Магнитопровод универсальной электрической машины

разных марок электротехнических сталей, используемой в магнитопроводе электрических машин, например, для стали марки 3423 толщиной 0,08 мм, стали 3423 толщиной 0,15 мм, стали 2212 толщиной 0,5, намного превышает 20 Вт/кг. Поэтому, например, в универсальных электрических машинах, магнитопровод которых выполнен из магнитомягкого материала в виде пластин электротехнической стали толщиной 0,5мм (стандарт для 50 Гц), нельзя использовать питающее напряжение с частотой колебаний выше 10ОГц, так как оно наводит ток в обмотках электрической машины с частотой колебаний выше 100Гц, который, в свою очередь, наводит магнитное поле в магнитопроводе с напряженностью, частота колебаний которой также превышает 100 Гц, что приводит к потерям мощности в магнитопроводе выше допустимых, а, следовательно, к перегреву и выходу из строя электрической машины. В настоящее время в качестве материала для магнитопровода универсальной электрической машины с диапазоном вращения вала до 10 000 об/мин, используются пластины электротехнической стали толщиной от 0,08 мм до 0,3 мм. Такая толщина позволяет работать универсальной машине при токе в обмотках с частотой колебаний до 400 Гц. Таким образом невозможно использовать универсальную электрическую машину с магнитопроводом из стандартной электротехнической стали при частоте колебаний тока выше 1 кГц из-за больших потерь мощности в магнитопроводе. Так же известно, что время между переключениями фазных обмоток якоря, принадлежащих разным фазам, соответствует скорости вращения универсальной электрической машины. Если время переключения больше 2 мс, то значит скорость вращения меньше 10000 об/мин.
Известно, что мощность преобразования электродвигателя зависит от ЭДС, наводимой в обмотках якоря, которая имеет зависимость:
ЭДС  (1),
где: В - амплитуда магнитной индукции,
f - частота колебаний магнитной индукции,
к - постоянный коэффициент, зависящий от исполнения электрической машины.
Видно, что наилучшее использование электрической машины соответствует наибольшему значению произведения В на f. Введем понятие «показатель ДС использования, который вычисляется по формуле:
Тогда, для частоты использования 50 Гц и амплитуды магнитной индукции 2 Тл показатель ДС использования будет равен:  . Для частоты 400 Гц и амплитуды магнитной индукции 0,5 Тл ДС  0, . То есть, увеличение частоты колебаний компенсирует уменьшение амплитуды магнитной индукции в магнитопроводе электрической машины. Например, для стали марки 3423 наилучший ДС будет равен 1, ТлТц.
В основу настоящей полезной модели положена задача разработать магнитопровод универсальной электрической машины, который за счет выбора материала, из которого он изготовлен, его формы и конструктивных размеров обеспечивал бы работу универсальной электрической машине с токами в обмотках с частотой колебаний свыше 1 кГц
Поставленная задача решается тем, что магнитопровод универсальной электрической машины, согласно полезной модели, выполнен из магнитомягкого материала с коэрцитивной силой менее 20А/м, с удельными магнитными потерями менее 20 Вт/кг для показателя использования магнитопровода, представляющего собой произведение частоты колебаний и амплитуды магнитной индукции, выше 1 .
Магнитопровод может быть выполнен из ленты или пластин толщиной менее 80 мкм из магнитомягких материалов таких, как, например: сплав с аморфной структурой, например 82К23СР; сплав с нанокристаллической структурой, например 10НСР; сплав анизотропной электротехнической стали, например 7233, 7122.
Магнитопровод может быть выполнен из порошка с диаметром частиц менее 80 мкм, полученный путем спекания или прессования из магнитомягких металлокерамических материалов; композиционных порошковых материалов, изготовляемых методами порошковой металлургии.
Магнитопровод может быть выполнен из магнитомягких ферритов.
В дальнейшем предлагаемая полезная модель поясняется конкретными примерами ее выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 изображает магнитопровод якоря, выполненный из пластин;
фиг.2 - магнитопровод из феррита или из порошкового сплава;
фиг.З - график зависимости максимальной магнитной индукции от напряженности для разных частот для магнитомягкого материала, например ленты толщиной 25 мкм с нанокристаллической структурой марки ГМ412В.
На фиг.1 представлен магнитопровод 1, выполненный из пластин 2 толщиной менее 80 мкм из магнитомягких материалов таких, как, например: сплав с аморфной структурой, например 82К23СР; сплав с нанокристаллической структурой, например 10НСР; сплав анизотропной электротехнической стали, например 7233, 7122.
Как показано на фиг.2, магнитопровод 1 может быть выполнен из порошка с диаметром частиц менее 80 мкм, полученный путем спекания или прессования из магнитомягких металлокерамических материалов; композиционных порошковых материалов, изготовляемых методами порошковой металлурги.
И в том, и в другом случае магнитопровод 1 может быть выполнен из магнитомягких ферритов.
На фиг.З представлен фафик зависимости максимальной магнитной индукции от напряженности для разных частот для магнитопровода из магнитомягкого материала в виде ленты толщиной 25 мкм с нанокристаллической структурой марки ГМ412В.
Характеристики некоторых магнитомягких материалов приведены в таблице 2
Таблица 2
Как видно, показатель использования у таких магнитомягких материалов намного превышает 1 , так у сплава 10НСР он равен 6 , а у ГМ 412В равен 16 . Применение таких магнитомягких материалов для магнитопровода электрической машины позволяет использовать ее на частотах питающего тока выше 1 кГц, при этом удельные магнитные потери на перемагничивание не превышают 20Вт/кг, а показатель использования превышает .
При этом появляется возможность использовать универсальную электрическую машину с током, частота колебаний которого превышает 1кГц, без снижения её КПД. Благодаря этому расширяется диапазон использования универсальной электрической машины. Верхний предел частоты использования определяется в зависимости от поставленной задачи - 300 кГц - по применяемым электронным компонентам (микросхемы, транзисторы) или 200 кГц по магнитным материалам, известным на данный момент.
Например, универсальная электрическая машина с магнитопроводом, выполненным из материала, согласно настоящей полезной модели, для частоты питающего напряжения в 40 кГц, например из ленты аморфного сплава марки 84КХСР толщиной 25 мкм будет иметь КПД такой же, как и при частоте колебаний напряженности магнитного поля 50 Гц.
Выполнение магнитопровода из предлагаемого материала обеспечивает:
-одинаковый КПД в большом диапазоне частот питающего напряжения;
-расширение диапазона частоты колебаний питающего напряжения.
и
..ooi-bVT