全球高功率電源變壓器項目建議分析報告

全球高功率電源變壓器項目建議分析報告第一章高功率電源變壓器概述第一節(jié)高功率電源變壓器定義在高壓開關電源中，實現(xiàn)能量的存儲和傳遞、用以隔離和升壓的高頻變壓器是項目設計的關鍵和難點，其性能的好壞不僅直接影響到輸出是否產(chǎn)生波形的畸變及能量傳輸?shù)男?，它在絕緣、寄生、損耗、電暈放電及整流等方面與其它普通變壓器有著明顯的不同第二節(jié)高功率電源變壓器行業(yè)發(fā)展歷程為了減小電力電子設備的尺寸與重量，現(xiàn)已將其工作頻率提高到了MHz級。眾所周知，影響功率變換器整體尺寸與重量的主要問題是其中磁性元件的尺寸重量。在研制這個頻率范圍的高效磁性元件時，必須重點關注其趨膚效應和渦流損耗給繞組和磁心設計以及相應地給磁心材料和導體材料品種規(guī)格的選用所帶來的種種限制。我們對工作頻率為2MHz，功率密度大于400W/cm3，功率范圍在50~100W，輸出電壓為1.5V，效率高于99%的電子變壓器設計進行討論。為了達到上述指標，首先必須增加繞組的銅箔密度，使其超過常規(guī)多股絞合線的密度，并解決以銅箔曲繞技術制造多層繞組的工藝問題。這種繞組省去了繞組層間的外連線，這樣就構成了緊密交疊的Z字形繞組結構，以此實現(xiàn)了高的銅箔繞組密度，低銅損和極低的漏感。電子元器件的小、薄、輕量化是隨桌面?zhèn)€人計算機、手提電腦和移動通信等電子設備的小型化和多功能化發(fā)展需求而被逐步推進的。由于在電子設備中，磁性元件占其體積重量的比例在25%以上，所以，長期以來，人們對于能夠輸送低電壓大電流、低損耗且占用安裝面積小、散熱性好等性能的小型化電子變壓器就特別關注。在這些要求下，上世紀80年代即出現(xiàn)了分布式電源系統(tǒng)，致使可以采用小型電源組件供給單個電路板安裝。例如，提供桌面?zhèn)€人計算機的開關電源具備了200W功率，輸出電壓為5V和12V，效率為80%，封裝功率密度為1W/in3.此后，隨采用新的高效電源拓樸結構和諧振，準諧振開關法以減小開關損耗，且工作頻率提高到MHz級，不僅使電路中的磁性元件的尺寸大大減小，而且開發(fā)出了100W及以上輸出功率，輸出電壓低達1.5V，效率為99%的緊湊型電子變壓器。這種緊湊型變壓器的設計，首先遇到的問題是要在高功率密度和高效率兩者間作折衷選擇，其研制出的主要技術是使用銅箔交疊的平面繞組結構，以增加銅箔密度的方法減小在高頻（MHz級）范圍內(nèi)的趨膚效應和渦流損耗。有文獻報道，據(jù)計算，采用的銅箔厚度小于4.3mil（密耳）（此厚度尺寸為2MHz頻率時，銅之趨膚深度的兩倍）制成平面環(huán)形單匝，若要得到75的次級單匝電阻值，對于51mil的內(nèi)層單匝而言，如果其外層采取兩層并聯(lián)，則外層單匝半徑需要9.79寸，如果是四層并聯(lián)，則為7寸。所以，為了保證獲得足夠小的安裝面積，必須將許多單匝層并聯(lián)起來，形成一種近似于立方體的幾何結構。磁性電子元件（主要指電子變壓器和電感器）的小型薄型化進程，在普通立體變壓器電感器的基礎上，至今已經(jīng)歷了三個發(fā)展階段和具有了以下幾種類型：第一個發(fā)展階段是平面型（薄型）電子變壓器現(xiàn)已系列化大批量生產(chǎn)。第二個發(fā)展階段是片式化變壓器、電感器，它們是隨SMT工藝技術的發(fā)展而逐步完善的，目前也已形成系列與批量。第三個發(fā)展階段是薄膜型變壓器和電感器，已這四個階段發(fā)展起來的各種類型的變壓器電感器各有其應用領域，并沒有隨發(fā)展階段而逐代完全被替代的情況。小、薄、輕型化變壓器電感器與常規(guī)立體變壓器電感器比較，具有相當明顯的優(yōu)點。上述各種小型化磁性元件的制造工藝，可以說已經(jīng)相對成熟，但平面線繞線圈型、PCB型及其混合型磁性元件，不適用于極低電阻的磁性元件。而且，PCB制造法的磁性元件用外部引腳實現(xiàn)層間互連，這就顯著增大了互連電阻，也就限制了更多層數(shù)線圈的使用?；旌闲驮圃熘校菀资芎衲つz相對較大的電阻率以及印制導體厚度的限制。而很多層數(shù)交疊折繞的平面銅箔繞組，可以獲得極低的電阻，它主要受限于小電流的單層設計及桶形繞組的結構。我們討論的變壓器設計制造中，研究探討了多種曲撓繞組的方法，其中PCB銅箔印制繞組包括了制作層間互連線，從而得到了Z字形折疊多層初級繞組；用類似的方法進行Z字形折疊，并在敷銅箔上引出中心抽頭，在各層銅箔上焊接上銅箔匝輸出端并將各層的輸出端并聯(lián)，即可制成次級繞組。在Z字疊層制作過程中，應同時采用初次級疊層間的適當重疊次序，以保證初級層與次級層間的緊密交疊。第三節(jié)高功率電源變壓器分類情況根據(jù)傳送功率的大小，電源變壓器可以分為幾檔：10kVA以上為大功率，10kVA～0.5kVA為中功率，0.5kVA～25VA為小功率，25VA以下為微功率。一般常用電源變壓器的分類可歸納如下：(1)按相數(shù)分：(1)單相電源變壓器：用于單相負荷和三相電源變壓器組。(2)三相電源變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。(2)按冷卻方式分：(1)干式電源變壓器：依靠空氣對流進行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量電源變壓器。(2)油浸式電源變壓器：依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環(huán)等。(3)按用途分：(1)電力變壓器：用于輸配電系統(tǒng)的升、降電壓。(2)儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器、用于測量儀表和繼電保護裝置。(3)試驗變壓器：能產(chǎn)生高壓，對電氣設備進行高壓試驗。(4)特種變壓器：如電爐變壓器；(4)按繞組形式分：(1)雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個電壓等級。(2)三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個電壓等級。(3)自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。(5)按鐵芯形式分：(1)芯式變壓器：用于高壓的電力變壓器。（2）非晶合金變壓器：非晶合金鐵芯變壓器是用新型導磁材料，空載電流下降約80[%]，是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負載率較低的地方。(3)殼式變壓器：用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視。第四節(jié)高功率電源變壓器產(chǎn)業(yè)鏈分析一、產(chǎn)業(yè)鏈模型介紹產(chǎn)業(yè)鏈定義：即從一種或幾種資源通過若干產(chǎn)業(yè)層次不斷向下游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移直至到達消費者的路徑，它包含四層含義：一是產(chǎn)業(yè)鏈是產(chǎn)業(yè)層次的表達。二是產(chǎn)業(yè)鏈是產(chǎn)業(yè)關聯(lián)程度的表達。產(chǎn)業(yè)關聯(lián)性越強，鏈條越緊密，資源的配置效率也越高。三是產(chǎn)業(yè)鏈是資源加工深度的表達。產(chǎn)業(yè)鏈越長，表明加工可以達到的深度越深。四是產(chǎn)業(yè)鏈是滿足需求程度的表達。產(chǎn)業(yè)鏈始于自然資源、止于消費市場，但起點和終點并非固定不變。產(chǎn)業(yè)鏈是一個包含價值鏈、企業(yè)鏈、供需鏈和空間鏈四個維度的概念。這四個維度在相互對接的均衡過程中形成了產(chǎn)業(yè)鏈這種“對接機制”是產(chǎn)業(yè)鏈形成的內(nèi)模式，作為一種客觀規(guī)律，它像一只“無形之手”調(diào)控著產(chǎn)業(yè)鏈的形成。產(chǎn)業(yè)鏈是產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學中的一個概念，是各個產(chǎn)業(yè)部門之間基于一定的技術經(jīng)濟關聯(lián)，并依據(jù)特定的邏輯關系和時空布局關系客觀形成的鏈條式關聯(lián)關系形態(tài)。產(chǎn)業(yè)鏈主要是基于各個地區(qū)客觀存在的區(qū)域差異，著眼發(fā)揮區(qū)域比較優(yōu)勢，借助區(qū)域市場協(xié)調(diào)地區(qū)間專業(yè)化分工和多維性需求的矛盾，以產(chǎn)業(yè)合作作為實現(xiàn)形式和內(nèi)容的區(qū)域合作載體。產(chǎn)業(yè)鏈的本質(zhì)是用于描述一個具有某種內(nèi)在聯(lián)系的企業(yè)群結構，它是一個相對宏觀的概念，存在兩維屬性：結構屬性和價值屬性。產(chǎn)業(yè)鏈中大量存在著上下游關系和相互價值的交換，上游環(huán)節(jié)向下游環(huán)節(jié)輸送產(chǎn)品或服務，下游環(huán)節(jié)向上游環(huán)節(jié)反饋信息。產(chǎn)業(yè)鏈分為接通產(chǎn)業(yè)鏈和延伸產(chǎn)業(yè)鏈。接通產(chǎn)業(yè)鏈是指將一定地域空間范圍內(nèi)的斷續(xù)的產(chǎn)業(yè)部門(通常是產(chǎn)業(yè)鏈的斷環(huán)和孤環(huán)形式)借助某種產(chǎn)業(yè)合作形式串聯(lián)起來；延伸產(chǎn)業(yè)鏈則是將一條既已存在的產(chǎn)業(yè)鏈盡可能地向上下游拓深延展。產(chǎn)業(yè)鏈向上游延伸一般使得產(chǎn)業(yè)鏈進人到基礎產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)和技術研發(fā)環(huán)節(jié)，向下游拓深則進入到市場拓展環(huán)節(jié)。產(chǎn)業(yè)鏈的實質(zhì)就是不同產(chǎn)業(yè)的企業(yè)之間的關聯(lián)，而這種產(chǎn)業(yè)關聯(lián)的實質(zhì)則是各產(chǎn)業(yè)中的企業(yè)之間的供給與需求的關系。隨著技術的發(fā)展，迂回生產(chǎn)程度的提高，生產(chǎn)過程劃分為一系列有關聯(lián)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。分工與交易的復雜化對使得在經(jīng)濟中通過什么樣的形式聯(lián)結不同的分工與交易活動成為日益突出的問題。\o"企業(yè)組織結構"企業(yè)組織結構隨分工的發(fā)展而呈遞增式增加。因此，搜尋一種企業(yè)組織結構以節(jié)省\o"交易費用"交易費用并進一步促進分工的潛力，相對于生產(chǎn)中的潛力會大大增加。企業(yè)難以應付越來越復雜的分工與交易活動，不得不依靠企業(yè)間的相互關聯(lián)，這種搜尋最佳企業(yè)組織結構的動力與實踐就成為產(chǎn)業(yè)鏈形成的條件圖表SEQ圖表\*ARABIC1產(chǎn)業(yè)鏈形成模式示意圖如圖所示，產(chǎn)業(yè)鏈的形成首先是由\o"社會分工"社會分工引起的，在交易機制的作用下不斷引起產(chǎn)業(yè)鏈組織的深化。在圖中，C1、C2、C3表示社會分工的程度，其中，C3>C2>C1表示社會分工程度的不斷加深；A1、A2、A3表示市場交易的程度，A3>A2>A1表示市場交易程度的不斷加深；B1、B2、B3表示產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展程度，其中，B3>B2>B1表示產(chǎn)業(yè)鏈條的不斷延伸和產(chǎn)業(yè)鏈形式的日益復雜化。三個坐標相交的原點0，表示既無社會分工也無市場交易更無產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生的初始狀態(tài)。從C1點開始，而不是從坐標原點開始，意味著社會分工是市場交易的起點，也是產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生的起點社會分工C1的存在促進了市場交易程度A1的產(chǎn)生，在A1作用下，需要B1的產(chǎn)業(yè)鏈形式與它對接B1這種產(chǎn)業(yè)鏈形式的產(chǎn)生又促進了社會分工的進一步發(fā)展，于是，社會分工就從C1演化到C2。相應地，在C2的作用下，市場交易程度從A1發(fā)展到A2，A2又促進了產(chǎn)業(yè)鏈形式從B1發(fā)展到B2。接著，按照同樣的原理，B2促使C2發(fā)展到C3，C3又促使A2發(fā)展到A3，A3又促使產(chǎn)業(yè)鏈從B2發(fā)展到B3??如此周而復始，使產(chǎn)業(yè)鏈不斷形成發(fā)展。產(chǎn)業(yè)鏈形成的動因在于產(chǎn)業(yè)價值的實現(xiàn)和創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)鏈是產(chǎn)業(yè)價值實現(xiàn)和增值的根本途徑。任何產(chǎn)品只有通過\o"最終消費"最終消費才能實現(xiàn)，否則所有中間產(chǎn)品的生產(chǎn)就不能實現(xiàn)。同時，產(chǎn)業(yè)鏈也體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)價值的分割。隨著產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)價值由在不同部門間的分割轉(zhuǎn)變?yōu)樵诓煌a(chǎn)業(yè)鏈節(jié)點上的分割產(chǎn)業(yè)鏈也是為了創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)價值最大化，它的本質(zhì)是體現(xiàn)“1+1>2”的價值增值效應。這種增值往往來自產(chǎn)業(yè)鏈的\o"乘數(shù)效應"乘數(shù)效應，它是指產(chǎn)業(yè)鏈中的某一個節(jié)點的效益發(fā)生變化時，會導致產(chǎn)業(yè)鏈中的其他關聯(lián)產(chǎn)業(yè)相應地發(fā)生倍增效應產(chǎn)業(yè)鏈價值創(chuàng)造的內(nèi)在要求是：\o"生產(chǎn)效率"生產(chǎn)效率≥內(nèi)部企業(yè)生產(chǎn)效率之和(協(xié)作乘數(shù)效應)；同時，交易成本≤內(nèi)部企業(yè)間的交易成本之和(分工的\o"網(wǎng)絡效應"網(wǎng)絡效應)。企業(yè)間的關系也能夠創(chuàng)造價值。價值鏈創(chuàng)造的價值取決于該鏈中企業(yè)間的\o"投資"投資。不同企業(yè)間的關系將影響它們的投資，并進而影響被創(chuàng)造的價值。通過鼓勵企業(yè)做出只有在關系持續(xù)情況下才有意義的投資，關系就可以創(chuàng)造出價值來。二、高功率電源變壓器產(chǎn)業(yè)鏈模型