新软磁材料在电子变压器中的应用

电子变压器中的软磁材料，根据上面的分析，在工频及中频范围内主要采用硅钢，在
高频范围内主要采用软磁铁氧体。现在硅钢遇到非晶纳米晶合金的挑战，软磁铁氧体既遇
到非晶纳米晶合金的挑战，又遇到软磁复合材料的竞争。在挑战和竞争中，不但使新软磁
材料迅速发展，也使硅钢和软磁铁氧体得到发展。新发展起来的软磁材料在电子变压器中
的应用，使电子变压器的性能提高，成本下降。而且也使电源技术在向短、小、轻、薄的
变革中遇到的难点——磁性元件小型化问题逐步得到解决。
下面分别介绍硅钢，软磁铁氧体，非晶纳米晶合金，软磁复合材料在电子变压器中应
用的一些新进展。这里不介绍薄膜软磁材料，它是用于1MHz 以上的，高频小型电子变压
器的新一代软磁材料，留待以后专文介绍。
3.1 硅钢
电源技术中的工频电子变压器大量使用3%取向硅钢，现在厚度普遍从0.35mm 减到
0.27mm 或0.23mm。国内生产的23Q110 的0.23mm 厚，3%取向硅钢，饱和磁通密度Bs
为1.8T，其P1.7/50为1.10W/kg；27QG095的0.27mm厚，3%Hi B 取向硅钢，Bs为1.89T，
P1.7/50为0.95W/kg。日本生产的0.23mm厚，3%取向硅钢Bs为1.85T，P1.7/50为0.85W/kg。
与国内产品相差不多。但是0.23mm厚的3%取向硅钢经过特殊处理，即用电解法将表面抛
光至镜面，再涂张力涂层，最后细化磁畴，可以使P1.7/50 下降到0.45W/kg。同时，对要
求损耗低的电子变压器，日本还进一步把厚度减薄到0.15mm，经过特殊处理，可以使P1.3/50
下降到0.082～0.11W/kg 和铁基非晶合金水平基本相当。
日本还用温度梯度炉高温退火新工艺，使0.15mm 厚，3%取向硅钢的Bs 达到1.95～
2.0T，经过特殊处理，使P1.3/50为0.15W/kg，P1.7/50 为0.35W/kg。采用三次再结晶新工
艺，制成更薄的硅钢，Bs为2.03T，P1.3/50为0.19W/kg(0.075mm厚)，0.17W/kg(0.071mm
厚)和0.13W/kg0.032mm厚)。
电源装置中的中频(400Hz至10kHz)电子变压器，除了使用0.20～0.08mm厚，3%取向
硅钢外，日本已采用6.5%无取向硅钢。6.5%硅钢，磁致伸缩近似为零，可制成低噪声电子
变压器，磁导率为16000～25000。ρ比3%硅钢高一倍，中频损耗低，例如：0.10mm厚的
6.5%无取向硅钢P1/50 为0.6W/kg，P1/400 为6.1W/kg，P0.5/1K 为5.2W/kg，P0.1/10k为
8.2W/kg，Bs为1.25T。采用温轧法可以生产6.5%取向硅钢，Bs提高到1.62～1.67T。0.23mm
厚的6.5%取向硅钢P1/50为0.25W/kg。日本已用6.5%硅钢制成1kHz音频变压器，在1.0T
时，噪声比3%取向硅钢下降21dB，铁损下降40%，还用6.5%硅钢取代3%取向硅钢用于
8kHz电焊机中，铁芯重量从7.5kg 减少到3kg。6.5%硅钢国内已进行小批量生产。
与研制6.5%硅钢的同时，日本还开发了硅含量呈梯度分布的硅钢。
1)中高频低损耗梯度硅钢，表层硅含量6.5%，电阻率高，磁导率高，磁通集中在表面，
涡流也集中表面，损耗小。内部硅含量低于6.5%。总的损耗低于6.5%硅钢。例如：0.20mm
厚的6.5%硅钢的P0.1/10k为16W/kg，梯度硅钢为13W/kg；P0.05/20k6.5%硅钢为14W/kg，
梯度硅钢为9W/kg。由于总的硅平均含量低于6.5%，Bs 比6.5%硅钢高，可达1.90T。延
伸性即加工性也比6.5%硅钢好。已经用这种梯度硅钢制成家用电器逆变器用电感器，由于
Bs高，损耗低，既体积小，又发热少。
2)低剩磁梯度硅钢，表层硅含量高，磁致伸缩小，中心层硅含量低，磁致伸缩大。表层
与中心层存在的磁致伸缩差而引发应力。出现的弹性能导致剩磁低，一般饱和磁通密度Bs
为1.96T，剩磁Br为0.34T。ΔB=Bm-Br超过1.0T(Bm为工作磁通密度)。损耗也低，P1.2/50
为1.27W/kg。可以用于脉冲变压器，单方向磁通变化电源变压器等。作为电源变压器铁芯
时，还可以抑制合闸时的突发电流浪涌。
最近报导，日本开发出用于中高频电子变压器的硅钢新品种——添加铬(Cr)的硅钢。在
4.5%硅钢中，添加4%铬，电阻率可达82μΩ·cm，而一般3%取向硅钢电阻率为44μΩ·cm，
牌号为“HiFreqs”。0.1mm厚添加铬的硅钢损耗低，P0.2/5k为20.5W/kg，P0.1/10k为10W/kg，
P0.05/20k 为5W/kg；延伸性即加工性好，与3%硅钢一样，可以进行冲剪，铆固加工；耐
腐蚀性好，在盐水和湿气中，不涂层也不腐蚀。已用这种添加铬的硅钢制成25kHz 开关电
源用滤波电感器，铁芯损耗为22W/kg，比6.5%硅钢(36W/kg)和铁基非晶合金(29W/kg)小。
还用它制成70kHz感应加热装置