ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1995 года по МПК H01F3/04 C22C19/07 

Изобретение относится к металлургии, а именно к аморфным магнитным сплавам на основе кобальта для изготовления магнитопроводов трансформаторов, преимущественно трансформаторов тока.

В известных трансформаторах в качестве материала магнитопровода используют трансформаторную сталь с начальной магнитной проницаемостью μ_o 1000-3000, ферриты μ_o 3000-6000, пермаллой μ_o 25000-30000.

Известно магнитное устройство, выбранное в качестве прототипа, имеющее ферромагнитное тело и по крайней мере одну обмотку, индуктивно связанную с ферромагнитным телом, которое изготовлено из аморфного сплава с низкой магнитострикцией. Состав аморфного сплава выражается формулой (Co_aFe_bT_c)_iX_j, где Т один или несколько компонентов из группы, содержащей Ni, Cr, Mn, V, Ti, Mo, W, Nb, Zr, Pd, Pt, Cu, Ag, Au; X один или несколько компонентов из группы, содержащей Р, Si, B, C, As, Ge, Al, Ga, In, Sb, Bi, Sn, причем i 0,7-0,9; a 0,7-0,97; b 0,03-0,25; a + b + c 1; i + j 1. Предложенная формула охватывает широкий класс аморфных сплавов, которые обладают разнообразными магнитными свойствами. В зависимости от области применения магнитного устройства к магнитным свойствам магнитопроводов предъявляются различные требования. В частности, для магнитных головок используют сплавы с высокой магнитной проницаемостью в широкой области частот, для магнитных усилителей сплавы с низкой коэрцитивной силой и высокой прямоугольностью петли магнитного гистерезиса, для трансформаторов строчной развертки сплавы с высокой индукцией насыщения и магнитной проницаемостью. Одновременное выполнение всех этих требований нереально, поскольку некоторые из них просто несовместимы. Так, высокая прямоугольность петли магнитного гистерезиса исключает получение высокой начальной магнитной проницаемости.

Для трансформаторов тока, работающих в слабых магнитных полях, важнейшим показателем является высокая начальная магнитная проницаемость, которая обеспечивает повышенную точность работы прибора. Так как трансформатор тока работает в области слабых магнитных индукцией, то от материала магнитопровода не требуется высокая индукция насыщения.

Исходя из сказанного предлагается трансформатор, преимущественно трансформатор тока, в котором магнитопровод изготовлен из магнитного сплава, содержащего компоненты при следующем соотношении, ат. железо 2-5; кремний 10-19; бор 9-15; один или несколько компонентов из группы, содержащей титан, ванадий, хром, марганец, никель, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам 2-5; кобальт остальное, причем сумма компонентов кремния и бора составляет 25-30 ат. В отличие от прототипа в группе Х оставлено два компонента кремний и бор, сочетание которых обеспечивает высокую температуру кристаллизации магнитного сплава. Причем сумма этих компонентов должна составлять 25-30 ат. Благодаря высокому содержанию кремния и бора сплав имеет низкую температуру Кюри. В свою очередь, низкая температура Кюри позволяет минимизировать локальную стабилизацию доменных границ при охлаждении магнитопровода в процессе термической обработки, а следовательно, повысить начальную магнитную проницаемость. Повышенное содержание кремния и бора снижает магнитную индукцию насыщения, но это не так важно для магнитопроводов трансформаторов, работающих в области слабых магнитных индукций. Исследования показали, что для получения наиболее высокой начальной магнитной проницаемости оптимальным является отношение содержания кремния к сумме компонентов кремний и бор в интервале 0,55-0,60.

Использование переходных металлов позволяет повысить термическую стабильность аморфного сплава. Из этой группы компонентов наиболее эффективными являются хром, молибден, вольфрам, при окислении которых на поверхности ленты магнитного сплава формируется оксидная пленка толщиной не менее 5 нм. Пленка из оксида переходного металла препятствует внутреннему окислению основного металла, а следовательно, позволяет получить высокую начальную магнитную проницаемость после отжига магнитопровода на воздухе.

П р и м е р. Магнитопроводы диаметром 32 х 20 мм и высотой 10 мм навивали из ленты аморфного сплава Со₆₇Fe₃Cr₃Si₁₅B₁₂ толщиной 25±3 мм и сердечники отжигали при 450^оС 1 ч на воздухе. В табл.1 представлены результаты измерения магнитной проницаемости μ_o в сердечниках из сплавов с различной суммой компонентов кремний и бор. Из нее следует, что увеличение содержания аморфизующих компонентов снижает температуру Кюри сплава и одновременно повышает начальную магнитную проницаемость. Исследовали также свойства сердечников, изготовленных из магнитного сплава, в котором в качестве переходного металла использовали молибден или вольфрам. Из табл. 2 следует, что использование этих компонентов также дает повышенные значения начальной магнитной проницаемости после отжига на воздухе. Причем молибден по сравнению с хромом повышает критическую толщину охрупчивания быстрозакаленной ленты, что делает соответствующий сплав более технологичным.

В табл. 3 приведены данные по оптимизации соотношения кремния и бора для сплавов, у которых сумма компонентов кремния и бора составляет 27 ат. Из нее следует, что наиболее высокая магнитная проницаемость получается, если отношение содержания кремния к сумме компонентов кремний и бор попадает в интервал 0,55-0,60.

В табл. 4 приведено сравнение токовой (f) и угловой (δ) погрешностей трансформатора тока. Оба трансформатора имеют одинаковые параметры первичной и вторичной обмоток: W₁ 4, I₁ 300 A, W₂ 240, I₂ 5 A. Нагрузка вторичной цепи 5 ВА. Магнитопроводы изготовлены из пермаллоя 79 НМ и аморфного сплава 8. Размеры магнитопровода из пермаллоя 130 х 90 х 40 мм, из аморфного сплава 140 х 120 х 35 мм. Из табл. 4 следует, что магнитопровод из аморфного сплава несмотря на меньшее поперечное сечение позволяет снизить токовую и угловую погрешности трансформатора тока.

Использование: для изготовления магнитопроводов, преимущественно трансформаторов тока. Сущность изобретения: предлагается магнитопровод трансформатора изготавливать из магнитного сплава, содержащего компоненты при следующем соотношении, ат. железо 2-5; кремний 10-19; бор 9-15; один или несколько компонентов из группы, содержащей титан, ванадий, хром, марганец, никель, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам 2-5; кобальт остальное, причем сумма компонентов кремний и бор составляет 25-30 ат. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. ТРАНСФОРМАТОР, преимущественно трансформатор тока, состоящий из одного или нескольких ленточных сердечников, изготовленных из аморфного магнитного сплава, содержащего железо, кремний, бор, один или несколько компонентов, выбранных из группы титан, ванадий, хром, марганец, никель, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам и кобальт, и нескольких обмоток, индуктивно связанных с сердечниками, отличающийся тем, что магнитный сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат.

Железо 2 5
Кремний 10 15
Бор 9 15
Один или несколько компонентов из группы, содержащей титан, ванадий, хром, марганец, никель, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам 2 5
Кобальт Остальное
причем суммарное содержание кремния и бора составляет 25 30 ат.