МАГНИТОПРОВОД Российский патент 2002 года по МПК H01F1/20 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к магнитопроводам реакторов и трансформаторов, работающих преимущественно в сильноточных электрических цепях.

Важным параметром реакторов и некоторых типов трансформаторов является запасенная магнитная энергия, которая увеличивается пропорционально произведению индуктивности на квадрат величины тока. В таких условиях магнитопровод не должен работать в области магнитного насыщения, в которой индуктивность резко снижается. Поэтому в сильноточных реакторах и трансформаторах используют магнитопроводы с низкой магнитной проницаемостью.

Известен витой разрезной магнитопровод, состоящий из двух половинок и изготовленный из электротехнической стали, который используют в однофазном реакторе [1]. Электротехническая сталь имеет начальную относительную магнитную проницаемость порядка 1000. Требуемую величину магнитной проницаемости 10 - 100 получают подбором величины воздушного зазора в магнитопроводе. Воздушный зазор вызывает рассеяние магнитного потока и отрицательно влияет на работу электрических цепей и приборов, находящихся вблизи реактора. Электрическая сталь изготавливается в виде полосы толщиной 0,30 - 0,35 мм, что существенно ограничивает возможности оптимизации конструкции реактора.

Применение магнитодиэлектрика в качестве материала магнитопровода заметно расширяет возможности реакторов и трансформаторов. В качестве прототипа выбран магнитопровод, выполненный из магнитодиэлектрика и состоящий из отдельных элементов в форме прямоугольных параллелепипедов с целочисленным соотношением сторон, которые соединены друг с другом в секции, образующие ярмо [2]. Таким способом набирают магнитопроводы крупных размеров. Отдельные элементы выполнены из магнитодиэлектрика, изготовленного с использованием традиционного способа - прессование под высоким давлением смеси магнитного порошка и связующего. Возможности пресса позволяют получить параллелепипеды только небольших размеров. Прямоугольная форма отдельных элементов также ограничивает возможности варьирования конструкции магнитопровода.

Заявляемое изобретение направлено на получение магнитопровода реакторов или трансформаторов, работающих в сильноточных электрических цепях. Предлагаемый магнитопровод является сборным и изготавливается из магнитодиэлектрика. Существенным его отличием является то, что в качестве магнитомягкого материала используется порошок из аморфного сплава, полученного методом быстрой закалки расплава на вращающийся барабан-холодильник. При этом отдельные элементы магнитопровода выполнены в виде отливок. Заявляемый магнитопровод имеет такую конструкцию, в которой замыкающие ярма выполняют одновременно роль корпуса реактора или трансформатора.

Применение в изобретении отливок позволяет изготавливать крупные элементы магнитопровода разнообразной формы. За счет этого можно оптимизировать форму и размеры реакторов или трансформаторов. Высокая механическая прочность отливок позволяет функционально совместить замыкающие ярма магнитопровода с корпусом изделия. Использованием быстрозакаленных магнитомягких сплавов, обладающих высокими магнитными свойствами, достигается улучшение магнитных характеристик магнитопровода.

Заливка смеси магнитного порошка и связующего в формы с последующим отвердеванием отливки позволяет получить отдельные элементы магнитопровода произвольной формы. Затвердевшие отливки после извлечения из форм собирают в магнитопровод. Достаточно высокая прочность отливок позволяет использовать их в качестве замыкающих ярем, которые одновременно выполняют роль корпуса реактора или трансформатора. Форму магнитопровода выбирают по месту установки реактора или трансформатора. При необходимости в замыкающих ярмах можно предусмотреть окна для улучшения теплообмена с окружающей средой.

Магнитный порошок, используемый в смеси для приготовления отливок, изготавливают из магнитомягких сплавов на основе железа или кобальта, полученных методом быстрой закалки расплава. Структура порошка может быть либо аморфной, либо частично кристаллизованной, в которой отдельные кристаллиты расположены в аморфной матрице.

В качестве связующего вещества можно использовать органические или неорганические клеи, пластические массы и другие вещества, обладающие связующими свойствами. Требуемую магнитную проницаемость получают подбором магнитного материала, фракции порошка, состава связующего и наполнителя.

Таким образом, в заявке предлагается сборный магнитопровод из магнитодиэлектрика для реактора или трансформатора, отличающийся тем, что отдельные элементы магнитопровода выполнены в виде отливок и собраны так, что замыкающие ярма выполняют роль корпуса реактора или трансформатора, а магнитодиэлектрик содержит порошок из быстрозакаленного магнитомягкого сплава.

Чертеж. Электрический реактор: а - вертикальный разрез, б - горизонтальный разрез.

1 - центральный стержень магнитопровода, 2 - верхнее и нижнее ярма, 3 - боковые ярма, 4 - обмотка реактора.

Пример. Порошок получали из быстрозакаленного магнитомягкого сплава, имеющего нанокристаллическую структуру после термической обработки, Fe_72,5Ni₁Cu₁(Mo_xNb_1-x)₃ Si_13,5B₉ [3] . Проводили отсев фракции порошка с размером не более 0,28 мм. Смесь порошка и клея на основе эпоксидной смолы ЭД-20 заливали в заранее подготовленные формы. После полимеризации получали магнитодиэлектрик с относительной магнитной проницаемостью 20. Катушку с обмоткой, рассчитанной на номинальный ток 300 А, надевали на центральный стержень круглого сечения (чертеж). Затем собирали боковые, верхнее и нижнее ярма. При габаритных размерах 400х320х320 мм реактор имел номинальную индуктивность 0,7 мГн.

Источники информации
1. И. Славик. Конструирование силовых полупроводниковых преобразователей. М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 91.

2. А.с. СССР N 1389574, кл. H 01 F 27/24, H 01 F 29/00.

3. Патент РФ N 2117714, кл. C 22 C38/16, H 01 F 3/04.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к магнитопроводам реакторов и трансформаторов, работающих преимущественно в сильноточных электрических цепях. Сборный магнитопровод из магнитодиэлектрика для реактора или трансформатора содержит отдельные элементы, выполненные в виде отливок и собранные так, что замыкающие ярма выполняют роль корпуса реактора или трансформатора, а магнитодиэлектрик содержит порошок из быстрозакаленного магнитомягкого сплава. Изобретение позволяет изготавливать крупные элементы магнитопровода разнообразной формы с высокой механической прочностью отливок и улучшить магнитные характеристики. 1 ил.

Сборный магнитопровод из магнитодиэлектрика для реактора или трансформатора, отличающийся тем, что отдельные элементы магнитопровода выполнены в виде отливок и собраны так, что замыкающие ярма выполняют роль корпуса реактора или трансформатора, а магнитодиэлектрик содержит порошок из быстрозакаленного магнитомягкого сплава.