Многие индукционные нагреватели содержат магнитопроводы,
которые при частотах ниже 1000 Гц изготовляются из
листов электротехнической стали, а при радиочастотах из
ферритов. Основное назначение магнитопроводов в
относительно длинных системах «индуктор –заготовка» -
экранирование элементов установки и обслуживающего
персонала от электромагнитного поля и обеспечение
жесткости крепления витков индуктора. В коротких
системах (длина индуктора много меньше диаметра)
применение магнитопроводов дополнительно позволяет
повысить КПД и коэффициент мощности индукционных
установок.
Сложность изготовления магнитопроводов из листов
электротехнической стали и ферритов, высокие
трудозатраты при этом определяют перспективность
конструирования индукторов с магнитопроводами из
магнитодиэлектриков.
Для изготовления различных индукторов с магнитопроводами
из магнитодиэлектриков используются различные
порошкообразные ферромагнитные материалы и связующие. В
качестве ферромагнитных материалов могут использоваться
железный порошек, ферритовый порошек различных марок,
ферромагнитные порошкообразные отходы различных
производств [1-3].
В качестве связующего могут быть использованы различные
эпоксидные компаунды, холоднотвердеющие фосфатные
связующие, алюмо-хромо-фосфатные связующие и т.п.
В зависимости от назначения индукторов, условий их
эксплуатации и предявляемым к ним техническим и
экономическим требованиям, они могут быть изготовленны
методом свободного лиья, литьем с вакуумированием,
литьем и отверждением в магнитном поле самого индуктора,
ручной формовкой, формовкой прессованием, формовкой под
вибрацией и др.
Для конструирования большинства индукторов индукционных
нагревательных и закалочных установок с магнитопроводами
из магнитодиэлектриков, перспективно применение железных
и ферритовых порошков с высокой магнитной проницаемостью
и эпоксидных компаундов в качестве связующего[1-5].
Условия работы индукционных нагревателей характеризуются
наличием высокого напряжения на индукторе, воздействие
на них повышенных значений температуры, влажности,
давлений, вибраций, ударов, агрессивных сред. При этом
электрические и механические характеристики индуктора
должны иметь высокую стабильность и полностью
соответствовать заданным требованиям для широкого
диапазона частот и напряжений, мощностей и действующих
нагрузок.
Соответствие магнитопроводов из магнитодиэлектриков этим
требованиям в значительной мере определяется свойствами
магнитных материалов и связующих, используемых при
разработке таких индукторов. Среди указанных материалов,
обладающих хорошими электромагнитными свойствами,
повышенной стабильностью в условиях эксплуатации,
имеющих хорошую обрабатываемость резанием и низкую
стоимость, необходимо отметить магнитодиэлектрики на
основе железного порошка типа ПЖС ( ГОСТ 9849-86 ) со
связующим компаундом К153 с отвердителем ПЭПА (
полиэтиленполиамин) в соотношении 10:1. Магнитопровод
такого инуктора, полученный методом свободного литья
(соотношение железного порошка к эпоксидному компаунду
по массе 3:1), имеет магнитную проницаемость равную
6,31.
Для улучшения диэлектрических свойств магнитодиэлектрика,
располагающегося непосредственно на трубке индуктора
питающегося от высокого напряжения, на поверхность
железного порошка необходимо нанести электроизоляционный
слой. Изоляционный слой может быть нанесен окислением
поверхности частиц железного порошка нагревом,
механическим перемешиванием с изоляционным материалом
(водным раствором жидкого стекла), химическим методом (фосфотированием
в растворе ортофосфорной кислоты) и т.п.
Окисление железного порошка в электрической печи
сопротивления приводит к уменьшению магнитной
проницаемости магнитодиэлектрика до 4,58, однако из-за
более гладкой поверхности окисленных частиц железного
порошка его наполнение в эпоксидной смоле можно
увеличить (до соотношения 4:1) и тем самым увеличить
магнитную проницаемость до 5,78.
Фосфотирование феррочастиц обеспечивает высокие
электроизоляционные свойства магнитодиэлектрика, однако
с ухудшением его магнитных свойств.
Наиболее перспективно нанесение изоляции жидкого стекла
механическим перемешиванием. Литейные свойства
магнитодиэлектрика при этом улучшаются, магнитную
проницаемость удается поднять до 7,25.
Применение железных порошков мелкой или крупной фракции
ограничивается количеством набивки ферромагнетика и
связующего, либо неравномерным распределением
феррочастиц по высоте магнитодиэлектрика.
Применение различных ферритовых порошков для
изготовления индукторов с магнитопроводами из
магнитодиэлектриков, значительно улучшает их
эксплуатационные и энергетические характеристики [2-3].
Однако, они имеют более высокую стоимость. Наибольшее
применение они находят для изготовления различных
закалочных индукторов.
Изготавливаемые и поставляемые нами индуктора с
магнитопроводами из различных магнитодиэлектриков
эффективно работают и эксплуатируютяся на различных
предприятиях. Примеры некоторых изготавливаемых нами
индукторов приведены на фотографиях рис.1.
Существеным повышением эффективности проектируемых и
поставляемых нами индукторов с магнитопроводами из
магнитодиэлектриков, получаемых методом свободного
литья, достигается их отверждением в магнитном поле
самого индуктора. Для этих целей нами изготавливаются и
поставляются специальные тиристорные преобразователи
частоты малой мощности. Распределение магнитных частиц
магнитодиэлектриков в характерном магнитном поле для
данной конструкции индуктора и их отверждение в нем,
существенно повышают эффективность индукторов.
Коэффициент полезного действия индукторов при этом
увеличивается до 10-30 % от исходных значений,
экранирующие свойства улучшаются до 10-50 %.
Другим направлением изготовления магнитопроводов для
индукторов, является их комбинированное проектирование
из листов электротехнической стали и литьевых
магнитодиэлектриков [1]. Изготовление магнитопроводов
комбинированными, в замен набранных и шихтованных из
листов электротехнической стали, в некоторых случаях
определяется тем, что магнитный поток по сечению пакетов
магнитопровода распределяется не равномерно и материал
магнитопровода расходуется не рационально [6]. |