PostHeaderIcon Изготовление магнитопроводов и индукционных элементов

ЛТР совместно с предприятием «МЕЛТА» реализует оригинальную термо-радиационную технологию изготовления магнитно мягких магнитопроводов (ТТММ). С ее помощью производятся тороидальные, U-образные и стержневые магнитопроводы, которые используются в изделиях электронной техники и электротехники в диапазоне частот от 10 Гц до 1-3 МГц при температуре внешней среды от -60 до +90 °С, а в отдельных случаях до +150 °С, при относительной влажности до 98% при 35 °С.

Особыми преимуществами таких магнитопроводов является близкая к нулю магнитострикция, высокая начальная (1500 - 160000) магнитная проницаемость и чрезвычайно низкий уровень потерь в сердечнике. Специальными обработками готовых сердечников достигаются как линейные (пологие) так и близкие к прямоугольным петли перемагничивания в зависимости от использования. Поле достижения BS при этом может изменяться от 5 до 2500 А/м. Основные характеристики производимых сплавов (и, соотв. магнитопроводов) представлены в табл.1, 2. Высокопроницаемые магнитопроводы позволили ряду предприятий развить производство новых конкурентоспособных видов продукции, таких как электронные одно- и трехфазные счетчики электроэнергии, малогабаритные сварочные аппараты, высокоточные измерительные трансформаторы и датчики, устройства защитного отключения (УЗО) при появлении тока утечки, преобразователи для электротранспорта и др.

 

Табл.1 Общие физические характеристики магнитомягких сплавов

Сплавы ММ-2 ММ-4 ММ-1N ММ-11N MM-3Co MM-5Co
Основной компонент сплава Fe Fe Fe Fe Fe Co
Плотность, γ, г/cм3 7.3 7.6 7.4 7.35 7.7 7.7
Электросопротивление, ρ, Ом·мм2 1.25 1.30 1.15 1.20 1.30 1.35
Термический коэффициент
сопротивления (20-200 °C), 10-4/K
1.8 2.0 1.1 1.0 1.1 0.8
Температура кристаллизации
(скорость нагрева 20 K/с), °C
510 480 500 510 510 540
Максимальная рабочая температура, °C 120 100 130 130 90 105

 

Табл. 2 Магнитные свойства (Типичные показатели)

Сплавы ММ-2 ММ-4 ММ-1Н ММ-11Н ММ-3Со ММ-5Со
Индукция насыщения, BS, Т ≥ 1.45 ≥ 1.28 ≥ 1.25 ≥ 1.20 ≥ 0.5 ≥ 0.46
Температура Кюри, Тс, °С 390 300 600 605 ≥ 180 ≥ 160
Магнитострикция, ×106 < 24 < 20 < 1.5 < 1 < 0.5 < 0.2
Статическая коэрцитив. сила, Нс, мА/см ≤ 30 ≤ 20 ≤ 6 ≤ 5 ≤ 4 ≤ 2
Начальная магнитная проницаемость
при f=1кГц, (Н=1 мА/cм)
2000-7000 4000-12000 20000-80000 30000-125000 40000-90000 90000-160000
Потери в сердечнике, Pfe , Вт/кг, (0,2Т / 20кГц) ≤ 10 ≤ 8 ≤ 5 ≤ 4 ≤ 6 ≤ 3
Потери в сердечнике, Pfe , Вт/кг, (0,3Т / 100кГц) ≤ 180 ≤ 130 ≤ 120 ≤ 100 ≤ 110 ≤ 100

 

Экстремальными условиями эксплуатации систем управления, передачи информации (телекоммуникационных систем), контроля и измерения являются повышенные или пониженные температуры, резкие ее перепады, наличие высоких механических нагрузок и радиации, и, особенно, их возможное комбинированное воздействие. Для надежной и устойчивой работы таких систем необходимым условием является высокая термовременная стабильность характеристик их индуктивных компонентов. Традиционно используемые для их изготовления прецизионные сплавы имеют как преимущества, так и недостатки. Ленточные пермаллои и супермаллои характеризуются высокими значениями магнитной проницаемости, однако весьма чувствительны к механическим нагрузкам. Частотный диапазон их использования из-за малого электросопротивления не превышает обычно 20 кГц. При повышенных или пониженных температурах в сердечниках из пермаллоя удельные потери на перемагничивание PFe возрастают на 50%.

Магнитодиэлектрики (композиционные порошковые пермаллои и сендаст), обладают высокой термовременной стабильностью свойств, однако имеют очень низкую начальную магнитную проницаемость, а это не позволяет использовать их в высокочастотных, импульсных и широкополосных трансформаторах высокого класса, особенно при изготовлении высокоиндуктивных компонентов минимальных размеров.

Ферриты имеют низкие значения магнитной проницаемости и температуры Кюри, а также характеризуются существенно нелинейной температурной зависимостью магнитных характеристик. Так, магнитная проницаемость для них в температурном диапазоне использования меняется обычно в 3-4 раза и, кроме того, существенно изменяются значения PFe.

Заметные преимущества перед традиционными кристаллическими аналогами имеют новые нанокристаллические магнитопроводы из сплавов ММ-1Н и ММ-11Н. Эти сплавы разработаны в Институте металлофизики НАН Украины совместно с ЛРТ. Их магнитные свойства определяются уникальной нанокристаллической (5-12нм) структурой, получаемой в результате особой термо-радиационной обработки аморфных сплавов системы Fe-Nb-Cu-Si-B с некоторыми другими добавками. Благодаря так называемой однодоменной нанокристаллической структуре такие материалы обладают:

  • высокой термической стабильностью (температура Кюри- 600 °С, температура кристаллизации -500 °С)
  • высокой термической стабильностью PFe. В широком температурном диапазоне PFe демонстрирует даже слабый отрицательный температурный коэффициент.
  • высокой индукцией насыщения – 1,25Т, которая в области температур -60 - +130 °С также изменяется незначительно (≤ 15%)
  • низкими (характерными обычно для аморфных сплавов на основе Со) коэрцитивной силой и магнитострикцией насыщения ≤ 0,5 ppm.

Магнитные характеристики магнитопроводов из этих сплавов значительно менее чувствительны к изменению температуры эксплуатации. Это иллюстрируется рисунком 1, где приведены температурные зависимости начальной магнитной проницаемости сердечников из пермаллоя, феррита и сплава ММ-11Н.

 

Рис.1. Температурна стабільність початкової проникності магнітопроводів.

Наиболее распространенными сферами использования магнитопроводов из этих сплавов, производимых фирмой МЕЛТА® являются:

  1. Измерительные трансформаторы (преобразователи) тока. Промышленные трансформаторы тока. Датчики тока утечки на землю. (Сплавы: ММ-1Н, ММ-11Н, ММ-5Со).
  2. Магнитные усилители, магнитные ключи, дроссели насыщения. (Сплавы: ММ-11Н, ММ-3Со, ММ-5Со).
  3. Силовые трансформаторы, широкополосные трансформаторы, импульсные малогабаритные трансформаторы. (Сплавы: ММ-1Н, ММ-11Н, ММ-2, ММ-4).
  4. Дроссели фильтров, реакторы, накопительные трансформаторы. (Сплавы: ММ-11Н, ММ-2, ММ-4).
  5. Магнитные экраны. (Сплавы: ММ-4, ММ-3Со, ММ-5Со).
  6. Индукционные датчики и феррозонды. (Сплавы: ММ-1Н, ММ-11Н, ММ-5Со).