Билет №26, 29, 30, 31 (943752), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рис. 15.2. Петля гистерезиса железоникелевого сплава 65НП

Р ис. 15.1. Зависимость магнитных свойств и удельного сопротивления железоникелевых сплавов от содержа­ния никеля

записи, в качестве магнитных экранов. В виде ленты толщиной 0,05 мм и менее высоконикелевые пермаллои используют в импульс­ных трансформаторах, магнитных пускателях и т.д.

У низконикелевых пермаллоев удельное электрическое сопро­тивление в 3 раза больше, чем у высоконикелевых. Они обладают не очень высокой магнитной проницаемостью, но более высокой ин­дукцией насыщения. Кроме того, магнитная проницаемость низко­никелевых пермаллоев с увеличением частоты, начиная ƒкр, сильно снижается и тем резче, чем больше первоначальное значение μ_н, (см. рис. 14.11). Поэтому низконикелевые пермаллои предпочтительно использовать в силовой аппаратуре и при повышенных частотах. Их применяют для магнитопроводов малогабаритных силовых транс­форматоров, дросселей и деталей магнитных цепей, работающих в области высоких индукций (высоких значений Н), а также в издели­ях, работающих при повышенных частотах.

Магнитные свойства магнитных изделий в переменных и им­пульсных полях существенно зависят от сопротивления электриче­ской изоляции, покрывающей их поверхности. Электроизоляцион­ное покрытие должно быть однородным, сплошным, с достаточно высоким удельным сопротивлением и быть термически стойким при температуре отжига в глубоком вакууме или в водороде. В качестве такого покрытия применяют оксиды MgO или А1₂О₃ .

Сплавы группы 1 обладают высокой μ и наивысшим значением Bs по сравнению со всеми железоникелевыми сплавами; рекомендова­ны в качестве сердечников малогабаритных силовых трансформато­ров, дросселей, реле и других деталей магнитных цепей, работающих при повышенных индукциях без подмагничивания или с небольшим подмагничиванием.

Сплавы группы 2 обладают прямоугольной петлей гистерезиса; применяются в виде сердечников при частотах в несколько кило­герц, а сердечники микронного проката — в переключающих уст­ройствах с рабочей частотой в сотни килогерц и работающих в ши­роком температурном диапазоне.

Сплав группы 3 обладает повышенной μ и высоким удельным сопротивлением; рекомендован для сердечников импульсных транс­форматоров и аппаратуры связи звуковых и высоких частот, рабо­тающих без подмагничивания или с небольшим подмагничиванием.

Сплавы группы 4 имеют высокую μ в слабых полях, а сплав 76НХД обладает к тому же повышенной температурной стабильно­стью в интервале от —60 до +60°С; эти сплавы рекомендованы для сердечников малогабаритных трансформаторов, реле и магнитных экранов.

Кроме рассмотренных девяти марок пермаллоев, выпускаемых в соответствии с ГОСТами, применяют и другие марки железоникелевых, железоникелькобальтовых и железокобальтовых сплавов.

Сплавы на железокобальтовой основе обладают наиболее высо­кой индукцией магнитного насыщения (Bs до 2,4 Тл), температурой Кюри (Tк до 1050°С) и магнитострикцией (λs до 10^─4). Применяют­ся для изготовления магнитопроводов, полюсных наконечников и сердечников электромагнитов, соленоидов, силовых трансформато­ров, магнитных усилителей, ультразвуковых генераторов и преобра­зователей, роторов и статоров электрических машин, телефонных мембран и т.д. Сплавы 27КХ и 48КНФ применяют преимущест­венно в электрических машинах. Сплавы 49КФ, 49К2Ф универ­сального назначения. Сплав 92К предназначен для всех магнито­проводов, работающих при температурах от —273 до +1000°С. Из-за высокого содержания кобальта эти сплавы более дорогие, чем дру­гие пермаллои.

Альсиферы

Альсиферы — это тройные сплавы, состоящие из алюминия, кремния и железа (Al—Si—Fe), образующие твердые растворы. Вы­сокую магнитную проницаемость альсиферы имеют в очень узком концентрационном интервале содержания в сплаве А1 и Si. Сплав оптимального состава содержит: Si 9,6%, Al 54%, остальное Fe.

Магнитные свойства альсифера с оптимальным составом приве­дены в табл. 15.1, из которой видно, что они не уступают магнитным свойствам пермаллоев. Магнитная анизотрония и константа магнитострикции у альсиферов близки к нулю. Однако максимум магнит­ных свойств соответствует очень точному соблюдению состава, что можно обеспечить только для лабораторных образцов. Промыш­ленные образцы имеют более низкие значения магнитных свойств, чем альсифер оптимального состава (у отожженных образцов μ_н = 6000—7000). Альсиферы отличаются высокой твердостью и большой хрупкостью, вследствие чего толщина изделий из альсифе­ра (например, магнитные экраны) должна быть не менее 2—3 мм. Из-за низкого удельного сопротивления изделия из этого материала не используют в цепях переменного тока даже при частоте 50 Гц. Альсиферы хорошо размалываются в порошок, который, как карбо­нильное железо, используется в качестве ферромагнитной фазы в матнитодиэлектриках.

Магнитодиэлектрики

Магнитодиэлектрики — это фактически высокочастотные магнит­ные пластмассы, в которых наполнителем является ферромагнетик, а связующим — электроизоляционный материал органический (на­пример, фенолоформальдегидная смола, полистирол) или неоргани­ческий (например, жидкое стекло).

В магнитодиэлектриках частицы ферромагнетика разделены друг от друга сплошной пленкой из электроизоляционного материа­ла, образующего непрерывную фазу-матрицу с высоким электриче­ским сопротивлением, являющуюся одновременно механическим связующим. Благодаря тому что частицы ферромагнетика (их размер d ≈ 10^─4—10^─6м) электроизолированы друг от друга, потери на вихре­вые токи и на гестерезис малы. Поэтому основным видом потерь становятся потери на магнитное последействие, которые превышают остальные виды потерь в 10—30 раз. Суммарная мощность потерь Р складывается из потерь на гистерезис Рг, вихревые токи Рвт, магнит­ное последействие Рп и диэлектрические потери в электроизоляци­онном материале Рд:

Р = Рг + Рвт + Рп + Ра. (15.2)

Общий (суммарный) тангенс угла потерь магнитодиэлектрика можно выразить через его сопротивление потерь r1, следующей фор­мулой:

Tgδ = r1/ωL = 1/Q

где r1, — активное сопротивление, эквивалентное всем видам магнит­ных потерь, потерям в обмотке и в электрической изоляции; ω — частота; L и Q — индуктивность и добротность катушки, соответст­венно. Величина мощности потерь в магнитодиэлектриках зависит в значительной мере от размера частиц ферромагнетика и характера изоляции.

Магнитная проницаемость магнитодиэлектрика μ_мд всегда мень­ше μ ферромагнетика, составляющего его основу, и вычисляется по формуле μ_мд =1/(1/μ + V/3) (15.3)

где μ— магнитная проницаемость исходного ферромагнетика; V — относительный объем, занимаемый электроизоляционным материа­лом.

Магнитная проницаемость магнитодиэлектриков имеет невысо­кое значение (см. табл. 15.1) и мало зависит от частоты. Преимуще­ство магнитодиэлектриков перед ферритами заключается в том, что они обладают более высокой стабильностью магнитных свойств и изделия из них получают более высоких классов геометрической точности и степени шероховатости поверхности. Однако по ряду электромагнитных параметров магнитодиэлектрики уступают ферри­там, поэтому применение их постепенно сокращается.

Наиболее широко применяются магнитодиэлектрики на основе карбонильного железа, альсифера и молибденового пермаллоя, имеющих рабочую частоту соответственно не более примерно 100, 0,1 и 0,7 МГц. Для придания молибденовому пермаллою хрупкости и возможности получать из него порошки, в него в процессе выплавки вводят небольшое количество серы.

Ферриты

Ферриты — это ферримагнитная керамика, сочетающая в себе высокие магнитные свойства и высокое удельное сопротивление и, следовательно, низкие потери на вихревые токи, что позволило их применять в области ВЧ и СВЧ, т.е. там, где металлические магнитомягкие материалы применять уже нельзя. Это важное преимущество ферритов перед другими магнитными материалами.

Ферриты представляют собой сложные системы окислов железа и двухвалентного (реже одновалентного) металла, имеющие общую формулу MeO•Fe2O3. В качестве металла применяют ионы Ni²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Fe²⁺ , Zn²⁺, Cd²⁺, Li⁺ и др., которые и дают название фер­риту. Например, NiO•Fe₂O₃ — никелевый феррит, ZnO•Fe₂O₃ — цин­ковый феррит. Применяющиеся в технике ферриты называют также оксиферами. В последнее время широко применяются ферриты с об­щей формулой 3Me₂O₃ •5Fe₂O₃ (где Me — ион двух- или трехвалент­ного металла).

Свойства ферритов и соответственно изделий из них сильно зави­сят от их состава и технологии получения. В промышленности используют наиболее простую технологию, заключающуюся в спека­нии оксидов при высокой температуре: в приготовленный ферритовый порошок, состоящий из обожженных окислов соответствующих металлов, тонко измельченных и тщательно перемешанных, добавля­ют пластификатор (обычно раствор поливинилового спирта) и из по­лученной массы под большим давлением прессуют изделия требуемой формы и обжигают их при температуре 1100—1400°С. В процессе об­жига и образуется феррит, представляющий собой твердый раствор окислов. При этом происходит усадка, которая может составлять 10—20%. Очень важно, чтобы обжиг происходил в окислительной сре­де (обычно в воздухе). Присутствие даже небольшого количества во­дорода может вызвать частично восстановление окислов, что приведет к увеличению магнитных потерь. Полученные ферритовые изделия являются твердыми и хрупкими и не позволяют производить механи­ческую обработку, кроме шлифования и полирования.

Ферриты имеют гранецентрированную плотноупакованную ку­бическую решетку, в которой ионы кислорода образуют тетраэдры. Ионы кислорода образуют и октаэдры, которые тоже участвуют в формировании магнитных свойств. В центре тетраэдра располагается ион металла. Если этим ионом является Fe³⁺, то материал обладает магнитными свойствами, например, ферриты никелевый (NiO-Fe₂O₃ ) и марганцевый (MnO-Fe₂O₃ ). Если этим ионом является Zn²⁺ или Cd²⁺ , то магнитные свойства отсутствуют, образуется немагнит­ный феррит, например, цинковый (ZnO-Fe₂O₃) или кадмиевый (CdO-Fe₂O₃). Указанные явления объясняются тем, что в ферритах между магнитными моментами соседних атомов осуществляется кос­венное обменное взаимодействие, которое приводит к их антипарал­лельной ориентации (см. гл. 14.1.5). В связи с этим кристаллическую решетку ферритов можно представить как состоящую в магнитном отношении из двух подрешеток, имеющих противоположные на­правления магнитных моментов ионов (атомов). В магнитном фер­рите намагниченность подрешеток неодинаковая, поэтому возникает суммарная спонтанная намагниченность, а в немагнитном феррите суммарная намагниченность равна нулю.

Технические ферриты представляют собой, как правило, твердые растворы магнитных и немагнитных ферритов. К магнитомягким ферритам в первую очередь относятся две группы ферритов: никель-цинковые и марганец-цинковые, представляющие собой трехкомпонентные системы NiO—ZnO—Fe₂O₃ и MnO—ZnO—Fe₂O₃ (табл. 15.5). Немагнитные ферриты добавляют к магнитным для увеличения маг­нитной проницаемости и уменьшения коэрцитивной силы. Однако при этом снижается температура Кюри.

Магнитные свойства ферритов, как и альсиферов, очень сильно зависят от их состава. На рис. 15.3 приведена зависимость начальной магнитной проницаемости никель-цинкового феррита от его соста­ва. Из рисунка видно, что высокие значения μ_н достигаются на очень узком участке диаграммы.

Начальная магнитная проницаемость μ_н — один из основных магнитных параметров магнитомягких ферритов. Ее величина у раз­личных марок магнитомягких ферритов изменяется от 7 до 20000 (μ_н = 45—35000). Чем выше начальная магнитная проницаемость феррита данной группы, тем ниже его температура Кюри (рис. 15.4) и менее стабильны магнитные свойства при изменении температу­ры. Магнитная проницаемость влияет также на величину критиче­ской частоты ƒкр; чем больше μ_н, тем ниже ƒкр. Ферриты, у которых μ_н = 20—20000, во многих случаях в слабых полях эффективно заме­няют пермаллои и электротехническую сталь. Однако в средних и сильных полях низкой частоты ферриты применять нецелесообразно, так как они имеют более низкую (в 2—3,5 раза) индукцию насыще­ния, чем металлические ферромагнетики.

Температурная зависимость магнитной проницаемости характе­ризуется температурным коэффициентом магнитной проницаемости ТКμ и относительным температурным коэффициентом магнитной проницаемости α_μ, К^{─1 '}, определяемого из выражения

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)