Vật liệu từ tính được sử dụng trong sản xuất các thiết bị điện

Các vật liệu sắt từ sau đây được sử dụng để sản xuất lõi từ trong thiết bị và dụng cụ: sắt nguyên chất kỹ thuật, thép cacbon chất lượng cao, gang xám, thép silic kỹ thuật, hợp kim sắt-niken, hợp kim sắt-coban, v.v.

Hãy xem xét ngắn gọn một số thuộc tính và khả năng ứng dụng của chúng.

Sắt tinh khiết kỹ thuật

Đối với các mạch từ của rơle, đồng hồ đo điện, đầu nối điện từ, tấm chắn từ, v.v., sắt nguyên chất thương mại được sử dụng rộng rãi. Vật liệu này có hàm lượng carbon rất thấp (dưới 0,1%) và một lượng tối thiểu mangan, silicon và các tạp chất khác.

Những vật liệu này thường bao gồm: sắt armco, sắt Thụy Điển nguyên chất, sắt điện phân và carbonyl, v.v. Chất lượng của sắt nguyên chất phụ thuộc vào tỷ lệ tạp chất nhỏ.

Các tác hại nhất đối với tính chất từ ​​của sắt là carbon và oxy.Thu được sắt tinh khiết về mặt hóa học có liên quan đến những khó khăn lớn về công nghệ và là một quá trình phức tạp và tốn kém. Công nghệ, được phát triển đặc biệt trong điều kiện phòng thí nghiệm với quá trình ủ ở nhiệt độ cao gấp đôi trong hydro, giúp thu được một tinh thể sắt nguyên chất duy nhất có đặc tính từ tính cực cao.

Tìm thấy cánh tay thép có độ lan rộng lớn nhất thu được bằng phương pháp mở. Tài liệu này có hàm lượng khá cao Tính thấm từ, cảm ứng bão hòa đáng kể, chi phí tương đối thấp, đồng thời có tính chất cơ học và công nghệ tốt.

Điện trở thấp của thép armco đối với dòng điện xoáy, làm tăng thời gian đáp ứng và giải phóng của rơle điện từ và đầu nối, được coi là một nhược điểm lớn. Đồng thời, khi vật liệu này được sử dụng cho rơle thời gian điện từ, thì ngược lại, đặc tính này là một yếu tố tích cực, vì nó có thể thu được độ trễ tương đối lớn trong hoạt động của rơle bằng các phương tiện cực kỳ đơn giản.

Ngành công nghiệp sản xuất ba loại thép tấm loại armco tinh khiết thương mại: E, EA và EAA. Chúng khác nhau về các giá trị của độ thấm từ tối đa và lực cưỡng bức.

thép carbon

Thép carbon được sản xuất ở dạng hình chữ nhật, hình tròn và các phần khác, từ đó các phần của các cấu hình khác nhau cũng được đúc.

gang xám

Theo quy định, gang xám không được sử dụng cho các hệ thống từ tính do đặc tính từ tính kém của nó. Việc sử dụng nó cho nam châm điện mạnh có thể được biện minh trên cơ sở kinh tế. Nó cũng áp dụng cho nền móng, bảng, cột và các bộ phận khác.

Gang được đúc tốt và dễ gia công.Gang dẻo, được ủ đặc biệt, cũng như một số loại gang hợp kim xám, có đặc tính từ khá tốt.

Thép silic kỹ thuật điện

Thép tấm mỏng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và phần cứng và được sử dụng cho tất cả các loại dụng cụ đo điện, cơ chế, rơle, cuộn cảm, bộ ổn định cộng hưởng sắt và các thiết bị khác hoạt động với dòng điện xoay chiều tần số bình thường và tăng dần.Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật đối với thép tổn thất, đặc tính từ và tần số ứng dụng của dòng điện xoay chiều, 28 loại tấm mỏng được sản xuất với độ dày từ 0,1 đến 1 mm.

Để tăng điện trở của dòng điện xoáy, một lượng silic khác nhau được thêm vào thành phần thép, và tùy thuộc vào hàm lượng của nó, người ta thu được thép hợp kim thấp, hợp kim trung bình, hợp kim cao và thép hợp kim cao.

Với sự ra đời của silicon, tổn thất trong thép giảm, độ thấm từ trong trường yếu và trung bình tăng, lực cưỡng bức giảm. Các tạp chất (đặc biệt là carbon) trong trường hợp này có tác dụng yếu hơn, quá trình lão hóa thép giảm (tổn thất trong thép ít thay đổi theo thời gian).

Việc sử dụng thép silic giúp cải thiện tính ổn định của hoạt động của các cơ chế điện từ, tăng thời gian đáp ứng cho quá trình truyền động và giải phóng, đồng thời giảm khả năng dính phần ứng. Đồng thời, với sự ra đời của silicon, các tính chất cơ học của thép bị suy giảm.

Với hàm lượng silic đáng kể (hơn 4,5%), thép trở nên giòn, cứng và khó gia công. Dập nhỏ dẫn đến loại bỏ đáng kể và mài mòn khuôn nhanh chóng.Tăng hàm lượng silic cũng làm giảm cảm ứng bão hòa. Thép silic được sản xuất theo hai loại: cán nóng và cán nguội.

Thép cán nguội có tính chất từ ​​tính khác nhau tùy thuộc vào hướng tinh thể. Chúng được chia thành kết cấu và kết cấu thấp. Thép kết cấu có tính chất từ ​​tính tốt hơn một chút. So với thép cán nóng, thép cán nguội có độ thấm từ cao hơn và tổn thất thấp, nhưng với điều kiện là từ thông trùng với hướng cán của thép. Mặt khác, tính chất từ ​​​​của thép bị giảm đáng kể.

Việc sử dụng thép cán nguội cho nam châm điện kéo và các thiết bị điện từ khác hoạt động ở độ tự cảm tương đối cao giúp tiết kiệm đáng kể n. pp. và tổn thất thép, giúp giảm kích thước và trọng lượng tổng thể của mạch từ.

Theo GOST, các chữ cái và số của các nhãn hiệu thép riêng lẻ có nghĩa là: 3 - thép điện, số đầu tiên 1, 2, 3 và 4 sau chữ cái cho biết mức độ hợp kim của thép với silicon, cụ thể là: (1 - hợp kim thấp , 2 — hợp kim trung bình, 3 — hợp kim cao và 4 — hợp kim nặng.

Số thứ hai 1, 2 và 3 sau chữ cái biểu thị giá trị tổn thất thép trên 1 kg trọng lượng ở tần số 50 Hz và cảm ứng từ B trong trường mạnh và số 1 đặc trưng cho tổn thất cụ thể thông thường, số 2 - thấp và 3 — thấp.Số thứ hai 4, 5, 6, 7 và 8 sau chữ E biểu thị: 4 — thép có tổn thất cụ thể ở tần số 400 Hz và cảm ứng từ trong trường trung bình, 5 và 6 — thép có độ thấm từ trong trường yếu từ 0,002 đến 0,008 a / cm (5 — với độ thấm từ bình thường, 6 — với độ thấm từ tăng), 7 và 8 — thép có độ thấm từ trong môi trường (trường từ 0,03 đến 10 a / cm (7 — với độ thấm từ thông thường, 8 — với tăng).

Chữ số 0 thứ ba sau chữ E cho biết thép được cán nguội, chữ số thứ ba và thứ tư 00 cho biết thép được cán nguội có kết cấu thấp.

Ví dụ, thép E3100 là thép kết cấu thấp cán nguội hợp kim cao với tổn thất riêng thông thường ở tần số 50 Hz.

Chữ A được đặt sau tất cả những con số này biểu thị tổn thất cụ thể đặc biệt thấp trong thép.

Đối với máy biến dòng và một số loại thiết bị thông tin liên lạc mà mạch từ hoạt động ở điện cảm rất thấp.

hợp kim sắt-niken

Những hợp kim này, còn được gọi là permaloid, được sử dụng chủ yếu để sản xuất các thiết bị liên lạc và tự động hóa. Các tính chất đặc trưng của permalloy là: tính thấm từ tính cao, lực cưỡng bức thấp, tổn thất thép thấp và đối với một số thương hiệu - ngoài ra, còn có hình chữ nhật vòng trễ.

Tùy thuộc vào tỷ lệ sắt và niken, cũng như hàm lượng của các thành phần khác, hợp kim sắt-niken được sản xuất ở một số loại và có các đặc điểm khác nhau.

Hợp kim sắt-niken được sản xuất ở dạng dải và dải cán nguội, không qua xử lý nhiệt với độ dày 0,02-2,5 mm với nhiều chiều rộng và chiều dài khác nhau.Dải, thanh và dây cán nóng cũng được sản xuất, nhưng chúng không được tiêu chuẩn hóa.

Trong tất cả các loại permaloid, hợp kim có hàm lượng niken 45-50% có cảm ứng bão hòa cao nhất và điện trở suất tương đối cao. Do đó, các hợp kim này có thể tạo ra lực kéo cần thiết của nam châm điện hoặc rơle với các khe hở không khí nhỏ với tổn thất thấp. trang trên thép và đồng thời cung cấp đủ hiệu suất.

Đối với các cơ chế điện từ, lực kéo dư thu được do lực cưỡng bức của vật liệu từ tính là rất quan trọng. Sử dụng permaloid làm giảm sức mạnh này.

Các hợp kim loại 79НМ, 80НХС và 79НМА, có lực kháng từ rất thấp, tính thấm từ và điện trở rất cao, có thể được sử dụng cho các mạch từ của các rơle điện từ, phân cực và các loại rơle khác có độ nhạy cao.

Việc sử dụng các hợp kim permaloid 80HX và 79HMA cho các cuộn cảm công suất nhỏ với khe hở không khí nhỏ giúp có thể thu được độ tự cảm rất lớn với các mạch từ có khối lượng và trọng lượng nhỏ.

Đối với nam châm điện mạnh hơn, rơle và các thiết bị điện từ khác hoạt động ở N. c tương đối cao, permaloid không có lợi thế đặc biệt nào so với thép carbon và silicon, vì cảm ứng bão hòa thấp hơn nhiều và giá thành của vật liệu cao hơn.

Hợp kim sắt-coban

Một hợp kim bao gồm 50% coban, 48,2% sắt và 1,8% vanadi (được gọi là permendur) đã nhận được ứng dụng công nghiệp. Với n tương đối nhỏ. c. nó cho cảm ứng cao nhất trong tất cả các vật liệu từ tính đã biết.

Ở trường yếu (đến 1 A/cm) cảm ứng permendur thấp hơn cảm ứng của thép điện cán nóng E41, E48 và đặc biệt là thép điện cán nguội, sắt điện phân và permaloid. Độ trễ và dòng điện xoáy của permendure tương đối lớn và điện trở tương đối nhỏ. Do đó, hợp kim này được quan tâm để sản xuất các thiết bị điện hoạt động ở cảm ứng từ cao (nam châm điện, loa động lực, màng điện thoại, v.v.).

Ví dụ, đối với nam châm điện kéo và rơle điện từ, việc sử dụng nó với khe hở không khí nhỏ sẽ mang lại hiệu quả nhất định. Một lực kéo nhất định có thể đạt được với một mạch từ nhỏ hơn.

Vật liệu này được sản xuất ở dạng tấm cán nguội có độ dày 0,2 - 2 mm và thanh có đường kính 8 - 30 mm. Một nhược điểm đáng kể của hợp kim sắt-coban là giá thành cao, do quy trình công nghệ phức tạp và chi phí coban đáng kể. Ngoài các vật liệu được liệt kê, các vật liệu khác được sử dụng trong các thiết bị điện, chẳng hạn như hợp kim sắt-niken-coban, có độ từ thẩm không đổi và tổn thất từ ​​trễ rất thấp trong trường yếu.