МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАГНИТНОМЯГКИМ МАТЕРИАЛАМ

Магнитномягкие материалы имеют чрезвычайно разнообраз­ное и широкое применение. Их используют в магнитных цепях электрических машин и трансформаторов, измерительных уст­ройств, магнитных усилителей, реле, в качестве магнитных экра­нов, сердечников катушек индуктивностей и т. п.

В зависимости от конкретных условий применения материала возникают и различные требования к нему. Например, материал для магнитных экранов должен иметь высокие начальную и мак­симальную проницаемости, для импульсных трансформаторов су­щественной является скорость нарастания магнитной индукции и форма импульса и т. п.

Однако можно сформулировать и некоторые общие требова­ния, из которых отметим следующие:

Магнитномягкий материал должен легко намагничиваться и размагничиваться, т. е. гистерезисная петля для таких мате­риалов должна быть узкой, чему соответствует малое значение коэрцитивной силы и большое значение магнитной проницаемо­сти, в первую очередь начальной и максимальной. Выполнение этого условия определяет, например, величину тока холостого хода в трансформаторах. По этим параметрам самыми лучшими материалами являются пермаллои.

Материал должен обладать большой индукцией насыще­ния, т. е. обеспечивать прохождение максимальной величины маг­нитного потока через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода. Выполнение этого требования соответствует получению наименьших габаритов и веса устройства. Поэтому рабочая точка часто выбирается значительно выше той, которой соответствует максимальная проницаемость. Например, для элек­тротехнических сталей максимум проницаемости имеет место при 6000—8000 гс, а рабочая индукция составляет обычно для трансформаторов малой мощности 12000 гс, для более мощ­ных— 15000 гс. Наибольшей индукцией насыщения обладают железо и электротехнические стали

3. При работе в переменных полях материал должен иметь возможно меньшие полные потери.

Величина потерь может быть весьма велика. Например, в ли­нии передачи мощностью 100 Мва с трансформаторами на кон­цах они достигают 600 кет, что составляет ежегодную потерю 5 млн. кет • ч.

Потери определяют рабочую температуру магнитопровода, которая не должна превышать допустимой величины.

Снижение потерь повышает энергетический к. п. д., а также позволяет при заданной температуре перегрева повысить рабо­чую индукцию, в результате чего уменьшится вес и габариты устройства.

Выше было указано, что полные потери состоят из потерь на гистерезис), вихревые токи и дополнительные потери.

Потери на гистерезис пропорциональны площади петли гисте­резиса и частоте перемагничивания. Так как для различных ма­териалов Яс меняется в десятки и сотни раз, а Вг и Bs только в несколько раз, то в первом приближении потери на гистерезис, отнесенные к одному циклу перемагничивания, пропорциональ­ны коэрцитивной силе, которая должна быть минимальной.

Потери на вихревые токи зависят от электрического сопро­тивления магнитопровода, максимальной индукции и частоты перемагничивания (см. формулу 24). Для уменьшения этих по­терь увеличивают электрическое сопротивление магнитопровода, применяя материалы с большим удельным сопротивлением, а также шихтованные сердечники в виде пакета из тонких элект­рически изолированных друг от друга пластин.

В последнее время широкое применение получили ленточные сердечники, навиваемые из тонкой ленты с междувитковой элек­трической изоляцией.

Природа дополнительных потерь является сложной. С ними приходится считаться только на высоких частотах, т. е. для та­ких материалов, как ферриты и магнитодиэлектрики.

Определение составляющих потерь позволяет найти пути уменьшения полных потерь. Например, с повышением частоты повышается доля потерь на вихревые токи и, казалось бы, для уменьшения полных потерь надо применять более тонкие пласти­ны. Однако известно, что уменьшение толщины проката сверх не­которого критического значения вызывает резкое увеличение по­терь на гистерезис. Следовательно, применение очень тонких ли­стов может вызвать не уменьшение, а даже увеличение полных потерь. Количественная оценка составляющих потерь в каждом случае позволяет найти оптимальное решение.

Кроме перечисленных основных требований, можно указать и некоторые другие требования, предъявляемые к магнитномяг - ким материалам.

От листовых и ленточных металлических 'материалов тре­буется высокая пластичность, обеспечивающая хорошее качество штамповок и длительность работы штампов, хорошее качество поверхности (отсутствие ржавчины, отслаивающейся окалины, бугорков, вмятин и т. п.), отсутствие разнотолщинности; для ли­стовых материалов также минимальные волнистость и коробова - тость. Выполнение этих требований позволяет повысить коэф­фициент заполнения, что приводит к уменьшению габаритов уст­ройства.

Прокат желательно иметь не в виде листов, а в виде рулонов, так как это позволяет автоматизировать как производство ма­териалов, так и изготовление сердечников.

Желательно, чтобы магнитные свойства материала мало зависели от механических напряжений. Чем меньше эта зависимость, тем больше материал можно обжать при сборке сердечника, т. е. тем выше будет коэффициент заполнения. К со­жалению, зависимость свойств от механических напряжений ха­рактерна для большинства магнитномягких материалов. Особен­но сильно меняются при этом начальная и максимальная проницаемости и коэрцитивная сила. Проницаемость в сильных полях и индукция насыщения от механических напряжений за­висят мало. Наиболее существенно механические напряжения влияют на свойства пермаллоев.

Магнитные свойства после механической обработки восста­навливаются в результате применения термообработки (отжига).

В отдельных случаях существенными являются стабильность свойств от времени и температуры, линейность кривой намагничи­вания (на определенном участке), прямоугольность петли и др. Необходимо также учитывать стоимость и дефицитность мате­риала.