МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

МАГНИТНОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ

К магнитномягким ферритам относятся в первую очередь ни- кельцинковые и марганеццинковые. В табл. 2 были приведены ориентировочные характеристики этих групп ферритов. Находят также применение, особенно в области высоких частот, литий - цинковые, свинцовоникелевые и некоторые другие типы фер­ритов.

Магнитномягкие ферриты в настоящее время применяют в ка­честве сердечников различного рода трансформаторов, катушек индуктивности фильтров, контуров, магнитных антенн; статоров и роторов высокочастотных моторчиков, деталей отклоняющих систем телевизионной аппаратуры и т. п. Все эти области приме­нения относятся к высокочастотной и импульсной технике. В по­стоянных полях и в полях промышленной частоты магнитномяг­кие ферриты не применяют.

Стандарт на ферриты пока еще не разработан. Наиболее при­нятое условное обозначение марок магнитномягких ферритов сле­дующее. Стоящее впереди число соответствует номинальному зна­чению начальной магнитной проницаемости, стоящие за ним бук­вы «Н» или «ВЧ» обозначают соответственно низкочастотные или высокочастотные материалы; далее идут буквы «М» или «Н». Первая буква означает марганеццинковый феррит, вторая — ни - кельцинковый, литийцинковый или другие ферриты. Для некото­рых марок после указанных обозначений имеется еще цифра «1» или «2», что свидетельствует о некотором улучшении тех или иных свойств. Отметим также, что для различных марок ферри­тов особо оговариваются условия (значения частоты и напряжен­ности поля), при которых определена начальная проницае­мость.

Пример. «3000 НМ» обозначает марганеццинковый феррит, предназначен­ный для работы в области низких частот с номинальным значением начальной проницаемости |ха =3000.

Пока еще находят применение и другие условные обозначения марок ферритов, например Ф-2000 (никельцинковый феррит с ра = 2000), ФМ-1000 (марганеццинковый феррит с ра=1000) и др.

Как указывалось выше, ферриты не применяют в постоянных полях, однако при описании свойств различных марок часто при­водят данные об их статических характеристиках. Это объясняет­ся тем, что, во-первых, магнитные измерения в постоянных полях являются наиболее точными и, во-вторых, статические характе - В, тл] гс\—————Г—|——— ристики позволяют оце­нить собственно маг­нитные (а не электро­магнитные) свойства материала, так как та­кие явления, как маг­нитная вязкость, вих­ревые токи и другие, при измерениях свойств в постоянных ПОЛЯХ исключаются.

На рис. 40 приведе­ны статические кривые намагничивания для некоторых марок фер­ритов, а в табл. 12 да­ны параметры петли гистерезиса. Из табли­цы видно, что ферриты обладают низкой ин­дукцией насыщения по сравнению с металли­ческими магнитными материалами, поэтому в сильных полях при­менять их невыгодно. Однако следует учесть, что в переменных по­лях высокой частоты ферриты благодаря практическому отсутст­вию размагничивающе­го действия вихревых токов могут иметь более высокое значе­ние индукции, чем металлические материалы.

В переменных полях обычно для ферритов, кроме начальной магнитной проницаемости, измеренной на высокой частоте (см. § 31), указывают тангенс угла потерь tg б (или приведенный тан­генс угла потерь tg6/p, a), граничную частоту /гр, относительный температурный коэффициент начальной магнитной проницаемо­сти а, аа, рабочую температуру tv, обратимую магнитную прони­цаемость р,- при заданных условиях и некоторые другие пара­метры.

Таблица 12

Параметры петли гистерезиса некоторых марок ферритов *

Марка материала

Параметры петли гистерезиса

Максимальное поле И max

Максимальная индукция В

Шах

Остаточная индукция В

Г

Коэрцитивная сила И

С

Э j а м

Гс j тл

Гс | тл

Э (Им

4000НМ

10

800

4000

0,4

1300

0,13

0,1

8

3000HM

10

800

3800

0,38

1500

0,15

0,15

12

2000НМ

10

800

3800

0,38

1400

0,14

0,2

16

2000НМ1

2000НМ2

1000НЛ1

10

800

3500

0,35

1100

0,11

0,35

28

1000НМ1

1000НМ2

2000 НН

10

800

2500

0,25

1200

0,12

0,1

8

600НН

10 1 800

1

3100

0,31

1400

0.14

0,4

32

400НН

10

800

2300

0,23

1200

0,12

0,8

64

200НН

30

2400

1800

0,18

1000

0,10

1,5

120

100НН

100

8000

4100

0,41

1900

0,19

0,62

50

100НН1

90

7200

3450

0,345

1000

0,10

1,54

123

60ВЧ

90

7200

2450

0,245

1800

0,18

6,55

520

50ВЧ

100

8000

3800

0,38

1350

0.185

1,8

144

ЗОВЧ

90

7200

2250

0,225

1800

0,18

6,55

520

20ВЧ

90

7200

1900

0,19

900

0,09

12

96

10ВЧ

190

15 200

2100

0,21

1330

0,133

11,9

95

5ВЧ 100 8000 2200 0,22 200 0,02 20 1600

Си 53:

Ч о

МАГНИТНОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ

МАГНИТНОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ

Большой интерес представляют также зависимости тангенса угла потерь и проницаемости от частоты и от амплитуды перемен­ного поля, а также зависимость обратимой проницаемости от на­пряженности подмагничивающего поля и различного рода тем­пературные зависимости.

Рассмотрим эти вопросы несколько подробнее.

Тангенс угла потерь tg б и граничная частота /гр. Эксперимен­тально было установлено, что в некоторой области изменения поля от нуля и выше (область Релея, определяемая обычно мил - лиэрстедами) выражение для общего тангенса угла потерь в за­висимости от / и Я может быть представлено следующим обра­зом:

Tg5 = S„ + (43)

Где коэффициенты 6П, б/, 6h характеризуют собой потери соответ­ственно на последействие (магнитную вязкость); потери на вих­ревые токи, отнесенные к единице частоты, и потери на гистере­зис, отнесенные к единице напряженности ПОЛЯ.

Для ферритов составляющая потерь на вихревые токи прак­тически ничтожно мала и ею можно пренебречь. В области очень слабых полей незначительными являются и потери на гистерезис. Следовательно, в области Релея в основном потери определяются магнитной вязкостью и возрастают с ростом частоты. Однако при повышении частоты tg б, начиная от некоторого определенного для каждой марки феррита значения, возрастает значительно быстрее, чем это показывает уравнение (43). Одновременно рез­ко уменьшается магнитная проницаемость, что иллюстрируется изображенными на рис. 41 « 42 зависимостями tg6=cp(f) и Мэфф[35] = 'Чг(/) соответственно для никельцинковых и марганец - цинковых ферритов. Частота, при которой начинается резкое воз­растание угла потерь, называется граничной частотой /гр. Для определенности принято считать граничной частотой такую, при которой tg 6 = 0,1. Причины резкого возрастания потерь и умень­шения проницаемости с частотой весьма сложные и объясняются главным образом резонансными явлениями. Установлено, что чем выше начальная проницаемость, тем меньше граничная частота (см. рис. 40 и 41).

Во многих случаях вместо tg б удобнее пользоваться поняти­ем приведенного тангенса угла потерь.

Величины tg6/(.la ■и /гр для различных марок ферритов указа­ны в табл. 13.

На рис. 43 и 44 приведены зависимости tg б и |і3фф от ампли­туды переменного поля для никельцинковых и марганеццинко - вых ферритов. Эти зависимости показывают, что, чем выше на­чальная проницаемость, тем больше зависимость проницаемости от амплитуды поля. Например, при изменении поля от 0,5 до 0,1 э проницаемость феррита марки 200НН возрастает на 18%, а для ферритов с проницаемостью меньше 600 изменения практически отсутствуют, что является их достоинством. С увеличением ампли­туды поля возрастают tg б и нелинейные искажения, вызываемые гистерезисными явлениями.

Относительный температурный коэффициент магнитной про­ницаемости а, х и рабочая температура tv. Большая зависимость свойств ферритов от температуры по сравнению с другими высо­кочастотными магнитными материалами, в первую очередь по сравнению с магнитодиэлектриками (см. § 15), объясняется низ­кой точкой Кюри ферритов. Например, для высокопроницаемых никельцинковых ферритов @ меньше 100° С. В то же время из­вестно, что при температурах іниже точки Кюри, но близких к ней, имеют место значительные изменения проницаемости и других магнитных свойств. Зависимости |іа = / (0 для никельцинковых ферритов представлены на рис. 45, а для марганеццинковых — на рис. 46.

Для оценки температурных изменений проницаемости поль­зуются температурным коэффициентом проницаемости 7"/С, х, ко­торый для заданного диапазона температур (t2 — ti) определяет­ся по формуле [36]

ТК, = ^ ' , (44)

!-V, (к — h)

И относительным температурным коэффициентом магнитной про­ницаемости ctfi» определяемым из выражения:

ТК а, — IX,

А. = = ' '' ' '' . (45)

Ре, Pt, № — tJ

При этом в выражения (44) и (45) можно подставлять раз­личные значения |i. Например, начальную, максимальную, обра­тимую и т. п.

Значения аца для разных марок ферритов приведены в табл. 13. Из рассмотрения данных таблицы видно, что наиболее благопри­ятную температурную характеристику проницаемости имеют мар - ганеццинковые ферриты, температурные свойства всех других ти­пов ферритов значительно хуже. Для уменьшения а^ используют технологические и конструктивные методы. Технологический ме­тод состоит в том, что, как показали исследования, небольшие добавки некоторых веществ (например, таких, как СоО) благо­приятно действуют на температурные свойства ферритов. Кон-

МАГНИТНОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ

О го 50 70 100 150 ZOO t.'C

■SO

Рис. 45. Зависимость начальной маг - Рис. 46. Зависимость начальной маг­нитной проницаемости никельцинко - нитной проницаемости марганеццин - вых ферритов от температуры ковых ферритов от температуры (для

Марки 2000НМ приведены три кри­вые, показывающие возможный раз­брос а;х)

Структивный метод заключается во введении в магнитную цепь воздушного зазора. При этом суммарный температурный коэффи­циент всей цепи уменьшается, однако это сопровождается также падением магнитной проницаемости. В первом приближении мож­но считать, что a;J. и |i уменьшаются пропорционально друг другу.

Рабочей температурой tv называют такую температуру, при которой проницаемость составляет 80% от номинального значе­ния при 20° С. Рабочая температура для разных марок ферритов указана в табл. 13.

МАГНИТНОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ

Зависимость обратимой магнитной проницаемости цг [37] от на­пряженности подмагничивающего поля. Для ферритов характер­на большая зависимость обратимой магнитной проницаемости |1Г от напряженности магнитного поля (рис. 47 и 48), что объяс­няется незначительным действием вихревых токов. Эти зависи­мости остаются неизменными для широкого диапазона частот, что позволяет, например, применять ферриты в схемах дистанци­онной настройки. Отметим, что применение в подобных устройст-

МАГНИТНОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ

А/м <ЧМ

Рис. 47. Зависимость обратимой Рис. 48. Зависимость обратимой магннтиой проницаемости \хг ни - магнитной проницаемости p. г мар - кельцннковых ферритов от напря - ганеццинковых ферритов от напря­женности . подмагничивающего женностн подмагничивающего поля поля

Вах других высокочастотных магнитных материалов — металли­ческих или магн'итодиэлектриков — практически исключается. Это объясняется тем, что для магнитодиэлектриков pr~const, а для металлических материалов, кроме малой зависимости рг от постоянного поля (приблизительно в 100 раз меньшей, чем для ферритов), характеристики различны для разных частот.

В электрическом отношении ферриты являются полупровод­никами. Удельное сопротивление р, измеренное на постоянном то­ке, для различных марок ферритов приведено, в табл. 13. Данные таблицы показывают, что р марганеццинковых ферритов значи­тельно меньше, чем для всех других. Это приводит к уменьшению frp и ограничивает частотный диапазон применения марганеццин­ковых ферритов несколькими мегагерцами.

Исследования показали, что в переменных полях проводи­мость ферритов определяется не только величиной р (токами про­водимости), но также и токами смещения[38]. Выражение для эф­фективной. проводимости Т Эфф, учитывающей оба вида токов, име­ет вид:

ТЭфф = Т + V*®. (46)

Где т — удельная проводимость в постоянных полях; г" — мнимая часть диэлектрической проницаемости; е0 — диэлектрическая проницаемость вакуума; со — угловая частота.

Из выражения следует, что Тэфф возрастает с частотой. Для некоторых ферритов при /=10 Мгц г0фф в 5—10 раз больше, чем т. С увеличением температуры электропроводность ферритов увеличивается.

Кроме рассмотренных выше свойств, практический интерес представляют вопросы стабильности магнитных свойств ферри­тов во времени. Установлено, что с течением времени проницае­мость ферритов падает. Это уменьшение резко зависит от состава и условий спекания, а также от температуры образца. Ориентировочно можно считать, что начальная магнитная проницаемость замкнутого магнитопровода в течение первого года после изготовления феррита падает на 3%. Дальнейшие изменения незначительны. Для улучшения временной стабиль­ности некоторых ферритов, в первую очередь марганеццинковых, рекомендуют после их изготовления искусственную стабилиза­цию, которая состоит в проведении температурных циклов с определенными нагревом и выдержкой.

В заключение отметим некоторые особенности различных ма­рок ферритов.

Существенными преимуществами марганеццинковых ферри­
тов по сравнению с никельцинковыми являются: в несколько раз меньшие потери на гистерезис, более высокая индукция и мень­ший температурный коэффициент магнитной проницаемости; не­достатками— меньшее значение /гр, что позволяет рассматривать марганеццинковые ферриты как низкочастотные (до нескольких мегагерц), а никельцинковые как высокочастотные (до сотен мегагерц).

Ферриты с высокой проницаемостью (|ia=1000—2000) при работе в слабых полях имеют преимущества (меньшие tg6 и по­тери) перед низконикелевыми пермаллоями тонкого проката и электротехническими сталями.

Никельцинковые ферриты с проницаемостью ра = 600—200 на­ходят применение на более высоких частотах и в больших полях, чем высокопроницаемые.

При жестких требованиях к величине нелинейных искажений марганеццинковые ферриты лучше никельцинковых, а в устрой­ствах с подмагаичиванием лучше никельцинковые.

Ферриты с проницаемостью в десятки единиц применяют в высокочастотной части спектра радиочастот (десятки и сотни мегагерц), где могут быть использованы также магнитодиэлект - рики. При решении вопроса о выборе материала в данном случае надо сравнить эти две группы (см. § 15).

Более конкретные рекомендации по выбору марки феррита можно получить лишь на основании расчетов по заданным тех­ническим условиям (частотному диапазону, требованиям к тем­пературной стабильности и т. п.) и справочным сведениям о фер­рите. В последнее время появилось много работ, посвященных этим вопросам [39].

Остановимся еще на конструкции деталей из магнитномягких ферритов.

Детали из ферритов могут быть изготовлены любой формы, которую позволяет керамическая технология (см. § 14). На рис. 49 показаны конструкции ферритовых сердечников катушек индук­тивности, дросселей и трансформаторов. Каждая из изображен­ных на рис. 49 конструкций имеет несколько типов, различаю­щихся размерами или их соотношениями. Наибольшее примене­ние имеют кольцевые, броневые и Ш-образные сердечники.

І

Технические условия на кольцевые сердечники являются од­новременно и техническими условиями на материалы. Преиму­ществом кольцевых сердечников является малое рассеяние маг­нитного потока, а недостатками — малая стабильность парамет­ров, соответствующая стабильности материала, относительная сложность намотки и отсутствие возможности плавной регу-

МАГНИТНОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ

Рис. 49. Конструкции ферритовых сердеч­ников:

/ — цилиндрический; 2 —трубчатый; 3 — пластин­чатый; 4— шпулевидный; 5 — тороидальный; б — Ш-образиый; 7 — чашечный; 8 — броиевой

МАГНИТНОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ

Рис. 50. Конструкция бро­невого сердечника

МАГНИТНОМЯГКИЕ ФЕРРИТЫ

Q-ffm)

8 IB ZU т Сердечник Сердечник

Введен выведен

Обороты

Пластмасса сердечник(подстроечниг!/

Рис. 51. Зависимости индуктивности и добротности катушки с

Броневым сердечником от перемещения подстроечника: а — диаметр подстроечника близок к диаметру отверстия: 1 — сердечник без зазора (5=0); 2 —сердечник с зазором (5-0,13 мм)- б — диаметр подстроечника много меньше диаметоа отверстия

Ф19 8 12 lUn Сердечник Сердечних

Введен выведен

О бороты

A) Q ju

Лировки индуктивности. Кольцевые сердечники выпускают обыч­но со следующими предельными размерами: наружный диаметр 2,5—125 мм, внутренний диаметр соответственно 1,0—80 мм, вы­сота 0,8—18 мм.

Рис. 52. Конструкция Ш - образного сердечника

Сердечник с воздушным зазо­ром, например броневой, изобра­женный на рис. 50, выполняют обычно с зазором 6. Зазор может быть образован в результате умень­шения высоты керна одной из двух чашек, составляющих сердечник. Величина 6 может иметь любое зна­чение в пределах от 0 до h и за­дается потребителем при заказе. В каждом отдельном случае опти­мальные размеры зазора рассчиты­вают по заданным параметрам: ТКу., добротности Q и др. Бро* невой сердечник обычно имеет подстроечник — стержень из

Таблица 14

Размеры броневых ферритовых сердечников (обозначения соответствуют рис. 50)

Обозначе­ние типо­размера сердечника

Бб

Б9

БИ

Б14

Б18

Б 22

Б26

Б 30

Б36

Б48

D, ММ

6,5

9

11

14

18

22

26

30

36

48

D3, мм

1,1

1,9

1,9

3,1

3,1

4,5

5,5 | 5,5

5,5

7,5

2Н, мм

5,6

5,6

6,4

8,4

10,6

13,6

16,4

19,0

22,0

31,4

2h, мм

4

4

4,4

5,8

7,4

9,4

11,2

13,2

14,8

20,8

Длина магнит­ного пути

'эфф. см

1,07

1,18

1,35

1,90

2,29

3,01

3,60

4,30

5,20

6,88

Сечение сердечни­ка 5Эфф, см2

0,063

0,089

0,111

0,270

0,445

0,662

0,994

1,240

2,154

3,529

Объем сердеч­ника г и3

0,068

0,105

0,150

0,514

1,019

1,990

3,582

5,327

11,20

24,26

Феррита, входящий в центральное отверстие. Перемещая под- строечник, можно менять L(Q). В зависимости от относительных размеров диаметров подстроечника и отверстия, а также от величины зазора 6, характер и диапазон изменения L(Q) раз­личны, что иллюстрируется на рис. 51. Размеры обычно приме­няемых броневых сердечников приведены в табл. 14.

Сердечники Ш-образные состоят из двух Ш-образных частей, сложенных шлифованными плоскостями (рис. 52). Они имеют очень широкое применение, так как отличаются простотой изго­товления обмоток и сборки. Обычно устройства на Ш-образных сердечниках выполняют на большие мощности, чем на броневых сердечниках. Номинальные размеры имеющих широкое приме­нение Ш-образных сердечников приведены в табл. 15.

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНОТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

5 качестве основного классификационного признака про­мышленных сплавов для постоянных магнитов обычно принимают определяющий способ получения данного материала. По этому принципу магнитнотвердые материалы могут быть разделены на следующие группы. 1. Литые …

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МАГНИТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Магнитные измерения представляют собой обширную об­ласть измерительной техники. Испытания свойств маг­нитных материалов являются только частью этой области. Мето­дику испытаний и аппаратуру для них в зависимости от назна­чения можно разделить на …

КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ

Агнитномягкие материалы принято классифицировать по их основному химическому составу, который в значи­тельной степени определяет технологию производства, свойства и области применения материала. В соответствии с этим различают следующие группы магнит­номягких материалов. …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.