 |
||||||||||||
|
||||||||||||
Высокоэнергетические постоянные магниты (намагничивание и контроль)
На основании расчета процесса намагничивания постоянных магнитов (ПМ) из редкоземельных материалов (РЗМ), а также многочисленных экспериментальных исследований было разработано специальное технологическое оборудование для намагничивания редкоземельных постоянных магнитов в составе роторов двигателей 5ДВМ.
Следует отметить, что за последние 10-20 лет появилось большое разнообразие марок ПМ из РЗМ на основе соединения SmCo5, Sm2Co17, и N2Fe14B, которые имеют значение энергетического произведения (ВН)мах до 350 кДж/м^3 и более, значение остаточной индукции Вr в пределах от 0,7 до 1,3 Тл и более, коэрцитивной силы по намагниченности Нсм в пределах 1000 - 2000 кА/м и более. Уровень напряженности магнитного поля, требуемого для их намагничивания довольно высок и находится в интервале Н = 3200 - 4000 кА/м, а иногда и выше. Указанный уровень поля трудно достичь в устройствах стационарного магнитного поля. Например, мощные электромагниты для получения постоянного магнитного поля напряженностью 30 - 50 кЭ имеют вес десятки тонн, потребляемую мощность десятки и сотни киловатт и охлаждаются циркулирующей водой. Применением же импульсных намагничивающих установок, способных накапливать энергию с помощью конденсаторной батареи можно достаточно легко достичь большего уровня напряженности магнитного поля.
Достигаемая напряженность импульсного магнитного поля в соленоидах находится на уровне десятков тысяч килоампер на метр (при пересчете на индукцию импульсного магнитного поля - до десяти Тесла).
С конца 70-х - начала 80-х г.г. прошедшего столетия авторским коллективом разрабатываются установки импульсного поля и проводятся исследования процессов импульсного намагничивания редкоземельных ПМ. Новая установка УИН-3000 разработана специально для обеспечения производства двигателей 5ДВМ и комплектуется индукторными системами в зависимости от габарита двигателя, подлежащего намагничиванию.
В зависимости от назначения и величины коммутируемых импульсных токов, в качестве коммутирующего разрядника может применяться игнитрон (например, марки ИРТ-6) или силовой тиристор (например, марки Т173). Установка типа УИН-3000 весьма экономична (потребляет не более 2 кВт при заряде накопителя), проста в обслуживании, надежна и относительно недорога.
Современные установки импульсного намагничивания (например, типа УИН-2000М), также разработанные авторским коллективом в обеспечение производства двигателей 5ДВМ имеют систему управления на базе микроконтроллера. Такое решение позволяет использовать их не только в ручном, но и в автоматическом режиме при подключении персонального компьютера.
По массогабаритным характеристикам эти установки значительно лучше известных зарубежных аналогов (LDJ, США; Magnet Phisik, Германия). Характеристики установок УИН-3000 и УИН-2000М приведены в таблице.
Линейная зависимость импульсного магнитного поля от напряжения заряда позволяет относительно легко определить требуемый уровень поля для технического насыщения ПМ. Однако с увеличением числа пар полюсов, а также габаритов роторов конструкция индукторов имеет более сложную форму и они изготавливаются с применением магнитопровода.
При намагничивании многополюсных МС больших размеров и крупных ПМ эффективнее использовать многовитковые индукторы с магнитопроводом из электротехнической стали.
В процессе освоения производства вентильных электродвигателей относительно крупных габаритов требовалось разработать технологию намагничивания больших роторов с редкоземельными ПМ. Диаметр роторов при этом достигает 110 мм, а длина до 300 мм. При применении индукторных систем соответствующих размеров трудно получить импульсное магнитное поле сложной конфигурации и напряженностью требуемой амплитуды из-за больших полей рассеяния. Для получения требуемой величины поля при намагничивании крупногабаритных роторов были разработаны специальные индукторные системы с магнитопроводом сокращенной длины, в которых намагничивание МС производится по участкам, с поэтапным перемещением ротора через рабочую зону. Такая конструкция индукторных систем применяется при намагничивании, например, роторов вентильных электродвигателей типа 5ДВМ165, 5ДВМ215 и 5ДВМ300.
Индукторная система для намагничивания по участкам ротора электродвигателя 5ДВМ215.
Намагничивание ротора более эффективно с одновременным использованием нагрева. Оптимальная температура нагрева при "горячем" намагничивании ПМ из сплавов типа неодим-железо-бор - около 150 'С. Практика показала высокую эффективность такого способа намагничивания, позволяющую достичь технического насыщения ПМ независимо от предыстории намагничивания.
При производстве роторов с ПМ иногда требуется регулировать их намагниченность, чтобы обеспечить требуемые характеристики устройств или машин. Для этих целей разработана специальная установка частичного размагничивания УЧРМ.
В ряде случаев при применении в промышленных масштабах ПМ, требуется оценить основные параметры магнитов: остаточную индукцию Вr, коэрцитивную силу по намагниченности Нсм, коэрцитивную силу по индукции Hcв, энергетическое произведения (BH)max. Задача является особенно актуальной из-за заметного разброса параметров высокоэнергетических ПМ, поставляемых промышленными предприятиями. В связи с этим целесообразно использовать входной контроль поступающих в производство постоянных магнитов. Для этих целей применяется разработанное технологическое оборудование для контроля ПМ - коэрцитиметр ТКМГП-9, способный с высокой производительностью (40 - 60 операций в час) может контролировать гистерезисные характеристики готовых к применению постоянных магнитов.
Коэрцитиметр ТКМГП-9
Коэрцитиметр ТКМГП-9 включает в себя источник импульсного тока на базе намагничивающей установки УИН-3000, соленоид, индукционный датчик, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), блок интеграторов и ПК со специальным программным обеспечением. Контроль параметров происходит с использованием принципа разомкнутой магнитной цепи и импульсного двухполярного магнитного поля. Регистрирующая и обрабатывающая часть выполнены на базе микроконтроллера, в котором предусмотрена обработка информации по четырем каналам.
Программное обеспечение для коэрцитиметра разрабатывалось с учетом применения современных ПК. В настоящее время оно продолжает совершенствоваться параллельно с совершенствованием ПК и служит для построения кривой размагничивания ПМ, а также расчета значения Вr, Нсм, Hcв, (BH)max контролируемых ПМ.
В процессе возникновения двухполярного импульсного магнитного поля (длительностью около 20 мс) в рабочей зоне соленоида происходит сначала намагничивание, а затем размагничивание ПМ. Амплитуда и форма электрических сигналов, индуцированных в датчике в процессе перемещения ПМ и при разряде накопителя, зависят от свойств контролируемого магнита. Эти сигналы поступают сначала на регистрирующую и обрабатывающую часть, а затем на ПК, где происходит дальнейшая математическая обработка и графическое построение гистерезисных характеристик. На рисунке показан пример определения кривой размагничивания ПМ из РЗМ, выводимой на монитор ПК или печать.
Кривая размагничивания постоянного магнита из сплава неодим-железо-бор, полученная на установке ТКМГП-9.
При необходимости ПК также может выдавать численные данные контроля параметров ПМ. Необходимая точность контроля достигается путем испытания эталонных образцов ПМ.
В отличие от классического принципа, где процесс измерения параметров ПМ происходит в зазоре электромагнита (гистериографы) и используется принцип неполной замкнутой магнитной цепи, метод измерения в разомкнутой магнитной цепи, применяемsq в данном оборудовании имеет существенное преимущество. Отсутствие магнитопровода исключает эффект насыщения стали. Благодаря этому в процессе контроля обеспечивается полное размагничивание высокоэнергетических ПМ, следовательно, и основная часть петли гистерезиса - кривая размагничивания.
Отметим, что коэрцитиметр ТКМГП-9 является одним из незаменимых технологических средств при производстве вентильных электродвигателей с высокоэнергетическими ПМ и вместе с установками импульсного намагничивания типа УИН-2000 и УИН-3000 является составной частью технологического комплекса, обеспечивающего и входной контроль редкоземельных ПМ и качественное намагничивание роторов. Кроме того, коэрцитиметр может использоваться для входного контроля и других магнитотвердых материалов. Таким образом, описываемое оборудование способствует повышению качества также и других производимых электротехнических изделий с постоянными магнитами.
Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова | Кафедра ЭМТЭП | 2008 - 2015