)強度Bs約為1.2T t,在雙極開關(guān)電源干式變壓器的設(shè)計中,鐵芯的較大工作磁感應(yīng)強度Bm一般可達0.6 ~ 0.7 t,經(jīng)過特殊處理的鐵芯的Bm可達0.9T.本設(shè)計中,由于工作頻率、絕緣耐壓、使用環(huán)境等原因,較大工作磁感應(yīng)強度Bm設(shè)定為0.6T,而鐵芯結(jié)構(gòu)為無缺口的矩形鐵芯。與環(huán)形鐵芯相比,這種結(jié)構(gòu)的鐵芯線圈繞制方便,分布參數(shù)影響小,鐵芯窗口利用率高,散熱好,系統(tǒng)絕緣可靠,但電磁兼容性差。
1來源:南京電子科技學院
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