Магнитодиэлектрики в силовых преобразователях

July 22, 2013 by admin Комментировать »

Поговорим теперь о магнитодиэлектриках. Эти материалы разработаны на основе мелокопомолотых порошков, обладающих магнитными свойствами, и связующего диэлектрического материала на основе полистирола. В магнитодиэлектриках частицы магнетика отделены друг отдруга диэлектрической средой, являющейся одновременно электрической изоляцией и механической связкой всей системы. Магнитная проницаемость магнитодиэлектриков невелика (от нескольких единиц до сотен относительных единиц). Благодаря большому размагничивающему фактору параметры магнитодиэлектриков мало зависят от внешних полей. В области силовой преобразовательной техники можно встретить две основные группы магнитодиэлектриков: альсиферы и пресспермы.

Альсиферы — широко применяемый вид магнитодиэлектриков, основу магнитного наполнения которых составляет тройной сплав А1— Si-Fe (алюминий—кремний—железо). Отечественной промышленностью выпускаются 6 марок альсиферов с относительной проницаемостью от 22 до 90, предназначенных для работы в интервале температур от минус 60 до +120 °С. Буквы в названии марок означают: ТЧ — тональная частота; ВЧ — высокая частота; К — с компенсированным температурным коэффициентом магнитной проницаемости. Основные параметры альсиферов приведены втабл. 2.6.5. На графике рис. 2.6.5 приведены кривые намагничивания альсиферов марок ТЧ-60, ТЧ-32, ВЧ-22.

Рис. 2.6.5. Кривые намагничивания альсиферов: 1 — ТЧ-60; 2 — ТЧ-32;

3 ВЧ-22

Таблица 2.6.5. Параметры отечественных альсиферов

5Н — коэффициент потерь на гистерезис.

Коэффициент потерь на гистерезис у альсиферов остается постоянным лишь при слабых полях. При повышении напряженности поля он снижается и в полях порядка 1500…2000 А/м падает до 0,1 своего начального значения. Такая зависимость объясняется следующими физическими принципами: в слабых полях площадь петли гистерезиса альсиферов растет пропорционально третьей степени напряженности внешнего поля (H), а в сильных — медленнее.

Пресспермы — магнитодиэлектрики, производимые на основе так называемого мо-пермаллоя. Изготавливают их из мелкопомолотого металлического порошка высоконикилевого пермаллоя, легированного молибденом. Пресспермы обладают повышенной магнитной проницаемостью, низким уровнем гистерезисных потерь. Отечественной промышленностью разработаны 10 марок пресспермов (5 нетермокомпенсированных и столько же — термокомпенсированных). Параметры некоторых представителей приведены в табл. 2.6.6. В обозначении термокомпенсированных пресспермов добавляется буква «К». Цифра в обозначении марки — это значение номинальной магнитной проницаемости. Верхняя рабочая частота мо-пермаллоевых магнитопроводов составляет 100 кГц.

На рис. 2.6.6 приведены кривые намагничивания пресспермов наиболее распространенных марок.

Таблица 2.6.6. Параметры отечественных мо-пермаллоев

Рис. 2.6.6. Кривые намагничивания пресспермов (а), кривые изменения проницаемости от напряженности внешнего поля (б): 1 — МП-250; 2 — МП-140; 3 МП-100; 4 МП-60

К сожалению, изделия на основе мо-пермаллоя имеют достаточно высокую стоимость из-за высокого содержания в них никеля, являющегося дорогостоящим материалом. Появление материалов типа MPP, High Flux и Kool M и изделий на их основе, поставляемых ЗАО «ЛЭПКОС» [47] позволило удешевить технологию производства магнитопроводов и, соответственно, в конечном итоге снизить стоимость изготовления индуктивных элементов. Наиболее интересны в представленной номенклатуре магнитопроводы, изготавливаемые из материалов марок High Flux и Kool М.

Магнитопроводы, производимые на основе материала High Flux, представляют собой сердечники кольцевого типа. Для изготовления сердечников используется смесь, состоящая из 50 % никеля и 50 % порошкового железа, что позволило достигнуть индукции насыщения значения 1,5 Тл. Для сравнения: стандартная индукция насыщения отечественных пермаллоев составляет 0,75 Тл, а у ферритов она вообще не превышает в лучшем случае 0,45 Тл. Относительная магнитная проницаемость материала High Flux лежит в диапазоне 14…160. Применять изделия на основе этих материалов имеет смысл в условиях высокого подмагничивания постоянными токами, например, для дросселей выходных фильтров постоянного тока.

Несколько хуже обстоит дело с величиной индукции насыщения у материала Kool M — 1,05 Тл. Однако это все равно выше, чем у стандартных мо-пермаллоев. Кроме того, в номенклатуре производимых изделий из этого материала имеются сердечники Ш-типа, которыми можно заменить обычные ферритовые Ш-образные сердечники и разработать моточные изделия меньших габаритов, не опасаясь перегревов вследствие потерь на гистерезис и вихревые токи (этот материал обладает очень низким уровнем потерь).

Материал MPP имеет еще более низкую индукцию насыщения, составляющую 0,75 Тл, что уже сравнивается с аналогичным параметром для мо-пермаллоя. Тем не менее, относительная магнитная проницаемость этого материала находится в диапазоне 14…550, потери на порядок меньше, и, вдобавок ко всему, индуктивные элементы, изготовленные с применением этого материала, обладают высокой стабильностью индуктивности даже после намагничивания постоянным током большого значения.

Изделия из упомянутых выше ферромагнитных материалов, изготавливающиеся промышленностью, используются в качестве полуфабрикатов для намотки трансформаторов и дросселей. Номенклатура выпускаемых электротехнических изделий столь широка, что в рамках данной книги врядли удастся рассказать обо всехтипономиналах. Впрочем, такой необходимости и нет — существует достаточное количество справочников, доступны материалы из «всемирной паутины». Поэтому коротко напомним основные виды изделий, с которыми обычно имеют дело при разработке преобразовательной техники: кольцевые магнитопроводы (ring cores), стержневые сердечники круглого сечения (rod cores), стержневые сердечники прямоугольного сечения (plate cores), броневые чашечные магнитопроводы (pot cores), броневые Ш-образные магнитопроводы (E-cores), броневые магнитопроводы типа КВ (RM cores). Эти типы магнитопроводов давно освоены также и отечественной промышленностью, налажено их серийное производство.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты