Magnetni materiali, ki se uporabljajo pri izdelavi električnih naprav

Za izdelavo magnetnih jeder v aparatih in instrumentih se uporabljajo naslednji feromagnetni materiali: tehnično čisto železo, visokokakovostno ogljikovo jeklo, siva litina, elektrotehnična silicijeva jekla, zlitine železa in niklja, zlitine železa in kobalta itd.

Oglejmo si na kratko nekaj njihovih lastnosti in možnosti uporabe.

Tehnično čisto železo

Za magnetna vezja relejev, električnih števcev, elektromagnetnih konektorjev, magnetnih ščitov itd., se pogosto uporablja komercialno čisto železo. Ta material ima zelo nizko vsebnost ogljika (manj kot 0,1%) in minimalno količino mangana, silicija in drugih nečistoč.

Ti materiali običajno vključujejo: armco železo, čisto švedsko železo, elektrolitsko in karbonilno železo itd. Kakovost čistega železa je odvisna od manjših deležev nečistoč.

Najbolj škodljiva vplivata na magnetne lastnosti železa ogljik in kisik.Pridobivanje kemično čistega železa je povezano z velikimi tehnološkimi težavami ter je zapleten in drag proces. Tehnologija, posebej razvita v laboratorijskih pogojih z dvojnim visokotemperaturnim žarjenjem v vodiku, je omogočila pridobitev monokristala čistega železa z izjemno visokimi magnetnimi lastnostmi.

Najdeno je največje širjenje jeklene roke, pridobljene z odprto metodo. Ta material ima precej visoko vsebnost magnetna prepustnost, znatno indukcijo nasičenja, relativno nizko ceno in hkrati dobre mehanske in tehnološke lastnosti.

Nizka električna upornost armco jekla na prehod vrtinčnih tokov, ki poveča odzivnost in čas sproščanja elektromagnetnih relejev in konektorjev, velja za veliko pomanjkljivost. Hkrati, ko se ta material uporablja za elektromagnetne časovne releje, je ta lastnost, nasprotno, pozitiven dejavnik, saj omogoča doseganje relativno velikih zakasnitev pri delovanju releja na zelo preprost način.

Industrija proizvaja tri vrste komercialno čiste jeklene pločevine tipa armco: E, EA in EAA. Razlikujejo se po vrednostih največje magnetne prepustnosti in prisilne sile.

Ogljikova jekla

Ogljikova jekla se proizvajajo v obliki pravokotnih, okroglih in drugih profilov, iz katerih se ulivajo tudi deli različnih profilov.

Siva litina

Sive litine se zaradi slabih magnetnih lastnosti praviloma ne uporablja za magnetne sisteme. Njegovo uporabo za močne elektromagnete je mogoče upravičiti z ekonomskih razlogov. Velja tudi za temelje, deske, stebre in druge dele.

Lito železo je dobro ulito in enostavno za obdelavo.Temprana litina, posebej žarjena, pa tudi nekatere vrste sive legirane litine imajo povsem zadovoljive magnetne lastnosti.

Elektrotehnična silicijeva jekla

Tanka pločevina za elektrotehniko se pogosto uporablja v elektrotehniki in strojni opremi ter se uporablja za vse vrste električnih merilnih instrumentov, mehanizmov, relejev, dušilk, feroresonančnih stabilizatorjev in drugih naprav, ki delujejo na normalni in povečani izmenični tok.Odvisno od tehničnih zahtev za jeklo izgub, magnetnih lastnosti in uporabljene frekvence izmeničnega toka se proizvaja 28 vrst tanke pločevine z debelino od 0,1 do 1 mm.

Za povečanje električne upornosti vrtinčnih tokov je sestavi jekla dodana različna količina silicija, glede na njegovo vsebnost pa dobimo nizkolegirana, srednjelegirana, visokolegirana in visokolegirana jekla.

Z uvedbo silicija se zmanjšajo izgube v jeklu, poveča se magnetna prepustnost v šibkih in srednjih poljih, zmanjša se prisilna sila. Nečistoče (zlasti ogljik) v tem primeru delujejo šibkeje, staranje jekla se zmanjša (izgube v jeklu se s časom malo spreminjajo).

Uporaba silicijevega jekla izboljša stabilnost delovanja elektromagnetnih mehanizmov, poveča odzivni čas na proženje in sprostitev ter zmanjša možnost zatikanja armature. Hkrati se z uvedbo silicija poslabšajo mehanske lastnosti jekla.

Z visoko vsebnostjo silicija (več kot 4,5 %) postane jeklo krhko, trdo in težko za obdelavo. Majhno žigosanje povzroči precejšnje zavrnitve in hitro obrabo matrice.Povečanje vsebnosti silicija zmanjša tudi indukcijo nasičenosti. Silikonska jekla se proizvajajo v dveh vrstah: toplo valjana in hladno valjana.

Hladno valjana jekla imajo različne magnetne lastnosti glede na kristalografske smeri. Razdeljeni so na teksturirane in nizko teksturirane. Teksturirana jekla imajo nekoliko boljše magnetne lastnosti. V primerjavi z vroče valjanim jeklom ima hladno valjano jeklo večjo magnetno prepustnost in majhne izgube, vendar pod pogojem, da magnetni tok sovpada s smerjo valjanja jekla. V nasprotnem primeru se magnetne lastnosti jekla znatno zmanjšajo.

Uporaba hladno valjanega jekla za vlečne elektromagnete in druge elektromagnetne naprave, ki delujejo pri relativno visokih induktivnostih, daje znatne prihranke pri n. pp. in izgube v jeklu, kar omogoča zmanjšanje skupnih dimenzij in teže magnetnega vezja.

V skladu z GOST črke in številke posameznih znamk jekla pomenijo: 3 — elektrotehnično jeklo, prva številka 1, 2, 3 in 4 za črko označuje stopnjo legiranja jekla s silicijem, in sicer: (1 — nizkolegirano). , 2 — srednje legirana, 3 — visoko legirana in 4 — močno legirana.

Druga številka 1, 2 in 3 po črki označuje vrednost izgub jekla na 1 kg teže pri frekvenci 50 Hz in magnetni indukciji B v močnih poljih, številka 1 pa označuje običajne specifične izgube, številka 2 - nizke in 3 - nizko.Druga številka 4, 5, 6, 7 in 8 za črko E označuje: 4 - jeklo s specifičnimi izgubami pri frekvenci 400 Hz in magnetno indukcijo v srednjih poljih, 5 in 6 - jeklo z magnetno prepustnostjo v šibkih poljih od 0,002 do 0,008 a / cm (5 - z normalno magnetno prepustnostjo, 6 - s povečano), 7 in 8 - jeklo z magnetno prepustnostjo v mediju (polja od 0,03 do 10 a / cm (7 - z normalno magnetno prepustnostjo, 8 - z povečana).

Tretja številka 0 za črko E pomeni, da je jeklo hladno valjano, tretja in četrta številka 00 pomenita, da je jeklo hladno valjano z nizko teksturo.

Na primer, jeklo E3100 je visokolegirano hladno valjano jeklo z nizko teksturo z normalnimi specifičnimi izgubami pri frekvenci 50 Hz.

Črka A za vsemi temi številkami označuje posebej nizke specifične izgube v jeklu.

Za tokovne transformatorje in nekatere vrste komunikacijskih naprav, katerih magnetna vezja delujejo pri zelo nizkih induktivnostih.

Zlitine železa in niklja

Te zlitine, znane tudi kot permaloid, se uporabljajo predvsem za proizvodnjo komunikacijskih naprav in avtomatizacije. Značilne lastnosti permaloja so: visoka magnetna prepustnost, nizka prisilna sila, majhne izgube v jeklu in za številne blagovne znamke - poleg tega prisotnost pravokotne oblike. histerezne zanke.

Glede na razmerje železa in niklja ter vsebnost drugih komponent se zlitine železa in niklja proizvajajo v več razredih in imajo različne lastnosti.

Zlitine železa in niklja se proizvajajo v obliki hladno valjanih, toplotno neobdelanih trakov in trakov debeline 0,02-2,5 mm različnih širin in dolžin.Proizvajajo se tudi vroče valjani trakovi, palice in žice, vendar ti niso standardizirani.

Od vseh permaloidnih razredov imajo zlitine z vsebnostjo niklja 45-50% največjo indukcijo nasičenja in relativno visoko električno upornost. Zato te zlitine omogočajo z majhnimi zračnimi režami pridobiti zahtevano vlečno silo elektromagneta ali releja z majhnimi izgubami. str. na jeklu in hkrati zagotavlja zadostno zmogljivost.

Za elektromagnetne mehanizme je zelo pomembna preostala vlečna sila, ki jo dobimo zaradi prisilne sile magnetnega materiala. Uporaba permaloida to moč zmanjša.

Zlitine razredov 79НМ, 80НХС in 79НМА, ki imajo zelo nizko koercitivno silo, zelo visoko magnetno prepustnost in električni upor, se lahko uporabljajo za magnetna vezja visoko občutljivih elektromagnetnih, polariziranih in drugih relejev.

Uporaba permaloidnih zlitin 80HX in 79HMA za majhne močnostne dušilke z majhno zračno režo omogoča pridobitev zelo velikih induktivnosti z majhnimi volumskimi in masnimi magnetnimi vezji.

Pri močnejših elektromagnetih, relejih in drugih elektromagnetnih napravah, ki delujejo pri razmeroma visokih N. c, permaloid nima posebnih prednosti pred ogljikovimi in silicijevimi jekli, saj je indukcija nasičenja veliko nižja in cena materiala višja.

Zlitine železa in kobalta

Zlitina, sestavljena iz 50% kobalta, 48,2% železa in 1,8% vanadija (znana kot permendur), je dobila industrijsko uporabo. Z razmeroma majhnim n. c) daje največjo indukcijo od vseh znanih magnetnih materialov.

Pri šibkih poljih (do 1 A/cm) je indukcija permendurja manjša od indukcije toplo valjanih elektro jekel E41, E48 in še posebej hladno valjanih elektro jekel, elektrolitskega železa in permaloida. Histereza in vrtinčni tokovi permendure so relativno veliki, električni upor pa relativno majhen. Zato je ta zlitina zanimiva za proizvodnjo električne opreme, ki deluje pri visoki magnetni indukciji (elektromagneti, dinamični zvočniki, telefonske membrane itd.).

Na primer, za vlečne elektromagnete in elektromagnetne releje, uporaba z majhnimi zračnimi režami daje določen učinek. Zadano vlečno silo je mogoče doseči z manjšim magnetnim krogom.

Ta material se proizvaja v obliki hladno valjanih plošč debeline 0,2 - 2 mm in palic s premerom 8 - 30 mm. Pomembna pomanjkljivost zlitin železa in kobalta je njihova visoka cena zaradi kompleksnosti tehnološkega procesa in znatnih stroškov kobalta. Poleg naštetih materialov se v električnih napravah uporabljajo tudi drugi materiali, na primer zlitine železo-nikelj-kobalt, ki imajo konstantno magnetno prepustnost in zelo majhne histerezne izgube v šibkih poljih.