Bahan magnetik yang digunakan dalam pembuatan perangkat listrik

Bahan feromagnetik berikut digunakan untuk produksi inti magnetik dalam peralatan dan instrumentasi: besi murni secara teknis, baja karbon berkualitas tinggi, besi cor kelabu, baja silikon elektroteknik, paduan besi-nikel, paduan besi-kobalt, dll.

Mari kita lihat secara singkat beberapa properti dan kemungkinan aplikasinya.

Besi murni secara teknis

Untuk sirkuit magnetik relai, meteran listrik, konektor elektromagnetik, pelindung magnetik, dll., besi murni komersial banyak digunakan. Bahan ini memiliki kandungan karbon yang sangat rendah (kurang dari 0,1%) dan jumlah mangan, silikon, dan pengotor lainnya yang minimal.

Bahan-bahan ini biasanya meliputi: besi armco, besi swedia murni, besi elektrolitik dan karbonil, dll. Kualitas besi murni tergantung pada proporsi kecil pengotor.

Efek paling berbahaya pada sifat magnetik besi adalah karbon dan oksigen.Memperoleh besi murni secara kimia dikaitkan dengan kesulitan teknologi yang besar dan merupakan proses yang kompleks dan mahal. Teknologi, yang dikembangkan secara khusus dalam kondisi laboratorium dengan anil suhu tinggi ganda dalam hidrogen, memungkinkan untuk mendapatkan satu kristal besi murni dengan sifat magnet yang sangat tinggi.

Ditemukan lengan baja sebaran terbesar yang diperoleh dengan metode terbuka. Materi ini memiliki kandungan yang cukup tinggi permeabilitas magnetik, induksi saturasi yang signifikan, biaya yang relatif rendah dan pada saat yang sama memiliki sifat mekanik dan teknologi yang baik.

Hambatan listrik yang rendah dari baja armco terhadap arus eddy, yang meningkatkan waktu respons dan pelepasan relai dan konektor elektromagnetik, dianggap sebagai kelemahan utama. Pada saat yang sama, ketika bahan ini digunakan untuk relai waktu elektromagnetik, properti ini, sebaliknya, merupakan faktor positif, karena memungkinkan untuk mendapatkan penundaan yang relatif besar dalam pengoperasian relai dengan cara yang sangat sederhana.

Industri ini memproduksi tiga jenis lembaran baja jenis armco murni komersial: E, EA dan EAA. Mereka berbeda dalam nilai permeabilitas magnetik maksimum dan gaya koersif.

Baja karbon

Baja karbon diproduksi dalam bentuk persegi panjang, bulat dan bagian lainnya, dari mana bagian dari berbagai profil juga dicetak.

Besi cor kelabu

Sebagai aturan, besi cor kelabu tidak digunakan untuk sistem magnet karena sifat magnetnya yang buruk. Penggunaannya untuk elektromagnet yang kuat dapat dibenarkan atas dasar ekonomi. Ini juga berlaku untuk pondasi, papan, tiang dan bagian lainnya.

Besi cor dilemparkan dengan baik dan mudah dikerjakan.Besi cor yang dapat ditempa, yang dianil secara khusus, serta beberapa tingkat besi cor paduan abu-abu, memiliki sifat magnet yang cukup memuaskan.

Baja silikon elektroteknik

Baja listrik lembaran tipis banyak digunakan dalam teknik listrik dan perangkat keras dan digunakan untuk semua jenis alat ukur listrik, mekanisme, relai, choke, stabilisator feroresonan, dan perangkat lain yang beroperasi pada arus bolak-balik frekuensi normal dan meningkat. kerugian, karakteristik magnetik dan frekuensi yang diterapkan arus bolak-balik, 28 jenis lembaran tipis diproduksi dengan ketebalan 0,1 hingga 1 mm.

Untuk meningkatkan hambatan listrik arus eddy, jumlah silikon yang berbeda ditambahkan ke komposisi baja, dan tergantung pada isinya, baja paduan rendah, paduan menengah, paduan tinggi dan paduan tinggi diperoleh.

Dengan diperkenalkannya silikon, kerugian pada baja berkurang, permeabilitas magnetik pada medan lemah dan menengah meningkat, dan gaya koersif berkurang. Kotoran (terutama karbon) dalam hal ini memiliki efek yang lebih lemah, penuaan baja berkurang (kerugian baja berubah sedikit seiring waktu).

Penggunaan baja silikon meningkatkan stabilitas pengoperasian mekanisme elektromagnetik, meningkatkan waktu respons untuk aktuasi dan pelepasan, dan mengurangi kemungkinan menempelnya jangkar. Pada saat yang sama, dengan diperkenalkannya silikon, sifat mekanik baja memburuk.

Dengan kandungan silikon yang signifikan (lebih dari 4,5%), baja menjadi rapuh, keras dan sulit dikerjakan. Stempel kecil menghasilkan penolakan yang signifikan dan keausan die yang cepat.Meningkatkan kandungan silikon juga menurunkan induksi saturasi. Baja silikon diproduksi dalam dua jenis: hot-rolled dan cold-rolled.

Baja canai dingin memiliki sifat magnetik yang berbeda tergantung pada arah kristalografi. Mereka dibagi menjadi bertekstur dan bertekstur rendah. Baja bertekstur memiliki sifat magnetik yang sedikit lebih baik. Dibandingkan dengan baja canai panas, baja canai dingin memiliki permeabilitas magnet yang lebih tinggi dan kerugian yang rendah, tetapi asalkan fluks magnet bertepatan dengan arah gulungan baja. Jika tidak, sifat magnetik baja akan berkurang secara signifikan.

Penggunaan baja canai dingin untuk elektromagnet traksi dan perangkat elektromagnetik lainnya yang beroperasi pada induktansi yang relatif tinggi memberikan penghematan yang cukup besar dalam n. pp. dan kerugian dalam baja, yang memungkinkan untuk mengurangi keseluruhan dimensi dan berat sirkuit magnetik.

Menurut GOST, huruf dan angka masing-masing merek baja berarti: 3 - baja listrik, angka pertama 1, 2, 3 dan 4 setelah huruf menunjukkan tingkat paduan baja dengan silikon, yaitu: (1 - paduan rendah , 2 - paduan sedang, 3 - paduan tinggi dan 4 - paduan berat.

Angka kedua 1, 2 dan 3 setelah huruf menunjukkan nilai kerugian baja per 1 kg berat pada frekuensi 50 Hz dan induksi magnet B di medan kuat, dan angka 1 mencirikan kerugian spesifik normal, angka 2 rendah dan 3 — rendah.Angka kedua 4, 5, 6, 7 dan 8 setelah huruf E menunjukkan: 4 — baja dengan kerugian spesifik pada frekuensi 400 Hz dan induksi magnetik pada medan sedang, 5 dan 6 — baja dengan permeabilitas magnetik pada medan lemah dari 0,002 hingga 0,008 a / cm (5 — dengan permeabilitas magnetik normal, 6 — dengan peningkatan), 7 dan 8 — baja dengan permeabilitas magnetik dalam medium (bidang dari 0,03 hingga 10 a / cm (7 — dengan permeabilitas magnetik normal, 8 — dengan ditingkatkan).

Angka ketiga 0 setelah huruf E menandakan baja tersebut cold rolled, angka ketiga dan keempat 00 menandakan baja tersebut cold rolled dengan tekstur rendah.

Misalnya, baja E3100 adalah baja tekstur rendah cold-rolled paduan tinggi dengan kerugian spesifik normal pada frekuensi 50 Hz.

Huruf A yang ditempatkan setelah semua angka ini menunjukkan kerugian spesifik yang sangat rendah pada baja.

Untuk trafo arus dan beberapa jenis perangkat komunikasi yang sirkuit magnetiknya beroperasi pada induktansi yang sangat rendah.

Paduan besi-nikel

Paduan ini, juga dikenal sebagai permaloid, digunakan terutama untuk produksi perangkat komunikasi dan otomatisasi. Sifat-sifat khas permalloy adalah: permeabilitas magnet yang tinggi, gaya koersif yang rendah, kehilangan baja yang rendah, dan untuk sejumlah merek - keberadaan, sebagai tambahan, bentuk persegi panjang loop histeresis.

Bergantung pada rasio besi dan nikel, serta kandungan komponen lainnya, paduan besi-nikel diproduksi dalam beberapa tingkatan dan memiliki karakteristik yang berbeda.

Paduan besi-nikel diproduksi dalam bentuk strip dan strip canai dingin yang tidak diberi perlakuan panas dengan ketebalan 0,02-2,5 mm dalam berbagai lebar dan panjang.Strip canai panas, batang dan kawat juga diproduksi, tetapi ini tidak standar.

Dari semua grade permaloid, paduan dengan kandungan nikel 45-50% memiliki induksi saturasi tertinggi dan resistivitas listrik yang relatif tinggi. Oleh karena itu, paduan ini memungkinkan dengan celah udara kecil untuk mendapatkan gaya tarik elektromagnet atau relai yang diperlukan dengan kerugian rendah. pp. pada baja dan pada saat yang sama memberikan kinerja yang memadai.

Untuk mekanisme elektromagnetik, gaya traksi sisa yang diperoleh karena gaya koersif bahan magnet sangat penting. Menggunakan permaloid mengurangi kekuatan ini.

Paduan nilai 79НМ, 80НХС dan 79НМА, memiliki gaya koersif yang sangat rendah, permeabilitas magnetik yang sangat tinggi dan hambatan listrik, dapat digunakan untuk sirkuit magnetik dari relai elektromagnetik, terpolarisasi, dan relai lainnya yang sangat sensitif.

Penggunaan paduan permaloid 80HX dan 79HMA untuk power choke kecil dengan celah udara kecil memungkinkan untuk mendapatkan induktansi yang sangat besar dengan sirkuit magnetik volume dan berat kecil.

Untuk elektromagnet, relai, dan perangkat elektromagnetik lain yang lebih kuat yang beroperasi pada N.c yang relatif tinggi, permaloid tidak memiliki keunggulan khusus dibandingkan baja karbon dan silikon, karena induksi saturasi jauh lebih rendah dan biaya material lebih tinggi.

Paduan besi-kobalt

Paduan yang terdiri dari 50% kobalt, 48,2% besi, dan 1,8% vanadium (dikenal sebagai permendur) telah menerima aplikasi industri. Dengan n yang relatif kecil. c. memberikan induksi tertinggi dari semua bahan magnetik yang dikenal.

Pada medan lemah (hingga 1 A / cm), induksi permendur lebih rendah daripada induksi baja listrik canai panas E41, E48 dan terutama baja listrik canai dingin, besi elektrolitik, dan permaloid. Arus histeresis dan eddy permendure relatif besar, dan hambatan listriknya relatif kecil. Oleh karena itu, paduan ini menarik untuk produksi peralatan listrik yang beroperasi pada induksi magnet tinggi (elektromagnet, pengeras suara dinamis, membran telepon, dll.).

Misalnya, untuk elektromagnet traksi dan relai elektromagnetik, menggunakannya dengan celah udara kecil memberikan efek tertentu. Gaya tarik yang diberikan dapat dicapai dengan sirkuit magnet yang lebih kecil.

Bahan ini diproduksi dalam bentuk lembaran canai dingin dengan ketebalan 0,2 - 2 mm dan batang dengan diameter 8 - 30 mm. Kerugian yang signifikan dari paduan besi-kobalt adalah biayanya yang tinggi, karena kerumitan proses teknologi dan biaya kobalt yang signifikan. Selain bahan yang terdaftar, bahan lain digunakan dalam peralatan listrik, misalnya paduan besi-nikel-kobalt, yang memiliki permeabilitas magnet konstan dan kehilangan histeresis yang sangat rendah di medan lemah.