RU2149473C1 - Magnetic core - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering; saturable reactors and pulse transformers. SUBSTANCE: proposed spiral ribbon core made of magnetically soft amorphous alloy containing iron, nickel, silicon, and boron has following proportion of alloy components, atom percent: nickel - 0.1-10.0; silicon - 7.0-11.0; boron - 10.0-16.0; iron - the rest; B_r/B₈₀₀ in magnetic core is higher than 0.8, where B_r is residual flux density; B₈₀₀ is magnetic flux density at magnetic field strength of 800 A/m. As an alternative, core may have B_r/B₈₀₀ < 0,1. EFFECT: improved response to heat treatment in magnetic field at high magnetic flux density. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к магнитопроводам насыщающихся реакторов и импульсных трансформаторов. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to magnetic circuits of saturable reactors and pulse transformers.

Насыщающиеся реакторы используются в устройствах коммутации тиристорного преобразователя. Реактор обеспечивает необходимое время задержки включения (выключения) тиристора. Время задержки определяется временем перемагничивания магнитопровода реактора от исходного состояния остаточной намагниченности (-Br) до состояния магнитного насыщения. Следовательно, магнитопровод насыщающегося реактора должен иметь высокий коэффициент прямоугольности петли магнитного гистерезиса К_п > 0,8, где К_п = Br/B₈₀₀, причем В_r - остаточная магнитная индукция, B₈₀₀ - магнитная индукция при напряженности магнитного поля 800 А/м. Кроме того, для того чтобы реактор не перегревался, материал магнитопровода должен иметь низкие удельные магнитные потери в частотной области до 100 кГц.Saturated reactors are used in thyristor converter switching devices. The reactor provides the necessary delay time for turning on (off) the thyristor. The delay time is determined by the magnetization reversal time of the reactor magnetic circuit from the initial state of residual magnetization (-Br) to the state of magnetic saturation. Therefore, the saturable reactor core should have a high coefficient of rectangularity of the magnetic hysteresis loop K _p > 0.8, where K _p = Br / B ₈₀₀ , where B _r is the residual magnetic induction, B ₈₀₀ is magnetic induction at a magnetic field of 800 A / m . In addition, in order for the reactor not to overheat, the material of the magnetic circuit must have low specific magnetic losses in the frequency domain up to 100 kHz.

В импульсном трансформаторе необходимо иметь большую величину вольт-секундной площади обмотки, а следовательно, высокую индукцию насыщения. Для того, чтобы обеспечить передачу требуемой формы импульса, кривая намагничивания материала магнитопровода должна быть линейной. Это соответствует низкому коэффициенту прямоугольности петли магнитного гистерезиса, по крайней мере К_п < 0,1. В частной области до 100 кГц удельные потери в материале магнитопровода должны быть низкими, чтобы обеспечить низкую температуру работы трансформатора.In a pulse transformer, it is necessary to have a large value of the volt-second winding area, and therefore, a high saturation induction. In order to ensure the transmission of the desired pulse shape, the magnetization curve of the material of the magnetic circuit must be linear. This corresponds to a low coefficient of rectangularity of the magnetic hysteresis loop, at least K _p <0.1. In the private region of up to 100 kHz, the specific losses in the material of the magnetic circuit must be low in order to ensure a low operating temperature of the transformer.

Известен магнитопровод [1], изготовленный из ленты аморфного сплава, содержащего железо, кремний и бор в количестве, определяемом заштрихованной областью на диаграмме Fe-Si-B. Магнитомягкий сплав имеет высокую магнитную индукцию насыщения и температуру кристаллизации. Толщина аморфной ленты 15 - 25 мкм обеспечивает достаточно низкие удельные магнитные потери в частотном диапазоне до 100 кГц. Магнитопровод [2] изготовлен из аморфного сплава, содержащего железо в количестве 80 - 84, кремний 18 и бор 12 - 15 ат%. Known magnetic circuit [1], made of a tape of an amorphous alloy containing iron, silicon and boron in an amount determined by the shaded area in the diagram Fe-Si-B. The soft magnetic alloy has a high saturation magnetic induction and crystallization temperature. The thickness of the amorphous tape 15 - 25 microns provides a fairly low specific magnetic loss in the frequency range up to 100 kHz. The magnetic core [2] is made of an amorphous alloy containing 80–84 iron, 18 silicon and 12–15 at% boron.

В магнитопроводе [3], принятым за прототип, для получения низких удельных магнитных потерь в частотной области до 100 кГц, предложено добавлять в сплаве никель с общей формулой (Fe_1-aNi_a)_100-xSi_xB_y, где 0,2 ≤ а ≤ 0,7, 1 ≤ x ≤ 20, 5 ≤ у ≤ 9,5, 15 ≤ x + y ≤ 29,5.In the magnetic circuit [3], adopted as a prototype, to obtain low specific magnetic losses in the frequency domain up to 100 kHz, it is proposed to add nickel with the general formula (Fe _1-a Ni _a ) _100-x Si _x B _y in the alloy, where 0, 2 ≤ a ≤ 0.7, 1 ≤ x ≤ 20, 5 ≤ y ≤ 9.5, 15 ≤ x + y ≤ 29.5.

Добавка никеля до определенного предела способствует также повышению чувствительности магнитомягкого сплава к термообработке в магнитном поле. После отжига в продольном магнитном поле (фиг. 1) получают высокий коэффициент прямоугольности петли магнитного гистерезиса К_п, а после отжига в поперечном магнитном поле (фиг. 1) получают низкий коэффициент прямоугольности К_п. Однако добавка никеля одновременно снижает магнитную индукцию насыщения.The addition of nickel to a certain limit also contributes to an increase in the sensitivity of the soft magnetic alloy to heat treatment in a magnetic field. After annealing in a longitudinal magnetic field (Fig. 1), a high coefficient of rectangularity of the magnetic hysteresis loop K _{p is} obtained, and after annealing in a transverse magnetic field (Fig. 1), a low coefficient of rectangularity K _{p is} obtained. However, the addition of nickel simultaneously reduces the saturation magnetic induction.

Для того чтобы получить магнитопровод с повышенной чувствительностью к термической обработке в магнитном поле и одновременно с высокой магнитной индукцией насыщения, предлагается магнитопровод, выполненный витым из ленты магнитомягкого аморфного сплава, содержащего железо, никель, кремний и бор, отличающийся тем, что сплав содержит компоненты при следующем соотношении: никель 0,1 - 10,0, кремний 7,0 - 11,0, бор 10,0 - 16,0 ат%, железо - остальное, а в магнитопроводе Br/B₈₀₀ больше 0,8, где Br - остаточная магнитная индукция, B₈₀₀ - магнитная индукция при напряженности магнитного поля 800 А/м. Одним из вариантов магнитопровода является магнитопровод, в котором Br/B₈₀₀ < 0,1
Фиг. 1. Ленточный магнитопровод в продольном магнитном поле

и поперечном магнитном поле H_┴.
Примеры. В индукционной вакуумной печи выплавляли сплавы на основе железа, содержащие никель, кремний и бор. Разливку расплава производили на установке "Сириус 150/0.02М". Толщина полученной аморфной ленты составляла 20 - 25 мкм. Ленту сматывали в тороидальные магнитопроводы с наружным диаметром 32 мм, внутренним диаметром 20 мм и высотой 10 мм. Затем магнитопроводы отжигали при оптимальной температуре. В процессе отжига и охлаждения магнитопроводы находились в продольном магнитном поле, направленном вдоль магнитной силовой линии тороида, или в поперечном магнитном поле, направленном перпендикулярно торцевой поверхности магнитопровода. В таблице представлены результаты измерения коэффициента прямоугольности петли магнитного гистерезиса К_п = Br/B₈₀₀ после отжига в продольном

и поперечном магнитном поле H_┴, и магнитной индукции B₈₀₀. Из таблицы следует, что высокий коэффициент прямоугольности К_п > 0,8 после отжига в продольном магнитном поле и низкий коэффициент К_п < 0,1 после отжига в поперечном магнитном поле получены в сплавах N 3 и 4, имеющих достаточно высокую магнитную индукцию B₈₀₀.In order to obtain a magnetic circuit with increased sensitivity to heat treatment in a magnetic field and at the same time with high magnetic saturation induction, a magnetic circuit is proposed, made of a magnetically soft amorphous alloy containing iron, nickel, silicon and boron, twisted from a ribbon, characterized in that the alloy contains components at the following ratio: nickel 0.1 - 10.0, silicon 7.0 - 11.0, boron 10.0 - 16.0 at%, iron - the rest, and in the magnetic circuit Br / B ₈₀₀ more than 0.8, where Br - the residual magnetic flux density, B ₈₀₀ - the magnetic induction at Voltage nnosti magnetic field of 800 A / m. One of the variants of the magnetic circuit is a magnetic circuit in which Br / B ₈₀₀ <0.1
FIG. 1. Tape magnetic circuit in a longitudinal magnetic field

and transverse magnetic field H _┴ .
Examples. Iron-based alloys containing nickel, silicon, and boron were smelted in an induction vacuum furnace. The melt was cast on the Sirius 150 / 0.02M installation. The thickness of the obtained amorphous tape was 20–25 μm. The tape was wound into toroidal magnetic cores with an outer diameter of 32 mm, an inner diameter of 20 mm, and a height of 10 mm. Then the magnetic cores were annealed at the optimum temperature. During annealing and cooling, the magnetic cores were in a longitudinal magnetic field directed along the magnetic field line of the toroid, or in a transverse magnetic field directed perpendicular to the end surface of the magnetic circuit. The table shows the results of measuring the coefficient of squareness of the magnetic hysteresis loop K _p = Br / B ₈₀₀ after annealing in longitudinal

and a transverse magnetic field H _┴ , and magnetic induction B ₈₀₀ . The table shows that a high coefficient of rectangularity K _p > 0.8 after annealing in a longitudinal magnetic field and a low coefficient K _p <0.1 after annealing in a transverse magnetic field were obtained in alloys N 3 and 4 having a sufficiently high magnetic induction B ₈₀₀ .

Источники информации
1. Патент Великобритании N 2038358, C 22 C 38/02, 1980.Sources of information
1. British patent N 2038358, C 22 C 38/02, 1980.

2. Патент США N 4300950, C 22 C 38/02, 1981. 2. U.S. Patent No. 4,300,950, C 22 C 38/02, 1981.

3. Патент США B 4385932, C 22 C 3З/00, 1983. 3. US patent B 4385932, C 22 C 3Z / 00, 1983.

Claims (2)

1. Магнитопровод, выполненный витым из ленты магнитомягкого аморфного сплава, содержащего железо, никель, кремний и бор, отличающийся тем, что сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%:
Никель - 0,1 - 10,0
Кремний - 7,0 - 11,0
Бор - 11,0 - 16,0
Железо - Остальное
а в магнитопроводе B_r/B₈₀₀ больше 0,8, где В_r - остаточная магнитная индукция, B₈₀₀ - магнитная индукция при напряженности магнитного поля 800 А/м.1. The magnetic circuit, made of twisted from a tape magnetically soft amorphous alloy containing iron, nickel, silicon and boron, characterized in that the alloy contains components in the following ratio, at.%:
Nickel - 0.1 - 10.0
Silicon - 7.0 - 11.0
Boron - 11.0 - 16.0
Iron - Else
and in the magnetic circuit B _r / B _{800 is} greater than 0.8, where B _r is the residual magnetic induction, B ₈₀₀ is the magnetic induction at a magnetic field of 800 A / m. 2. Магнитопровод, выполненный витым из ленты магнитомягкого аморфного сплава, содержащего железо, никель, кремний и бор, отличающийся тем, что сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%:
Никель - 0,1 - 10,0
Кремний - 7,0 - 11,0
Бор - 11,0 - 16,0
Железо - Остальное
а в магнитопроводе B_r/B₈₀₀ меньше 0,1, где B_r - остаточная магнитная индукция, B₈₀₀ - магнитная индукция при напряженности магнитного поля 800 А/м.2. A magnetic core made of a magnetically soft amorphous alloy twisted from a ribbon containing iron, nickel, silicon and boron, characterized in that the alloy contains components in the following ratio, at.%:
Nickel - 0.1 - 10.0
Silicon - 7.0 - 11.0
Boron - 11.0 - 16.0
Iron - Else
and in the magnetic circuit, B _r / B _{800 is} less than 0.1, where B _r is the residual magnetic induction, B ₈₀₀ is the magnetic induction at a magnetic field of 800 A / m.

Images