常用磁性材料在弧焊电源中的应用

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：现代弧焊电源中变压器、电抗器铁心常用的磁性材料有硅钢片、铁氧体、非晶合金、微晶合金等。目前，逆变弧焊电源中采用铁氧体磁性材料的形状有E形、U形、矩形和环形等。非晶合金和微晶合金磁性材料的工作频率为20～50kHz，完全满足目前逆变弧焊电源对磁性材料的要求，因此，目前在逆变弧焊电源中得到了应用。图3-10是微晶合金磁性材料的示例。

现代弧焊电源中变压器、电抗器铁心常用的磁性材料有硅钢片、铁氧体、非晶合金、微晶合金等。表3-1列出了常用磁性材料的基本特性参数及主要磁性能。

表3-1 常用磁性材料的基本特性参数及主要磁性能

1.硅钢片磁性材料

硅钢片是一种含硅的合金材料，又称电工钢片。一般含硅量越高，硅钢的磁感应强度就越高。硅钢可分为热轧硅钢和冷轧硅钢。热轧硅钢由于其可利用率低，能量损耗大，逐渐被淘汰。冷轧硅钢又分为冷轧取向硅钢和冷轧无取向硅钢。变压器铁心主要选用冷轧取向硅钢片。

硅钢片的特点是饱和磁感应强度高、居里温度高、成本低、可以冲片、切割加工等，但是硅钢片的电阻率低、高频损耗大，一般使用频率不超过400Hz，在低频、大功率下最为适用。弧焊变压器、现代弧焊整流电源中的变压器、电抗器等铁心一般都采用冷轧硅钢片。

常用的硅钢片带材的厚度为0.2～0.5mm，可以采用冲压方法，将硅钢片制成E型或条形，经过叠片组装，制作成口字形或日字形变压器铁心形式，图3-8为硅钢片及变压器铁心示例。

图3-8 硅钢片及变压器铁心

a）E字形和一字形硅钢片 b）一字形硅钢片叠成的口字形铁心 c）一字形硅钢片叠成日字形铁心

薄或超薄硅钢片单片厚度可以达到0.1～0.2mm，变压器的工作频率可以达到400Hz到几kHz。随着硅钢片厚度减少，高频损耗减小，但加工成薄片困难，成本增加较多，晶闸管逆变弧焊电源中变压器工作频率比较低，可以选用超薄硅钢片，而其他逆变弧焊电源中变压器工作频率比较高，很少使用硅钢片。

2.铁氧体磁性材料

铁氧体是铁和其他金属元素构成的复合氧化物，化学分子式为MeFe₂O₃，其中，Me表示一种或几种2价的过渡金属离子，如锰、镍、锌、钴、铜、镁等，铁氧体由这些金属化合物的混合物烧结而成。

与硅钢片相比，铁氧体的饱和磁感应强度低、居里温度低、力学性能脆、易裂易碎，特别是加工成为大规格的铁氧体时，成品率低，成本较高；但是铁氧体具有很高的电阻率，能够有效抑制涡流产生，高频损耗小，工作频率高，因此多用于小功率逆变弧焊电源的变压器与电抗器中。

目前，逆变弧焊电源中采用铁氧体磁性材料的形状有E形、U形、矩形和环形等。瑞典EASB公司生产的LHL315逆变弧焊电源使用的是E形磁心，美国LINCON公司生产的V300系列、芬兰KEMPPI公司生产的MASTER350系列逆变弧焊电源采用的是矩形磁心。图3-9所示是铁氧体磁性材料形状示例。

3.非晶合金和微晶合金磁性材料

非晶合金磁性材料是以铁、钴、镍等第一过渡族元素为基，加入其他类金属（P、B、Si等易形成非晶的元素），高温熔化后，采用了超急冷凝固技术（冷却速度＞10⁵℃/s），从钢液到薄带成品一次成形，得到的长程无序，短程有序，没有晶粒、晶界存在的玻璃态合金，称之为非晶合金。非晶合金具有许多独特的性能，包括优异的磁性能。

非晶态合金经热处理可以得到微晶合金。微晶合金具有优异的磁性能，某些磁性能比非晶合金还有所提高。

图3-9 铁氧体磁性材料

a）环形 b）E形 c）U形

由表3-1可见，非晶合金和微晶合金磁性材料的饱和磁感应强度较高，居里温度较高，电阻率是硅钢片2～3倍以上，尤其是其矫顽力很小，铁损低。非晶合金和微晶合金磁性材料的工作频率为20～50kHz，完全满足目前逆变弧焊电源对磁性材料的要求，因此，目前在逆变弧焊电源中得到了应用。但目前该类磁性材料的成本还偏高。

图3-10是微晶合金磁性材料的示例。

图3-10 微晶合金磁性材料

a）带材 b）U形 c）环形

常用磁性材料在弧焊电源中的应用

相关推荐