3.1.4. Современные магнитные материалы

В данном параграфе рассматриваются современные магнитные материалы из ме­талла, применяемые в самых различных преобразователях: аморфное железо, ферриты, магнитодиэлектрики. Их использова­ние позволяет получать отличные характеристики устройств, часто недостижи­мые ранее. Указанные материалы можно изготавливать методом прессования, что снижает их стоимость.

Аморфное железо. Аморфные сплавы на основе железа используются в сердечниках в виде сверхтон­кой ленты (22...25 мкм). Аморфные сплавы характеризуются высоким значением индукции насыщения Bs и сравнительно малыми удельными потерями. Эти сердечники позволяют созда­вать энергоемкие устройства, которые по совокупности характеристик превосходят магнитные материалы из электротехнической стали. Высокие значения температур точки Кюри (395°С) и окружающей температуры в работающем блоке (150°С) так­же относятся к достоинствам сердечников из аморфных сплавов. Основное их при­менение — дроссели в различных узлах преобразователей. Следует отметить две разновидности сердечников из аморфного железа: с распределенным воздушным зазором; разрезные стержневые (С- или U-образные).

Сердечники с распределенным воздушным зазором выполняются кольцевой формы, типовая петля гистерезиса, снятая на постоянном токе, представлена на рис. 3.2. Форма петли гистерезиса достигается отжигом материала в поперечном магнитном поле. Большое значение индукции насыщения (примерно 1,5 Тл) в со­четании с достаточно высокой проницаемостью позволяет уменьшить требуемое число витков, что, в свою очередь, приведет к значительном снижению размеров дросселя. Немаловажными свойствами являются также невысокие удельные поте­ри и способность сердечников работать при больших значениях постоянного (подмагничивающего) тока.

Ферриты. Это поликристаллические многокомпонентные соединения, изго­тавливаемые по особой технологии, общая химическая формула кото­рых МеРе203 (где Ме — какой-либо ферромагнетик, например, Мп, 2п, N1). Являясь полупроводниками, ферриты обладают высокими значениями собственного электрического сопротивления, превышаю­щего сопротивление сталей в 50 раз и более. Именно это обстоятель­ство позволяет применять ферриты в индуктивных элементах, работа­ющих на высоких частотах, без опасения, что могут резко повыситься потери на вихревые токи. Наибольшее распространение в силовой технике получили марганец- цинковые ферриты марок НМ и ни­кель-цинковые ферриты марок НН. При выборе между этими марка­ми предпочтение, конечно, следует отдать ферритам марок НМ, по­скольку они имеют более высокую температуру, при которой ферро­магнетики теряют свои ферромагнитные свойства (температуру Кюри). Это обстоятельство позволяет эксплуатировать их при более высоких температурах перегрева. Потери на гистерезис у марга­нец- цинковых ферритов на порядок меньше, чем у никель-цинковых. Ферриты марок НМ обладают высокой стабильностью к воздействию механических напряжений. Однако электрическое сопротивление ферритов марок НМ меньше, чем ферритов марок НН, поэтому по­следние могут применяться для работы на более высоких частотах.

Отметим из наиболее часто встречающихся никель-цинковые фер­риты марок 2000НН, 1000НН, 600НН, 200НН, 100НН. Верхней грани­цей рабочей области частот для них является 5-7 МГц. Марганцево-цинковые нетермостабильные высокопроницаемые ферриты марок 6000НМ, 4000НМ, 3000НМ, 2000НМ, 1500НМ. 1000НМ используются в частотном диапазоне до нескольких сот килогерц в интервале темпе­ратур -60...+100 °С, когда термостабильность не является определяю­щим параметром. В противном случае следует использовать термоста­бильные ферриты 2)000НМЗ, 2000НМ1, 1500НМЗ, 1500НМ1, 1000НМЗ, 700НМ. Вдобавок к термостабильности ферриты этих марок обладают меньшими потерями на вихревые токи и большим диапазо­ном частот (0,3... 1,5 МГц).

В средних и, особенно, сильных полях (В > 0,1 Тл) хорошо приме­нять ферриты марок 4000НМС, 3000НМС, 2500НМС1, 2500НМС2. Результаты исследований, приведенные в [1], показывают, что луч­шими представителями в этой группе являются ферриты 2500НМС1 и 2500НМС2.

Магнитодиэлектрики. Магнитодиэлектрики включают в свой состав мелкопомолотые порошки, обладающие магнитными свойствами, и связующий диэ­лектрический материал на основе полистирола. Частицы магнетика отделены друг от друга диэлектрической средой, являющейся одно­временно электрической изоляцией и механической связкой всей сис­темы. Магнитная проницаемость магнитодиэлектриков невелика (от нескольких единиц до сотен). Благодаря большому размагничиваю­щему эффекту параметры магнитодиэлектриков мало зависимы от внешних полей.Распространены три основные группы магнитодиэлектриков: альсиферы, карбонильное железо, пресспермы.

Карбонильное железо применяют в основном для индуктивных катушек малой энергоемкости, поэтому мы не будем рассматривать этот вид ферромагнитного материала.

Основу магнитного наполнителя альсиферов составляет сплав А1-Si-Ре. Выпускаются 6 марок альсиферов с проницаемостью от 22 до 90, предназначенных для работы в интервале температур от -60 до +120 °С. Буквы в названии марок означают: ТЧ — тональная частота; ВЧ — высокая частота; К — с компенсированным температурным коэффициентом маг­нитной проницаемости.