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Noyaux nanocristallins et noyaux amorphes dans les transformateurs
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Noyaux nanocristallins et noyaux amorphes dans les transformateurs
L'avènement des noyaux nanocristallins et des noyaux amorphes a fourni des matériaux idéaux pour les transformateurs moyenne et haute fréquence. Avec le développement industriel, la fréquence de fonctionnement des alimentations électriques a augmenté jusqu'à 20 kHz, et la puissance de sortie dépasse 30 kW. Les matériaux de noyau traditionnels, tels que les tôles d'acier au silicium, souffrent de pertes élevées et ne peuvent pas répondre aux exigences des nouvelles demandes en matière d'alimentations électriques.
Les noyaux amorphes et nanocristallins à base de fer ont une valeur d'application significative dans les transformateurs haute puissance et haute fréquence en raison de leur force d'induction magnétique à saturation élevée, de leur perméabilité élevée, de leurs faibles pertes, de leur bonne stabilité en température et de leurs processus de fabrication respectueux de l'environnement.
Noyaux Nanocristallins
Les matériaux nanocristallins sont principalement composés de fer, de chrome, de cuivre, de silicium et de bore. Ces composants d'alliage spécifiques sont fabriqués à l'état amorphe à l'aide d'une technologie de trempe rapide, suivie d'un traitement thermique pour produire des grains cristallins de taille nanométrique.
Les noyaux nanocristallins présentent d'excellentes propriétés magnétiques et une stabilité thermique, particulièrement adaptés pour remplacer les ferrites dans les transformateurs fonctionnant dans la gamme de fréquences inférieure à 20 kHz à 50 kHz.
La résistivité des matériaux nanocristallins est de 90 μΩ·cm (après traitement thermique). Grâce à leur nanostructure, ils combinent les avantages de l'acier au silicium, du permalloy et de la ferrite.
Les matériaux magnétiques doux nanocristallins ordinaires à base de fer ont une épaisseur d'environ 30 μm. En raison de leur fragilité et de leur sensibilité aux contraintes, leurs propriétés magnétiques peuvent être considérablement réduites s'ils sont soumis à des forces externes lors du traitement et de l'utilisation. Par conséquent, les noyaux nanocristallins sont généralement fabriqués en forme d'anneau ou de fer à cheval et logés dans des boîtiers de protection. Les performances de dissipation thermique des noyaux nanocristallins sont affectées par le matériau du boîtier de protection.
De nouveaux types de noyaux nanocristallins ont été utilisés dans les transformateurs. L'épaisseur des matériaux nanocristallins n'est que de 24 μm. Après traitement thermique, les noyaux solidifiés présentent des avantages significatifs par rapport aux noyaux de transformateurs traditionnels :
※ Les nouveaux noyaux nanocristallins, enveloppés d'un film isolant, atteignent la résistance nécessaire au bobinage et peuvent être directement enroulés pour former des transformateurs.
※ Les noyaux nanocristallins traités éliminent le boîtier de protection, permettant un plus grand espace de dissipation thermique et une meilleure sécurité de fonctionnement du transformateur.
※ Cette conception réduit l'impact du matériau du boîtier de protection sur les noyaux nanocristallins et permet d'économiser du temps de conception structurelle et de moulage pour le boîtier de protection.
※ La conception des noyaux nanocristallins peut être plus flexible, offrant diverses formes telles que des noyaux toroïdaux, rectangulaires et en forme de C, offrant ainsi plus d'options pour la conception du transformateur et les processus de bobinage ultérieurs.
Noyaux amorphes
Les matériaux amorphes sont produits à l'aide d'une technologie de trempe ultra-rapide, avec une vitesse de refroidissement d'environ un million de degrés par seconde. Cette technologie solidifie l'acier fondu en bandes d'alliage d'une épaisseur de 30 micromètres en une seule étape. En raison du refroidissement rapide, le métal n'a pas le temps de cristalliser, ce qui entraîne l'absence de grains ou de joints de grains dans l'alliage, formant ainsi ce que l'on appelle un alliage amorphe.
Les métaux amorphes possèdent une microstructure unique qui diffère de celle des métaux conventionnels. Leur composition et leur structure désordonnée leur confèrent de nombreuses propriétés uniques, telles qu'un excellent magnétisme, une résistance à la corrosion, une résistance à l'usure, une résistance élevée, une dureté, une ténacité, une résistivité élevée et des coefficients de couplage électromécanique élevés.
Les principaux composants des noyaux amorphes à base de fer sont le fer, le silicium et le bore. Avec une teneur en silicium atteignant 5,3 % et la structure unique de l'état amorphe, leur résistivité est de 130 μΩ·cm, soit le double de celle des tôles d'acier au silicium (47 μΩ·cm).
L'épaisseur des matériaux amorphes à base de fer utilisés dans les noyaux amorphes est d'environ 30 nm, bien plus fine que ce que les tôles d'acier au silicium peuvent atteindre. Par conséquent, leur perte par courants de Foucault est faible lors d'un fonctionnement à haute fréquence, et dans la plage de fréquences de 400 Hz à 10 kHz, leur perte ne représente que 1/3 à 1/7 de celle des tôles d'acier au silicium. De plus, la perméabilité des noyaux amorphes à base de fer est bien supérieure à celle des noyaux traditionnels.
Grâce à ces avantages, les noyaux amorphes réduisent le poids du transformateur de plus de 50 % et abaissent l'élévation de température de 50 %.
Après des années de développement, outre leur utilisation dans les transformateurs haute fréquence, les noyaux amorphes et nanocristallins ont été largement appliqués dans les transformateurs de courant, les alimentations à découpage et les dispositifs de compatibilité électromagnétique.
Fournisseur de noyaux amorphes et nanocristallins : Leimai
Chez Leimai, nous sommes ravis de participer dès le début à vos nouveaux projets. Nous espérons mettre nos connaissances et notre expérience au premier plan en nous engageant activement dans vos projets à venir.
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