Magnetski materijali koji se koriste u proizvodnji električnih uređaja

Za izradu magnetskih jezgri u aparatima i instrumentaciji koriste se sljedeći feromagnetski materijali: tehnički čisto željezo, visokokvalitetni ugljični čelik, sivi lijev, elektrotehnički silikonski čelik, legure željezo-nikal, legure željezo-kobalt itd.

Osvrnimo se ukratko na neka njihova svojstva i mogućnosti primjene.

Tehnički čisto željezo

Za magnetske krugove releja, električnih brojila, elektromagnetskih konektora, magnetskih štitova itd. široko se koristi komercijalno čisto željezo. Ovaj materijal ima vrlo nizak udio ugljika (manje od 0,1%) i minimalnu količinu mangana, silicija i drugih nečistoća.

Ovi materijali obično uključuju: armco željezo, čisto švedsko željezo, elektrolitičko i karbonilno željezo, itd. Kvaliteta čistog željeza ovisi o manjim udjelima nečistoća.

Najštetnije djelovanje na magnetska svojstva željeza imaju ugljik i kisik.Dobivanje kemijski čistog željeza povezano je s velikim tehnološkim poteškoćama te je složen i skup proces. Tehnologija, posebno razvijena u laboratorijskim uvjetima s dvostrukim visokotemperaturnim žarenjem u vodiku, omogućila je dobivanje monokristala čistog željeza s iznimno visokim magnetskim svojstvima.

Pronađen je najveći rašireni čelični krak dobiven otvorenom metodom. Ovaj materijal ima prilično visok sadržaj magnetska permeabilnost, značajnu indukciju zasićenja, relativno nisku cijenu, a istovremeno ima dobra mehanička i tehnološka svojstva.

Mali električni otpor armco čelika na prolazak vrtložnih struja, što povećava odziv i vrijeme otpuštanja elektromagnetskih releja i konektora, smatra se velikim nedostatkom. U isto vrijeme, kada se ovaj materijal koristi za elektromagnetske vremenske releje, ovo svojstvo je, naprotiv, pozitivan čimbenik, jer omogućuje postizanje relativno velikih kašnjenja u radu releja vrlo jednostavnim sredstvima.

Industrija proizvodi tri vrste komercijalno čistih armco čeličnih limova: E, EA i EAA. Razlikuju se u vrijednostima maksimalne magnetske propusnosti i prisilne sile.

Ugljični čelici

Ugljični čelici proizvode se u obliku pravokutnih, okruglih i drugih presjeka, od kojih se također lijevaju dijelovi različitih profila.

Sivi lijev

Sivi lijev se u pravilu ne koristi za magnetske sustave zbog loših magnetskih svojstava. Njegova uporaba za snažne elektromagnete može se opravdati ekonomski. Također se odnosi na temelje, ploče, stupove i druge dijelove.

Lijevano željezo se dobro lijeva i s njim se lako radi.Kovan lijev, posebno žaren, kao i neke vrste sivog legiranog lijeva, imaju sasvim zadovoljavajuća magnetska svojstva.

Elektrotehnički silikonski čelici

Tankolimeni elektročelik ima široku primjenu u elektrotehnici i strojarstvu, a koristi se za sve vrste električnih mjernih instrumenata, mehanizama, releja, prigušnica, ferorezonantnih stabilizatora i drugih uređaja koji rade na izmjeničnu struju normalne i povišene frekvencije. Ovisno o tehničkim zahtjevima za čelik. gubitaka, magnetskih karakteristika i primijenjene frekvencije izmjenične struje, proizvodi se 28 vrsta tankih limova debljine od 0,1 do 1 mm.

U svrhu povećanja električnog otpora vrtložnih struja u sastav čelika dodaje se različita količina silicija, a ovisno o njegovom sadržaju dobivaju se niskolegirani, srednjelegirani, visokolegirani i visokolegirani čelici.

Uvođenjem silicija smanjuju se gubici u čeliku, povećava se magnetska permeabilnost u slabim i srednjim poljima, a koercitivna sila smanjuje. Nečistoće (osobito ugljik) u ovom slučaju imaju slabiji učinak, starenje čelika je smanjeno (gubici u čeliku malo se mijenjaju tijekom vremena).

Upotrebom silikonskog čelika poboljšava se stabilnost rada elektromagnetskih mehanizama, povećava vrijeme odziva na aktiviranje i otpuštanje te smanjuje mogućnost zapinjanja armature. Istodobno, uvođenjem silicija dolazi do pogoršanja mehaničkih svojstava čelika.

Sa značajnim sadržajem silicija (više od 4,5%), čelik postaje krt, tvrd i težak za obradu. Malo utiskivanje rezultira značajnim odbacivanjem i brzim trošenjem kalupa.Povećanje sadržaja silicija također smanjuje indukciju zasićenja. Silikonski čelici proizvode se u dvije vrste: toplo valjani i hladno valjani.

Hladno valjani čelici imaju različita magnetska svojstva ovisno o kristalografskim smjerovima. Dijele se na teksturirane i nisko teksturirane. Teksturirani čelici imaju nešto bolja magnetska svojstva. U usporedbi s toplo valjanim čelikom, hladno valjani čelik ima veću magnetsku propusnost i male gubitke, ali pod uvjetom da se magnetski tok podudara sa smjerom valjanja čelika. U suprotnom, magnetska svojstva čelika su značajno smanjena.

Upotreba hladno valjanog čelika za vučne elektromagnete i druge elektromagnetske uređaje koji rade na relativno visokim induktivitetima daje znatne uštede u n. str. i gubitaka u čeliku, što omogućuje smanjenje ukupnih dimenzija i težine magnetskog kruga.

Prema GOST-u, slova i brojevi pojedinih marki čelika znače: 3 — električni čelik, prvi broj 1, 2, 3 i 4 nakon slova označava stupanj legiranja čelika silicijumom, naime: (1 — niskolegirani čelik , 2 — srednje legirana, 3 — visokolegirana i 4 — jako legirana.

Drugi broj 1, 2 i 3 iza slova označava vrijednost gubitaka u čeliku po 1 kg težine pri frekvenciji od 50 Hz i magnetskoj indukciji B u jakim poljima, a broj 1 označava normalne specifične gubitke, broj 2 - niske i 3 — nizak.Drugi broj 4, 5, 6, 7 i 8 iza slova E označava: 4 — čelik sa specifičnim gubicima na frekvenciji od 400 Hz i magnetskom indukcijom u srednjim poljima, 5 i 6 — čelik s magnetskom propusnošću u slabim poljima od 0,002 do 0,008 a / cm (5 — s normalnom magnetskom propusnošću, 6 — s povećanom), 7 i 8 — čelik s magnetskom propusnošću u mediju (polja od 0,03 do 10 a / cm (7 — s normalnom magnetskom propusnošću, 8 — s povećan).

Treća znamenka 0 nakon slova E označava da je čelik hladno valjan, treća i četvrta znamenka 00 označavaju da je čelik hladno valjan s niskom teksturom.

Na primjer, čelik E3100 je visokolegirani hladno valjani čelik niske teksture s normalnim specifičnim gubicima na frekvenciji od 50 Hz.

Slovo A iza svih ovih brojeva označava posebno male specifične gubitke u čeliku.

Za strujne transformatore i neke vrste komunikacijskih uređaja čiji magnetski krugovi rade na vrlo malim induktivitetima.

Legure željeza i nikla

Ove legure, također poznate kao permaloid, koriste se uglavnom za proizvodnju komunikacijskih uređaja i automatizacije. Karakteristična svojstva permaloja su: visoka magnetska propusnost, niska koercitivna sila, mali gubici u čeliku, a za niz marki - prisutnost, osim toga, pravokutnog oblika petlje histereze.

Ovisno o omjeru željeza i nikla, kao i sadržaju ostalih komponenti, legure željeza i nikla proizvode se u nekoliko klasa i imaju različite karakteristike.

Legure željeza i nikla proizvode se u obliku hladno valjanih, toplinski neobrađenih traka i traka debljine 0,02-2,5 mm različitih širina i duljina.Proizvodi se i toplo valjana traka, šipka i žica, ali oni nisu standardizirani.

Od svih vrsta permaloida, legure s udjelom nikla od 45-50% imaju najveću indukciju zasićenja i relativno visok električni otpor. Stoga ove legure omogućuju s malim zračnim rasporom da se dobije potrebna vučna sila elektromagneta ili releja s malim gubicima. str. na čeliku i istovremeno pružaju dovoljnu učinkovitost.

Za elektromagnetske mehanizme vrlo je važna zaostala vučna sila dobivena zbog prisilne sile magnetskog materijala. Korištenje permaloida smanjuje ovu snagu.

Legure razreda 79NM, 80NHS i 79NMA, koje imaju vrlo nisku koercitivnu silu, vrlo visoku magnetsku permeabilnost i električni otpor, mogu se koristiti za magnetske krugove visoko osjetljivih elektromagnetskih, polariziranih i drugih releja.

Korištenje permaloidnih legura 80HX i 79HMA za prigušnice male snage s malim zračnim rasporom omogućuje dobivanje vrlo velikih induktiviteta s malim volumenom i težinom magnetskih krugova.

Za snažnije elektromagnete, releje i druge elektromagnetske uređaje koji rade na relativno visokom N. c, permaloid nema osobitih prednosti u odnosu na ugljične i silicijeve čelike, budući da je indukcija zasićenja mnogo niža, a cijena materijala veća.

Legure željeza i kobalta

Legura koja se sastoji od 50% kobalta, 48,2% željeza i 1,8% vanadija (poznata kao permendur) dobila je industrijsku primjenu. S relativno malim n. c. daje najveću indukciju od svih poznatih magnetskih materijala.

Pri slabim poljima (do 1 A/cm) indukcija permendura manja je od indukcije toplovaljanih elektročelika E41, E48, a posebno hladnovaljanih elektročelika, elektrolitskog željeza i permaloida. Histereza i vrtložne struje permendura su relativno velike, a električni otpor je relativno mali. Stoga je ova legura od interesa za proizvodnju električne opreme koja radi na visokoj magnetskoj indukciji (elektromagneti, dinamički zvučnici, telefonske membrane itd.).

Na primjer, za vučne elektromagnete i elektromagnetske releje, korištenje s malim zračnim rasporima daje određeni učinak. Zadana vučna sila može se postići s manjim magnetskim krugom.

Ovaj materijal se proizvodi u obliku hladno valjanih limova debljine 0,2 - 2 mm i šipki promjera 8 - 30 mm. Značajan nedostatak legura željeza i kobalta je njihova visoka cijena, zbog složenosti tehnološkog procesa i značajne cijene kobalta. Osim navedenih materijala, u električnim uređajima koriste se i drugi materijali, primjerice legure željezo-nikal-kobalt, koje imaju konstantnu magnetsku propusnost i vrlo male gubitke histereze u slabim poljima.