Глава 3

МАТЕРИАЛЫ II ПРОВОДА ДЛЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Здесь рассматриваем провода и электротехнические материалы - магнитные (магнитомягкие) для сердечников и электроизоляционные для катушек.

3.1, Магнитные машехиалы

Основные сведения. Л1агиитные материалы применяют в виде листов или лент различной толщины - от 0,02 до 0,5 мм - в зависимости от частоты и назначения трансформатора (для высокочастотных т. м. м. еще в ниде прессованных сердечников). Для силовых т. м. м. чаще используются электротехнические стали: листовые - горячекатаная марок Э41-Э44 (собирательно Э4...) и холоднокатаная марок ЭЗЮ-Э360 (собирательно ЭЗ...) по ГОСТ 802-58- и рулонная - холоднокатаная тех же марок ЭЗ... по ГОСТ 9925-61. Для согласуютднх, импульсных (а при повышенной частоте иногда и для силовых т. м. м.) применяют также различные же1езоникелевые сплавы * по ГОСТ 10160-62 и прессованн?ле сердеч1шки.

Для этих т. м. м. важны такие характеристики материала, как магнитная проницаемость р. (в частности, начальная (Яц), се стабильность в диапазоне частот, а также удельные потерн в нем р. Желательна и возможность реализовать высокую магнитную индукцию В. Для силовых т. м. м. решающее значение имеют две последние характеристики. Удельные потери (на единицу веса) характеризуюгся величиной рг, взятой при некоторой фиксированной индукции Bi и данной частоте. Условия намагничивания характери-зую1ся иапрялецностью магнитного поля Н = Hi (в действующих значениях), взятой при тех же условиях.

* Их иногда называют также пермаллоями.

Подчеркиваем, что между величиной Н, определяемой на переменном токе, и обычной величиной напряженности Я=, снятой на постоянном токе баллистическим методом, существует очень большая разница (Я= > Я), возрастающая с ростом индукции. Длительное время в ГОСТ и ТУ на стали приводились только значения =, для практического же использования при проектировании т. м. м. прежде всего необходимы значения Н (см. § 5.2, 14.7). Теперь этот недостаток частично устранен и для рулонной стали марок ЭЗ... изготовитель гарантирует уже и значения Н (ТУМП 292-61). Ранее [261 мы приводили эти величины по своим данным.

Величину Н легко связать с удельной намагничивающей мощностью материала ро, ва/кг, также используемой в расчетах: *

Ро = 4,44/4 10-1, (3.1)

где Yc -удельный вес материала, г1см.

В соответствии с принятой теперь системой единиц СИ используем следующие единицы для магнитных характеристик: индукции В - тл (тесла), удельных потерь р - вт/кг, напряженности - а/см, проницаемости - о, е, (относительные единицы). Широко распространенную в практике единицу индукции гаусс [гс) легко пересчитать в единицу тесла по соотношениям 1 тл - 10 гс, 1 гс = 10 тл.

Общие свойства. Чем лучше материал, тем выше у него индукция насыщения Bs, а при датшх / и Bi меньше величины р[ и Hi и больше [л. Тем обычно ои и дороже. Все эти величины определяются сортом материала, его толщиной, значениями / и Sj, При прочих равных данных у желе-зоникелевых сплавов величины \\, значительно выше, а р и Н ниже, чем у сталей. То же у сталей ЭЗ,., по сравнению с 34.,., у сталей ЭЗ... выше и индукция В. Среди сплавов

* Здесь и далее мы пользуемся понятиями веса и удельного веса (а не массы), применяя н качестве единицы измерения для веса килограмм, грамм [кг, г), а не ньютон, как принято в системе СИ. Это сделано ради удобства ввиду широкого распространения такого подхода в технике и повседневной жизни. В частности, приходится учитывать, что все ГОСТы н нормали с исходными данными материалов, сердечников и т. д. используют указанные единицы измерений. Отказ от них в данной книге привел бы к лишним осложнениям. По тем же причинам использованы обозначения кг, г, а не кГ, Г.

у больпшиства величина В1 в 2-3 раза ниже, чем у сталей, у отдельных из них (50Н, ЗЗНКМС) приближается к сталям, а у кобальтового сплава 50КФА даже несколько выше. Все сплавы намного дороже сталей. Сталь ЭЗ... в рулонах (лентах) дороже, чем Э4..., а в листах даже несколько дешевле.

По совокупности свойств сейчас шире всего для т. м, м. (особенно силовых) применяют холоднокатаную текстуро-ванную сталь ЭЗ... (прежнее название ХВП). Она все энергичнее вытесняет горячекатаную сталь Э4... Размеры листов обычные, а стандартные ширины поставляемой лепты приведены в табл. П3.1. Размеры лент железоии-келевых сплавов укладываются в те же ряды, В табл. П3.2 даны и цены материалов.

Магнитные свойства. Т. м, м, применяют для широкого диапазона частот. Поэтому и свойства материалов необходимо знать в этом диапазоне. Приводим магнитные свойства различных отечественных сталей и сплавов при частоте 50 и 400 гц в табл. П3,3 и 1-50 кгц в табл, П3.4, Таблицы составлены по материалам ГОСТ, ТУ, литературных данных [90, 106, 1111 и наншх исследований. Эти свойства материалов полностью реализуются лишь у прессованных сердечников (см, ниже), У сталей и сплавов они неизбежно ухудшаются в процессе изготовления сердечников (§ 4.1 - 4,4), В частности, нотерн р возрастают в кфркр раз согласно выражениям (5,21)-(5.28), приведенным в § 5.2. Значения kp даны в табл. 14.3.

Для холоднокатаной стали свойства приведены в направлении текстуры. Эти свойства наиболее полно реализуются в ленточной конструкции сердечника (§ 2,2). Если же направление магнитного потока в сердечнике не совпадает с направлением текстуры, свойства резко ухудшаются. Наибольшее ухудшение наблюдается при угле несовпадения около 60°, ненамного лучше дело и при угле 90° (направление поперек проката). Особенно сильно, во много раз, падает величина р-. По нашим измерениям удельные потери р растут на 40-60%, иапряжеииость намагничивающего поля Н при индукции 1,5-1,7 тл - в 6-15 раз. Эти ухудшения надо учитывать при использовании, например, шихтованных сердечников. По зарубежным данным, ухудшения свойств еще значительнее.

Диаграмму свойств в зависимости от направлений магнитного потока приводим иа рис, 3,1 (данные для фраи-