Про принципи проектування моткових виробів, що використовуються в приладах силової електроніки (сюди входять дроселі, реактори, трансформатори) написано достатньо книг, тому ми не будемо тут повторюватися і детально розяснювати читачеві, що таке ідеальні і реальні індуктивні елементи, як обчислювати поле в магнітопроводах, як розрахувати в них теплові втрати, як вибрати відповідне перетин обмотувальних проводів, які бувають конструктивні виконання цих елементів і т д Про все про це можна прочитати, наприклад, в [1] і [2] Наша розповідь присвятимо лише перспективним феромагнітним матеріалам і виробам на їх основі, які доцільно використовувати при проектуванні потужних статичних перетворювачів, а також розповімо про нову технологію компактної «намотування» трансформаторів і дроселів

Далеко не всякі феромагнітні матеріали можуть бути використані в силовій електроніці для намотування трансформаторів і дроселів, тим більш високочастотних Назвемо основні властивості матеріалів, які є «перепусткою» в область силової перетворювальної техніки:

• матеріал повинен легко намагнічуватися і розмагнічуватися, тобто володіти магнитомягкими властивостями (володіти вузької петлею гистерезиса, малої коерцитивної силою, великими значеннями початкової та максимальної магнітної проникності)

• матеріал повинен володіти великою індукцією насичення, що дозволить розробнику максимально зменшити габарити і масу індуктивних елементів

• матеріал повинен мати можливо меншими втратами на перемагнічування і вихрові струми

• матеріал повинен мати слабку залежність магнітних властивостей від механічних напруг типу розтягування і стиснення

• матеріал повинен в максимальній мірі зберігати магнітні характеристики при зміні температури, вологості, мати тимчасову стабільність характеристик

У більшості електротехнічних довідників магнітні матеріали для виготовлення дроселів і трансформаторів класифікуються за трьома основними групами:

а) провідникові – електротехнічні сталі і сплави (сюди також входять пермаллои)

б) напівпровідникові – різні типи феритів

в) діелектричні – магнітодіелектрики (МО-пермаллои)

Застосування матеріалів, що відносяться до різних груп, має

свої особливості При виготовленні електромагнітних елементів, що працюють на частотах від 50 Гц до 10 кГц, використовують електротехнічні стали, на частотах від 5 .. 10 до 20 .. 30 кГц – електротехнічні сплави, на частотах від декількох кГц і вище – ферити і магнітодіелектрики Окремі види електротехнічних сплавів так званого мікронного прокату працюють на частотах до декількох сотень кГц Але в будь-якому випадку треба памятати, що верхня частота ефективної роботи матеріалу обмежена втратами в ньому на перемагнічування (на гістерезис) і на вихрові струми

Розглядати докладно переваги і недоліки електротехнічних сталей не має ніякого сенсу, оскільки вони в основному використовуються в низькочастотної перетворювальної техніки – в мережевих трансформаторах і згладжують дросселях фільтрів, розрахованих на частоти в діапазоні 50 .. 400 Гц Звичайно, звичайні мережеві низькочастотні трансформатори теж використовуються в перетворювальної техніки – для забезпечення живлення власних потреб Але їх теорія добре відома, а тому виходить за рамки даної книги

Крім того, електротехнічні стали абсолютно не годяться для проектування високочастотних індуктивних елементів Електротехнічні сплави типу пермаллоя, маючи значну чутливість до механічних ударам, до недавнього часу були не надто популярні у розробників силової перетворювальної техніки Однак тепер технологія виготовлення виробів на основі пермаллоя зробила значний прогресивний крок, зявилися доступні та надійні магнітопроводи, стійкі до зовнішніх впливів

На відміну від електротехнічних сталей, в основі яких міститься тільки невелика кількість кремнію (не більше 4%), пермаллои представляють собою складні за структурою сплави з домішкою хрому, нікелю, кобальту та інших металів, що й обумовлює їх чудові властивості Найбільш відомі такі марки пермаллоев, як 79HM, 81HMA Ці матеріали випускаються у вигляді стрічки товщиною від 0,005 ммдо 2,5 мм, володіють початковою магнітною проникністю порядку 10 000, максимальної магнітної проникністю близько 200 000, індукція насичення пермаллоев становить близько 0,75 Тл Головна проблема практичного застосування пермаллоев полягає в тому, що промисловість випускає обмежений типоряд готових сердечників і магнітопроводів з цих матеріалів До того ж далеко не всяке підприємство володіє необхідним обладнанням для виготовлення якісних магнитопроводов з пермаллоевойленти Але це зовсім не означає, що потрібно відмовлятися від використання електротехнічних сплавів Сьогодні в області проектування силової перетворювальної техніки стрімко зростає інтерес до використання таких електротехнічних сплавів, як аморфні магнитомягкие сплави Вони відрізняються від сплавів кристалічного типу, до яких відносяться пермаллои, поліпшеними магнітними і механічними властивостями, високим власним електричним опором (що знижує втрати на вихрові струми), малими втратами на гістерезис Величина вихрових струмів, виникають у аморфних магнитомягких сплавах, в

3.                     5 Разів менше, ніж у кристалічних сплавів І, що важливо, промисловість налагодила випуск широкої номенклатури виробів з аморфних сплавів, що відрізняються низькою вартістю

Провідним вітчизняним підприємством з виробництва виробів з аморфних магнитомягких сплавів є НВО «Гаммамет» (м Єкатеринбург) [46] Найбільш серйозно досягло успіху це підприємство у випуску кільцевих магнитопроводов із зовнішнім діаметром до 600 мм, і висотою, кратній 5 мм Випускаються також П-подібні магнітопроводи і магнітопроводи прямокутного (стрижневого) типу Вироби з аморфного сплаву марок ГМ працюють в діапазоні температур від мінус 60 до +125 ° С Випускаються два різновиди виробів з аморфних матеріалів: що розміщуються в захисних контейнерах з поліпропілену і в комбінованих контейнерах Вироби можуть бути поставлені і без контейнерів, але цей варіант дуже незручний для споживача – йому в цьому випадку доведеться виконувати ізоляцію муздрамтеатру самостійно Верхня межа робочої частоти матеріалу, як зазначено у фірмових технічних умовах, становить близько 200 кГц Магнітні властивості найбільш поширених марок сплаву ГМ наведено в табл 261

Таблиця 261 Основні параметри аморфних сплавів типу ГМ

Марка матеріалу

Ут, Тл

ц , oe

Hmax> °-е*

Нз, А / м

ГМ412А

1,12

10 000

600 000

1,2

ГМ414

1,15

60 000

300 000

1,0

ГМ440А

1,5

1000

200 000

4,0

ГМ501

0,43

150 000

600 000

0,15

ГМ503А

0,58

5000

150 000

0,2

ГМ515А

0,95

150

250 000

1,5

ГМ11ДС

0,32

70 000

150 000

0,4

ГМ14ДС

0,8

20 000

50 000

2,0

ГМ32ДС

0,75

7000

200 000

2,0

ГМЗЗДС

0,4

3000

600 000

0,5

ГМ42ДС

0,75

20 000

25 000

2,0

ГМ43ДС

0,4

35 000

40 000

0,5

ГМ45ДС

0,7

1200

1250

2,5

ГМ54ДС-1000

0,8

| 1000

1100

3,0

ГМ54ДС-700

0,8

700

760

3,0

ГМ54ДС-500

0,8

500

540

3,0

ГМ54ДС-350

0,8

350

370

3,0

ГМ54ДС-250

0,8

| 250

260

3,0

ГМ54ДС-200

0,8

| 200

215

3,0

ГМ54ДС-140

0,8

140

150

3,0

ГМ54ДС-90

0,8

| 90

96

4,0

IГМ54ДС-60

0,8

J 60

64

4,0

ГМ54ДС-40

0,8

40

42

4,0

ГМ54ДС-30

0,8

зо

31

4,0

На рис 261 і рис 262 наведені криві намагнічування матеріалів марок ГМ32ДС і ГМ54ДС

Рис 261 Крива намагнічування матеріалу ГМ32ДС

Рис 262 Сімейство кривих намагнічування матеріалу ГМ54ДС з проникністю 30 .. 1000

Особливу увагу слід звернути на магнітопроводи з матеріалу ГМ54ДС Ці магнітопроводи, мають неферомагнітних зазор, можуть бути використані для намотування потужних дроселів, що «працюють» в режимі подмагничивания постійним струмом і з мінливими однополярним струмами

Джерело: Семенов Б Ю Силова електроніка: професійні рішення – М: СОЛОН-ПРЕСС, 2011 – 416 c: Ил