電子鎮(zhèn)流器變壓器用微晶材料研究及應(yīng)用

作者：時間：2012-03-17 來源：網(wǎng)絡(luò)

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照明在現(xiàn)今的日常生活和工商活動中是不可缺少的耗能設(shè)備。在各國的耗電上占有相當(dāng)大的比例，因此如何提高照明燈具的效率和省能，為今日業(yè)界的重要課題。提高照明燈具的效率和省能主要從光源、鎮(zhèn)流器、燈罩等入手，而其中又以鎮(zhèn)流器的效率高低影響最大。以目前傳統(tǒng)的鐵芯式40W特高功率型日光燈鎮(zhèn)流器總耗能為47W，瞬時耗能約52W，省能型耗能約43W。80年代初，荷蘭飛利浦公司推出高頻電子鎮(zhèn)流器，它具有電感鎮(zhèn)流器和起輝器功能，由于電子鎮(zhèn)流器具有節(jié)能、無頻閃、無噪聲、功率因素高、起動電壓低等特點(diǎn)，因而開始逐漸取代電感鎮(zhèn)流器。但是由于目前的電子鎮(zhèn)流器中多采用鐵氧體作變壓器，鐵氧體的低磁感、溫度穩(wěn)定性差等原因阻礙了它的迅猛發(fā)展，因此迫切需要一種新型的磁性材料取代它。

　　二.電子鎮(zhèn)流器電路工作原理

　　在闡述材料研究工作之前，有必要對電子鎮(zhèn)流器的工作原理作一說明。

　　目前多數(shù)電子鎮(zhèn)流器的工作原理結(jié)構(gòu)圖可用圖1所示的框圖來表示。

　　圖1、電子鎮(zhèn)流器工作原理結(jié)構(gòu)框圖

　　由框圖可見，它是將50Hz交流市電轉(zhuǎn)變?yōu)?0Kc以上的高頻電壓，它的核心部分實(shí)質(zhì)上是一個逆變器。我們知道，在高頻時，變壓器或電感可利用高頻磁芯大大縮減線圈的匝數(shù)，從而使變壓器或電感的體積、重量及價格大大下降。

　　通過高頻整流到負(fù)載的工作電流是約20Kc~30Kc近似正弦波。

　　三.材料研制

　　由于電子鎮(zhèn)流器的使用頻率為20Kc~30Kc，因要求材料具有較好的高頻特性。

　　從表1可見，就綜合性能指標(biāo)來看，以鐵基微晶比較理想。它不但有高的Bs，而且有低的損耗。由于電子鎮(zhèn)流器的工作環(huán)境溫度變化大，因此在保持高Bs條件下添加微量元素來提高熱穩(wěn)定性。

　　鐵基微晶材料擁用以Co基非晶更優(yōu)越的綜合磁性能。該材料自從1998年為日立公司Yoshizawa 公布于世以后，很快引起各國磁性材料領(lǐng)域和物理學(xué)界的廣泛興趣。Fe基微晶材料除在高頻損耗特性、高頻導(dǎo)磁率等方面全面達(dá)到且超過Co基非晶合金外，其飽和磁感Bs≈12000Gs，幾乎是Co基非晶的2倍，導(dǎo)磁率高達(dá)十余萬，要比一般的Co基非晶高得多，鐵基微晶材料居里溫度為540℃~570℃，遠(yuǎn)高于Co基非晶。由于它是微晶化態(tài)，從熱力學(xué)原理來看，其穩(wěn)定性理論上講應(yīng)該比非晶材料要好，事實(shí)上從國外還是國內(nèi)在這方面研究報道的數(shù)據(jù)，鐵基微晶材料的△μ/μ或△L/L均十分小(≤5%)，時間穩(wěn)定性也十分優(yōu)越。

　　鐵基微晶材料的一般成份為：

　　N=Co, Ni N=Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti, Mo 等。

　　從鐵基微晶材料的成份來看，可調(diào)范圍較寬，為研制帶來很大方便。

　　1. 合金制備

　　采用工業(yè)純Fe、中間合金Fe-B、結(jié)晶Si、金屬M(fèi)o、Nb、V-Fe、Cr、Mn、Cu、石墨C。按配方配制，在真空感應(yīng)爐內(nèi)冶煉成母合金棒材經(jīng)拋光去砂。在非晶制帶設(shè)備上制取各種規(guī)格寬度的非晶帶材，整個制帶工藝必須嚴(yán)格控制出鋼溫度、轉(zhuǎn)速、氣壓等。帶材厚度控制在25 mm為佳。帶材平面平整光滑，盡量消除空洞和厚薄公差，這些都是獲得高性能的先決條件。

　　2. 合金物理特檢測

　　采用CL-6直流回線路測試儀測量鐵芯的磁滯回線;用SY8218磁特性測試儀測量鐵芯交流損耗特性;采用4274A、muti-Frequencg LCR Meter測定鐵芯的高導(dǎo)磁率和導(dǎo)磁率特性曲線。

　　采用差熱分析儀測定微晶材料的晶化溫度Tx和居里溫度Tc;用D-5X射線衍射儀測定材料的晶化相以及晶化度。

　　四.材料研制結(jié)果

　　1. 成份與材料特性關(guān)系

　　在Fe基非晶添加Cu主要利用其在鐵中的不可溶性、在熱處理中首先析出，形成微晶體的晶核，添加Nb Mo V等元素，有利于提高非晶體的晶化溫度，一旦析出α-Fe(Si)晶體時，在其周圍形成富Nb、Mo等元素的高晶化溫度的非晶相，從而抑制了 -Fe(Si)微晶相的長大。為此我們配制了六種不同的Mo、Nb、V的加入量，其晶化特性為表2。