Magnetické materiály používané při výrobě elektrických zařízení

K výrobě magnetických jader v přístrojích a přístrojích se používají tyto feromagnetické materiály: technicky čisté železo, vysoce jakostní uhlíková ocel, šedá litina, elektrotechnická křemíková ocel, slitiny železa a niklu, slitiny železa a kobaltu atd.

Podívejme se stručně na některé jejich vlastnosti a možnosti použití.

Technicky čisté železo

Pro magnetické obvody relé, elektroměrů, elektromagnetických konektorů, magnetických stínění atd. se široce používá komerčně čisté železo. Tento materiál má velmi nízký obsah uhlíku (méně než 0,1 %) a minimální množství manganu, křemíku a dalších nečistot.

Tyto materiály obvykle zahrnují: armco železo, čisté švédské železo, elektrolytické a karbonylové železo atd. Kvalita čistého železa závisí na menších podílech nečistot.

Nejškodlivější účinky na magnetické vlastnosti železa mají uhlík a kyslík.Získávání chemicky čistého železa je spojeno s velkými technologickými obtížemi a je to složitý a nákladný proces. Technologie, speciálně vyvinutá v laboratorních podmínkách s dvojitým vysokoteplotním žíháním ve vodíku, umožnila získat monokrystal čistého železa s extrémně vysokými magnetickými vlastnostmi.

Nalezeno největší ocelové rameno získané otevřenou metodou. Tento materiál má poměrně vysoký obsah magnetická permeabilita, výrazná indukce saturace, relativně nízká cena a zároveň má dobré mechanické a technologické vlastnosti.

Za velkou nevýhodu je považován nízký elektrický odpor armco oceli proti průchodu vířivými proudy, který zvyšuje odezvu a dobu uvolnění elektromagnetických relé a konektorů. Přitom při použití tohoto materiálu pro elektromagnetická časová relé je tato vlastnost naopak pozitivním faktorem, protože umožňuje extrémně jednoduchými prostředky získat relativně velká zpoždění v činnosti relé.

Průmysl vyrábí tři typy komerčně čistého ocelového plechu typu armco: E, EA a EAA. Liší se hodnotami maximální magnetické permeability a koercitivní síly.

Uhlíkové oceli

Uhlíkové oceli se vyrábějí ve formě pravoúhlých, kruhových a jiných profilů, ze kterých se odlévají i díly různých profilů.

Šedá litina

Šedá litina se pro magnetické systémy zpravidla nepoužívá pro své špatné magnetické vlastnosti. Jeho použití pro výkonné elektromagnety lze ospravedlnit ekonomickými důvody. Platí také pro základy, desky, sloupky a další díly.

Litina se dobře odlévá a snadno se s ní pracuje.Temperovaná litina, speciálně žíhaná, stejně jako některé druhy šedé slitinové litiny, mají vcelku uspokojivé magnetické vlastnosti.

Elektrotechnické křemíkové oceli

Tenký plech z elektrooceli je široce používán v elektrotechnice a železářství a používá se pro všechny druhy elektrických měřicích přístrojů, mechanismů, relé, tlumivek, ferorezonančních stabilizátorů a dalších zařízení pracujících na normální a zvýšené frekvenci střídavého proudu. V závislosti na technických požadavcích na ocel ztrát, magnetických charakteristik a aplikované frekvence střídavého proudu se vyrábí 28 druhů tenkých plechů o tloušťce 0,1 až 1 mm.

Pro zvýšení elektrického odporu vířivých proudů se do složení oceli přidává různé množství křemíku a podle jeho obsahu se získávají nízkolegované, středně legované, vysokolegované a vysoce legované oceli.

Se zavedením křemíku klesají ztráty v oceli, roste magnetická permeabilita ve slabých a středních polích a klesá koercitivní síla. Nečistoty (zejména uhlík) v tomto případě působí slabší, stárnutí oceli se snižuje (ztráty oceli se v čase mění jen málo).

Použití křemíkové oceli zlepšuje stabilitu provozu elektromagnetických mechanismů, zvyšuje dobu odezvy pro aktivaci a uvolnění a snižuje možnost přilepení kotvy. Zároveň se zavedením křemíku zhoršují mechanické vlastnosti oceli.

S významným obsahem křemíku (více než 4,5 %) se ocel stává křehkou, tvrdou a obtížně obrobitelnou. Malé lisování má za následek značné zmetky a rychlé opotřebení matrice.Zvýšení obsahu křemíku také snižuje indukci saturace. Křemíkové oceli se vyrábějí ve dvou typech: válcované za tepla a válcované za studena.

Oceli válcované za studena mají různé magnetické vlastnosti v závislosti na krystalografických směrech. Dělí se na texturované a s nízkou texturou. Texturované oceli mají o něco lepší magnetické vlastnosti. Ocel válcovaná za studena má ve srovnání s ocelí válcovanou za tepla vyšší magnetickou permeabilitu a nízké ztráty, ovšem za předpokladu, že se magnetický tok shoduje se směrem válcování oceli. V opačném případě jsou magnetické vlastnosti oceli výrazně sníženy.

Použití za studena válcované oceli pro trakční elektromagnety a další elektromagnetická zařízení pracující s relativně vysokou indukčností poskytuje značné úspory v n. p. a ztráty v oceli, což umožňuje snížit celkové rozměry a hmotnost magnetického obvodu.

Podle GOST znamenají písmena a čísla jednotlivých značek oceli: 3 — elektroocel, první číslice 1, 2, 3 a 4 za písmenem označuje stupeň legování oceli křemíkem, a to: (1 — nízkolegovaná , 2 — středně legovaná, 3 — vysoce legovaná a 4 — silně legovaná.

Druhé číslo 1, 2 a 3 za písmenem udává hodnotu ztrát oceli na 1 kg hmotnosti při frekvenci 50 Hz a magnetické indukci B v silných polích a číslo 1 charakterizuje normální měrné ztráty, číslo 2 — nízké a 3 — nízká.Druhé číslo 4, 5, 6, 7 a 8 za písmenem E označuje: 4 — ocel se specifickými ztrátami při frekvenci 400 Hz a magnetickou indukcí ve středních polích, 5 a 6 — ocel s magnetickou permeabilitou ve slabých polích od 0,002 do 0,008 a / cm (5 — s normální magnetickou permeabilitou, 6 — se zvýšenou), 7 a 8 — ocel s magnetickou permeabilitou v médiu (pole od 0,03 do 10 a / cm (7 — s normální magnetickou permeabilitou, 8 — s zvýšené).

Třetí číslice 0 za písmenem E označuje, že ocel je válcována za studena, třetí a čtvrtá číslice 00 označuje, že ocel je válcována za studena s nízkou strukturou.

Například ocel E3100 je vysokolegovaná za studena válcovaná ocel s nízkou strukturou s normálními měrnými ztrátami při frekvenci 50 Hz.

Písmeno A umístěné za všemi těmito čísly označuje zvláště nízké specifické ztráty v oceli.

Pro proudové transformátory a některé typy komunikačních zařízení, jejichž magnetické obvody pracují s velmi nízkou indukčností.

Slitiny železa a niklu

Tyto slitiny, známé také jako permaloid, se používají především pro výrobu komunikačních zařízení a automatizaci. Charakteristické vlastnosti permalloy jsou: vysoká magnetická permeabilita, nízká koercitivní síla, nízké ztráty v oceli a u řady značek navíc přítomnost obdélníkového tvaru hysterezní smyčky.

V závislosti na poměru železa a niklu a obsahu dalších složek se slitiny železa a niklu vyrábějí v několika jakostech a mají různé vlastnosti.

Slitiny železo-nikl se vyrábí ve formě za studena válcovaných, tepelně neupravených pásů a pásů o tloušťce 0,02-2,5 mm v různých šířkách a délkách.Vyrábí se také pásy, tyče a dráty válcované za tepla, ty však nejsou standardizované.

Ze všech druhů permaloidů mají slitiny s obsahem niklu 45-50 % nejvyšší indukci nasycení a relativně vysoký elektrický odpor. Proto tyto slitiny umožňují s malými vzduchovými mezerami získat potřebnou tažnou sílu elektromagnetu nebo relé s nízkými ztrátami. str. na oceli a zároveň poskytují dostatečný výkon.

Pro elektromagnetické mechanismy je velmi důležitá zbytková tažná síla získaná v důsledku koercitivní síly magnetického materiálu. Použití permaloidu tuto sílu snižuje.

Slitiny jakosti 79НМ, 80НХС a 79НМА, které mají velmi nízkou koercitivní sílu, velmi vysokou magnetickou permeabilitu a elektrický odpor, lze použít pro magnetické obvody vysoce citlivých elektromagnetických, polarizovaných a jiných relé.

Použití permaloidních slitin 80HX a 79HMA pro malé výkonové tlumivky s malou vzduchovou mezerou umožňuje získat velmi velké indukčnosti s magnetickými obvody malého objemu a hmotnosti.

Pro výkonnější elektromagnety, relé a další elektromagnetická zařízení pracující při relativně vysokém N. c nemá permaloid žádné zvláštní výhody oproti uhlíkovým a křemíkovým ocelím, protože indukce nasycení je mnohem nižší a cena materiálu je vyšší.

Slitiny železa a kobaltu

Slitina sestávající z 50 % kobaltu, 48,2 % železa a 1,8 % vanadu (známá jako permendur) získala průmyslové využití. S relativně malým n. c. poskytuje nejvyšší indukci ze všech známých magnetických materiálů.

Při slabých polích (do 1 A/cm) je indukce permendur nižší než indukce za tepla válcovaných elektroocelí E41, E48 a zejména elektrotechnických ocelí válcovaných za studena, elektrolytického železa a permaloidu. Hystereze a vířivé proudy permendury jsou relativně velké a elektrický odpor je relativně malý. Proto je tato slitina zajímavá pro výrobu elektrických zařízení pracujících na vysoké magnetické indukci (elektromagnety, dynamické reproduktory, telefonní membrány atd.).

Například u trakčních elektromagnetů a elektromagnetických relé dává použití s ​​malými vzduchovými mezerami určitý efekt. Dané tažné síly lze dosáhnout menším magnetickým obvodem.

Tento materiál se vyrábí ve formě za studena válcovaných plechů o tloušťce 0,2 - 2 mm a tyčí o průměru 8 - 30 mm. Významnou nevýhodou slitin železa a kobaltu je jejich vysoká cena, způsobená složitostí technologického procesu a značnou cenou kobaltu. Kromě uvedených materiálů se v elektrických zařízeních používají další materiály, například slitiny železo-nikl-kobalt, které mají konstantní magnetickou permeabilitu a velmi nízké hysterezní ztráty ve slabých polích.