Магнитомягкие материалы

Основные требования.

В постоянных и низкочастотных магнитных полях (на частотах до единиц килогерц) применяют металлические магнитомягкие материалы: листовые электротехнические стали, железоникелевые сплавы (пермаллои). Эти материалы должны обладать малой коэрцитивной силой, высокой магнитной про-ницаемостью и малыми потерями при перемагничивании, что позволяет широко использовать их в устройствах, где требуется получение максимальных значений индукции материала при минимальных затратах энергии на перемагничивание.

Основным видом потерь в магнитомягких материалах являются потери на вихревые токи, -пропорциональные для листового образца квадрату частоты перемагничивания [см. выражение (19.10)].

В основе этого явления лежит магнитный поверхностный эффект, который связан, аналогично поверхностному эффекту в проводниках, с вытеснением поля в поверхностные слои листа, что сопровождается изменени-ем распределения магнитной индукции в сечении листа (центральная часть сечения намагничивается слабее, чем приповерхностные слои). В среднем магнитная индукция материала снижается и тем больше, чем выше частота перемагничивания (рис. 20.1).

Уменьшение потерь на вихревые токи в соответствии с формулой (19.10) достигается двумя способами: снижением толщины отдельных листов, из которых собирают магнитопровод; применением магнитных материалов с повышенным удельным сопротивлением.

При уменьшении толщины листа магнитный поверхностный эффект проявляется слабее. Причем, чем выше частота перемагничивания материала, тем тоньше должны быть отдельные листы магнитопровода и тем больше должно быть значение удельного электрического сопротивления материала, чтобы сохранить потери на вихревые токи на прежнем уровне. Кроме того, отдельные листы магнитопровода изолируют друг от друга, что препятствует сложению отдельных вихревых токов {i₁ + i₂+ ••• +i_n) и приводит к сниже-нию общих тепловых потерь, пропорциональных согласно закону Джоуля —Ленца квадрату величины протекающего тока.

С точки зрения механических свойств магнитомягкие материалы для низкочастотных полей должны обладать высокой пластичностью, обеспечиваю-щей качественную вырубку пластин для магнитопроводов. Геометрические параметры листовых материалов должны характеризоваться малыми колебаниями толщины материала, отсутствием окалины, бугров, вмятин. Все перечисленные факторы уменьшают платность прилегания отдельных листов магнитопровода друг к другу, снижают фактический коэффициент заполнения магнитопровода магнитным материалом за счет зазоров, пустот. Это приводит к увеличению габаритов магнитопровода.

-Электротехнические стали

Из всех ферромагнитных металлов наиболее высокими значениями индукции насыщения обладает железо. Его свойства улучшают присадками некоторых элементов и в виде электротехнической стали широко используют в устройствах, работающих на постоянном и переменном токах низкой частоты. Применяют две основные разновидности магнитомягких электротехнических сталей: низкоуглеродистые стали и кремнистые стали.

Низкоуглеродистая электротехническая сталь. Это сталь с содержанием углерода менее 0,1%, выплавляемая в электрических или мартеновских печах. Отечественная промышленность выпускает такие стали в виде листов толщиной 0,2—4 мм, марок Э, ЭА, ЭАА, ЭП355 и ЭП620, общее содержание примесей в них не превышает 1%. В наибольшей степени ухудшают магнитные свойства материала примеси углерода и серы. Их содержание не должно превышать сотых долей процента.

Электротехническая сталь поступает от предприятия-изготовителя в необожженном состоянии с посредственными магнитными свойствами. Высокие магнитные свойства (проницаемость, индукцию насыщения и др.) материал приобретает в результате специальной термообработки, которая заключается в медленном нагреве до 900° С, длительный выдержке (2—4 ч) и медленном охлаждении (не более чем на 30—40° С в час) до 600° С. Для предохранения от окисления материала весь цикл термообработки проводят или в защитной среде, предохраняющей металл от окисления, или в активной среде (азот + водород), обеспечивающей дополнительную очистку стали от при-месей. В результате термообработки кроме очистки материала происходит увеличение размеров отдельных кристаллических, зерен, сокращение числа зерен в единице объема и вследствие этого улучшение магнитных свойств материала.

Этот материал отличается низкой стоимостью, технологичностью, легко обрабатывается и штампуется, обладая в то же время сравнительно высокими магнитными свойствами в постоянных магнитных полях. В переменных магнитных полях из-за низкого эл. сопротивления порядка 0,1 мкОм *м в этих сталях возникают большие потери на вихревые токи, особенно при больших значениях индукции [см. выражение (19.10)].

Из них изготавливают,, например, сердечники трансформаторов, детали реле, элементы магнитоэлектрических, индукционных и электромагнитных приборов и т. д.

Кремнистые электротехнические стали. Одним из путей уменьшения потерь на вихревые токи в листах низкоуглеродистой стали является повышение ее удельного электрического сопротивления. При легировании такой стали кремнием последний образует с железом твердый раствор и повышает сопротивление стали в 2—6.

Присутствие кремния в стали улучшает ее состав, поскольку кремний связывает часть растворенных в металле газов и в первую очередь кислород.

Легирование кремнием оказывает благоприятное действие на магнитные свойства стали: снижается ее магнитострикция, сталь приобретает более крупнозернистую структуру. Это приводит к увеличению магнитной проницаемости стали, снижению коэрцитивной силы и потерь при перемагничивании. Вместе с тем кремний неблагоприятно влияет на механические свойства стали, повышая ее твердость и хрупкость. При содержании кремния свыше 5% снижается индукция материала, затрудняется прокатка и штамповка стали.

Кремнистые стали изготавливают двумя способами: горячей и холодной прокаткой. По уровню магнитных свойств, геометрической точности листа, качеству отделки холоднокатаные стали существенно превосходят горячекатаные и постепенно вытесняют последние.

Дата добавления: 2015-12-29; просмотров: 1337;