6. Изготовление магнитных цепей
6.1. Общие сведения
Магнитные цепи (магнитопроводы) изготовляют из магнитно-мягких материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью, минимальной коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Различают магнитопроводы: сборные, ленточные и магнитопроводы из порошковых материалов.
Сборные магнитопроводы, пакеты которых набирают из штампованных пластин, применяют в трансформаторах, дросселях фильтров и других электромагнитных элементах. Пластины, как правило, штампуют из электротехнических сталей различных марок. На рис. 6.1 показаны основные виды пластин для сборных магнитопроводов. Штамповка пластин, особенно тонких, и последующая сборка магнитопровода связаны с большими технологическими трудностями и обходятся дорого.
Ленточные магнитопроводы могут быть разрезные и неразрезные (рис. 6.2). Их изготовляют навивкой ленты на оправку (рис. 6.3, а) или гибкой. В последнем случае ленту разрезают на пластины различной длины, собирают в пакет и опрессовывают на оправке (рис. 6.3,6). Ленточные магнитопроводы характеризуются теми же параметрами, что и сборные, и имеют ту же область применения в радиоаппаратуре.
Разрезные ленточные магнитопроводы вследствие неизбежного воздушного зазора и частичного замыкания между лентами в торцах, из-за наличия заусенцев имеют магнитные характеристики на 4—10% ниже, чем неразрезные. Однако они отличаются рядом конструктивных и технологических преимуществ перед неразрезными магнитопроводами и набранными из штампованных пластин. Основное преимущество перед неразрезными ленточными магнитопроводами — возможность механизации операций их производства, а главное — операций сборки трансформаторов. Неразрезные магнитопроводы не позволяют использовать заранее намотанные катушки.
Рис.6.1. Основные типы пластин магнитных цепей:
а, б — Ш-образные и замыкающие; в, г — замкнутого типа с просечками на среднем керне; д, е — замкнутого типа с прямыми и косыми соединениями; ж — Побразная; з — Г-образная; и — кольцевая
В то же время разрезные ленточные магнитопроводы более удобны при сборке, чем магнитопроводы из обычных штампованных пластин. Преимущества их особенно резко выявляются для магнитных материалов малой толщины (порядка 0,05 мм и меньше).
Рис. 6.2. Типы ленточных магнитопроводов:
а — броневой типа ШЛ; б — стержневой типа ПЛ; в — тороидальный типа ОЛ
Как уже говорилось, разрезные ленточные магнитопроводы имеют воздушный зазор, который не может быть полностью ликвидирован. Даже при самом тщательном шлифовании торца зазор может быть уменьшен только до 3 мк. Однако и такой зазор для некоторых типов трансформаторов, работающих на звуковых частотах, нежелателен. Менее строгие требования к величине зазора и качеству шлифования предъявляются к низкочастотным трансформаторам, работающим с постоянной составляющей тока подмагничивания. В таких трансформаторах заранее предусматривается введение воздушного зазора, так что качество шлифования имеет здесь меньшее значение.
Магнитопроводы из порошковых материалов (рис. 6.4) применяются в высокочастотных катушках индуктивности и т. п. Имеются две группы порошковых материалов: металлические (магнитодиэлектрики) и неметаллические (ферриты). Эти материалы отличаются друг от друга как по своим свойствам, так и по технологии изготовления. Первые представляют собой спрессованные с органическими и неорганическими диэлектриками порошки магнитных материалов. Зерна магнитного материала изолированы друг от друга диэлектриком.
Рис. 6.3. Ленточные магнитопроводы
Свойства магнитодиэлектриков зависят не только от характера магнитной и диэлектрической составляющей, но и от их количественного соотношения, а также от давления, при котором происходит прессование магнитопровода, и от таких трудно регулируемых фактов, как слипаемость зерен, их форма и распределение изоляционного материала.
В соответствии с требованиями, предъявляемыми к магнитопроводам из магнитодиэлектриков, количество диэлектрика изменяется в широких пределах — от 2—3% (по весу) до 20—30% от общего количества маг-нитодиэлектрика. Выбор магнитного материала, диэлектрика и их количественного соотношения должен проводиться применительно к условиям работы данного магнитопровода (частота, напряженность поля, температура и пр.).
Основные технические требования, предъявляемые к магнитопроводам, зависят оттока, питающего узел или прибор, и от выходных параметров последнего. К этим требованиям относятся: минимальные потери на гистерезис; высокая магнитная проницаемость; минимальные потери на вихревые токи. Кроме того, магнитопроводы, состоящие из отдельных пластин и лент, должны иметь максимальный коэффициент заполнения, который равен отношению истинного объема пластин, составляющих пакет, к общему объему пакета К3 = VИСТ / VОБЩ. Коэффициент заполнения в магнитопроводах должен стремиться к единице, что обеспечивает хорошие качества применяемых изоляционных материалов.
Рис. 6.4. Карбонильные сердечники:
а — цилиндрический типа СПР; б — цилиндрический типа СПГ; в — цилиндрический типа СЦТ; г — цилиндрический типа СЦШ; д — броневой (чашка с резьбой); е — броневой (чашка гладкая)