Magnetiske materialer som brukes til fremstilling av elektriske enheter

Følgende ferromagnetiske materialer brukes til produksjon av magnetiske kjerner i apparater og instrumentering: teknisk rent jern, høykvalitets karbonstål, grått støpejern, elektroteknisk silisiumstål, jern-nikkel-legeringer, jern-kobolt-legeringer, etc.

La oss kort se på noen av deres egenskaper og bruksmuligheter.

Teknisk rent jern

For magnetiske kretser av reléer, elektriske målere, elektromagnetiske kontakter, magnetiske skjold, etc., er kommersielt rent jern mye brukt. Dette materialet har et svært lavt karboninnhold (mindre enn 0,1%) og en minimal mengde mangan, silisium og andre urenheter.

Disse materialene inkluderer vanligvis: armco-jern, rent svensk jern, elektrolytisk og karbonyljern, etc. Kvaliteten på rent jern avhenger av mindre andeler urenheter.

De mest skadelige effektene på de magnetiske egenskapene til jern er karbon og oksygen.Å skaffe kjemisk rent jern er forbundet med store teknologiske vanskeligheter og er en kompleks og kostbar prosess. Teknologien, spesielt utviklet i laboratorieforhold med dobbel høytemperaturgløding i hydrogen, gjorde det mulig å oppnå en enkelt krystall av rent jern med ekstremt høye magnetiske egenskaper.

Fant den største spredte stålarmen som ble oppnådd ved åpen metode. Dette materialet har et ganske høyt innhold magnetisk permeabilitet, betydelig metningsinduksjon, relativt lav pris og har samtidig gode mekaniske og teknologiske egenskaper.

Den lave elektriske motstanden til armco-stål mot passering av virvelstrømmer, som øker responsen og utløsningstiden til elektromagnetiske releer og kontakter, anses som en stor ulempe. Samtidig, når dette materialet brukes til elektromagnetiske tidsreléer, er denne egenskapen tvert imot en positiv faktor, siden den gjør det mulig å oppnå relativt store forsinkelser i driften av reléet med ekstremt enkle midler.

Industrien produserer tre typer kommersielt rene stålplater av armco-type: E, EA og EAA. De er forskjellige i verdiene for maksimal magnetisk permeabilitet og tvangskraft.

Karbonstål

Karbonstål produseres i form av rektangulære, runde og andre seksjoner, hvorfra deler av ulike profiler også støpes.

Grått støpejern

Som regel brukes ikke grått støpejern til magnetiske systemer på grunn av dets dårlige magnetiske egenskaper. Bruken av kraftige elektromagneter kan rettferdiggjøres på økonomiske grunner. Det gjelder også fundamenter, styrer, stolper og andre deler.

Støpejern er godt støpt og lett å jobbe med.Smidbart støpejern, spesielt glødet, samt noen kvaliteter av grålegert støpejern, har ganske tilfredsstillende magnetiske egenskaper.

Elektrotekniske silisiumstål

Elektrisk tynnplate er mye brukt i elektro- og maskinvareteknikk og brukes til alle typer elektriske måleinstrumenter, mekanismer, releer, choker, ferroresonante stabilisatorer og andre enheter som opererer på normal og økt frekvens vekselstrøm. Avhengig av de tekniske kravene til stål tap, magnetiske egenskaper og den påførte frekvensen av vekselstrøm, produseres 28 typer tynnplate med en tykkelse på 0,1 til 1 mm.

For å øke den elektriske motstanden til virvelstrømmer tilsettes en annen mengde silisium til stålsammensetningen, og avhengig av innholdet oppnås lavlegert, middelslegert, høylegert og høylegert stål.

Med introduksjonen av silisium avtar tapene i stålet, den magnetiske permeabiliteten i svake og mellomstore felt øker, og tvangskraften avtar. Urenheter (spesielt karbon) har i dette tilfellet en svakere effekt, stålaldring reduseres (tap i stål endres lite over tid).

Bruken av silisiumstål forbedrer stabiliteten i driften av elektromagnetiske mekanismer, øker responstiden for aktivering og frigjøring, og reduserer muligheten for ankerfeste. Samtidig, med introduksjonen av silisium, forringes de mekaniske egenskapene til stål.

Med et betydelig silisiuminnhold (mer enn 4,5%) blir stålet sprøtt, hardt og vanskelig å bearbeide. Liten stempling resulterer i betydelige avvisninger og rask slitasje.Økning av silisiuminnholdet reduserer også metningsinduksjonen. Silisiumstål produseres i to typer: varmvalset og kaldvalset.

Kaldvalsede stål har forskjellige magnetiske egenskaper avhengig av de krystallografiske retningene. De er delt inn i teksturerte og lavteksturerte. Teksturert stål har litt bedre magnetiske egenskaper. Sammenlignet med varmvalset stål har kaldvalset stål høyere magnetisk permeabilitet og lave tap, men forutsatt at den magnetiske fluksen faller sammen med stålets rulleretning. Ellers reduseres de magnetiske egenskapene til stålet betydelig.

Bruken av kaldvalset stål for trekkraftelektromagneter og andre elektromagnetiske enheter som opererer med relativt høye induktanser gir betydelige besparelser i n. s. og tap i stål, som gjør det mulig å redusere de totale dimensjonene og vekten til magnetkretsen.

I følge GOST betyr bokstavene og tallene til individuelle stålmerker: 3 - elektrisk stål, det første tallet 1, 2, 3 og 4 etter bokstaven indikerer graden av legering av stål med silisium, nemlig: (1 - lavlegering) , 2 — middels legering, 3 — høylegert og 4 — tungt legert.

Det andre tallet 1, 2 og 3 etter bokstaven indikerer verdien av tap i stål per 1 kg vekt ved en frekvens på 50 Hz og magnetisk induksjon B i sterke felt, og nummer 1 karakteriserer normale spesifikke tap, nummer 2 — lav og 3 - lavt.Det andre tallet 4, 5, 6, 7 og 8 etter bokstaven E indikerer: 4 — stål med spesifikke tap ved en frekvens på 400 Hz og magnetisk induksjon i mellomfelt, 5 og 6 — stål med magnetisk permeabilitet i svake felt fra 0,002 til 0,008 a/cm (5 — med normal magnetisk permeabilitet, 6 — med økt), 7 og 8 — stål med magnetisk permeabilitet i mediet (felt fra 0,03 til 10 a/cm (7 — med normal magnetisk permeabilitet, 8 — med økt).

Det tredje sifferet 0 etter bokstaven E indikerer at stålet er kaldvalset, det tredje og fjerde sifferet 00 indikerer at stålet er kaldvalset med lav tekstur.

For eksempel er E3100 stål et høylegert kaldvalset lavteksturstål med normale spesifikke tap ved en frekvens på 50 Hz.

Bokstaven A plassert etter alle disse tallene angir spesielt lave spesifikke tap i stålet.

For strømtransformatorer og noen typer kommunikasjonsenheter hvis magnetiske kretser opererer med svært lave induktanser.

Jern-nikkel legeringer

Disse legeringene, også kjent som permaloid, brukes hovedsakelig til produksjon av kommunikasjonsenheter og automatisering. De karakteristiske egenskapene til permalloy er: høy magnetisk permeabilitet, lav tvangskraft, lave tap i stålet, og for en rekke merker - tilstedeværelsen i tillegg av en rektangulær form hystereseløkker.

Avhengig av forholdet mellom jern og nikkel, samt innholdet av andre komponenter, produseres jern-nikkel-legeringer i flere kvaliteter og har forskjellige egenskaper.

Jern-nikkel-legeringer produseres i form av kaldvalsede, varmeubehandlede bånd og bånd med en tykkelse på 0,02-2,5 mm i ulike bredder og lengder.Det produseres også varmvalset bånd, stang og tråd, men disse er ikke standardisert.

Av alle permaloidkvaliteter har legeringer med et nikkelinnhold på 45-50 % den høyeste metningsinduksjonen og relativt høy elektrisk resistivitet. Derfor gjør disse legeringene det mulig med små luftspalter å oppnå den nødvendige trekkkraften til en elektromagnet eller relé med lave tap. s. på stål og samtidig gi tilstrekkelig ytelse.

For elektromagnetiske mekanismer er den gjenværende trekkraften som oppnås på grunn av tvangskraften til det magnetiske materialet svært viktig. Bruk av permaloid reduserer denne styrken.

Legeringer av klasse 79НМ, 80НХС og 79НМА, med svært lav tvangskraft, veldig høy magnetisk permeabilitet og elektrisk motstand, kan brukes til magnetiske kretser med svært følsomme elektromagnetiske, polariserte og andre releer.

Bruken av permaloidlegeringer 80HX og 79HMA for små strømstruper med liten luftspalte gjør det mulig å oppnå svært store induktanser med magnetiske kretser med lite volum og vekt.

For kraftigere elektromagneter, releer og andre elektromagnetiske enheter som opererer ved relativt høy N.c, har permaloid ingen spesielle fordeler fremfor karbon- og silisiumstål, siden metningsinduksjonen er mye lavere og materialets pris er høyere.

Jern-kobolt legeringer

En legering bestående av 50 % kobolt, 48,2 % jern og 1,8 % vanadium (kjent som permendur) har fått industriell bruk. Med en relativt liten n. c. det gir den høyeste induksjonen av alle kjente magnetiske materialer.

Ved svake felt (opptil 1 A / cm) er induksjonen av permendur lavere enn induksjonen av varmvalsede elektrostål E41, E48 og spesielt kaldvalsede elektrostål, elektrolytisk jern og permaloid. Hysteresen og virvelstrømmene til permenduren er relativt store, og den elektriske motstanden er relativt liten. Derfor er denne legeringen av interesse for produksjon av elektrisk utstyr som opererer ved høy magnetisk induksjon (elektromagneter, dynamiske høyttalere, telefonmembraner, etc.).

For eksempel, for trekkraftelektromagneter og elektromagnetiske reléer, gir bruk av det med små luftgap en viss effekt. En gitt trekkkraft kan oppnås med en mindre magnetisk krets.

Dette materialet er produsert i form av kaldvalsede plater med en tykkelse på 0,2 - 2 mm og stenger med en diameter på 8 - 30 mm. En betydelig ulempe med jern-kobolt-legeringer er deres høye kostnader, på grunn av kompleksiteten til den teknologiske prosessen og de betydelige kostnadene for kobolt. I tillegg til de oppførte materialene brukes andre materialer i elektriske apparater, for eksempel jern-nikkel-kobolt-legeringer, som har konstant magnetisk permeabilitet og svært lave hysterese-tap i svake felt.