Magnetiska material som används vid tillverkning av elektriska apparater

Följande ferromagnetiska material används för tillverkning av magnetiska kärnor i apparater och instrumentering: tekniskt rent järn, högkvalitativt kolstål, grått gjutjärn, elektrotekniskt kiselstål, järn-nickellegeringar, järn-koboltlegeringar, etc.

Låt oss kort titta på några av deras egenskaper och tillämpningsmöjligheter.

Tekniskt rent järn

För magnetiska kretsar av reläer, elektriska mätare, elektromagnetiska kontakter, magnetiska sköldar etc. används kommersiellt rent järn i stor utsträckning. Detta material har en mycket låg kolhalt (mindre än 0,1%) och en minimal mängd mangan, kisel och andra föroreningar.

Dessa material inkluderar vanligtvis: armcojärn, rent svenskt järn, elektrolytiskt och karbonyljärn, etc. Kvaliteten på rent järn beror på mindre andelar av föroreningar.

De mest skadliga effekterna på järns magnetiska egenskaper är kol och syre.Att få kemiskt rent järn är förenat med stora tekniska svårigheter och är en komplex och dyr process. Tekniken, speciellt utvecklad i laboratorieförhållanden med dubbel högtemperaturglödgning i väte, gjorde det möjligt att erhålla en enda kristall av rent järn med extremt höga magnetiska egenskaper.

Hittade det största spridningsstålet som erhölls med öppen metod. Detta material har ett ganska högt innehåll magnetisk permeabilitet, betydande mättnadsinduktion, relativt låg kostnad och har samtidigt goda mekaniska och tekniska egenskaper.

Det låga elektriska motståndet hos armcostål mot passage av virvelströmmar, vilket ökar responsen och utlösningstiden för elektromagnetiska reläer och kontakter, anses vara en stor nackdel. Samtidigt, när detta material används för elektromagnetiska tidsreläer, är denna egenskap tvärtom en positiv faktor, eftersom den gör det möjligt att erhålla relativt stora fördröjningar i driften av reläet med extremt enkla medel.

Industrin tillverkar tre typer av kommersiellt ren stålplåt av armco-typ: E, EA och EAA. De skiljer sig åt i värdena för maximal magnetisk permeabilitet och tvångskraft.

Kolstål

Kolstål tillverkas i form av rektangulära, runda och andra sektioner, från vilka delar av olika profiler också gjuts.

Grått gjutjärn

Som regel används inte grått gjutjärn för magnetiska system på grund av dess dåliga magnetiska egenskaper. Dess användning för kraftfulla elektromagneter kan motiveras av ekonomiska skäl. Det gäller även stiftelser, styrelser, stolpar och andra delar.

Gjutjärn är välgjutet och lätt att arbeta med.Formbart gjutjärn, speciellt glödgat, liksom vissa kvaliteter av grålegerat gjutjärn, har ganska tillfredsställande magnetiska egenskaper.

Elektrotekniska silikonstål

Tunn plåt elektriskt stål används i stor utsträckning inom el- och hårdvaruteknik och används för alla typer av elektriska mätinstrument, mekanismer, reläer, chokes, ferroresonant stabilisatorer och andra enheter som arbetar med normal och ökad frekvens växelström. Beroende på de tekniska kraven för stål förluster, magnetiska egenskaper och den applicerade frekvensen av växelström, 28 typer av tunn plåt produceras med en tjocklek på 0,1 till 1 mm.

För att öka det elektriska motståndet hos virvelströmmar tillsätts en annan mängd kisel till stålkompositionen, och beroende på dess innehåll erhålls låglegerade, medellegerade, höglegerade och höglegerade stål.

Med införandet av kisel minskar förlusterna i stålet, den magnetiska permeabiliteten i svaga och medelstora fält ökar och koercitivkraften minskar. Föroreningar (särskilt kol) har i detta fall en svagare effekt, stålåldring minskar (förlusterna i stål förändras lite över tiden).

Användningen av kiselstål förbättrar stabiliteten i driften av elektromagnetiska mekanismer, ökar svarstiden för aktivering och frigöring och minskar risken för att ankaret fastnar. Samtidigt, med introduktionen av kisel, försämras stålets mekaniska egenskaper.

Med en betydande kiselhalt (mer än 4,5%) blir stålet sprött, hårt och svårt att bearbeta. Liten stämpling resulterar i betydande kasseringar och snabbt slitage.Att öka kiselhalten minskar också mättnadsinduktionen. Kiselstål tillverkas i två typer: varmvalsade och kallvalsade.

Kallvalsade stål har olika magnetiska egenskaper beroende på de kristallografiska riktningarna. De är uppdelade i texturerade och lågtexturerade. Strukturerade stål har något bättre magnetiska egenskaper. Jämfört med varmvalsat stål har kallvalsat stål högre magnetisk permeabilitet och låga förluster, men förutsatt att det magnetiska flödet sammanfaller med stålets valsriktning. Annars minskar stålets magnetiska egenskaper avsevärt.

Användningen av kallvalsat stål för dragelektromagneter och andra elektromagnetiska anordningar som arbetar med relativt höga induktanser ger avsevärda besparingar i n. s. och förluster i stål, vilket gör det möjligt att minska magnetkretsens totala dimensioner och vikt.

Enligt GOST betyder bokstäverna och siffrorna för enskilda stålmärken: 3 — elektriskt stål, den första siffran 1, 2, 3 och 4 efter bokstaven indikerar graden av legering av stål med kisel, nämligen: (1 — låglegering , 2 — medellegering, 3 — höglegerad och 4 — kraftigt legerad.

Den andra siffran 1, 2 och 3 efter bokstaven anger värdet av förluster i stål per 1 kg vikt vid en frekvens av 50 Hz och magnetisk induktion B i starka fält, och nummer 1 kännetecknar normala specifika förluster, nummer 2 — låg och 3 - låg.Den andra siffran 4, 5, 6, 7 och 8 efter bokstaven E indikerar: 4 — stål med specifika förluster vid en frekvens på 400 Hz och magnetisk induktion i mellanfält, 5 och 6 — stål med magnetisk permeabilitet i svaga fält från 0,002 till 0,008 a/cm (5 — med normal magnetisk permeabilitet, 6 — med ökad), 7 och 8 — stål med magnetisk permeabilitet i mediet (fält från 0,03 till 10 a/cm (7 — med normal magnetisk permeabilitet, 8 — med ökat).

Den tredje siffran 0 efter bokstaven E anger att stålet är kallvalsat, den tredje och fjärde siffran 00 anger att stålet är kallvalsat med låg textur.

Till exempel är E3100 stål ett höglegerat kallvalsat lågtexturstål med normala specifika förluster vid en frekvens på 50 Hz.

Bokstaven A placerad efter alla dessa siffror betecknar särskilt låga specifika förluster i stålet.

För strömtransformatorer och vissa typer av kommunikationsenheter vars magnetiska kretsar arbetar med mycket låga induktanser.

Järn-nickellegeringar

Dessa legeringar, även kända som permaloid, används främst för produktion av kommunikationsenheter och automatisering. De karakteristiska egenskaperna hos permalloy är: hög magnetisk permeabilitet, låg koercitivkraft, låga förluster i stålet och för ett antal märken — närvaron dessutom av en rektangulär form hysteresloopar.

Beroende på förhållandet mellan järn och nickel, samt innehållet av andra komponenter, tillverkas järn-nickellegeringar i flera kvaliteter och har olika egenskaper.

Järn-nickellegeringar tillverkas i form av kallvalsade, värmebehandlade remsor och remsor med en tjocklek på 0,02-2,5 mm i olika bredder och längder.Även varmvalsad remsa, stång och tråd tillverkas, men dessa är inte standardiserade.

Av alla permaloidkvaliteter har legeringar med en nickelhalt på 45-50% den högsta mättnadsinduktionen och relativt hög elektrisk resistivitet. Därför gör dessa legeringar det möjligt att med små luftgap erhålla den erforderliga dragkraften hos en elektromagnet eller relä med låga förluster. s. på stål och samtidigt ge tillräcklig prestanda.

För elektromagnetiska mekanismer är den kvarvarande dragkraften som erhålls på grund av det magnetiska materialets koercitivkraft mycket viktig. Att använda permaloid minskar denna styrka.

Legeringar av kvaliteterna 79НМ, 80НХС och 79НМА, med mycket låg koercitivkraft, mycket hög magnetisk permeabilitet och elektriskt motstånd, kan användas för magnetiska kretsar av mycket känsliga elektromagnetiska, polariserade och andra reläer.

Användningen av permaloidlegeringar 80HX och 79HMA för små kraftdrosslar med litet luftgap gör det möjligt att erhålla mycket stora induktanser med magnetiska kretsar med liten volym och vikt.

För mer kraftfulla elektromagneter, reläer och andra elektromagnetiska enheter som arbetar med relativt hög N.c, har permaloid inga speciella fördelar jämfört med kol- och kiselstål, eftersom mättnadsinduktionen är mycket lägre och kostnaden för materialet är högre.

Järn-koboltlegeringar

En legering bestående av 50 % kobolt, 48,2 % järn och 1,8 % vanadin (känd som permendur) har fått industriell tillämpning. Med ett relativt litet n. c. den ger den högsta induktionen av alla kända magnetiska material.

Vid svaga fält (upp till 1 A/cm) är induktionen av permendur lägre än induktionen av varmvalsade elstål E41, E48 och speciellt kallvalsade elstål, elektrolytiskt järn och permaloid. Permendurens hysteres och virvelströmmar är relativt stora och det elektriska motståndet är relativt litet. Därför är denna legering av intresse för tillverkning av elektrisk utrustning som arbetar med hög magnetisk induktion (elektromagneter, dynamiska högtalare, telefonmembran, etc.).

Till exempel, för dragelektromagneter och elektromagnetiska reläer, ger användning av den med små luftgap en viss effekt. En given dragkraft kan uppnås med en mindre magnetisk krets.

Detta material tillverkas i form av kallvalsade plåtar med en tjocklek på 0,2 - 2 mm och stänger med en diameter på 8 - 30 mm. En betydande nackdel med järn-koboltlegeringar är deras höga kostnad, på grund av komplexiteten i den tekniska processen och den betydande kostnaden för kobolt. Utöver de uppräknade materialen används andra material i elektriska apparater, till exempel järn-nickel-koboltlegeringar, som har konstant magnetisk permeabilitet och mycket låga hysteresförluster i svaga fält.