Магнітопровід

Изобретение относится к технологии изготовления индукционных устройств, например трансформаторов, и может быть использовано при их производстве в электротехнической промышленности. Известно, что магнитопроводы с косыми и комбинированными стыками пластин имеют меньшее значение потерь на перемагничивание и тока холостого хода по сравнению с магнитопроводами с прямыми стыками пластин. Данное техническое решение принято в качестве прототипа [1]. Снижение потерь на перемагничивание магнитопровода достигается путем уменьшения объема материала, перемагничиваемого поперек направления прокатки, то есть за счет конструкции магнитопровода. Однако пластины магнитопроводов с косым стыком могут иметь сложную конфигурацию. Изготовление их требует применения специального оборудования и серьезно усложняет технологический процесс. Применение косых и комбинированных стыков магнитопроводе, кроме того, снижает коэффициент использования стали. Следует также отметить, что магнитопроводы с косыми и комбинированными стыками не удовлетворяют требованиям повышенной устойчивости и прочности от различных ударов, сотрясений, вибраций и т.п. Признаки заявляемого технического решения, общие с прототипом: - сборка магнитопровода из пластин; - намагничивание во внешних полях. Признак заявляемого технического решения, отличный от прототипа: составной частью магнитопровода являются подмагничивающие системы. В основу заявляемого изобретения поставлена задача улучшения эксплуатационных характеристик магнитопровода путем использования в его конструкции подмагничивающих систем, что позволяет сократить расход материалов, требуемых при изготовлении индукционных устройств, и расход энергии, потребляемой им в процессе работы. Подмагничивающая система представляет собой совокупность чередующихся элементов с высокой и низкой магнитными проницаемостями. В качестве высокопроницаемых элементов выбирают магнитный материал (электротехническая сталь, аморфные металлы, пермаллой, тонкие ферромагнитные пленки и т.п.), толщина которого, как правило, меньше или значительно меньше толщины пластин основного материала магнитопроводов. Элементом с низкой магнитной проницаемостью может быть воздух, диэлектрик и прочее. На фиг. 1 в качестве примера изображен фрагмент подмагничивающей системы (1-элемент с высокой магнитной проницаемостью, 2-элемент с низкой магнитной проницаемостью). При помещении во внешнее поле подмагничивающая система порождает и управляет полями рассеивания в окружающем пространстве. Размеры элементов подмагничивающих систем подбирают таким образом, чтобы продольная компонента полей рассеивания, совпадающая с направлением внешнего намагничивающего поля, имела вид, представленный на фиг. 2. В этом случае помещение подмагничивающей системы в магнитопровод и совместное намагничивание с пластинами основного материала приведет к тому, что на последние будет действовать не только внешнее поле Н е, создаваемое намагничиваемой катушкой, но и внешнее для них поле Нв, порождаемое подмагничивающей системой. Поскольку продольная компонента поля рассеивания ΗSχ всюду положительна (фиг. 2), внешнее намагничивающее пластины поле усилится, т.е. приведет к подмагничиванию магнитопровода. Подмагничивающую систему размещают как в отдельных участках магнитопроводов, так и на всем магнитопроводе в целом. Форма подмагничивающей системы и элементов в системе соответствует (повторяет) форме тех участков магнитопроводов, в которых они расположены. Предельный случай размещения элементов в подмагничивающей системе и последней в магнитопроводе состоит в том, что только в угловых участках магнитопроводов и в местах стыка пластин в магнитопроводах расположены элементы с высокой магнитной проницаемостью, в то время как на всей оставшейся части магнитопровода присутствует лишь материал с низкой магнитной проницаемостью. На фиг. 3 представлена в качестве примера схема возможной подмагничивающей системы для магнитопровода однофазного трансформатора.. Подмагничивающие системы могут быть изготовлены как отдельно от магнитопровода на немагнитной подложке, так и размещены непосредственно на пластинах, из которых собирают магнитопровод. После изготовления подмагничивающих систем собирают магнитопровод, чередуя укладку пластин и подмагничивающих систем. На фиг. 4 представлен фрагмент магнитопровода, собранного из пластин, включающего в себя подмагничивающие системы, расположенные, например, через каждый слой пластин. Материал, используемый при изготовлении подмагничивающих систем, их количество и форма, способ сборки пластин в магнитопроводе и порядок размещения в последнем подмагничивающих систем, определяются в зависимости от требуемых эксплуатационных характеристик магнитопроводов и индукционных устройств на их основе, например, трансформатор. Испытания магнитопроводов проводились в стандартных аппаратах Эпштейна на пластинах электротехнической стали различных марок размерами 250 x 30 x 0,3 мм. Потери в магнитопроводе и ток холостого хода измерялись до и после размещения между пластинами подмагничивающих систем. Элементом с высокой магнитной проницаемостью в подмагничивающих системах являлся аморфный магнитный материал толщиной 0,025 мм. В промежутке между пластинками аморфного материала находился воздух. Пример 1. Магнитопровод собран из анизотропной стали (марка 3407). Результаты измерения удельных потерь в магнитопроводе и тока холостого хода представлены в табл. 1. Из нее видно, что потери в заявляемом магнитопроводе были снижены на 5 - 6%, а ток холостого хода - на 20 - 40%. Пример 2. Магнитопровод собран из высокотекстурованной анизотропной стали (марка 3409). В табл. 2 приведены результаты измерения удельных потерь энергии в магнитопроводе и тока холостого хода. Из сравнения табл. 1 и 2 видно, что величина эффекта снижения потерь энергии и тока холостого хода в магнитолроводах из пластин анизотропной электротехнической стали сохраняется для сталей различных марок. Заявляемое техническое решение не ограничено применением в магнитопроводах описанного типа и может быть использовано, не рассматривая конкретные индукционные устройства, в любых конструкциях магнитных цепей. Эффективность применения данного технического решения заключается в использовании в качестве материалов для подмагничивающих систем тончайшей электротехнической стали, пермаллоя, аморфного магнитного материала либо тонких ферромагнитных пленок, незначительно увеличивающи х массу и габариты магнито-проводэ. Применение магнитопроводов из пластин электротехнической стали серийных марок, элементом конструкции которых являются подмагничивающие системы, позволяет добиться снижения потерь энергии в магнитопроводе на 5 - 6% и тока холостого хода на 20-40%. Снижение намагничивающего тока дает возможность уменьшить число витков намагничивающей обмотки, а значит сократить расход такого дефицитного материала, как медь.