Magnetische Materialien, die bei der Herstellung elektrischer Geräte verwendet werden

Für die Herstellung von Magnetkernen in Apparaten und Instrumenten werden folgende ferromagnetische Materialien verwendet: technisch reines Eisen, hochwertiger Kohlenstoffstahl, Grauguss, elektrotechnischer Siliziumstahl, Eisen-Nickel-Legierungen, Eisen-Kobalt-Legierungen usw.

Schauen wir uns kurz einige ihrer Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten an.

Technisch reines Eisen

Für Magnetkreise von Relais, Stromzählern, elektromagnetischen Anschlüssen, magnetischen Abschirmungen usw. wird häufig handelsübliches reines Eisen verwendet. Dieses Material hat einen sehr geringen Kohlenstoffgehalt (weniger als 0,1 %) und einen minimalen Anteil an Mangan, Silizium und anderen Verunreinigungen.

Zu diesen Materialien gehören typischerweise: Armco-Eisen, reines schwedisches Eisen, Elektrolyt- und Carbonyleisen usw. Die Qualität von reinem Eisen hängt von geringen Anteilen an Verunreinigungen ab.

Die schädlichsten Auswirkungen auf die magnetischen Eigenschaften von Eisen haben Kohlenstoff und Sauerstoff.Die Gewinnung von chemisch reinem Eisen ist mit großen technologischen Schwierigkeiten verbunden und ein aufwendiger und teurer Prozess. Die speziell unter Laborbedingungen entwickelte Technologie mit doppeltem Hochtemperaturglühen in Wasserstoff ermöglichte die Gewinnung eines Einkristalls aus reinem Eisen mit extrem hohen magnetischen Eigenschaften.

Gefunden wurde die größte Spreizung des Stahlarms, der durch die offene Methode gewonnen wurde. Dieses Material hat einen recht hohen Inhalt magnetische Permeabilität, erhebliche Sättigungsinduktion, relativ geringe Kosten und gleichzeitig gute mechanische und technologische Eigenschaften.

Als großer Nachteil wird der geringe elektrische Widerstand von Armco-Stahl gegenüber dem Durchgang von Wirbelströmen angesehen, der die Ansprech- und Auslösezeit elektromagnetischer Relais und Steckverbinder erhöht. Gleichzeitig ist diese Eigenschaft bei der Verwendung dieses Materials für elektromagnetische Zeitrelais ein positiver Faktor, da sie es ermöglicht, mit äußerst einfachen Mitteln relativ große Verzögerungen im Betrieb des Relais zu erzielen.

Die Industrie produziert drei Arten von kommerziell reinem Armco-Stahlblech: E, EA und EAA. Sie unterscheiden sich in den Werten der maximalen magnetischen Permeabilität und Koerzitivkraft.

Kohlenstoffstähle

Kohlenstoffstähle werden in Form von rechteckigen, runden und anderen Profilen hergestellt, aus denen auch Teile verschiedener Profile gegossen werden.

Grauguss

Aufgrund seiner schlechten magnetischen Eigenschaften wird Grauguss in der Regel nicht für Magnetsysteme verwendet. Der Einsatz für leistungsstarke Elektromagnete lässt sich aus wirtschaftlichen Gründen rechtfertigen. Dies gilt auch für Fundamente, Bretter, Pfosten und andere Teile.

Gusseisen ist gut gegossen und leicht zu bearbeiten.Temperguss, speziell geglüht, sowie einige Sorten grauer Gusseisenlegierungen weisen recht zufriedenstellende magnetische Eigenschaften auf.

Elektrotechnische Siliziumstähle

Dünnes Elektroblech ist in der Elektro- und Hardwaretechnik weit verbreitet und wird für alle Arten von elektrischen Messgeräten, Mechanismen, Relais, Drosseln, Ferroresonanzstabilisatoren und anderen Geräten verwendet, die mit Wechselstrom mit normaler und erhöhter Frequenz betrieben werden. Abhängig von den technischen Anforderungen an Stahl Abhängig von den Verlusten, den magnetischen Eigenschaften und der angelegten Wechselstromfrequenz werden 28 Arten von Feinblechen mit einer Dicke von 0,1 bis 1 mm hergestellt.

Um den elektrischen Widerstand von Wirbelströmen zu erhöhen, wird der Stahlzusammensetzung eine unterschiedliche Menge Silizium zugesetzt und je nach Gehalt werden niedriglegierte, mittellegierte, hochlegierte und hochlegierte Stähle erhalten.

Mit dem Einbringen von Silizium nehmen die Verluste im Stahl ab, die magnetische Permeabilität bei schwachen und mittleren Feldern nimmt zu und die Koerzitivfeldstärke nimmt ab. Verunreinigungen (insbesondere Kohlenstoff) wirken sich in diesem Fall schwächer aus, die Stahlalterung wird reduziert (die Verluste im Stahl verändern sich im Laufe der Zeit kaum).

Die Verwendung von Siliziumstahl verbessert die Stabilität des Betriebs elektromagnetischer Mechanismen, erhöht die Reaktionszeit für die Betätigung und Freigabe und verringert die Möglichkeit des Festsitzens des Ankers. Gleichzeitig verschlechtern sich mit der Einführung von Silizium die mechanischen Eigenschaften von Stahl.

Bei einem hohen Siliziumgehalt (mehr als 4,5 %) wird der Stahl spröde, hart und lässt sich nur schwer bearbeiten. Kleine Stanzungen führen zu erheblichem Ausschuss und schnellem Werkzeugverschleiß.Eine Erhöhung des Siliziumgehalts verringert auch die Sättigungsinduktion. Siliziumstähle werden in zwei Arten hergestellt: warmgewalzt und kaltgewalzt.

Kaltgewalzte Stähle haben je nach Kristallrichtung unterschiedliche magnetische Eigenschaften. Sie werden in strukturierte und niedrigstrukturierte unterteilt. Strukturierte Stähle haben etwas bessere magnetische Eigenschaften. Im Vergleich zu warmgewalztem Stahl weist kaltgewalzter Stahl eine höhere magnetische Permeabilität und geringe Verluste auf, vorausgesetzt, dass der magnetische Fluss mit der Walzrichtung des Stahls übereinstimmt. Andernfalls werden die magnetischen Eigenschaften des Stahls deutlich reduziert.

Die Verwendung von kaltgewalztem Stahl für Traktionselektromagnete und andere elektromagnetische Geräte, die mit relativ hohen Induktivitäten arbeiten, führt zu erheblichen Einsparungen bei n. pp. und Verluste im Stahl, wodurch die Gesamtabmessungen und das Gewicht des Magnetkreises reduziert werden können.

Laut GOST bedeuten die Buchstaben und Zahlen der einzelnen Stahlmarken: 3 – Elektrostahl, die ersten Zahlen 1, 2, 3 und 4 nach dem Buchstaben geben den Legierungsgrad des Stahls mit Silizium an, nämlich: (1 – niedriglegiert , 2 – mittellegiert, 3 – hochlegiert und 4 – stark legiert.

Die zweite Zahl 1, 2 und 3 nach dem Buchstaben gibt den Wert der Stahlverluste pro 1 kg Gewicht bei einer Frequenz von 50 Hz und magnetischer Induktion B in starken Feldern an, und Zahl 1 charakterisiert normale spezifische Verluste, Zahl 2 – niedrige und 3 – niedrig.Die zweite Zahl 4, 5, 6, 7 und 8 nach dem Buchstaben E gibt an: 4 – Stahl mit spezifischen Verlusten bei einer Frequenz von 400 Hz und magnetischer Induktion in mittleren Feldern, 5 und 6 – Stahl mit magnetischer Permeabilität in schwachen Feldern ab 0,002 bis 0,008 A/cm (5 – mit normaler magnetischer Permeabilität, 6 – mit erhöhter), 7 und 8 – Stahl mit magnetischer Permeabilität im Medium (Felder von 0,03 bis 10 A/cm (7 – mit normaler magnetischer Permeabilität, 8 – mit erhöht).

Die dritte Ziffer 0 nach dem Buchstaben E gibt an, dass der Stahl kaltgewalzt ist, die dritte und vierte Ziffer 00 geben an, dass der Stahl kaltgewalzt ist und eine geringe Textur aufweist.

Beispielsweise ist E3100-Stahl ein hochlegierter kaltgewalzter Stahl mit geringer Textur und normalen spezifischen Verlusten bei einer Frequenz von 50 Hz.

Der allen diesen Zahlen nachgestellte Buchstabe A kennzeichnet besonders geringe spezifische Verluste im Stahl.

Für Stromtransformatoren und einige Arten von Kommunikationsgeräten, deren Magnetkreise mit sehr niedrigen Induktivitäten arbeiten.

Eisen-Nickel-Legierungen

Diese Legierungen, auch Permaloid genannt, werden hauptsächlich zur Herstellung von Kommunikationsgeräten und in der Automatisierung verwendet. Die charakteristischen Eigenschaften von Permalloy sind: hohe magnetische Permeabilität, niedrige Koerzitivfeldstärke, geringe Verluste im Stahl und bei einer Reihe von Marken zusätzlich das Vorhandensein einer rechteckigen Form Hystereseschleifen.

Je nach Verhältnis von Eisen und Nickel sowie dem Gehalt anderer Bestandteile werden Eisen-Nickel-Legierungen in mehreren Qualitäten hergestellt und weisen unterschiedliche Eigenschaften auf.

Eisen-Nickel-Legierungen werden in Form von kaltgewalzten, wärmeunbehandelten Bändern und Bändern mit einer Dicke von 0,02–2,5 mm in verschiedenen Breiten und Längen hergestellt.Es werden auch warmgewalzte Bänder, Stäbe und Drähte hergestellt, diese sind jedoch nicht genormt.

Von allen Permaloidqualitäten weisen Legierungen mit einem Nickelgehalt von 45–50 % die höchste Sättigungsinduktion und einen relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstand auf. Daher ermöglichen diese Legierungen, bei kleinen Luftspalten die erforderliche Anziehungskraft eines Elektromagneten oder Relais mit geringen Verlusten zu erreichen. pp. auf Stahl und bieten gleichzeitig ausreichende Leistung.

Bei elektromagnetischen Mechanismen ist die Restzugkraft, die durch die Koerzitivkraft des magnetischen Materials entsteht, sehr wichtig. Die Verwendung von Permaloid verringert diese Stärke.

Legierungen der Sorten 79НМ, 80НХС und 79НМА mit sehr geringer Koerzitivkraft, sehr hoher magnetischer Permeabilität und hohem elektrischen Widerstand können für Magnetkreise hochempfindlicher elektromagnetischer, polarisierter und anderer Relais verwendet werden.

Die Verwendung der Permaloidlegierungen 80HX und 79HMA für kleine Leistungsdrosseln mit kleinem Luftspalt ermöglicht die Erzielung sehr großer Induktivitäten bei Magnetkreisen mit kleinem Volumen und Gewicht.

Für leistungsstärkere Elektromagnete, Relais und andere elektromagnetische Geräte, die bei relativ hohem N. c betrieben werden, hat Permaloid keine besonderen Vorteile gegenüber Kohlenstoff- und Siliziumstählen, da die Sättigungsinduktion viel geringer und die Materialkosten höher sind.

Eisen-Kobalt-Legierungen

Eine Legierung bestehend aus 50 % Kobalt, 48,2 % Eisen und 1,8 % Vanadium (bekannt als Permendur) hat industrielle Anwendung gefunden. Mit einem relativ kleinen n. c. Es ergibt die höchste Induktion aller bekannten magnetischen Materialien.

Bei schwachen Feldern (bis zu 1 A/cm) ist die Induktion von Permendur geringer als die Induktion von warmgewalzten Elektrostählen E41, E48 und insbesondere kaltgewalzten Elektrostählen, Elektrolyteisen und Permaloid. Die Hysterese und die Wirbelströme der Permendure sind relativ groß und der elektrische Widerstand relativ klein. Daher ist diese Legierung für die Herstellung elektrischer Geräte mit hoher magnetischer Induktion (Elektromagnete, dynamische Lautsprecher, Telefonmembranen usw.) von Interesse.

Bei Traktionselektromagneten und elektromagnetischen Relais führt beispielsweise die Verwendung mit kleinen Luftspalten zu einem bestimmten Effekt. Eine bestimmte Zugkraft kann mit einem kleineren Magnetkreis erreicht werden.

Dieses Material wird in Form von kaltgewalzten Blechen mit einer Dicke von 0,2 – 2 mm und Stäben mit einem Durchmesser von 8 – 30 mm hergestellt. Ein wesentlicher Nachteil von Eisen-Kobalt-Legierungen sind ihre hohen Kosten aufgrund der Komplexität des technologischen Prozesses und der erheblichen Kosten für Kobalt. Zusätzlich zu den aufgeführten Materialien werden in elektrischen Geräten weitere Materialien verwendet, beispielsweise Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen, die eine konstante magnetische Permeabilität und sehr geringe Hystereseverluste bei schwachen Feldern aufweisen.