Magnetické materiály používané pri výrobe elektrických zariadení

Na výrobu magnetických jadier v prístrojoch a prístrojoch sa používajú tieto feromagnetické materiály: technicky čisté železo, kvalitná uhlíková oceľ, sivá liatina, elektrotechnická kremíková oceľ, zliatiny železa a niklu, zliatiny železa a kobaltu atď.

Pozrime sa v krátkosti na niektoré ich vlastnosti a možnosti použitia.

Technicky čisté železo

Pre magnetické obvody relé, elektrických meračov, elektromagnetických konektorov, magnetických štítov atď. sa široko používa komerčne čisté železo. Tento materiál má veľmi nízky obsah uhlíka (menej ako 0,1 %) a minimálne množstvo mangánu, kremíka a iných nečistôt.

Tieto materiály zvyčajne zahŕňajú: armco železo, čisté švédske železo, elektrolytické a karbonylové železo atď. Kvalita čistého železa závisí od menších podielov nečistôt.

Najškodlivejšie účinky na magnetické vlastnosti železa majú uhlík a kyslík.Získavanie chemicky čistého železa je spojené s veľkými technologickými ťažkosťami a je to zložitý a nákladný proces. Technológia, špeciálne vyvinutá v laboratórnych podmienkach s dvojitým vysokoteplotným žíhaním vo vodíku, umožnila získať monokryštál čistého železa s extrémne vysokými magnetickými vlastnosťami.

Nájdené najväčšie rozpätie oceľových ramien získaných otvorenou metódou. Tento materiál má pomerne vysoký obsah magnetická permeabilita, výrazná indukcia saturácie, relatívne nízka cena a zároveň má dobré mechanické a technologické vlastnosti.

Za veľkú nevýhodu sa považuje nízky elektrický odpor ocele armco proti prechodu vírivých prúdov, čo zvyšuje odozvu a čas uvoľnenia elektromagnetických relé a konektorov. Súčasne, keď sa tento materiál používa pre elektromagnetické časové relé, je táto vlastnosť naopak pozitívnym faktorom, pretože umožňuje dosiahnuť relatívne veľké oneskorenia v činnosti relé mimoriadne jednoduchými prostriedkami.

Priemysel vyrába tri typy komerčne čistého oceľového plechu typu armco: E, EA a EAA. Líšia sa hodnotami maximálnej magnetickej permeability a koercitívnej sily.

Uhlíkové ocele

Uhlíkové ocele sa vyrábajú vo forme pravouhlých, kruhových a iných profilov, z ktorých sa odlievajú aj diely rôznych profilov.

Šedá liatina

Sivá liatina sa pre magnetické systémy spravidla nepoužíva pre jej zlé magnetické vlastnosti. Jeho použitie pre výkonné elektromagnety môže byť odôvodnené ekonomickými dôvodmi. Vzťahuje sa aj na základy, dosky, stĺpiky a iné časti.

Liatina je dobre odliata a ľahko sa s ňou pracuje.Kujná liatina, špeciálne žíhaná, ako aj niektoré druhy sivej zliatinovej liatiny majú celkom uspokojivé magnetické vlastnosti.

Elektrotechnické kremíkové ocele

Tenký plech elektroocele je široko používaný v elektrotechnike a hardvéri a používa sa pre všetky druhy elektrických meracích prístrojov, mechanizmov, relé, tlmiviek, ferorezonančných stabilizátorov a iných zariadení pracujúcich na striedavom prúde s normálnou a zvýšenou frekvenciou. V závislosti od technických požiadaviek na oceľ straty, magnetické charakteristiky a aplikovaná frekvencia striedavého prúdu sa vyrába 28 druhov tenkých plechov s hrúbkou 0,1 až 1 mm.

Na zvýšenie elektrického odporu vírivých prúdov sa do zloženia ocele pridáva iné množstvo kremíka a podľa jeho obsahu sa získavajú nízkolegované, stredne legované, vysokolegované a vysokolegované ocele.

So zavedením kremíka klesajú straty v oceli, zvyšuje sa magnetická permeabilita v slabých a stredných poliach a znižuje sa koercitívna sila. Nečistoty (najmä uhlík) v tomto prípade pôsobia slabšie, zredukuje sa starnutie ocele (straty v oceli sa časom menia len málo).

Použitie kremíkovej ocele zlepšuje stabilitu činnosti elektromagnetických mechanizmov, zvyšuje čas odozvy na aktiváciu a uvoľnenie a znižuje možnosť prilepenia kotvy. Zároveň sa zavedením kremíka zhoršujú mechanické vlastnosti ocele.

S významným obsahom kremíka (viac ako 4,5 %) sa oceľ stáva krehkou, tvrdou a ťažko opracovateľnou. Malé razenie má za následok značné nepodarky a rýchle opotrebovanie matrice.Zvýšenie obsahu kremíka tiež znižuje indukciu saturácie. Kremíkové ocele sa vyrábajú v dvoch typoch: valcované za tepla a valcované za studena.

Ocele valcované za studena majú rôzne magnetické vlastnosti v závislosti od kryštalografických smerov. Delia sa na textúrované a s nízkou textúrou. Textúrované ocele majú o niečo lepšie magnetické vlastnosti. V porovnaní s oceľou valcovanou za tepla má oceľ valcovaná za studena vyššiu magnetickú permeabilitu a nízke straty, avšak za predpokladu, že magnetický tok sa zhoduje so smerom valcovania ocele. V opačnom prípade sa výrazne znížia magnetické vlastnosti ocele.

Použitie ocele valcovanej za studena pre trakčné elektromagnety a iné elektromagnetické zariadenia pracujúce s relatívne vysokou indukčnosťou poskytuje značné úspory v n. pp a straty v oceli, čo umožňuje znížiť celkové rozmery a hmotnosť magnetického obvodu.

Písmená a čísla jednotlivých značiek ocele podľa GOST znamenajú: 3 — elektrooceľ, prvé číslo 1, 2, 3 a 4 za písmenom označuje stupeň legovania ocele kremíkom, a to: (1 — nízkolegovaná , 2 — stredne legovaná, 3 — vysoko legovaná a 4 — silne legovaná.

Druhé číslo 1, 2 a 3 za písmenom udáva hodnotu strát ocele na 1 kg hmotnosti pri frekvencii 50 Hz a magnetickej indukcii B v silných poliach a číslo 1 charakterizuje normálne špecifické straty, číslo 2 — nízke resp. 3 — nízka.Druhé číslo 4, 5, 6, 7 a 8 za písmenom E označuje: 4 — oceľ so špecifickými stratami pri frekvencii 400 Hz a magnetickou indukciou v stredných poliach, 5 a 6 — oceľ s magnetickou permeabilitou v slabých poliach od 0,002 do 0,008 a / cm (5 — s normálnou magnetickou permeabilitou, 6 — so zvýšenou), 7 a 8 — oceľ s magnetickou permeabilitou v médiu (polia od 0,03 do 10 a / cm (7 — s normálnou magnetickou permeabilitou, 8 — so zvýšená).

Tretia číslica 0 za písmenom E označuje, že oceľ je valcovaná za studena, tretia a štvrtá číslica 00 označuje, že oceľ je valcovaná za studena s nízkou štruktúrou.

Napríklad oceľ E3100 je vysokolegovaná oceľ s nízkou štruktúrou valcovaná za studena s normálnymi špecifickými stratami pri frekvencii 50 Hz.

Písmeno A umiestnené za všetkými týmito číslami označuje obzvlášť nízke špecifické straty v oceli.

Pre prúdové transformátory a niektoré typy komunikačných zariadení, ktorých magnetické obvody pracujú s veľmi nízkou indukčnosťou.

Zliatiny železa a niklu

Tieto zliatiny, známe aj ako permaloid, sa používajú najmä na výrobu komunikačných zariadení a automatizáciu. Charakteristické vlastnosti permalloy sú: vysoká magnetická permeabilita, nízka koercitívna sila, nízke straty v oceli a u mnohých značiek navyše prítomnosť pravouhlého tvaru hysterézne slučky.

V závislosti od pomeru železa a niklu, ako aj obsahu ostatných zložiek sa zliatiny železa a niklu vyrábajú v niekoľkých akostiach a majú rôzne vlastnosti.

Železo-niklové zliatiny sa vyrábajú vo forme za studena valcovaných, tepelne neupravených pásov a pásov s hrúbkou 0,02-2,5 mm v rôznych šírkach a dĺžkach.Vyrábajú sa aj pásy, tyče a drôty valcované za tepla, ktoré však nie sú štandardizované.

Zo všetkých druhov permaloidov majú zliatiny s obsahom niklu 45-50% najvyššiu indukciu saturácie a relatívne vysoký elektrický odpor. Preto tieto zliatiny umožňujú s malými vzduchovými medzerami získať potrebnú ťažnú silu elektromagnetu alebo relé s nízkymi stratami. str na oceli a zároveň poskytujú dostatočný výkon.

Pre elektromagnetické mechanizmy je veľmi dôležitá zvyšková ťažná sila získaná v dôsledku koercitívnej sily magnetického materiálu. Použitie permaloidu znižuje túto silu.

Zliatiny akosti 79НМ, 80НХС a 79НМА, ktoré majú veľmi nízku koercitívnu silu, veľmi vysokú magnetickú permeabilitu a elektrický odpor, môžu byť použité pre magnetické obvody vysoko citlivých elektromagnetických, polarizovaných a iných relé.

Použitie permaloidných zliatin 80HX a 79HMA pre malé výkonové tlmivky s malou vzduchovou medzerou umožňuje získať veľmi veľké indukčnosti s magnetickými obvodmi s malým objemom a hmotnosťou.

Pre výkonnejšie elektromagnety, relé a iné elektromagnetické zariadenia pracujúce pri relatívne vysokej N.c nemá permaloid žiadne zvláštne výhody oproti uhlíkovým a kremíkovým oceliam, pretože indukcia nasýtenia je oveľa nižšia a cena materiálu je vyššia.

Zliatiny železa a kobaltu

Zliatina pozostávajúca z 50 % kobaltu, 48,2 % železa a 1,8 % vanádu (známa ako permendur) získala priemyselné využitie. S pomerne malým n. c) poskytuje najvyššiu indukciu zo všetkých známych magnetických materiálov.

Pri slabých poliach (do 1 A/cm) je indukcia permendur nižšia ako indukcia za tepla valcovaných elektroocelí E41, E48 a najmä elektroocelí valcovaných za studena, elektrolytického železa a permaloidu. Hysterézia a vírivé prúdy sú relatívne veľké a elektrický odpor je relatívne malý. Preto je táto zliatina zaujímavá pre výrobu elektrických zariadení pracujúcich pri vysokej magnetickej indukcii (elektromagnety, dynamické reproduktory, telefónne membrány atď.).

Napríklad pre trakčné elektromagnety a elektromagnetické relé, použitie s malými vzduchovými medzerami dáva určitý účinok. Danú ťažnú silu možno dosiahnuť menším magnetickým obvodom.

Tento materiál sa vyrába vo forme plechov valcovaných za studena s hrúbkou 0,2 - 2 mm a tyčí s priemerom 8 - 30 mm. Významnou nevýhodou zliatin železa a kobaltu je ich vysoká cena v dôsledku zložitosti technologického procesu a značných nákladov na kobalt. Okrem uvedených materiálov sa v elektrických zariadeniach používajú aj iné materiály, napríklad zliatiny železo-nikel-kobalt, ktoré majú konštantnú magnetickú permeabilitu a veľmi nízke hysterézne straty v slabých poliach.