авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Разработка технологий изготовления порошковых магнитных материалов для электротехнических изделий

-- [ Страница 3 ] --

Еще более высокую эффективность имеют магнитные системы при совмещенном способе спекания и термомагнитной обработки. ТМО начинают производить с температуры 970 К при напряженности магнитного поля одного направления 500 А/м, длительности импульса 0,075 с и частоте повторения импульса 2 цикла в секунду до температуры 370-290 К со скоростью охлаждения 0,105-0,117 К/с. Применяя указанный технологический комплекс режимов обработки была получена максимальная относительная магнитная проницаемость, равная 18500, а коэрцитивная сила, равной 5,6 А/м.

Исследовано влияние электроизоляционных покрытий (оксида магния MgO, марганеццинкового феррита Mn-Zn и кварцевого стекла SiO2) на магнитные свойства спеченных слоистых магнитопроводов). Установлено, что неплохими электрическими и высокими магнитными свойствами обладает магнитопровод с диэлектрическими прослойками из марганеццинкового феррита, у которого удельные потери несколько хуже, чем у магнитопроводов с диэлектрическими прослойками из оксида магния и кварцевого стекла, но магнитная индукция насыщения такого магнитопровода выше, чем у магнитопроводов, диэлектрические прослойки которых выполнены из оксида магния и кварцевого стекла, поскольку феррит является магнитным материалом.

Весьма успешно был применен совмещенный способ антикоррозийного покрытия и пропитки магнитных систем переменного тока для увеличения механической износостойкости и защиты магнитопровода от коррозии. Пропитку осуществляли чистым ингибированным маслом К-17 на ультразвуковой установке, состоящей из ультразвукового генератора УЗГ-10 и ультразвуковой ванны УЗВТ-3. Износостойкость слоистых магнитопроводов из кремнистого железа (6,5% Si ) для величины износа 810-5 м при применении совмещенного способа обработки увеличилась в 3,7раза по сравнению с износостойкостью обычных магнитных систем. Испытания магнитопроводов, проведенные в тропических условиях, показали, что они выдерживают влажность, равную 94-100%, при общей продолжительности испытания в пределах 9 суток.

Особенно перспективным является метод магнитно-импульсного формирования изделий, который был впервые применен для магнитомягких материалов, изделия из которых обладают чрезвычайно структурно-чувствительными свойствами. Метод основан на воздействии сильных импульсных электромагнитных полей на порошковую заготовку на основе непосредственного преобразования электромагнитной энергии в механическую работу.

Таким методом были изготовлены магнитопроводы для ответственных узлов электроизмерительных приборов. Среди факторов, обуславливающих магнитные свойства порошковых магнитномягких материалов и влияющих на показание прибора, одно из главных мест занимает пористость. Пористость изменяется значительно – по экспоненциальному закону. Как показали испытания, при увеличении энергии разряда с 14,5 до 60 КДж, пористость снизилась с 27,5 до 1,8%. Это связано с тем, что в большинстве случаев при разностороннем приложении давления достигается более высокая плотность неспеченной прессовки по сравнению с односторонним и двухсторонним прессованием на прессе. Плотность неспеченной прессовки более однородна во всех направлениях и не зависит от размеров и формы изделий. Кроме того, на величину уплотнения не сказываются фрикционные эффекты.

Особенность критической технологии состоит в том, что сначала получают сплав ферросилиция Fe–20 % Si, затем способом распыления расплава получают порошок, после чего для получения необходимого состава сплава Fe–6,5 % Si смешивают его с железным порошком и производят прессование при высоком давлении (1,0–1,8)Р, вместо достигнутого ранее давления прессования Р=1500 МПа. Жидкофазное спекание проводят при высокой температуре (1,0–.1,11)Тпл, вместо достигнутой ранее температуры спекания (0,67–1,0)Тпл, где Тпл – температура плавления легкоплавкой лигатуры (Тпл = 1523 К).

Различают три последовательные стадии спекания: начальная – происходит образование жидкого металлического контакта между отдельными частицами, промежуточная – перенос через жидкость вещества тугоплавкой фазы, завершающая – твердофазное спекание и формирование кристаллической структуры.

Сравнительные данные магнитопровода для толщины слоя (листа) 0,510-3 м, изготовленного из спеченного материала Fe–6,5 % Si с нулевой пористостью, и магнитопровода из материала марки 3412 (Э-320), применяемого в магнитных пускателях ПМ 12-040152, представлены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительные физические параметры магнитопровода, изготовленного

из спеченного материала Fe –6,5 % Si, и из электротехнической стали

марки 3412 (Э-320)

Материал Нс, А/м м В100, Т , мкОмм Р1,0/50, Вт/кг Р1,5/50, Вт/кг , кг/м3
Fe–6,5 % Si 3412 (Э-320) 1,39 47,8 269450 11500 1,63 1,52 1,12 0,5 0,23 0,95 0,5 2,1 6930 4650


Из таблицы видно, что магнитные характеристики магнитопроводов, изготовленных из сплава Fe–6,5 % Si методом жидкофазного спекания по коэрцитивной силе и максимальной магнитной проницаемости имеют в несколько раз более высокие свойства по сравнению с магнитопроводами, изготовленными из холоднокатаной анизотропной стали марки 3412.

Физико-механические свойства магнитных материалов, применяемых в электротехнических изделиях, необходимо учитывать при проектировании деталей и разработке технологических процессов, при выборе сплавов и обосновании конструкторских разработок, при расчетах на прочность деталей и узлов, а также при анализе и сопоставлении условий эксплуатации деталей в различных режимах работы.

Для определения параметров механических свойств деталей электротехнических изделий и механизмов при действии различных видов нагрузок проводили статические и динамические испытания.

В табл. 2 представлены значения пределов прочности при статических деформациях сжатия, кручения, изгиба и растяжения, а также проверка твердости сплава, относительное удлинение и относительное уменьшение площади поперечного сечения. Кроме того, в этой таблице представлены значения ударной вязкости.

Таблица 2

Механические свойства сплава Fe–6,5 % Si

№№ п/п Показатели Температура спекания
0,84Тпл 0,88Тпл 0,92Тпл
Предел прочности при сжатии, МПа 515 658 787
Пред прочности при кручении, МПа 372 503 619
Предел прочности при изгибе, МПа 94 122 137
Предел прочности при растяжении, МПа 73 102 118
Твердость, HV 140 210 250
Относительное удлинение, % 0 0 0
Относительное уменьшение площади поперечного сечения, % 0 0 0
Ударная вязкость КСИ, Дж/см2 2 3,8 6

Полученные результаты свидетельствуют о том, что сплав Fe– 6,5 % Si может быть успешно применен в качестве конструкционного материала для изготовления магнитопроводов электротехнических изделий.

Пятая глава «Разработка технологических методов изготовления элементов магнитных систем, полученных МПМ» посвящена в основном дискретным режимам прессования магнитных систем и экспериментальному исследованию серии П-, Ш-, Г-, С-, Т-, Б- и Н-образных магнитных систем. На основе сравнительного испытания магнитномягких спеченных и шихтованных магнитных систем показана возможность замены электротехнической стали на прессованный материал для изготовления магнитных систем электрических аппаратов следующих типов: РПУ-1-, ПМЕ-221, РПУ-4, ПМА-2000, ПМЕ-111, ПМ-12, РПК-1. Проведенные исследования показали, что для получения аналогичных характеристик электрических аппаратов с магнитными системами из прессованного магнитного материала и электротехнической стали необходимо для спеченной магнитной системы создавать напряженность магнитного поля в два раза меньше, и следовательно число ампер-витков должно быть заложено в два раза меньшей величины, что позволяет экономить обмоточную медь. Это объясняется тем, что магнитная проницаемость спеченной магнитной системы в средних полях выше, чем для электротехнической стали.

На электромагнитах переменного тока проведено систематизированное исследование в зависимости от давления прессования следующих характеристик: магнитной индукции магнитопровода, кратности пускового тока катушки, коэффициента мощности, тяговой характеристики и времени срабатывания электромагнита. Показано, что с увеличением давления прессования величина магнитной индукции магнитопровода возрастает, кратность пускового тока увеличивается, коэффициент мощности снижается, тяговая характеристика повышается и время срабатывания уменьшается, что позволяет широко регулировать параметры электротехнических изделий.

Разработка новой технологии изготовления спеченных слоистых магнитопроводов показала, что данные магнитопроводы могут заменить магнитопроводы из листовой электротехнической стали. Это имеет особенно большое значение с точки зрения возможности упразднить трудоемкие операции по прокатке заготовок. резке листов, штамповке и изолированию листов, окончательной сборке и клепке, а также значительно уменьшить отходы и снизить стоимость изготовления магнитопроводов из спеченных материалов.

Разработаны матричные схемы прессования и расчета магнитных систем. Структурная матричная схема прессования универсальна, она применима как для призматической формы, так и для цилиндрической формы магнитопроводов. Важным достоинством структурных матричных схем прессования является возможность анализа общих свойств сложных конструкщий магнитных систем. Поэтому для облегчения расчета и анализа сложных конструкций магнитных систем необходимо производить расчеты с помощью компьютера, при этом достоинства матрично-топологических методов прессования проявляются в полной мере.

Начатая работа по исследованию дискретного способа прессования изделий позволит в будущем расширить функциональные возможности, выявить новые характеристики и раскрыть новые неизвестные свойства. Получены слоистые дискретные магнитопроводы с различными магнитными проницаемостями. Осуществляя монодискретный и полидискретный способы прессования магнитопроводов, получены электромагниты с постепенным сдвигом магнитных потоков по фазе. Для расчета и изготовления сложных магнитопроводов переменного тока могут быть применены матричные схемы прессования. Прессование слоев для магнитных систем переменного тока производилось в виде структурной матричной схемы следующего вида:

, (11)

Компоненты структурной матричной формы схемы представляют собой слои из магнитомягких материалов для магнитопроводов. Общее число строк в структурной матричной схеме равно числу пакетов магнитопроводов. Число столбцов структурной матричной схемы равно числу слоев из магнитомягких материалов для магнитопроводов.





Простое слоистое прессование магнитопровода осуществляется при следующих коэффициентах структурной матричной схемы:

Коэффициенты строк:

(12)

Коэффициенты столбцов:

(13)

При монодискретном прессовании магнитопроводы выполняли в виде периодически прессованных пакетов, причем каждый слой, начиная с первого, прессовали с последовательным уменьшением усилия прессования таким образом, каждый последующий слой отличался от предыдущего на величину постоянного давления прессования. Давление прессования, соответствующую j-му дискретному слою, можно рассчитать по формуле:

Рij=P11P(m-1), (14)

где Рij – давление прессования j-го слоя;

Р11 – давление прессования 1-го слоя;

P – снижение давления.

Монодискретное прессование магнитопровода осуществляется при следующих коэффициентах матрицы:

Коэффициенты строк:

(15)

Коэффициенты столбцов:

(16)

Для более равномерного сдвига магнитных потоков прессование можно осуществлять полидискретным способом. Полидисретное прессование магнитопровода можно выполнять в соответствии со следующей формулой:

Рij=(P11+ei)P(m-1), (17)

где ei – величина смещения давления прессования, eiz;

z – множество чисел.

Полидискретное прессование осуществляется при следующих коэффициентах матрицы

Коэффициенты строк:

(18)

Коэффициенты столбцов:

(19)

Слои, выполненные дискретным способом с большим давлением прессования, можно осуществить в соответствии со следующей формулой:

Рij=P11qm-1, (20)

где q – разность давления прессования.

Прессуя магнитопровод при переменном давлении, получим магнитопровод, имеющий неодинаковое контактное сопротивление между прессуемыми частицами, что ведет к различной магнитной проницаемости слоев. Составим матричную схему для структурной схемы магнитных проницаемостей слоистого магнитопровода:

. (21)

С целью расширения функциональных возможностей разработана спеченная дискретная композиционная магнитная система, обладающая магнитомягкими и магнитотвердыми свойствами. Для этого магнитопровод был выполнен из слоев с чередованием слоев из магнитомягкого материала (МММ), в частности железокремнистого материала и слоев из магнитотвердого материала (МТМ) типа самарий-кобальт при следующей периодической последовательности материалов и ингредиентов дискретного содержания кремния в слоях из железокремнистого материала: Fe; МТМ; FeSi (0,5± 0,03% Si); МТМ; FeSi (1,5± 0,05% Si) ; МТМ; FeSi (2,5± 0,06% Si); МТМ; FeSi (3,5±0,08% Si); МТМ ; FeSi (4,5± 0,1% Si); MTM; FeSi (5,5± 0,12% Si); МТМ; FeSi (6,5+0,15% Si).

Запишем спрессованные слои композиционного магнитопровода в виде структурной матричной схемы следующего вида:

. (22)

Компоненты матричной формы схемы прессования представляют собой слои композиционных материалов для магнитопроводов. Общее число строк в структурной матричной схеме равно числу пакетов магнитопровода. Число столбцов матричной схемы равно числу слоев из композионных материалов для магнитопроводов.

В реферируемой работе приводятся результаты исследования реле со спеченными магнитопроводами. Одна из задач проведенных исследований заключалась в проведении испытаний на механическую износостойкость и проверке реле на ресурсный срок службы. В результате проведенных испытаний установлено, что при 90°-ной разности углов направления обработки якоря и сердечника износ магнитной системы становится наименьший, с увеличением частоты срабатывания магнитных систем интенсивность износа уменьшается.

Эффективность работы магнитных систем в основном зависит от применяемых материалов. С этой целью были исследованы различные магнитные системы, применяемые в реле, т.к. от магнитных свойств материалов зависят характеристики реле. Исследованию подвергнуты в основном магнитные системы реле передовых иностранных фирм. По характеристикам кривых намагничивания магнитных систем на переменном токе частотой 50 Гц в порядке снижения магнитной индукции насыщения исследованные типы реле расположились в следующей последовательности: 1. CA2-DN131 фирмы «Telemecanique Electric» (Франция); 2. PAK-10UR фирмы «Togami electric» (Япония); 3. SRC3631 фирмы «Fuji electric» (Япония); 4. DSL 6-44 фирмы «Metzenauer jung» (ФРГ); 5.РПУ-1 (Россия); 6. ЗТА69 фирмы «Siemens» (ФРГ); 7. GO-31 фирмы «Scverde» (США); 8.HSA-0 фирмы «Broun Bovery» (ФРГ); 9. MV-2 фирмы «Danfoss» (Дания); 10. UCO 5-10 фирмы «МТЕ» (Англия).

Самую высокую магнитную индукцию насыщения имеет магнитная система реле CA2-DN131 и самую низкую магнитную индукцию насыщения - магнитная система реле UCO 5-10. Опытная слоистая магнитная система реле РПУ – 1, содержащая 6,5% Si в кремнистом железе по магнитной индукции насыщения отстает от реле типов CA2-DN131, PAK-10UR, SRC3631, DSL 6-44, но превосходит магнитные системы реле ЗТА69, GO-31, HSA-0, MV-2, UCO 5-10.

При этом для намагничивания магнитной системы реле РПУ-1 требуется ампер-витков в два раза меньше, чем для намагничивания магнитной системы реле CA2-DN131 фирмы «Telemecanique Electric» (Франция) и в 6 раз меньше, чем для намагничивания магнитной системы реле. UCO 5-10 фирмы «МТЕ» (Англия), что позволяет значительно экономить обмоточную медь.

В шестой главе «Применение элементов технологии изготовления магнитопроводов МПМ в устройствах современной электромеханики» рассмотрен анализ и обобщены материалы по проблеме оптимального проектирования магнитных систем, который свидетельствует еще о незаконченности проведенных исследований в этом направлении. Например, изучение аналоговых электромагнитов промежуточных реле показало, что магнитный поток по высоте сердечника распределяется крайне неравномерно по меньшей мере отличается в полтора раза в верхней и нижней его части.
Такое положение приводит к тому, что рассеяние магнитного потока
достигает больших величин.

В работе представлены разработанные оригинальные конструкции электромагнитов постоянного тока, причем магнитные системы изготовлялись с учетом технологических возможностей прессования магнитомягких материалов. Конструкция сердечника для электромагнита постоянного тока выполнена в виде усеченного параболоида с учетом распределения магнитного потока, позволившая добиться постоянной магнитной индукции В=const по всей высоте сердечника, и следовательно предусматривает идеальное использование сердечника. Геометрическая форма сердечника, выполненная в виде усеченного параболоида, сложна, поэтому для его упрощения можно применить форму усеченного конуса, образующая которого является линейной аппроксимацией параболы, максимально приближающая к ней.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.