Magnetiske materialer, der anvendes til fremstilling af elektriske apparater

Følgende ferromagnetiske materialer anvendes til fremstilling af magnetiske kerner i apparater og instrumentering: teknisk rent jern, kulstofstål af høj kvalitet, gråt støbejern, elektroteknisk siliciumstål, jern-nikkel-legeringer, jern-kobolt-legeringer mv.

Lad os kort se på nogle af deres egenskaber og anvendelsesmuligheder.

Teknisk rent jern

Til magnetiske kredsløb af relæer, elektriske målere, elektromagnetiske konnektorer, magnetiske skjolde osv., er kommercielt rent jern meget brugt. Dette materiale har et meget lavt kulstofindhold (mindre end 0,1%) og en minimal mængde af mangan, silicium og andre urenheder.

Disse materialer omfatter typisk: armcojern, rent svensk jern, elektrolytisk og carbonyljern osv. Kvaliteten af ​​rent jern afhænger af mindre mængder af urenheder.

De mest skadelige virkninger på jerns magnetiske egenskaber er kulstof og ilt.At opnå kemisk rent jern er forbundet med store teknologiske vanskeligheder og er en kompleks og dyr proces. Teknologien, der er specielt udviklet under laboratorieforhold med dobbelt højtemperaturudglødning i brint, gjorde det muligt at opnå en enkelt krystal af rent jern med ekstremt høje magnetiske egenskaber.

Fandt den største spredning af stålarm opnået ved åben metode. Dette materiale har et ret højt indhold magnetisk permeabilitet, betydelig mætningsinduktion, relativt lave omkostninger og har samtidig gode mekaniske og teknologiske egenskaber.

Den lave elektriske modstand af armco-stål til passage af hvirvelstrømme, hvilket øger responsen og frigivelsestiden for elektromagnetiske relæer og stik, betragtes som en stor ulempe. På samme tid, når dette materiale bruges til elektromagnetiske tidsrelæer, er denne egenskab tværtimod en positiv faktor, da det gør det muligt at opnå relativt store forsinkelser i driften af ​​relæet med ekstremt enkle midler.

Industrien producerer tre typer kommercielt rene stålplader af armco-typen: E, EA og EAA. De adskiller sig i værdierne for maksimal magnetisk permeabilitet og tvangskraft.

Kulstofstål

Kulstofstål fremstilles i form af rektangulære, runde og andre sektioner, hvorfra der også støbes dele af forskellige profiler.

Grå støbejern

Som regel bruges gråt støbejern ikke til magnetiske systemer på grund af dets dårlige magnetiske egenskaber. Dets brug til kraftige elektromagneter kan begrundes ud fra økonomiske grunde. Det gælder også for fundamenter, brædder, stolper og andre dele.

Støbejern er velstøbt og nemt at arbejde med.Smidbart støbejern, specielt udglødet, samt nogle kvaliteter af gråt legeret støbejern, har ganske tilfredsstillende magnetiske egenskaber.

Elektrotekniske siliciumstål

Tyndt stålplade er meget udbredt i el- og hardwareteknik og bruges til alle former for elektriske måleinstrumenter, mekanismer, relæer, choker, ferroresonante stabilisatorer og andre enheder, der fungerer på normal og øget frekvens vekselstrøm. Afhængig af de tekniske krav til stål tab, magnetiske egenskaber og den påførte frekvens af vekselstrøm fremstilles 28 typer tyndplade med en tykkelse på 0,1 til 1 mm.

For at øge den elektriske modstand af hvirvelstrømme tilsættes en forskellig mængde silicium til stålsammensætningen, og alt efter indholdet opnås lavlegeret, mellemlegeret, højlegeret og højlegeret stål.

Med introduktionen af ​​silicium falder tabene i stålet, den magnetiske permeabilitet i svage og mellemstore felter øges, og tvangskraften falder. Urenheder (især kulstof) har i dette tilfælde en svagere effekt, ældning af stål reduceres (tab i stål ændrer sig lidt over tid).

Anvendelsen af ​​siliciumstål forbedrer stabiliteten af ​​driften af ​​elektromagnetiske mekanismer, øger responstiden for aktivering og frigivelse og reducerer muligheden for at ankeret klæber. Samtidig med introduktionen af ​​silicium forringes stålets mekaniske egenskaber.

Med et betydeligt siliciumindhold (mere end 4,5%) bliver stålet skørt, hårdt og svært at bearbejde. Lille stempling resulterer i betydelige afvisninger og hurtig matriceslid.Forøgelse af siliciumindholdet mindsker også mætningsinduktionen. Siliciumstål fremstilles i to typer: varmvalsede og koldvalsede.

Koldvalsede stål har forskellige magnetiske egenskaber afhængigt af de krystallografiske retninger. De er opdelt i teksturerede og lavteksturerede. Tekstureret stål har lidt bedre magnetiske egenskaber. Sammenlignet med varmvalset stål har koldvalset stål højere magnetisk permeabilitet og lave tab, men forudsat at den magnetiske flux falder sammen med stålets rulleretning. Ellers reduceres stålets magnetiske egenskaber væsentligt.

Anvendelsen af ​​koldvalset stål til trækelektromagneter og andre elektromagnetiske anordninger, der arbejder ved relativt høje induktanser, giver betydelige besparelser i n. s. og tab i stål, hvilket gør det muligt at reducere magnetkredsløbets samlede dimensioner og vægt.

Ifølge GOST betyder bogstaverne og tallene for individuelle stålmærker: 3 — elektrisk stål, det første tal 1, 2, 3 og 4 efter bogstavet angiver graden af ​​legering af stål med silicium, nemlig: (1 — lavlegering) , 2 — mellemlegering, 3 — højlegeret og 4 — stærkt legeret.

Det andet tal 1, 2 og 3 efter bogstavet angiver værdien af ​​tab i stål pr. 1 kg vægt ved en frekvens på 50 Hz og magnetisk induktion B i stærke felter, og nummer 1 karakteriserer normale specifikke tab, nummer 2 — lav og 3 - lav.Det andet tal 4, 5, 6, 7 og 8 efter bogstavet E angiver: 4 — stål med specifikke tab ved en frekvens på 400 Hz og magnetisk induktion i mellemfelter, 5 og 6 — stål med magnetisk permeabilitet i svage felter fra 0,002 til 0,008 a/cm (5 — med normal magnetisk permeabilitet, 6 — med øget), 7 og 8 — stål med magnetisk permeabilitet i mediet (felter fra 0,03 til 10 a/cm (7 — med normal magnetisk permeabilitet, 8 — med øget).

Det tredje ciffer 0 efter bogstavet E angiver, at stålet er koldvalset, det tredje og fjerde ciffer 00 angiver, at stålet er koldvalset med lav tekstur.

For eksempel er E3100 stål et højlegeret koldvalset lavteksturstål med normale specifikke tab ved en frekvens på 50 Hz.

Bogstavet A placeret efter alle disse tal angiver særligt lave specifikke tab i stålet.

Til strømtransformatorer og nogle typer kommunikationsenheder, hvis magnetiske kredsløb fungerer ved meget lave induktanser.

Jern-nikkel legeringer

Disse legeringer, også kendt som permaloid, bruges hovedsageligt til produktion af kommunikationsenheder og automatisering. De karakteristiske egenskaber ved permalloy er: høj magnetisk permeabilitet, lav tvangskraft, lave tab i stålet og for en række mærker - tilstedeværelsen af ​​en rektangulær form. hysterese sløjfer.

Afhængigt af forholdet mellem jern og nikkel, samt indholdet af andre komponenter, fremstilles jern-nikkel-legeringer i flere kvaliteter og har forskellige egenskaber.

Jern-nikkel-legeringer fremstilles i form af koldvalsede, varmeubehandlede bånd og bånd med en tykkelse på 0,02-2,5 mm i forskellige bredder og længder.Der produceres også varmvalsede bånd, stang og tråd, men disse er ikke standardiserede.

Af alle permaloidkvaliteter har legeringer med et nikkelindhold på 45-50% den højeste mætningsinduktion og relativt høj elektrisk resistivitet. Derfor gør disse legeringer det muligt med små luftspalter at opnå den nødvendige trækkraft af en elektromagnet eller relæ med lave tab. s. på stål og samtidig give tilstrækkelig ydeevne.

For elektromagnetiske mekanismer er den resterende trækkraft opnået på grund af det magnetiske materiales tvangskraft meget vigtig. Brug af permaloid reducerer denne styrke.

Legeringer af kvaliteterne 79НМ, 80НХС og 79НМА, med meget lav tvangskraft, meget høj magnetisk permeabilitet og elektrisk modstand, kan bruges til magnetiske kredsløb af meget følsomme elektromagnetiske, polariserede og andre relæer.

Brugen af ​​permaloidlegeringer 80HX og 79HMA til små strømspoler med lille luftspalte gør det muligt at opnå meget store induktanser med magnetiske kredsløb med lille volumen og vægt.

For mere kraftfulde elektromagneter, relæer og andre elektromagnetiske enheder, der arbejder ved relativt høj N. c, har permaloid ingen særlige fordele i forhold til kulstof- og siliciumstål, da mætningsinduktionen er meget lavere, og materialets omkostninger er højere.

Jern-kobolt legeringer

En legering bestående af 50 % kobolt, 48,2 % jern og 1,8 % vanadium (kendt som permendur) har fået industriel anvendelse. Med et relativt lille n. c. det giver den højeste induktion af alle kendte magnetiske materialer.

Ved svage felter (op til 1 A/cm) er induktionen af ​​permendur lavere end induktionen af ​​varmvalsede elektriske stål E41, E48 og især koldvalsede elektriske stål, elektrolytisk jern og permaloid. Permendurens hysterese og hvirvelstrømme er relativt store, og den elektriske modstand er relativt lille. Derfor er denne legering af interesse til fremstilling af elektrisk udstyr, der arbejder ved høj magnetisk induktion (elektromagneter, dynamiske højttalere, telefonmembraner osv.).

For eksempel til trækkraftelektromagneter og elektromagnetiske relæer giver det en vis effekt at bruge det med små luftspalter. En given trækkraft kan opnås med et mindre magnetisk kredsløb.

Dette materiale fremstilles i form af koldvalsede plader med en tykkelse på 0,2 - 2 mm og stænger med en diameter på 8 - 30 mm. En væsentlig ulempe ved jern-kobolt-legeringer er deres høje omkostninger på grund af kompleksiteten af ​​den teknologiske proces og de betydelige omkostninger ved kobolt. Ud over de anførte materialer anvendes andre materialer i elektriske apparater, for eksempel jern-nikkel-kobolt-legeringer, som har konstant magnetisk permeabilitet og meget lave hysteresetab i svage felter.