一种三相电抗器用高密度软磁复合材料芯柱的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种三相电抗器用高密度软磁复合材料芯柱的制备方法，属于磁性材料技术领域。制备操作为：将颗粒粒径为50～180μm的气雾化铁硅磁粉与颗粒粒径为10～30μm的破碎铁硅铝磁粉按照一定比例进行混合，对混合后的磁粉进行绝缘，然后经三步热压法成形，再进行粘结与烘烤处理，得到用于三相电抗器的高密度软磁复合材料芯柱。采用此方法制备的高密度软磁复合材料芯柱相较于原材质的压制密度提升了6%以上，且采用本发明专利技术芯柱制成的三相电抗器相较于常规硅钢芯柱的三相电抗器，损耗降低了6.6%以上，噪音降低了7dB以上。本发明专利技术通过磁粉选择、粒径级配、以及三步热压的方式明显提升了软磁复合材料芯柱的密度，显著降低了相应电抗器的噪音与损耗。抗器的噪音与损耗。抗器的噪音与损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种三相电抗器用高密度软磁复合材料芯柱的制备方法


[0001]本专利技术属于磁性材料
，具体涉及一种三相电抗器用高密度软磁复合材料芯柱的制备方法。

技术介绍

[0002]三相电抗器作为电力系统中重要的电力元件，在功率因数校正、电流纹波抑制以及电磁噪音抑制等方面发挥着重要作用，能使电力系统运行的更加稳定、高效。三相电抗器一般包括铁心和线圈，铁心由上轭、下轭以及位于上轭与下轭之间的三只芯柱组成，线圈绕制在芯柱上。用于电网的常见的三相电抗器上轭、下轭及芯柱材质基本都为硅钢片，在实际应用中常出现噪音大、损耗高等问题。
[0003]软磁复合材料以其优异的性能被广泛应用于各种电力电子装备，其中气雾化铁硅软磁复合材料与破碎铁硅铝软磁复合材料是目前最常用的两种，两种材料的磁致伸缩系数接近于零，有助于降低电力电子装备的噪音，但破碎铁硅铝软磁复合材料的抗饱和性能较差，完全替代硅钢用作三相电抗器的芯柱会导致整体性能下降。气雾化铁硅软磁复合材料的抗饱和性能虽好，但损耗较高，完全代替硅钢用作三相电抗器的芯柱会导致整体损耗增大。所以根据三相电抗器实际工作参数，可以选择将气雾化铁硅与破碎铁硅铝粉末按照一定比例进行混合，既有利于降低损耗，还有利于降低噪音。软磁复合材料因为具有很高的电阻率，其在低频大功率应用条件下的高损耗主要由磁滞损耗所引起，所以要降低软磁复合材料的损耗，需要有效降低软磁复合材料的磁滞损耗，这就需要降低软磁复合材料内部的有效退磁场。为了达到这个目的，可以通过两个途径来实现，一是选用较大的磁粉颗粒尺寸以实现较小的磁粉内部的退磁场，二是改进制备工艺实现较高的软磁复合材料密度以实现较小的结构退磁场。第一个途径在设计磁粉配方时通过选择较粗的磁粉颗粒尺寸易于实现，但第二个途径在目前普遍采用的软磁复合材料磁粉粒度配比下，通过常规的冷压或温压工艺很难实现密度的大幅提升，因此是目前急需改善的工艺难点。

技术实现思路

[0004]为了在保证电抗器基本性能参数的前提下，在一定程度上解决硅钢芯柱带来的三相电抗器噪音大、损耗高等问题，本专利技术提供一种三相电抗器用高密度软磁复合材料芯柱的制备方法。
[0005]一种三相电抗器用高密度软磁复合材料芯柱的制备操作步骤如下：（1）制备待成形磁粉将600～800g气雾化铁硅磁粉和200～400g破碎铁硅铝磁粉混合均匀，得到混合磁粉；将1000g混合磁粉加入到300g浓度98%的乙醇溶液中均匀搅拌，加入10～50g磷酸，充分反应10～30min，并在100℃加热烘干；过80目筛网，得到复合粉末；所述气雾化铁硅磁粉的颗粒粒径为50～180μm,中位粒径85μm；所述破碎铁硅铝磁粉的颗粒粒径为5～30μm,中位粒径14μm；
（2）热压成形将所述复合粉末在热压条件下，压制成热压条块；（3）粘结将十八块热压条块排列成长方体柱状的芯柱，并用环氧树脂胶粘结固定；130～170℃条件下烘烤30~60min，制得高密度软磁复合材料芯柱；所述高密度软磁复合材料芯柱的压制密度为7.10～7.28g/cm3，使用所述高密度软磁复合材料芯柱的三相电抗器的测试损耗为251～272W，噪音为36～44dB。
[0006]进一步的技术方案如下：所述步骤（2）中，热压条块的尺寸为80mm
×
30mm
×
18mm。
[0007]所述步骤（2）中，热压成形分三步，第一步控制温度为200～300℃，压制压强为900～1100MPa，保压时间为3min；第二步升温至400～500℃，压制压强为1300～1500MPa，保压时间为5min；第三步继续升温至700～800℃，压制压强为1800～2000MPa，保压时间为8min。
[0008]本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：（1）本专利技术针对气雾化铁硅粉末，选择显著粗于现有常规软磁复合材料用铁硅粉末（常规粒径范围约5～70μm，中位粒径约20～30μm）的粒度（本专利技术粒径范围50～180μm，中位粒径 85μm）；同时针对破碎铁硅铝粉末，又选择了显著细于现有常规软磁复合材料用铁硅铝粉末（常规粒径范围约10～110μm，中位粒径约55～65μm）的粒度（本专利技术粒径范围约5～30μm，中位粒径14μm）。将两种粉末按照一定比例进行混合，铁硅磁粉占比为60～80%。这样的磁粉配方设计有三个有益效果：
①
铁硅磁粉为主，可以有效保证软磁复合材料具有良好的抗饱和能力；
②
铁硅粉末较粗可以有效降低磁粉内部的退磁场；
③
占比较高的铁硅粗粉密堆积形成骨架结构，破碎铁硅铝细粉填充在铁硅粗粉颗粒之间的空隙中，可以有效提升软磁复合材料的密度，从而实现软磁复合材料内部结构退磁场的大幅降低。可见，该配方设计可以实现软磁复合材料常用磁粉配方无法解决的大幅降低有效退磁场的目的，同时还能保证软磁复合材料具有一定的抗饱和能力。
[0009]（2）本专利技术通过三步热压的方式，将软磁复合材料的密度进一步大幅提高，较常规冷压或温压软磁复合材料（按本专利技术气雾化铁硅粉末与破碎铁硅铝粉末的配比，常规工艺所制备的软磁复合材料密度约6.5～6.7g/cm3）的密度提升6%以上，进一步降低了软磁复合材料内部的有效退磁场，从而实现软磁复合材料的磁滞损耗和总损耗的有效降低。
[0010]（3）本专利技术采用近零磁致伸缩的软磁复合材料作为三相电抗器的芯柱，可以有效降低硅钢三相电抗器的噪音与损耗。将采用本专利技术软磁复合材料芯柱的三相电抗器与采用硅钢芯柱的同规格三相电抗器相比，在保证三相电抗器上轭、下轭与线圈以及测试条件一致的情况下，硅钢三相电抗器的噪音和损耗分别为51dB和290W，而软磁复合材料芯柱的三相电抗器的噪音和损耗分别下降为36～44dB和251～272W。
[0011]可见，用本专利技术软磁复合材料替代硅钢作为三相电抗器的芯柱，噪音降低7dB以上，损耗降低6.6%以上。
附图说明
[0012]图1为三相电抗器的芯柱的结构示意图。
具体实施方式
[0013]下面结合实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。
[0014]实施例1一种三相电抗器的高密度软磁复合材料芯柱的制备操作步骤如下：（1）制备待成形磁粉将600g颗粒粒径为50～180μm的气雾化铁硅磁粉和400g颗粒粒径为5～30μm的破碎铁硅铝磁粉混合均匀，得到混合磁粉；将混合磁粉加入到300g浓度98%乙醇溶液中搅拌均匀，并加入10g磷酸，充分反应10min，并在100℃进行烘干；过80目筛网，得到复合粉末；（2）热压成形将所得复合粉末装入模具中压制，同时升温。第一步在200℃恒温，压制压强为900MPa，保压3min；第二步在400℃恒温，压制压强为1300MPa，保压5min；第三步在700℃恒温，压制压强为1800MPa，保压8min，压制成尺寸为80mm
×
30mm
×
18mm的热压条块；（3）粘结参见图1，将十八块热压条块排列成长方体柱状的芯柱，并用环氧树脂胶粘结固定；同时制作三只芯柱，在1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相电抗器的高密度软磁复合材料芯柱的制备方法，其特征在于操作步骤如下：（1）制备待成形磁粉将600～800g气雾化铁硅磁粉和200～400g破碎铁硅铝磁粉混合均匀，得到混合磁粉；将1000g混合磁粉加入到300g浓度98%的乙醇溶液中均匀搅拌，加入10～50g磷酸，充分反应10～30min，并在100℃加热烘干；过80目筛网，得到复合粉末；所述气雾化铁硅磁粉的颗粒粒径为50～180μm，中位粒径85μm；所述破碎铁硅铝磁粉的颗粒粒径为5～30μm，中位粒径14μm；（2）热压成形将所述复合粉末在热压条件下，压制成热压条块；（3）粘结将十八块热压条块排列成长方体柱状的芯柱，并用环氧树脂胶粘结固定；130～170℃条件下烘烤30~60min，制得高密度软磁复合材料芯柱；所述高密度软磁复合材料芯柱的压制密度为7....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涛涛，杨富尧，吴鹏，张博玮，邹中秋，马剑，刘洋，韩钰，吴益明，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：