Технология изготовления порошковых магнитопроводов электрических машин из разработанного ММК-материала

МЕТАЛЛУРГИЯ

УДК 621.762

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАГНИТОПРОВОДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ИЗ РАЗРАБОТАННОГО ММК-МАТЕРИАЛА

© 2013 г. Ю.Г. Дорофеев*, В.Н. Пустовойт**, В.О. Кривощеков*, К.И. Кривощекова*

*Южно-Российский государственный технический университет

**Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону

*South-Russian State Technical University

**Donskoy State Technical University, Rostov-on-Don

Рассмотрена технология изготовления магнитопроводов электрических машин из разработанного магнитно-мягкого композиционного материала. В лабораторных условиях проведены испытания данного магнитопровода и представлены его магнитные характеристики. Сделан вывод о возможности использования разработанного материала для производства магнитопроводов электрических машин малой мощности, работающих в переменных полях.

Ключевые слова: магнитно-мягкий композиционный материал; магнитная проницаемость; магнитная индукция; магнитные потери; магнитопровод; диэлектрик.

In article the manufacturing techniques of magnetic conductors of electric cars from the developed magnetically soft composite material are considered. Tests of this magnetic conductor are in vitro carried out and its magnetic characteristics are submitted. The conclusion is drawn on possibility of use of the developed material for production of magnetic conductors of electric cars of the low power working in variation fields.

Keywords: magnetic-soft composite material; magnetic permeability; magnetic induction; magnetic losses; magnetic conductor; dielectric.

Методы порошковой металлургии имеют значительные преимущества при создании композиционных сплавов, к которым относится большинство магнитных материалов. Это позволяет воспроизводить химический состав в очень узких пределах, дает возможность вводить в материал наполнители, изолирующие прослойки. Известно, что изготовление магнитно-мягких изделий трудоемко и связано со значительными потерями материала. Так, при существующей технологии штамповки листов магнитопровода 40 - 60 % электротехнической стали идет в отходы. Применение железных порошков позволяет изготавливать электромагнитные системы практически равноценные с выпускаемыми в настоящее время [1].

Основные требования для прессованных элементов магнитопровода должны быть:

- максимальные значения магнитной индукции В и магнитной проницаемости ц;

- минимальные удельные магнитные потери Руд;

- достаточная механическая прочность.

Для прессованных магнитопроводов элементов электродвигателей известно применение порошков железа марок ПЖВ2, ПЖВ4, полученных методом

восстановления, ПЖС, АВС 100.30 - распылением, Р-10 - карбонильным способом.

Все магнитные показатели прессованных изделий функционально связаны с их плотностью, которая, в свою очередь, определяется химическим составом и давлением прессования, а также зависит от структурных изменений кристаллов зерен (наклепа). Для получения высоких магнитных свойств требуется обеспечение максимальной плотности материала, а для снижения - удельных потерь, т. е. повышения быстродействия, создание между частицами железного порошка электроизоляционной прослойки минимальной толщины.

На кафедре «Материаловедение и технология материалов» ЮРГТУ (НПИ) более 50 лет ведутся работы по изучению и разработке новых магнитно-мягких материалов, в том числе ММК-материалов. Последним достижением стала разработка нового магнитно-мягкого композиционного материала на основе порошка железа марки АВС 100.30 с изолирующим неорганическим силикатсодержащим покрытием толщиной 150 - 200 нм (высокомодульный раствор силикатов К или № с модулем 2,8) [2, 3].

Рис. 1. Коллекторный электродвигатель УЛ 062: габаритные, установочные и присоединительные размеры

Технические характеристики электродвигателя УЛ 062

IНаименование параметров Значение параметров электродвигателей

Номинальная мощность. Вт 130 250

Напряжение. В.

переменного тока 127 220 127 220

постоянного тока |

¡Частота питающей сети. Гц 60

Потребляемый ток. А:

переменный 3,0 1.76 3,65 2,1

ПОСТОЯННЫЙ 2.75 1.1 3.6 1.В

Частота вращення. мин*' 5000±1ООО S000±1600

Номинальный вращающий момент. Н м 0.30

КПД. % so 66

cos j 0,83 0.S7

Масса кг Э.6

Также была разработана технология изготовления порошкового статора коллекторного двигателя переменного тока марки УЛ 062 (рис. 1). Этот электродвигатель применяется для привода различных механизмов и аппаратов в продолжительном режиме работы, в том числе для оборудования жизнеобеспечения в железнодорожном транспорте.

В таблице представлены технические характеристики электродвигателя УЛ 062.

Технология изготовления статора электродвигателя из ММК-материала включает следующие этапы:

1. Приготовление шихты. В железный порошок марки АВС100.30 добавляют высокомодульный раствор силиката № с модулем 2,8, образующий пленку за счет поверхностной адгезии. Компоненты тщательно перемешивают в естественных условиях электромеханической мешалкой в течение 10 -15 мин до полного высыхания порошка. Затем полученный

порошок просеивают через сито. После чего в него добавляли 0,5 % по массе неметаллсодержащей органической смазки Кепо1иЬе и вымешивали смесь в течение 30 мин.

2. Холодное прессование. В матрицу засыпается шихта. Для равномерного распределения плотности по сечению необходимо проводить двухстороннее прессование при давлении прессования 600 МПа.

3. Термическая обработка. Термообработку проводят в окислительной атмосфере для снятия внутренних напряжений в частицах порошка и восстановления кристаллической решетки при температурах 350 - 700 °С.

В данном случае дополнительная обработка не требуется, так как такого рода детали имеют большие допуски геометрических размеров, что упрощает технологию изготовления и уменьшает себестоимость детали.

На рис. 2 изображена 3£>-модель магнитопровода из ММК-материала.

Рис. 2. 3,0-модель статора электродвигателя, выполненного из ММК-материала

На магнитопровод наматывали намагничивающую и измерительную обмотки. Измерения магнитных характеристик магнитопровода проводили методом амперметра, вольтметра и ваттметра. Схема экспериментальной установки, изображена на рис. 3 и 4.

ческой прочности. В то же время технология изготовления данного материала намного проще и экологически чище, чем у аналогов.

Рис. 4 Схема для определения потерь на перемагничивание ваттметровым способом

И

450 400 350 300 250 200 150 100

о 1 -Р

^ 2

о ____^

¡О/

ж с i

г

.__

В, Тл

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

И, А/м

Рис. 5. Зависимость магнитной проницаемости ц (кривая 1) и магнитной индукции В (кривая 2) от напряженности магнитного поля Н статора из разработанного магнитно-мягкого материала

Wуд, Вт/кг

Рис. 3 Схемы для определения динамических характеристик по способу амперметра и вольтметра

Н, А/м

Рис. 6. Зависимость магнитных потерь Wyд от напряженности магнитного поля Н из разработанного магнитно-мягкого материала

Таким образом, разработанный ММК-материал по результатам лабораторных исследований имеет магнитные свойства на уровне зарубежных аналогов (рис. 5 и 6) и обладает необходимым запасом механи-

Результаты испытаний показывают, что по своим магнитным характеристикам разработанный материал не уступает зарубежным аналогам, в частности 8о-та1оу 500 фирмы Хёганес [4], и может использоваться

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

для производства магнитопроводов электрических машин малой мощности, работающих в переменных полях.

Литература

1. Панасюк О.А. Порошковые магнитомягкие материалы // Порошковые магнитные материалы. Киев, 1984. С. 90 - 110.

Поступила в редакцию

2. Дорофеев Ю.Г., Михайлов В.В., Кривощеков В.О. Порош-

ковый магнитно-мягкий материал для работы в переменных полях на основе железа // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2011. № 6.

3. Положительное решение на выдачу патента на изобретение (заявка №2011137731 от 13.09.2011).

4. Пат. РФ №2389099 от 10.05.2010, МПК Н0Ш/24. Магнитно-мягкие композиционные материалы.

23 января 2013 г.

Дорофеев Юрий Григорьевич - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Материаловедение и технология материалов», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635) 255-4-09.

Пустовойт Виктор Николаевич - доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Физическое и прикладное материаловедение», Донской государственный технический университет.

Кривощеков Валентин Олегович - аспирант кафедры «Материаловедение и технология материалов», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635) 255-4-09, (928) 957-76-55.

Кривощекова Кристина Игоревна - студентка кафедры «Материаловедение и технология материалов», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635) 255-4-09. E-mail: mitm2010@rambler.ru, valentin87novosh@mail.ru

Dorofeev Yuriy Grigorievich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Materials Science and Technology of Materials», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635) 255-4-09.

Pustovoyt Viktor Nikolayevich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Physical and Applied Materials Science», Don State Technical University.

Krivoshchekov Valentin Olegovich - post-graduate student, department «Materials Science and Technology of Materials», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635) 255-4-09. E-mail: mitm2010@rambler.ru, valentin87novosh@mail.ru

Krivoshchekova Kristina Igorevna - student, department «Materials Science and Technology of Materials», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635) 255-4-09.