电子镇流器变压器用微晶材料研究及应用

照明在现今的日常生活和工商活动中是不可缺少的耗能设备。在各国的耗电上占有相当大的比例，因此如何提高照明灯具的效率和省能，为今日业界的重要课题。提高照明灯具的效率和省能主要从光源、镇流器、灯罩等入手，而其中又以镇流器的效率高低影响最大。以目前传统的铁芯式40W特高功率型日光灯镇流器总耗能为47W，瞬时耗能约52W，省能型耗能约43W。80年代初，荷兰飞利浦公司推出高频电子镇流器，它具有电感镇流器和起辉器功能，由于电子镇流器具有节能、无频闪、无噪声、功率因素高、起动电压低等特点，因而开始逐渐取代电感镇流器。但是由于目前的电子镇流器中多采用铁氧体作变压器，铁氧体的低磁感、温度稳定性差等原因阻碍了它的迅猛发展，因此迫切需要一种新型的磁性材料取代它。

二.电子镇流器电路工作原理

在阐述材料研究工作之前，有必要对电子镇流器的工作原理作一说明。

目前多数电子镇流器的工作原理结构图可用图1所示的框图来表示。

图1、电子镇流器工作原理结构框图

由框图可见，它是将50Hz交流市电转变为20Kc以上的高频电压，它的核心部分实质上是一个逆变器。我们知道，在高频时，变压器或电感可利用高频磁芯大大缩减线圈的匝数，从而使变压器或电感的体积、重量及价格大大下降。

通过高频整流到负载的工作电流是约20Kc~30Kc近似正弦波。

三.材料研制

由于电子镇流器的使用频率为20Kc~30Kc，因要求材料具有较好的高频特性。

从表1可见，就综合性能指标来看，以铁基微晶比较理想。它不但有高的Bs，而且有低的损耗。由于电子镇流器的工作环境温度变化大，因此在保持高Bs条件下添加微量元素来提高热稳定性。

铁基微晶材料拥用以Co基非晶更优越的综合磁性能。该材料自从1998年为日立公司Yoshizawa 公布于世以后，很快引起各国磁性材料领域和物理学界的广泛兴趣。Fe基微晶材料除在高频损耗特性、高频导磁率等方面全面达到且超过Co基非晶合金外，其饱和磁感Bs≈12000Gs，几乎是Co基非晶的2倍，导磁率高达十余万，要比一般的Co基非晶高得多，铁基微晶材料居里温度为540℃~570℃，远高于Co基非晶。由于它是微晶化态，从热力学原理来看，其稳定性理论上讲应该比非晶材料要好，事实上从国外还是国内在这方面研究报道的数据，铁基微晶材料的△μ/μ或△L/L均十分小(≤5%)，时间稳定性也十分优越。

铁基微晶材料的一般成份为：

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

从铁基微晶材料的成份来看，可调范围较宽，为研制带来很大方便。

1. 合金制备

采用工业纯Fe、中间合金Fe-B、结晶Si、金属Mo、Nb、V-Fe、Cr、Mn、Cu、石墨C。按配方配制，在真空感应炉内冶炼成母合金棒材经抛光去砂。在非晶制带设备上制取各种规格宽度的非晶带材，整个制带工艺必须严格控制出钢温度、转速、气压等。带材厚度控制在25 mm为佳。带材平面平整光滑，尽量消除空洞和厚薄公差，这些都是获得高性能的先决条件。

2. 合金物理特检测

采用CL-6直流回线路测试仪测量铁芯的磁滞回线;用SY8218磁特性测试仪测量铁芯交流损耗特性;采用4274A、muti-Frequencg LCR Meter测定铁芯的高导磁率和导磁率特性曲线。

采用差热分析仪测定微晶材料的晶化温度Tx和居里温度Tc;用D-5X射线衍射仪测定材料的晶化相以及晶化度。

四.材料研制结果

1. 成份与材料特性关系

在Fe基非晶添加Cu主要利用其在铁中的不可溶性、在热处理中首先析出，形成微晶体的晶核，添加Nb Mo V等元素，有利于提高非晶体的晶化温度，一旦析出α-Fe(Si)晶体时，在其周围形成富Nb、Mo等元素的高晶化温度的非晶相，从而抑制了 -Fe(Si)微晶相的长大。为此我们配制了六种不同的Mo、Nb、V的加入量，其晶化特性为表2。

由六种合金成份测得的热差分析，反映出Fe基微晶材料在其晶化过程中的一些特点：

(1) 含Nb量高有利于提高非晶态的晶化温度，加Mo其次、加V较差。

(2) 合金中加Nb、加Mo有利拉开晶化过程Fe峰和FeB峰间距，加V较差。拉开这两个峰鉴定间距，是形成优异磁性能微晶材料的关键。

(3) 加Nb、加Mo较易成带，加V合金制带较困难，必须同时添加Mo或Nb才能成带。

上述成带的五种合金都具有较好的软磁性能，前三种合金的性能较佳，矫顽力较低，且热处理较易控制。从制带成材率、磁性能高低、热处理性能一致性及材料的价格因素等全面衡量，选取定LH-M-2号合金。

2. 所用合金性能

从表3、图2、图3、图4、图5的常规磁特性参数中，可以看出本合金具有极佳的高频特性，某些性能指标在当前国内外资料报道上还未见到，如

=27.13W/kg，

=63W/kg。