Магнитная проницаемость стали трансформаторной: Электротехническая сталь (трансформаторная) — свойства и применение

Электротехнические стали. Марки, свойства и области применения

Содержание страницы

Электротехнические стали (ЭТС) – класс ферромагнитных материалов, применяющихся для изготовления магнитно-активных частей электромашин и приборов, вырабатывающих и преобразующих электрическую энергию: генераторов, трансформаторов, электродвигателей, реле, электромагнитов. По способу изготовления ЭТС делятся на горячекатаные и холоднокатаные. Несмотря на то что химический состав ЭТС обычно не нормируется, они распределяются на группы в зависимости от массовой доли главного легирующего элемента (кремний или кремний совместно с алюминием), как это показано в табл. 1.

Стали могут изготовляться с незащищённой металлической поверхностью или иметь электроизоляционное покрытие. Термостойкость обозначается в марке буквой Т, улучшение штампуемости – буквой Ш, нетермостойкое покрытие – буквой Н. Если для листовой стали проводился контроль внутренних дефектов, то добавляется буква У.

Обозначение марки стали состоит из четырёх- пяти цифр с возможным добавлением одной-двух букв.

Первая цифра означает класс по структурному состоянию и виду прокатки:

• 1 – горячекатаная изотропная,
• 2 – холоднокатаная изотропная,
• 3 – холоднокатаная анизотропная.

Вторая цифра – группа стали по содержанию кремния (см. табл. 1).

Третья цифра – вид стали по основным нормируемым характеристикам магнитных свойств.

• при цифре 0 – это величина удельных магнитных потерь при частоте тока в 50 Гц и индукции 1,7 Тл, а также индукция при напряжённости поля 100 А/м;
• при цифре 1 – величина удельных магнитных потерь при частоте тока в 50 Гц и индукции 1 и 1,5 Тл, а также индукция при напряжённости поля 2500 А/м;
• при цифре 2 – величина удельных магнитных потерь при частоте тока от 200 Гц и индукции 0,75, 1 и 1,5 Тл;
• при цифре 6 – величина индукции в слабых полях при напряжённости поля 0,4 А/м;
• при цифре 7 – величина индукции в сильных полях при напряжённости поля 10 А/м;
• цифра 8 характеризует релейные стали.

Таким образом, первые три цифры определяют тип стали. Для всех сталей, кроме релейных, четвёртая (последняя) цифра означает уровень основных нормируемых характеристик: 1 – нормальный, 2 – повышенный, 3 – высокий, 4 и более – высшие уровни.

Для релейных сталей четвёртая и пятая цифры задают величину их характеристики (значение коэрцитивной силы в А/м).

По сортаменту и видам продукции ЭТС подразделяются следующим образом:

• для электромашин промышленной частоты тока (трансформаторы, генераторы, электродвигатели) они выпускаются в виде рулонов, листов и резаных лент;
• для аппаратов, работающих при повышенных частотах тока, – в виде лент;
• для магнитопроводов машин и приборов, работающих в режиме включение – отключение (реле, пускатели, электромагниты), – в виде листов, рулонов, лент и профилей из релейных сталей.

Ниже (табл. 2–5) приводятся основные показатели магнитных свойств (удельные магнитные потери, индукция и её разброс) ЭТС различных типов. Здесь и далее частота задаётся в герцах, магнитная индукция – в теслах. Таким образом, например, Р_1,5/50 означает величину удельных магнитных потерь в Вт/кг при магнитной индукции, равной 1,5 Тл, и частоте тока 50 Гц.

Для релейных сталей содержание основных элементов обычно не должно превышать: 0,04% углерода; 0,3% кремния; 0,3% марганца.

В настоящий момент производятся 20 марок таких сталей, их магнитные свойства должны соответствовать нормам, приведённым в табл. 5.

Таблица 1.

1. Группы ЭТС

Таблица 2.

2. Удельные показатели магнитных свойств анизотропной тонколистовой стали

Таблица 3.

3. Магнитные свойства изотропной тонколистовой стали

Таблица 4.

4. Магнитные свойства тончайшей ленты из анизотропной ЭТС

Таблица 5.

5. Значения магнитной индукции и проницаемости для релейных сталей

Механические свойства ЭТС существенно влияют на их способность к обработке (штамповке, обточке, прокатке) и на себестоимость изделия.

Должен быть обеспечен определённый запас пластичности, чтобы предотвратить поломку пластин и лент магнитопроводов при вырезке, сборке и навивке. В табл. 6 и 7 приведены сведения о механических характеристиках и необходимом числе перегибов для листов и лент основных ЭТС.

Таблица 6.

6. Механические свойства¹ тонколистовых изотропных и анизотропных ЭТС

Таблица 7.

7. Число перегибов (не менее)¹ тонких листов и лент из ЭТС

Отметим, что для каждой группы анизотропных сталей требуемое число перегибов зависит лишь от толщины листа.

Что касается релейных сталей, то они должны иметь при испытаниях на растяжение σ_в≥270 Н/мм²,

δ _≥ 24% , Ψ _≥ 60% , а твёрдость НВ ≤ 131.

Таблица 8.

8. Зарубежные ЭТС, близкие к отечественным

Просмотров: 2 769

Магнитная проницаемость железа

До сих пор мы рассматривали только магнитное поле в вакууме или, что практически почти то же самое, в воздухе. Теперь мы переходим к рассмотрению магнитного поля в различных веществах и в первую очередь в железе и сходных с ним сильно намагничивающихся материалах.

Рассмотрим опыт, схема которого показана на рис. 274. На длинный соленоид I надета индукционная катушка II, в цепь которой включен так называемый баллистический гальванометр, т. е. гальванометр с большим периодом колебаний подвижной части. Особенность этого прибора заключается в том, что при прохождении через него импульсов тока, длительность которых значительно (по крайней мере в 10 раз) меньше периода колебаний подвижной части, максимальное отклонение (отброс) подвижной части от положения равновесия оказывается пропорциональным заряду , прошедшему через гальванометр.

Рис. 274. В надетой на соленоид I катушке II при замыкании ключа в цепи соленоида индуцируется ток. Индукционный ток меньше в отсутствие железного сердечника в соленоиде (а), чем с сердечником (б)

Когда через соленоид течет ток определенной силы, сквозь катушку II проходит определенный магнитный поток . При выключении тока магнитный поток уменьшается до нуля, так что изменение магнитного потока , т. е. равно начальному значению магнитного потока. Это изменение происходит за некоторый промежуток времени . При этом в катушке II индуцируется э. д. с., среднее значение которой

.

Если сопротивление цепи, в которую включена катушка II (т. е. общее сопротивление катушки, гальванометра и соединительных проводов), равно , то в течение времени  через гальванометр будет течь ток, среднее значение которого

.

В результате через гальванометр пройдет заряд

, (144.1)

который можно определить по отбросу стрелки гальванометра (см. упражнения 141.4 и 141.5). Из сказанного вытекает, что, измеряя отброс стрелки баллистического гальванометра при включении тока в соленоиде, можно определять начальное значение магнитного потока (поток  пропорционален отбросу стрелки).

Проделаем описанный опыт дважды. Ток в соленоиде I в обоих случаях установим одинаковый, но во втором опыте введем предварительно в соленоид I железный сердечник (рис. 274, б). Мы обнаружим, что во втором опыте (при наличии сердечника) отброс стрелки гальванометра, а следовательно, и начальное значение магнитного потока  оказываются гораздо большими, чем в первом опыте (когда железный сердечник отсутствует). Чтобы без железного сердечника получить такой же отброс стрелки гальванометра, как и при наличии сердечника, нужно было бы во много раз усилить первичный ток в соленоиде I. Но усиление первичного тока в соленоиде I означает, что мы увеличиваем начальное значение магнитного потока внутри этого соленоида, а следовательно, и сквозь катушку II. Таким образом, внесение железного сердечника сильно увеличивает начальное значение магнитного потока. Повторяя наш опыт с сердечниками различной толщины, мы убедимся, что увеличение магнитного потока будет тем больше, чем большая часть соленоида заполняется железом. Наибольшее увеличение наблюдается, когда весь соленоид заполнен железом, т. е. когда обмотка плотно навита на железный сердечник.

Строго говоря, полное увеличение магнитного потока достигается лишь тогда, когда все линии магнитного поля проходят в веществе сердечника. Это бывает, например, у соленоида, плотно навитого на замкнутый в виде кольца сердечник (рис. 275, а). Однако, если соленоид достаточно длинен по сравнению со своими поперечными размерами и плотно навит на длинный выступающий сердечник, то индукционная катушка, помещенная в средней части соленоида (рис. 275, б), будет пронизываться практически полным потоком.

Рис. 275. Наличие железного сердечника увеличивает магнитный поток соленоида: а) наибольшее увеличение магнитного потока достигается в кольцеобразном сердечнике; б) большое увеличение магнитного потока получается также у длинного и тонкого соленоида с выступающими концами сердечника. Первичная катушка I в обоих случаях должна плотно обвивать сердечник

В этом случае отношение магнитных потоков в соленоиде, навитом на сердечник, и в том же соленоиде без сердечника зависит только от материала сердечника, конечно, при условии, что начальный ток в обмотке имеет одно и то же значение. Для разных сортов железа и стали это отношение различно. Обозначая его греческой буквой  (мю), мы можем написать:

,

где  – магнитный поток в катушке с сердечником, а  – магнитный поток в катушке без сердечника.

Величину , характеризующую магнитные свойства железа, использованного для сердечника, называют его магнитной проницаемостью. Как уже упоминалось, измерения показывают, что наличие железного сердечника увеличивает магнитный поток весьма значительно, иногда в тысячи раз. Мы можем, следовательно, сказать, что магнитная проницаемость железа весьма велика и в некоторых случаях может достигать значения нескольких тысяч.

Возрастание магнитного потока при введении в соленоид железа нетрудно понять с точки зрения представлений об амперовых молекулярных токах. Под влиянием магнитного поля соленоида амперовы токи в железе ориентируются, стремясь стать параллельно токам обмотки соленоида (рис. 276). Этим объясняется намагничивание железа и усиление магнитного поля во внешнем пространстве. Этим же объясняется и увеличение магнитного потока сквозь соленоид при введении в него сердечника: к магнитному потоку, создаваемому током в обмотке соленоида, добавляется магнитный поток, создаваемый совокупностью ориентированных амперовых токов.

Рис. 276. Под влиянием магнитного поля соленоида амперовы токи в железном сердечнике ориентируются так, что направление их совпадает с током в соленоиде

В опыте, изображенном на рис. 274, поток через один виток катушки II равен , где  – магнитная индукция поля в соленоиде, a  – площадь поперечного сечения соленоида. Поток , фигурирующий в формуле (144.1), равен  ( – число витков катушки II). Отсюда следует, что увеличение потока  в  раз означает, что магнитная индукция  в железном сердечнике в  раз больше, чем магнитная индукция  (при том же токе в соленоиде) в случае, когда вместо железа был вакуум. Таким образом, заполнение железом пространства, в котором было поле с индукцией , увеличивает индукцию поля в  раз:

. (144.2)

В § 126 мы отмечали, что наряду с магнитной индукцией , которая является основной силовой характеристикой магнитного поля, в некоторых случаях оказывается полезной вспомогательная характеристика , связанная с  соотношением (см. формулу (126.4))

(144.3)

и называемая напряженностью магнитного поля (напомним, что  – магнитная постоянная, см. формулу (126.2)).

В применении к рассматриваемому опыту формула (144.3) дает  (в отсутствие сердечника, когда ) и  (при наличии сердечника). Поскольку , имеем

, или .

Таким образом, напряженность магнитного поля не зависит от того, заполнен соленоид каким-либо материалом или нет. В случае, когда все пространство, в котором поле отлично от нуля, заполнено однородным веществом, напряженность поля не зависит от свойств этого вещества.

Зависимость магнитной проницаемости сталей от химического состава и частоты | Сандовский

1. Бида Г. В., Ничипурук А. П. Магнитные свойства термообработанных сталей. — Екатеринбург: ИМФ УрО РАН, 2005. — 218 с.

2. Сандовский В. А. Обработка многомерного сигнала при магнитном спектрометрическом контроле сталей / Дефектоскопия. 1982. № 4. С. 33 — 36.

3. Сандовский В. А. Контроль качества изотермической закалки сталей / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 11. С. 32-36.

4. Сандовский В. А. Метод оценки магнитной вязкости ферромагнитных материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т. 75. № 10. С. 36 40.

5. Бозорт Р. Ферромагнетизм / Пер. с англ. — М.: Иностранная литература, 1956. -304 с.

6. Вонсовский С. В. Магнетизм. — М.: Наука, 1971. — 1032 с.

7. Вонсовский С. В., Шур Я. С. Ферромагнетизм. — М. — Л.: ОГИЗ, 1948. — 816 с.

8. Кадочников А. И. Динамические петли магнитного гистерезиса. — Екатеринбург: ИМФ УрО РАН, 2007. — 287 с.

9. Кошляков Н. С., Глинер Э. Б., Смирнов М. М. Основные дифференциальные уравнения математической физики. — М.: Физматгиз, 1962. — 767 с.

10. Гринберг Г. А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. — М.-Л.: АН СССР, 1948. — 647 с.

11. Дякин В. В., Сандовский В. А. Задачи электродинамики в неразрушающем контроле. — Екатеринбург: ИФМ УрО РАН, 2008. — 390 с.

12. Левит М. Г. Программное обеспечение для решения задач численного анализа на СМ ЭВМ. — Кишинев: Штиинца, 1991. — 237 с.

13. Кадочников А. И. Теория слабого поверхностного эффекта, учитывающая магнитную вязкость с малым временем релаксации / ФММ. 1997. № 1. С. 48 58.

14. Сагарадзе В. В., Уваров А. И. Упрочнение и свойства аустенитных сталей. — Екатеринбург: ИФМ УрО РАН, 2013. — 719 с.

15. Сандовский В. А. Исследования резонансных явлений в ферритовых образцах / Электричество. 2013. № 9. С. 56 61.

Трансформаторное железо (электротехническая сталь)

Одна из разновидностей черного металла — электротехническая сталь (или трансформаторное железо), обладающая улучшенными электромагнитными характеристиками. Добиться лучших показателей можно исключительно внедрением в состав компонента кремния, содержание последнего может варьироваться в пределах 0,8-4,8%, в зависимости от марки, наименования сплава. Такое название, железо, получило в результате специфики применения (данную электротехническую сталь содержат в себе трансформаторы разных типов).

Свойства кремния в составе

Основным отличием данного типа сплава, является кремний в составе, однако, легирование осуществляется не чистым элементом, а ферросилицием. Благодаря этому, происходит выведение из структуры металла кислорода, оказывающего наиболее негативное влияние на магнитные свойства железа. В конечном счете, имеет место восстановление железа из отдельных окислов, оксид кремния частично переходит в указанном состоянии в шлак. Это достаточно важный эффект, которым обладает трансформаторное железо, чем оно выделяется среди прочих наименований структур.

Отмечается и второй положительный эффект от внедрения в трансформаторное железо кремния. В результате такого действия, из металла будет выделяться непосредственно цеменит, который вполне легко заменяется графитом, образующимся в процессе. Как оксид железа, так и цеменит, способны увеличивать коэрцитивные силы в металле, что в будущем приводит к увеличению количества гистерезисных потерь. Если концентрация кремния превышает показатель в 4%, то наблюдается некоторое внимание общих потерь, выделенных и вихревые токи. Данное обстоятельство вызвано общим повышением электрического сопротивления данного типа стали в сравнении с отдельными марками, для которых легирование кремнием не было проведено. 

Химический состав трансформаторного железа

Наличие кремния в повышенном количестве будет способствовать тому, что снижается общий удельный вес оксидов железа. Вместе с тем (и это показали практические исследования структуры металла), имеет место и некоторый рост индукции насыщения Bs данного состава железа. Если увеличить процентное содержание кремния на уровень порядка 6,4%, то в трансформаторном железе индукция насыщения будет отмечена с максимальной величиной. Однако, стоит указать следующие характерные особенности состава:

• По химическому составу, электротехническая стать остается металлом легированной группы, содержание кремния в котором установлено не более чем 4,8%;
• При росте самой концентрации Si, наблюдаются некоторые ухудшения механических характеристик, сильно страдает показатель хрупкости, чего нельзя допустить, в противном случае, при чрезмерном добавлении данного элемента, сталь будет просто непригодной к эксплуатации в составе различного оборудования;
• Наряду с кремнием, для увеличения прочности добавляют также незначительное количество алюминия, уровень которого составляет в пределах 0,5%, не более, что указывается в наименовании структуры металла.

Собственно, по критериям химического состава, данный вид железа можно условно подразделить на две отдельные группы – динамную и трансформаторную.

Отнесение конкретной марки сплава к одной из этих категорий зависит от того, имеет ли место содержание отдельных легирующих примесей и насколько большим является их количество. В отношении динамной стали отмечается, что количество кремния установлено на уровне не более 0,8-2,5%, в то же самое время, чистое трансформаторное железо уже включает в себя в среднем порядка 3,0-4,5%, что также влияет на срок службы и особенности эксплуатации конкретного оборудования. 

Отличительные особенности изотропной и анизатропной сталей

Опираясь на сказанное выше, стоит отметить, характеристики самого легированного соединения железа слишком прямо зависят от процентного содержания кремния в структуре сплава.

Вторым же фактором является непосредственно внутренняя структура, образование которой имеет место в рамках производственного процесса. Важно отметить, как холоднокатаная, так и горячекатаная стали имеют различные по размеру ячейки. Для тех металлов, которые имеют крупнокриссталическую решетку, отмечается большая магнитная проницаемость, но значительно меньший показатель коэрцитивной силы (относительно групп металлов, имеющих мелкокристаллическую решетку). Размер зерна варьируется посредством применения в процессе производства термической и механической обработки.

Учитываются следующие особенности производства:

• Проведенный отжиг стали будет способствовать последующему понижению показателей внутреннего напряжения в металле. Данное обстоятельство будет приводить к тому, что количество кристаллов, которые образуют его структуру, будет неизменно возрастать;
• В свою очередь, горячая прокатка стали не может создать достаточно устойчивую ориентацию отдельных зерен внутри самого металла, она остается хаотичной;
• Согласно исследованиям механических характеристик данной изотропной стали, она не может создавать устойчивую ориентацию отдельных зерен внутри металла, в результате чего, она остается хаотичной. В конечном счете, сталь может характеризоваться независимостью своих магнитных свойств от направления движения частиц.

Если попробовать использовать технологию повторной холодной прокатки стали, то можно добиться определенной текстурованной структуры, с четко выраженной пространственной ориентацией кристаллических элементов в трансформаторном железе. В конечном счете это позволит гарантировать получение анизотропной стали, в рамках которой ребра решетки всех кристаллов установлены непосредственно в направлении последующее прокатки. Если попробовать расположить саму анизотропную сеть в строго правильном направлении, достигается высокая магнитная проницаемость, вместе с тем понижается и показатель коэрцитивной силы.

Само по себе производство данного сплава налажено в виде своеобразного листового проката, который предусматривает ширину одной полосы в пределах 240-1000 мм. Также, данный металл выпускается отдельными листами или же рулонами, длина которых может существенно варьироваться, в пределах 720-2000 мм. Отличается в данном случае и толщина листа, которая может начинаться с показателя в 0,05 мм и заканчиваться значением в 1,0 миллиметр. Лист очень тонкий, при его транспортировке обеспечиваются все необходимые меры предосторожности. Показатели толщины позволят выбрать оптимальное значение для конкретного случая эксплуатации. Помимо прочего, классификация всех электротехнических сталей предусматривает наличие отдельных типов – сортовой и резанной ленты.

Форма трансформаторного железа

Рассматривая структуру трансформатора, можно отметить наличие множества пластин, которые носят вид букв «Е» или «Ш» (в перевернутом виде). Как раз эти пластины и изготавливаются из того самого трансформаторного железа, их можно было видеть в огромном количестве разбросанным по дворам. Появлялись такие элементы после разбора и ремонта трансформаторов, сердцевина которых просто была невостребованной.

Выделяют четыре отдельные маркировки трансформаторного железа, которые проставляются в виде отдельных цифр на пластине. К примеру, первая цифра устанавливает состояние структуры металла, соответствующий класс его прокатки. Вторая цифра отображает уже процентное соотношение количества Si, которое входит в сплавжелеза, третья позволяет определить сами электромагнитные характеристики, которые присущи данному материалу. Последние цифры в маркировке позволяют увидеть количественное значение всех указанных выше характеристик, особенное значение уделяется показателям из третьего пункта.

Важно четко понимать, какие именно характеристики требуется принимать к сведению, чтобы не ошибиться в своем выборе.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 — 0
голосов

Относительная магнитная проницаемость — Студопедия

Следовательно, магнитное поле в ферромагнитном сердечнике усиливается в 4000 раз по сравнению с вакуумом.

Пример 5.5. Tороидальный сердечник имеет размеры: наружный радиус R=50мм, внутренний радиус r=20мм, высота h=10мм. На сердечник намотана обмотка, содержащая w=40 витков. К обмотке приложено напряжение U=0,5В частотой f=1000Гц. Ток, протекающий по обмотке I=0,005А. Вычислить магнитную проницаемость материала, из которого изготовлен сердечник, пренебрегая активным сопротивлением обмотки и потерями в сердечнике и при условии, что сердечник не насыщен.

Решение. Максимальное значение магнитной индукции найдем по формуле:

Максимальное значение напряженности магнитного поля:

Относительная магнитная проницаемость:

.

Экспериментально установлено, что при плавном изменении напряженности магнитного поля изменение величины магнитной индукции за счет смещения границ между доменами происходит скачками (скачки Баркхаузена). На рис. 5.12 показано в увеличенном виде на небольшом участке петли гистерезиса, обведенном кружком, ступенчатое изменение магнитной индукции. При циклическом перемагничивания ферромагнетика отдельные скачки индуктируют в обмотке ЭДС магнитного шума.

Форма петель гистерезиса, величины B_r и H_c зависят от химического состава магнитного материала и от технологического процесса его изготовления. Например, стали холодной прокатки имеют лучшие магнитные свойства по сравнению со сталями горячей прокатки. Вместе с тем холоднокатанная сталь дороже горячекатанной.

Выше было отмечено, что энергия, затрачиваемая за один цикл перемагничивания сердечника, прямо пропорциональна площади динамической петли гистерезиса, т.е. петли гистерезиса, снятой при заданной частоте. Чем шире петля гистерезиса и соответственно больше ее площадь, тем больше потери в сердечнике.

Потери в сердечнике, называемые магнитными потерями P_М, состоят из потерь на гистерезис P_Г (перемагничивание) и потерь на вихревые токи Р_В (токи Фуко), которые переменный магнитный поток индуцирует в магнитном материале:

. (5.11)

При работе в переменном поле потери от гистерезиса прямо пропорциональны частоте. Мощность потерь на гистерезис (на перемагничивание) обычно рассчитывают по эмпирическим формулам, например:

, (5.12)

где s_Г— коэффициент гистерезиса, зависящий от материрала ферромагнетика;

f — частота колебаний магнитной индукции;

B_m — максимальная индукция;

— показатель степени;

G — масса сердечника.

Потери от вихревых токов пропорциональны квадрату индукции, квадрату частоты и обратно пропорциональны удельному электрическому сопротивлению.

Мощность потерь от вихревых токов также рассчитывается по эмпирическим формулам, например:

, (5.15)

где s_B— коэффициент вихревых токов, зависящий от материала ферромагнетика, толщины листов и удельного электрического сопротивления материала.

Как видно их формулы (5.15) применение магнитных материалов с низким удельным электрическим сопротивлением на высоких частотах ограничено из-за высоких потерь, вызванных большими величинами вихревых токов. Для повышения удельного электрического сопротивления стали применяют легирование кремнием, уменьшают толщину листа и изолируют листы друг от друга. Практика показывает, что коэффициент s_B пропорционален квадрату толщины листа. Следовательно, уменьшение толщины листа является основным способом уменьшения потерь при повышенных частотах.

Рассмотрим подробнее, как возникают потери на вихревые токи. Изменяющийся во времени магнитный поток Ф(t) наводит ЭДС индукции в ферромагнитном сердечнике. Поскольку электротехническая сталь является проводником электрического тока, то в сердечнике возникают токи , называемые вихревыми или токами Фуко (рис.5.15,а). Эти токи нагревают сердечник. Мощность, затрачиваемая на нагрев сердечника, называют мощностью потерь от вихревых токов:

, (5.14)

где I_в – действующее значение вихревого тока, R_в – сопротивление контура, по которому замыкается вихревой ток.

Чтобы уменьшить мощность потерь от вихревых токов, стальные сердечники устройств, работающих на переменном токе, изготавливают из изолированных друг от друга пластин. Изоляция пластин выполняется с помощью лаков или бумаги. При таком исполнении сердечника отдельные вихревые токи замыкаются только в пределах одной пластины (рис.5.15,б).

Поток в пределах одной пластины по сравнению с потоком в сплошном сердечнике уменьшается в n раз, а сопротивление контура увеличивается в n раз, где n – количество пластин в сердечнике. В результате ЭДС, наводимая в контуре одной пластины уменьшается в n раз, а сопротивление контура, в котором замыкаются отдельные вихревые токи, увеличивается в n раз. Следовательно, вихревой ток в пределах одной пластины уменьшается в n² раз по сравнению с вихревым током в сплошном сердечнике. Поскольку значение тока входит в формулу потерь (5.14) в квадрате, то мощность потерь в одной пластине уменьшится в n⁵ раз по сравнению с мощностью потерь в сплошном сердечнике. Суммарная мощность потерь во всех n пластинах уменьшится по сравнению с мощностью потерь в сплошном сердечнике в n² раз. Таким образом, мы видим, что выполнение сердечника из изолированных пластин, является эффективным средством снижения потерь на вихревые токи.

Потери зависят от скорости перемагничивания. Чем больше скорость перемагничивания, тем больше потери. Следовательно, чем выше частота питающего напряжения, тем тоньше должны быть пластины. Толщину пластин при частоте 50Гц берут равной 0,55-0,5мм, а при частоте 400Гц – соответственно 0,1мм и менее.

На рис. 5.14 показаны две петли гистерезиса: для медленного перемагничивания (пунктирная кривая) и для перемагничивания при частоте 50 Гц (сплошная кривая).

Если B_m>1Тл, то магнитные потери будут определяться

. (5.15)

То обстоятельство, что мощность потерь P_Г пропорциональна первой степени частоты, а мощность Р_В — квадрату частоты, позволяет экспериментально разделить суммарные потери P_М на P_Г и Р_В, если произвести замеры P_М при двух разных частотах f₁ и f₂, но при неизменной амплитуде магнитной индукции, большей 1Тл.

Для оценки потерь в стали при частоте 50 Гц очень часто не разделяют потери на P_Г и Р_В, а пользуются формулой для суммарных потерь, вытекающей из формулы (5.15):

(5.16)

Здесь P_1/50 — удельные потери в стали, (Вт/кг), при B_m=1Тл и f=50Гц. Из формулы (5.15) видно, что потери в стали пропорциональны квадрату магнитной индукции. В зависимости от марки стали удельные потери составляют 1,2-5,5 Вт/кг

Пример 5.6. В сердечнике трансформатора суммарные магнитные потери на гистерезис и вихревые токи при частотах 1 и 2 кГц составляют соответственно 15 и 50 Вт при неизменной магнитной индукции B=1,2Тл . Рассчитать магнитные потери в сердечнике на частоте 5 кГц при том же значении магнитной индукции..

Решение.Суммарные потери в сердечнике на гистерезис и вихревые токи рассчитываются по формуле:

Определим постоянные коэффициенты и из системы:

Вт·с.

Вт·с².

Потери в сердечнике трансформатора при частоте 5кГц будут равны:

Наряду с активной мощностью при работе цепей со сталью пользуются понятием реактивной или намагничивающей мощности , которая измеряется в варах. Зависимость этой мощности, так же как и тока I_p от B_m, нелинейная. В справочной литературе [8] приведена зависимость удельной намагничивающей мощности q₀ (вар/кг) от величины магнитной индукции B_m.

В переменных магнитных полях пользуются понятием динамической магнитной проницаемости , представляющей собой отношение наибольшего значения индукции к наибольшему значению напряженности магнитного поля. С увеличением частоты переменного поля динамическая магнитная проницаемость уменьшается из-за инерционности магнитных процессов.

В цепях переменного тока рассеяние мощности при намагничивании катушки индуктивности иногда оценивают тангенсом угла магнитных потерь. В схеме замещения обмотку с ферромагнитным сердечником представляют в виде последовательного соединения идеальной катушки индуктивности L без потерь и сопротивления r, эквивалентного всем видам потерь в ферромагнитном веществе (рис.5.15,в). Из векторной диаграммы получим (рис.5.15,г):

. (5.17)

Величина, обратная тангенсу угла магнитных потерь, называется добротностью катушки индуктивности с заданным магнитным сердечником:

. (5.18)

В зависимости от величины коэрцитивной силы на предельной петле гистерезиса магнитные материалы подразделяют на магнитомягкие (H_c < 4 кА/м, ) и магнитотвердые (H_c > 4 кА/м). Наименьшее значение коэрцитивной силы для магнитомягких материалов составляет 0,4 А/м, а наибольшее значение для магнитотвердых материалов составляет 800 кА/м. Отметим, что термины магнитомягкие и магнитотвердые материалы относятся не к механическим, а к электрическим характеристикам магнитных материалов.

В качестве материала для магнитопроводов, работающих в переменных полях, применяют магнитомягкие материалы с узкой петлей гистерезиса.Они отличаются малым запасом магнитной энергии, малой коэрцитивной силой, способностью легко перемагничиваться и размагничиваться, а также высокой магнитной проницаемостью в слабых и средних полях. Магнитомягкие материалы используют для изготовления сердечников (магнитопроводов) трансформаторов, статоров и роторов электрических машин, в измерительных приборах и электрических аппаратах.

В отличие от них магнитотвердые материалы обладают широкой петлей гистерезиса и большой коэрцитивной силой. Они отличаются большим запасом магнитной энергии и устойчивым намагничиванием. Их применяют для изготовления постоянных магнитов.

Магнитные характеристики ферромагнетиков зависят от температуры. С повышением температуры усиливается дезорганизующее действие теплового движения атомов, которое стремится разрушить состояние самопроизвольной намагниченности ферромагнетика.

Магнитная проницаемость также зависит от температуры. При температуре выше определенного значения, называемого точкой Кюри, домены разрушаются и магнитные материалы теряют свои ферромагнитные свойства. Для разных материалов точка Кюри имеет разные значения, являясь характеристикой магнитного материала. Например, для чистого железа температура Кюри составляет 768^о С, а для никеля она составляет 558^о С.

Для характеристики изменения магнитной проницаемости при изменении температуры пользуются температурным коэффициентом магнитной проницаемости, который определяют так же как и температурный коэффициент других характеристик :

. (5.19)

При намагничивании магнитных материалов наблюдается изменение их линейных размеров и формы. Такое явление называется магнитострикцией. Характеристикой магнитострикции материала является константа магнитострикции , выражаемая следующей формулой:

, (5.20)

где — увеличение (или уменьшение) длины образца l в направлении поля H при увеличении напряженности поля от нуля до величины, вызывающей техническое насыщение.

Константа магнитострикции может быть положительной и отрицательной, то есть размеры образца в направлении поля при намагничивании могут как увеличиваться, так и уменьшатся.

Магнитные свойства высококачественных аустенитных нержавеющих сталей

Магнитные свойства высококачественных аустенитных нержавеющих сталей.

Метизы BEST-Крепёж из нержавеющих сталей АISI 304 и АISI 316 позволяют сформировать надёжное крепление, стойкое к образованию коррозии. На них возлагают повышенную ответственность в строительстве и промышленной индустрии, на пищевом и химическом производстве – везде, где ожидается воздействие различных агрессивных сред. В силу чего важно знать: из какой стали сделан крепёж. В быту сформировалось мнение о том, что коррозионностойкие сплавы немагнитны. Поэтому на строительных площадках состав сплава принято определять при помощи бытового магнита. Суть теста проста, если металлическое изделие его притягивает – значит: «..это крепёж не из нержавейки, а из обычный стали..».

На самом деле определение стали, опираясь на магнитные свойства изделия, непрофессионально и, зачастую вводит в заблуждение. Когда мы говорим о «магнитности» того или иного сплава,  на самом деле рассматриваем вопрос: какова его магнитная проницаемость (или магнитная восприимчивость).

Хромоникелевые стали А2 и А4 по ГОСТ Р ИСО 3506-1 (согласно АISI они соответствуют сплавам 304 и 316) относят к аустенитным коррозионностойким сталям. Среди прочих они выделяются низким содержанием углерода на фоне повышенного содержания хрома и никеля. Сплавы марок A4 дополнительно легируют молибденом для повышения коррозионной стойкости в агрессивных средах:

Хромоникелевые сплавы после закалки на аустенит обладают высокой пластичностью благодаря в первую очередь высокому содержанию никеля (8-14%) вкупе с малым содержанием углерода (не более 0,08%). Благодаря аустенитной структуре их магнитная проницаемость близка к значению немагнитных материлов: 1,002 и выше. Несмотря на это, стали марок А2 и А4 нельзя назвать немагнитными, т.к. их магнитная проницаемость выше μ_r=1. Различные легирующие элементы заметно изменяют магнитные свойства получаемых сплавов. Так например, некоторые стали марки А2 обладают μ_r=1,8.

Ко всему прочему термомеханические процессы производства существенно изменяют магнитную и фазовую структуру изделий из хромоникелевых сплавов. При холодных деформациях заготовок обязательных в ходе производственных процессов происходит увеличение магнитной проницаемости готовой продукции из-за структурной трансформации аустенита. Изменения магнитных свойств обусловлены образованием ферромагнитных фаз в структуре этих сталей. В результате чего проверка изделий из аустенитных сталей при помощи магнита или измерителя магнитной восприимчивости может дать неожиданный результат для сплава, который рассматривается как немагнитный. Метизы подвергнутые в ходе производства механическому воздействию, как например, волочение, гибка, нагартовка и т.д., могут вызывать притяжение к себе магнита, даже будучи выполненными из марок сталей А2 по ГОСТ Р ИСО 506.

Единственно достоверным показателем качества метизов из аустенитной сталей является определение её состава. Только крепёжные изделия из регламентированных сплавов обеспечат долговечность эксплуатации крепления даже под воздействием различных агрессивных сред.

Компания BEST-Крепёж специализируется на поставках крепёжных и анкерных элементов из коррозионностойких аустенитных сталей марок А2 и А4 по ГОСТ Р 3506-2009. Отобранные нами производители метизов зарекомендовали себя неизменным высоким качеством своей продукции, которая проходит обязательную сертификацию в Европе. Кроме того, каждую партию изделий BEST-Крепёж подвергают обязательному входному контролю на определение сплава при помощи спектрометра. Эти предупредительные меры дают нам полную уверенность в соответствии состава легирующих элементов стали требованиям ГОСТ. В особенно сложных вопросах или спорных случаях мы обращаемся за экспертизой к научным сотрудникам Московского института сталей и сплавов (НИТУ МИСиС). Тем не менее, Вы вправе сами подтвердить полученные результаты в любой другой независимой лаборатории.

Специалистами BEST-Крепёж накоплен большой опыт в области нержавеющих крепёжных и анкерных изделий промышленного и строительного направления. По необходимости мы подтверждаем состав легирующих элементов Протоколом анализа с указанием соответствующей марки стали. Кроме того, специалисты компании оказывают помощь в подборе и расчёте крепёжных изделий.

Обращайтесь в технический отдел BEST-Крепёж за консультацией на любой стадии проекта.

Магнитная проницаемость — Энциклопедия по машиностроению XXL

Абсолютная магнитная проницаемость  [c.12]

Переход через точку магнитного превращения (Лг) приводит к резкому уменьшению значения магнитной проницаемости ( ы), поэтому величина б возрастает и скорость нагрева уменьшается (рис. 253). Следовательно, скорость нагрева при температурах ниже и выше точки магнитных превращений различна, что необходимо учитывать при установлении режима иагрева.  [c.315]

До точки Л2, т. е. когда сталь магнитна, нагрев происходит быстро, а выше точки Лг магнитная проницаемость (р,) уменьшилась в тысячи раз, и поэтому глубина б резко возросла, удельная мощность (на  [c.315]

Из всех металлов только три (железо, кобальт, никель) обладают ферромагнетизмом, т. е. способностью значительно сгущать магнитные силовые линии, что характеризуется магнитной проницаемостью. Относительная магнитная проницаемость ферромагнитных металлов достигает десятков и сотен тысяч единиц для остальных она близка к единице.  [c.540]

Как известно, вещество, относительная магнитная проницаемость которого несколько больше единицы, называется парамагнитным, меньше единицы — диамагнитным.  [c.540]

Интенсивность намагничивания называется магнитной проницаемостью магнитная проницаемость в весьма слабых полях называется начальной магнитной проницаемостью размерность магнитной проницаемости Гс/Э  [c.541]

Действие ферромагнитных масс на отклонение дуги обусловлено тем, что магнитная проницаемость их в тысячи раз больше магнитной проницаемости воздуха.  [c.13]

Деталь намагничена. Магнитные линии имеют определенную направленность (рис. 5.23, б, а). При встрече с дефектом, магнитная проницаемость которого в тысячи раз меньше проницаемости основного металла, силовые линии обходят объект н образуют поле рассеивания магнитных линий (рис. 5,24, а, б). Дефекты, направленные вдоль магнитных линий, не вызывают существенного препятствия распространению потока, поэтому трудно об-  [c.138]

В качестве магнитно-мягкого материала применяют низкоуглеродистые (0,05— 0,005 % С) железокремнистые сплавы (0,8—4,8 % Si). Кремний, образуя с железом твердый раствор, сильно повышает электросопротивление, а следовательно, уменьшает потери на вихревые токи, повышает магнитную проницаемость, немного снижает коэрцитивную силу и потери на гистерезис. Однако кремний понижает магнитную индукцию в сильных полях и повышает твердость и хрупкость стали, особенно при содержании 3—4 %.  [c.309]

Основными параметрами магнитных материалов являются остаточная магнитная индукция В , коэрцитивная сила и магнитная проницаемость а.  [c.275]

Магнитная проницаемость определяется соотношением  [c.275]

С изменением состава ферритов существенно меняются их свойства например, величина магнитной проницаемости р).  [c.385]

Ферриты, подобно пьезокерамике, обладают определенным температурным диапазоном проявления магнитных свойств и соответствующей предельной температурой, до которой проявляются магнитные войства (точка Кюри). Магнитная проницаемость и диэлектрические потери ферритов зависят от температуры и частоты. Так, магнитная проницаемость ферритов с повышением частоты понижается (величина р может составлять от единицы до тысячи).  [c.385]

Наличие значительных ферромагнитных масс вблизи дуги может вызвать ее отклонения, относимые также к магнитному дутью. Можно считать, что в ферромагнитной массе благодаря ее высокой магнитной проницаемости стремятся сконцентрироваться магнитные силовые линии контура. Вследствие  [c.83]

Магнитоупругий метод определения остаточных напряжений основан на зависимости магнитной проницаемости объема металла от значения действующего в данном объеме остаточного напряжения. Этот метод можно использовать лишь для металлов, обладающих магнитными свойствами. Достоверные результаты получают при измерении остаточных одноосных напряжений в основном металле сварного соединения. Применение этого метода для определения остаточных напряжений в шве и околошовной зоне может приводить к заметным погрешностям. Это объясняется тем, что магнитная проницаемость в шве и околошовной зоне после сварки изменяется по сравнению с ее значением до сварки не только под действием возникших остаточных напряжений, но и вследствие изменения химического состава шва, роста зерна, изменения структуры околошовной зоны и других явлений.  [c.424]

Напомним о том, что относительная магнитная проницаемость х представляет собой отношение магнитного поля, создаваемого током в намагниченной среде, например, в металле, к магнитному полю, создаваемому тем же током в вакууме. В зависимости от значения ц материалы разделяют на ферромагнитные (железо) — ц > 10 диамагнитные (медь, цинк) — р, = 1 — s парамагнитные (алюминий, марганец) — -i = 1+в, где 8 — коэффициент, равный  [c.211]

Когда деталь намагничена, то магнитные линии имеют определенную направленность (рис. 4.13, б, в). При встрече с дефектом, магнитная проницаемость которого в тысячи раз меньше проницаемости основного металла, силовые линии обходят объект и образуют поле рассеивания магнитных линий (рис. 4.14, а, б). Дефекты, направленные вдоль магнитных линий, не вызывают существенного препятствия распространению потока, поэтому трудно обнаруживаются магнитным контролем. Напротив, дефекты, направленные перпендикулярно магнитным линиям, вызывают значительное рассеивание и обнаруживаются значительно легче.  [c.211]

На ранних стадиях пластического деформирования происходит образование магнитной текстуры, приводящее к увеличению магнитной проницаемости а следовательно, и относительного обобщенного параметра (Зо .  [c.347]

Новые переменные можно исключить, используя известную связь В VI Н через магнитную проницаемость и выражение закона полного тока, связывающего напряженность с током. С учетом последних можно найти непосредственную связь индуктивностей с конструктивными данными.  [c.66]

Используя (4.22) и полагая магнитную проницаемость магнито-провода равной бесконечности, можно показать, что распределение поля в воздушном зазоре определяется выражением  [c.94]

Кроме низкой коэрцитивной силы, магнитномягкие материалы должны иметь еще и высокую магнитную проницаемость в слабых, средних или сильных полях, низкие потери на перемаг-ничивание и т. д.  [c.547]

Перминвар. Это сплавы с постоянной магнитной проницаемостью, изменение поля от о до 80—160 А/м не изменяет у этих сплавов магнитной проницаемости, что иногда существенно. В качестве примера укажем на некоторые сплавы 45% Ni и 25% Со, остальное железо (45 НК) или 45% Ni, 25% Со, 7,5% Мо, остальное железо (45 НКМ) или 70% N.i, 7% Со, остальное железо (70НК). Начальная магнитная проницаемость этих сплавов. 365, 850 и 550 Гс/Э, а максималы1ая 1 800, 4 000 и. 3 800 Гс/Э (см. табл. 109),  [c.551]

Металл1)1 с г. ц. к. решеткой упрочняются сильнее, чем металлы с о. ц. к. рететкой. В результате холодной деформации уменьшается плотность, сопротивление коррозии и повышается электросопротивление. Холодная деформация ферромагнитных металлов (например, железа) повышает коэрцитивную силу и уменьшает магнитную проницаемость.  [c.49]

Так, при глубокой штамповке листов во избежание образования складчатости, волнистой кромки и т. д. лист должен деформироваться во всех направлениях одинаково, поэтому анизотропия в данном случае нежелательна. Анизотропию трансформаторной стали исиоль зуют тпким образом, чтобы максимальное значение магнитной проницаемости вдоль (100 1 было параллельно направлению магнитного истока.  [c.59]

Л агнитные свойства железа сильно зависят от его чистоты и режимов термической обработки. Для поликристаллического железа, содержащего 99,8—99,9 % F e, максимальная магнитная проницаемость Ртах (6,28 12,5) кг Г7м и коэрцитивная сила = = 39,8-н79,6 А/м для железа с 99,99 % Fe i niax = 35,2-10 Г/м и Яс яь 1,99 А/м. Плотность а-железа 7,68 г/см . Коэффициент линейного расн1ирения железа 11,7-10 удельное электро-  [c.117]

С увеличением содержания углерода в стали снижается плотность, растут электросопротивление и коэрцитивная сила и иоии-жаются теплопроводность, остаточная индукция и магнитная проницаемость.  [c.129]

Общие требования, предъявляемые к транс1[)орматорно11 стали высокая магнитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила и малые потери при перемагничива-нии вдоль направления магнитопровода.  [c.308]

Магнитные свойства трансформаторной стали анизотропны. Магнитная проницаемость вдоль направления (111) в 30 раз меньше, чем в направлении (100). Текстурованная листовая сталь изготовляется с ребровой текстурой, когда ребро куба (100), т. е. направление легкого намагничивания, параллельно направлению прокатки, а плоскость 100j параллельна плоскости проката. Текстурованную ли-  [c.309]

Пермаллой. Для получения высоких значений индукции в слабых магиитнглх полях используют никельжелезные сплавы с высокой начальной и максимальной магнитной проницаемостью, называемые пермаллоями.  [c.310]

Ферромагнитная керамика (ферриты) — это соединения типа МедО-РезОд или МеО-РедОд(где МедО и МеО — условное обозначение окислов одно- или двухвалентных металлов соответственно), характеризующиеся высокой магнитной проницаемостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Ферриты имеют кристаллическую решетку К8.  [c.384]

Удельная электрическая проводимость, магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, остаточная индукпдя, твердость, влажность, напряжение, структура, химический состав, предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, плотность и другие.  [c.177]

Наиболее эффективным методом преобразования координат в теории ПОЛЯ является метод конформных преобразований. Этот метод получил широкое применение для определения магнитного поля в воздушном зазоре ЭМП с учетом явнополюсности, зубчатости, эксцентриситета и т. п. [41]. Главное ограничение в практическом использовании метода состоит в том, что граничные поверхности целесообразно подбирать так, чтобы они были параллельны или перпендикулярны силовым линиям и имели постоянную магнитную проницаемость.  [c.92]

Магнитопровод ЭМУ изготовляют из магнитомягких материалов ннзкоуглеродистых электротехнических сталей марок Э, ЭА, АА низкоуглеродистых сталей марок 10, 20 и др., кремнистой стали марки ХВП (ЭЗЮ), а также из никелевых сталей с высокой магнитной проницаемостью (для быстродействующих ЭМУ) и др.  [c.305]

Металловедение (1978) — [

c.540



]

Единицы физических величин и их размерности Изд.3 (1988) — [

c.233


,


c.274


,


c.363



]

Справочник машиностроителя Том 2 (1955) — [

c.332



]

Справочник машиностроителя Том 2 Изд.3 (1963) — [

c.449


,


c.453



]

Металловедение и термическая обработка Издание 6 (1965) — [

c.412



]

Металлургия и материаловедение (1982) — [

c.146



]

Металловедение и термическая обработка стали Т1 (1983) — [

c.305



]

Конструкционные материалы Энциклопедия (1965) — [

c.2


,


c.3


,


c.141


,


c.400



]

Металловедение и термическая обработка стали Справочник Том1 Изд4 (1991) — [

c.2


,


c.93


,


c.108



]

Единицы физических величин и их размерности (1977) — [

c.184


,


c.225


,


c.304



]

Электротехнические материалы Издание 6 (1958) — [

c.235



]

Химия и радиоматериалы (1970) — [

c.289



]

Материалы в радиоэлектронике (1961) — [

c.18


,


c.22


,


c.319


,


c.322


,


c.333



]

Электротехнические материалы Издание 3 (1955) — [

c.338



]

Электротехнические материалы Издание 3 (1976) — [

c.289



]

Справочник машиностроителя Том 6 Издание 2 (0) — [

c.2


,


c.332



]

Техническая энциклопедия Том15 (1931) — [

c.345



]

Металловедение и термическая обработка (1956) — [

c.170



]

Металловедение Издание 4 1963 (1963) — [

c.369



]

Металловедение Издание 4 1966 (1966) — [

c.392



]

Волны (0) — [

c.166


,


c.192


,


c.328



]

Теория рассеяния волн и частиц (1969) — [

c.15



]

Справочник по элементарной физике (1960) — [

c.142



]

Машиностроение Энциклопедический справочник Раздел 1 Том 1 (1947) — [

c.332


,


c.514



]

Техническая энциклопедия Т 12 (1941) — [

c.345



]

Проницаемость

Проницаемость — это способность поддерживать образование магнитных полей в материале.

Проницаемость измеряется в Гн / м (генри / м) или ньютонов на ампер ² (Н / Д ² ) .

Проницаемость свободного пространства

Проницаемость свободного пространства µ ₀ (постоянная проницаемости или магнитная постоянная) составляет

µ ₀ = 4π 10 ⁻⁷ (Г / м)

≈ 1.257 10 ⁻⁶ (H / m, N / A ² )

Относительная проницаемость

Относительная проницаемость — это отношение проницаемости определенной среды к проницаемости свободного пространства µ ₀

µ _r = µ / µ ₀ (1)

где

µ _r 3 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 µ = проницаемость среды (H / м)

Наименьшая относительная магнитная проницаемость парамагнитного материала равна 1.0 — и магнитный отклик материала такой же, как «свободное пространство» или полный вакуум.

(отожженная) 1,26 10 ⁻³ — 2,26 10 ⁻³

магнит

900ductors 9011 9011 9011 9011 9011

Super 9

1.2567 10 ⁻⁶

908114 9005

9005 6

¹⁾ Проницаемость аустенитных нержавеющих сталей, мартенситных нержавеющих сталей не похожа на ферритные.Аустенитная сталь может быть классифицирована как парамагнитная с относительной проницаемостью, приближающейся к 1,0 в полностью аустенитном состоянии. Низкая проницаемость позволяет использовать аустенитную сталь там, где требуется немагнитный материал.

.Сталь

Fe-Si. трансформаторная сталь, электротехническая сталь, магнитно-мягкая сталь, ингибирование, текстура Госса, микроструктура, EBSD, текстура

Мягкие ферромагнитные материалы — это материалы, которые легко намагничиваются и размагничиваются. Обычно они имеют значения собственной коэрцитивной силы ниже 1000 А · м-1. Мягкий
ферромагнитные материалы в основном используются для усиления и / или направления потока, создаваемого электрическим током. Основной параметр, часто используемый как добротность для магнитомягких магнитов .
материалов — относительная проницаемость (mr, где mr = B / moH), которая является мерой того, насколько легко материал реагирует на приложенное магнитное поле.Другие основные интересующие параметры
— коэрцитивная сила, намагниченность насыщения и электропроводность.
Типы приложений для магнитомягких материалов делятся на две основные категории: переменного и постоянного тока. В приложениях постоянного тока материал намагничивается для выполнения операции и
затем размагничивается по завершении операции, например Электромагнит на кране на свалке металлолома будет включен, чтобы притягивать стальной лом, а затем выключиться, чтобы уронить сталь.В AC
применения материал будет непрерывно переключаться от намагничивания в одном направлении к другому в течение всего периода эксплуатации, например трансформатор питания. Высокая проницаемость
будет желательно для каждого типа приложения, но значение других свойств варьируется.
Для приложений постоянного тока основным фактором при выборе материала, скорее всего, будет проницаемость. Это могло бы иметь место, например, в приложениях экранирования, где флюс должен быть
направлено через материал.Если материал используется для создания магнитного поля или для создания силы, тогда намагниченность насыщения также может быть значительной.

Для приложений переменного тока важно учитывать, сколько энергии теряется в системе, когда материал циркулирует по его петле гистерезиса. Энергия
убыток может происходить из трех основных источников:

a) потеря гистерезиса, которая связана с площадью, содержащейся внутри петли гистерезиса;

b) потери на вихревые токи, которые связаны с генерацией электрических токов в магнитном материале и соответствующими резистивными потерями, и

c) аномальные потери, связанные с перемещением доменных стенок внутри материала.

Потери на магнитный гистерезис можно уменьшить за счет уменьшения собственной коэрцитивной силы с последующим уменьшением площади, содержащейся в петле гистерезиса.
Потери на вихревые токи могут быть уменьшены за счет уменьшения электропроводности материала и за счет ламинирования материала, что влияет на общую проводимость и важно из-за
кожные эффекты с большей частотой. Наконец, аномальные потери можно уменьшить, имея полностью однородный материал, внутри которого не будет препятствий для движения домена.
стены.Магнитомягкие материалы
Tyipcal — это железо-кремниевые сплавы ( электротехнических сталей ), аморфные и нанокристаллические сплавы, а также никель-железные сплавы.

Кремниевая сталь — это магнитно-мягкий материал, который используется в силовых трансформаторах, двигателях и генераторах. Он имеет высокое содержание кремния около 3,2 мас.%, Что увеличивает электрические характеристики.
удельное сопротивление железа и, следовательно, снижает потери на вихревые токи. Кремнистая сталь с ориентированной зернистой структурой, которая используется для неподвижных устройств, т.е.е. трансформаторы, характеризуется сильным
предпочтительная кристаллографическая ориентация. В железе наиболее легкими направлениями намагничивания являются направления кристалла <001>. В текстурированной кремнистой стали ориентация Госса, т.е.
{110} <001> ориентация, технологически реализована для минимизации магнитных потерь в электрических трансформаторах.

Текстурированная кремнистая сталь (сталь Fe-Si; трансформаторная сталь ; электротехническая сталь ) представляет собой магнитомягкий поликристаллический металл
сплав, который используется в качестве материала сердечника в сердечниках электрических трансформаторов и электродвигателей.

В электроэнергетике электрическое напряжение почти всегда переменное и имеет довольно низкую частоту, а именно 50-60 Гц. На этих частотах в сердечнике трансформатора возникают электрические вихревые токи.
Легирование Fe с Si имеет большое заметное влияние на удельное электрическое сопротивление материала с увеличением в 4 раза для 3 мас.% Si. Кремний также снижает
магнитострикция (то есть изменение длины при намагничивании) и магнитокристаллическая анизотропия. Кроме того, материал используется в виде пластин, обычно 0.Толщиной от 3 до 0,7 мм. Дополнение
Из-за слишком большого количества кремния материал становится чрезвычайно хрупким и трудным в производстве, что дает практическое ограничение в 4 мас.% на количество Si, которое может быть добавлено. В последнее время появилась техника
разработан для производства пластин с содержанием Si> 6 мас.% путем химического осаждения SiCl4 из паровой фазы для обогащения пластин Si после формирования пластин. Обычно наиболее коммерчески
доступные электротехнические стали будут содержать от 3 до 4 мас.% Si.

Для трансформаторов поток находится преимущественно в длине пластин, и поэтому желательно увеличить проницаемость в этом
направление.Это достигается с помощью различных стадий горячей и холодной прокатки для производства текстурированных листов, известных как кремнистая сталь с ориентированной зеренной структурой , с направлением [001] по длине
ламинация. Направления кристаллов типа <001> представляют собой легкие направления намагничивания и, следовательно, проницаемость выше. Следовательно, электротехнические стали характеризуются
выраженная текстура Госса , т.е. предпочтительная ориентация кристалла (110) <001>.

Так как кристаллографические направления <001> — это направления с наиболее легкими направлениями намагничивания и, следовательно, с наибольшей проницаемостью, электрические стали, подходящие для применения в трансформаторах, являются
характеризуется ярко выраженной текстурой Госса , т.е. a (110) <001> предпочтительная ориентация кристалла относительно основного направления магнитной конструкции трансформатора.

Роль текстуры Госса для согласования оптимального мягкого магнитного направления с направлениями трансформатора.

Текстура Goss в стали FeSi для электротехники

Наиболее мягкие магнетические электротехнические стали характеризуются ярко выраженной текстурой Госса , т.е.е. a (110) <001> предпочтительная ориентация кристалла. Эта резкая текстура развивается благодаря
прерывистый или аномальный рост зерен Госса во время высокотемпературного отжига в конце производственного процесса. Хотя это вопрос интенсивной базовой и
Прикладные исследования, проводимые более 50 лет назад, не привели к общему мнению о происхождении предпочтительных ростков из зерен Goss . Известно,
Однако важную роль играет унаследование ориентации Госса с ранних стадий производства.Поэтому проводятся интенсивные исследования с целью лучше понять эволюцию
Ориентация Госса в промышленно обрабатываемых кремнистых сталях с ориентированной зеренной структурой на различных этапах производства, то есть горячей прокатке, холодной прокатке, первичном и вторичном отжигах.

Прочная текстура Госса кремнистой стали с ориентированной зеренной структурой является результатом сложной схемы обработки, т.е.е. длинной цепи микроструктурного и текстурного наследования. Истоки эволюции
Окончательная ориентация Госса происходит на стадии горячей прокатки, когда ориентация Госса развивается близко к поверхности листа из-за деформации сдвига. Особое значение этого госсосодержащего
подповерхностный слой был продемонстрирован экспериментами, в которых этот слой был удален, что привело к неполной вторичной рекристаллизации. В холоднокатаном материале фракция Госса
ориентация составляет около 1% (с учетом разориентации до 15 °), как измерено с помощью дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD) i.е. компонент Госса слишком слаб, чтобы его можно было обнаружить с помощью дифракции рентгеновских лучей.
как использовалось в более ранних исследованиях. На последующем этапе первичного отжига материал рекристаллизуется, и составляющая Госса немного увеличивается. В заключительном вторичном высокотемпературном отжиге
Процесс нормального роста зерна тормозится частицами. Но некоторые зерна Госса, присутствующие в перекристаллизованном материале, растут аномально, что приводит к резкой текстуре Госса со средним
разориентация от точной ориентации Госса примерно на 3-7 °.

Анализ окончательной резкости текстуры Госса в электротехнических сталях с ориентированной структурой, полученных после вторичной рекристаллизации, является сложной задачей из-за чрезвычайно большого размера зерна —
от миллиметров до сантиметров — и узкий разброс ориентации, то есть крайняя резкость пиков ориентации. Хотя в литературе широко утверждается, что
отклонения ориентации от идеальной ориентации Госса лежат в диапазоне примерно семи градусов для обычной стали с ориентированной зернистой структурой и примерно трех градусов для марок с высокой проницаемостью, немного.
к настоящему времени опубликованы точные исследования с соответствующей статистической релевантностью.
В текущем исследовании для определения ориентации использовалась многослойная установка образца в сочетании с ориентационной микроскопией на основе EBSD большой площади (EBSD: дифракция обратного рассеяния электронов).
с высокой статистической значимостью. Поскольку стандартные методы анализа текстуры не работают в случае четкого распределения ориентации, новый метод оценки разброса ориентации Госса является
предложена на основе дискретных распределений разориентации, нормированных по объему в пространстве ориентации.При этом представлено глубокое исследование резкости текстуры Госса с учетом основных
проблемы с материалами как с большим размером зерна, так и с острой текстурой.

Измерение текстуры Госса в магнитомягких трансформаторных сталях FeSi в Институте Макса Планка.

Измерение текстуры Госса в FeSi-магнитомягких трансформаторных сталях и презентация в терминах полюсных фигур для НПО и CGO в Институте Макса Планка.Листы из электротехнической стали

— это магнитомягкие материалы, для которых наиболее важными требованиями являются высокая проницаемость и низкие магнитные потери в сердечнике.
Таким образом, листы электротехнической стали очень широко используются для различных применений, таких как трансформаторы, магнитный экран и магнитные сердечники электродвигателей и генераторов. Электротехнические стали бывают
обычно делятся на две группы с точки зрения их удельной магнитной анизотропии.
К одной группе относятся листы электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, которые имеют очень сильную кристаллографическую текстуру Госса и сильно анизотропны с одной или двумя легкими магнитными осями, лежащими в плоскости листа.
так как легкие оси в Fe – Si лежат вдоль направлений <100>.Другая группа — это неориентированные стали. У них больше текстуры выкупа.
Стали FeSi с ориентированной зернистостью часто называют электротехническими сталями с двойной ориентацией, поскольку они имеют две перпендикулярные магнитные оси с низкими потерями в плоскости листа.

Роль кристаллографической текстуры в электротехнической стали.

Обзор развития микроструктуры и микротекстуры кремнистой стали с ориентированным зерном
В данной статье описывается развитие микроструктуры и микроструктуры кремнистой стали с ориентированным зерном в процессе промышленного производства.В частности, эволюция ориентации Госса
J Magnet Magn Mater 304 (2006) 183 Overv […]
PDF-Dokument [288,5 KB]

Измерение текстуры электротехнических сталей с ориентированной структурой после вторичной рекристаллизации
Измерение окончательной резкости текстуры Госса в электротехнических сталях с ориентированной структурой является сложной задачей из-за огромного размера зерна, варьирующегося от миллиметров до сантиметров.Тем не менее, это wid
J Magnetism Magnetic Materials 320 (2008 […]
PDF-Dokument [512.9 KB]

Влияние топологии на аномальный рост зерна в кремнистой стали
Acta Materialia 51 (2003) 1755-1765
Влияние топологии на аномальный рост зерна в кремнистой стали
Н. Чен, С. Заефферер, Л. Лан, К. Гюнтер, Д. Раабе
Acta Materialia 51 (2003) 1755 FeSi stee […]
PDF-Документ [283,0 KB]

Acta Materialia 51 (2003) 1755: Влияние топологии на аномальный рост зерна в кремнистой стали

В данной работе рассматривается роль топологии зерен в аномальном росте зерен в кремнистой стали. Был исследован вопрос, является ли аномальный рост зерен Госса во время вторичной
Рекристаллизацию можно интерпретировать как
преимущества начального размера, которое эти зерна унаследовали от прокатки и первичной рекристаллизации.Для этого необходимо сопоставить кристаллографическую ориентацию, размер и количество следующих
исследованы соседи крупных зерен в приповерхностном слое
листа первично рекристаллизованной кремнистой стали. Было обнаружено, что большинство крупных зерен имеют ориентацию на h-волокне (ось 001 параллельна направлению прокатки).
но не особо близки к ориентации Госса. Кроме того, не было видно тенденции зерен к увеличению по мере приближения к ориентации Госса. Скорее было обнаружено, что
Разброс углового отклонения от ориентации Госса аналогичен в большом диапазоне размеров зерен, и было обнаружено, что это также верно, если количество следующих соседей зерна, а не его
размер зерна был проверен.Однако было обнаружено одно единственное зерно, которое было близко к ориентации Госса и имело большое количество следующих соседей, и поэтому могло действовать как ядро ​​для
вторичная рекристаллизация. Тем не менее были обнаружены зерна с таким же большим числом соседей и большим отклонением от ориентации Госса. Таким образом, топологическая причина
Эволюция текстуры госса пока не может быть доказана. Однако может оказаться, что чрезвычайная редкость ядер Госса (1 из 106 зерен) до сих пор не позволяла наблюдать истинное
ядро.

Сохранение ориентации Госса между микрополосами во время холодной прокатки монокристалла Fe3% Si
Acta Materialia 55 (2007) 2519-2530
Сохранение ориентации Госса между микрополосами при холодной прокатке монокристалла Fe3% Si
Дороти Дорнер, Стефан Заефферер, Дирк Раабе
Acta Mater 55 (2007) 2519 Goss FeSi stee […]
PDF-Dokument [1’014.9 КБ]

Дорнер и др. Acta Materialia 55 (2007) 2519: Сохранение ориентации Госса между микрополосами во время холодной прокатки монокристалла Fe3% Si

Дорнер и др. Acta Materialia 55 (2007) 2519: Сохранение ориентации Госса между микрополосами во время холодной прокатки монокристалла Fe3% Si

Монокристалл FeSi с исходной ориентацией {110} <001>, также называемой ориентацией Госса, был подвергнут холодной прокатке до уменьшения толщины на 89%.Большая часть объема кристалла
повернут в две симметричные {111} <112> ориентации. Однако слабая составляющая Госса осталась в сильно деформированном материале, хотя ориентация Госса механически нестабильна.
при плоском деформационном нагружении. В материале, подвергнутом восстановлению на 89%, можно выделить два типа областей, ориентированных по Госсу. Оказалось, что эти два типа регионов Goss
имеют разное происхождение. Зерна госса, которые были обнаружены выровненными в полосах сдвига, образуются при деформации. Второй тип области Госса был обнаружен между микрополосами, где исходный Госс
ориентация сохранена.

Зерно Госса в электротехнической стали при вторичной рекристаллизации

Текстура Goss в кремниевой стали (электротехническая сталь)

Измерение окончательной резкости текстуры Госса в электротехнических сталях с ориентированной зернистостью является сложной задачей из-за огромного диапазона размеров зерна.
от миллиметров до сантиметров.Хотя в литературе широко утверждается, что отклонения ориентации от идеальной ориентации Госса лежат в диапазоне около 7 ° для обычных
Для стали с ориентированной зеренной структурой и в диапазоне около 3 ° для марок с высокой проницаемостью авторам не известно никаких точных исследований с соответствующей статистической значимостью. В этой работе рентгеновский
Дифракция и ориентационная микроскопия на основе EBSD с большой площадью (EBSD: дифракция обратного рассеяния электронов) использовались для анализа текстуры и определения ориентации с целью оценки Госса.
Ориентационный разброс различных марок стали с ориентированной структурой.Сравниваются два маршрута производства стальных листов с ориентированной зернистой структурой: традиционный маршрут и маршрут с низким нагревом и более низким содержанием ингибиторов.
прочность. Результаты измерения текстуры показывают, что оба маршрута обеспечивают сопоставимые значения отклонений ориентации. Кроме того, можно показать, что небольшие различия магнитных
свойства могут быть соотнесены с резкостью текстуры материала.

Выживание зерен Госса при холодной прокатке монокристалла кремнистой стали
Materials Science Forum Vols 495-497 (2005) pp 1061-1066
Выживаемость зерен Госса при холодной прокатке монокристалла кремнистой стали
— — —
Монокристалл кремнистой стали с исходной ориентацией Госса, т.е.е. {110}
ориентации, была подвергнута холодной прокатке до уменьшения толщины на 89%. Большая часть объема кристалла вращается в двух симметричных эквивалентных ориентациях {111}. Однако слабая составляющая Госса все еще присутствует после высокой деформации, хотя ориентация Госса механически нестабильна при нагрузке плоской деформации. В сильно деформированном материале обнаружены два типа объемов кристаллов, ориентированных по Госсу. Мы предполагаем, что их происхождение иное. Области, ориентированные по Госсу, которые наблюдаются в полосах сдвига, образуются в процессе холодной прокатки.Напротив, те кристаллы Госса
Materials Science Forum Vols 495-497 (20 […]
PDF-Dokument [1.1 MB]

Acta Materialia 55 (2007) 2519: Микрополосы в кристалле, ориентированном по Госсу

Магнитные свойства тел могут отличаться при испытании в разных направлениях. Этот эффект вызван анизотропным характером магнитного взаимодействия между атомными носителями магнитного поля.
момент в материалах.Магнитная анизотропия в металлах не всегда наблюдается на макроскопическом уровне, поскольку во многих поликристаллических сплавах элементарная магнитная анизотропия, присущая большинству
отдельные кристаллы взаимно компенсируются внутри беспорядочно ориентированного поликристаллического агрегата (случайная текстура). С другой стороны, в монокристаллах магнитная анизотропия — наблюдаемый эффект,
например, разница в величине магнитной восприимчивости парамагнитных кристаллов по разным направлениям. Магнитная анизотропия особенно велика в ферромагнитных монокристаллах, где
это становится обнаруживаемым по наличию направлений легкого намагничивания, вдоль которых выстраиваются векторы спонтанной намагниченности Jj ферромагнитных доменов.Энергия
намагничивание внешнего магнитного поля, которое необходимо для поворота вектора J _s из его положения по направлению легчайшего намагничивания в новое положение вдоль внешнего
Поле — это мера магнитной анизотропии для данного направления в кристалле. При постоянной температуре энергия определяет свободную энергию магнитной анизотропии F _и для данного
направление. Зависимость F _и от ориентации J _s в кристалле определяется исходя из соображений симметрии.Например, для кубических кристаллов, таких как
Монокристаллы Fe-Si

F _{an, cubc} = K ₁ (α ₁ ² α ₂ ² + α ₂ ² α ₂ ³ +
α ₃ ² α ₁ ² )

, где a ₁ , a ₂ и a ₃ — направляющие косинусы J _s по отношению к осям кристалла [100], а K ₁ — первое
константа естественной кристаллографической магнитной анизотропии.Его величина и знак определяются атомной структурой вещества, а также зависят от температуры и давления. Например, в
комнатная температура K ₁ имеет порядок 10 ⁵ эрг / см ³ , или 10 ⁴ джоулей на кубический метр (Дж / м ³ ), в железе и порядка — 10 ⁴
эрг / см ³ (-10 ³ Дж / м ³ ) в никеле. С повышением температуры эти величины уменьшаются, стремясь к нулю в точке Кюри.В антиферромагнетиках, содержащих при
как минимум две магнитные подрешетки (J ₁ и J ₂ , есть как минимум две константы магнитной анизотропии. Для одноосного антиферромагнитного кристалла F _и могут быть записаны в
форма ( a / 2) (J _1z ² + J _2z ) + bJ _1z J _2Z (где z — направление оси магнитной анизотропии). Ценности
постоянные a и b того же порядка, что и в ферромагнетиках.В антиферромагнетиках наблюдается значительная анизотропия магнитной восприимчивости K ; вдоль
направление легкого намагничивания K стремится к нулю при понижении температуры, но в направлении, перпендикулярном оси (ниже температуры Нееля) K не зависит от
температура.

.

Что такое магнитная проницаемость? — Определение, формула и относительная проницаемость материала

Определение: Магнитная проницаемость определяется как свойство материала, позволяющее магнитной силовой линии проходить через него . Другими словами, магнитный материал может поддерживать развитие магнитного поля.

Магнитная силовая линия прямо пропорциональна проводимости материала. Их единица измерения СИ — Генри на метр (H / M или Hm ² ) или ньютон на квадратный ампер (N-A ² ).

Магнитная проницаемость материала прямо пропорциональна количеству линий, проходящих через него. Проницаемость воздуха или вакуума представлена ​​как μ ₀ , что равно 4π × 17 ^-7 Гн / м. Проницаемость воздуха или вакуума очень плохая. μ представляет собой магнитную проницаемость.

Считайте, что кольцо из мягкого железа помещено в магнитное поле, показанное выше. Большая часть магнитной силовой линии проходит через кольцо из мягкого железа, потому что кольцо обеспечивает легкий путь к магнитным линиям.Это показывает, что магнитная проницаемость железа намного больше, чем у воздуха, или проницаемость воздуха очень низкая.

Проницаемость материала равна отношению напряженности поля к плотности потока материала. Это выражается формулой, показанной ниже.

Где, B — плотность магнитного потока
H — напряженность магнитного поля

Относительная проницаемость — Относительная проницаемость материала представляет собой сравнение проницаемости относительно воздуха или вакуума.Фактическая проницаемость для воздуха или вакуума очень низкая по сравнению с абсолютной проницаемостью.

Относительная проницаемость материала — это отношение проницаемости любой среды к проницаемости для воздуха или вакуума. Выражается как

.

Относительная проницаемость воздуха и немагнитного материала равна единице (u ₀ / u ₀ = 1) .

.

Магнитный сердечник с высокой проницаемостью для трансформаторов

Описание продукта

Магнитный сердечник с высокой магнитной проницаемостью для трансформаторов

Характеристики:

Высокая проницаемость — значительно улучшенная точность трансформатора и уменьшение разницы и угловой разницы

Легкий вес , низкая стоимость — цена была значительно ниже, чем у пермаллоя, рентабельная

Отличная температурная стабильность — может быть -55 — 130 ℃ для долгой работы

Плотность магнитного потока насыщения между кремнистой сталью и пермаллоем между ними — способствует снижению коэффициент защиты прибора

Области применения:

Измерительный трансформатор тока ядра подстанции (точность 0.Класс 5-0.01, номинальное напряжение 0,5-500кв)

Силовой трансформатор специально предназначен для измерения тока и мощности линий электропередачи специальных трансформаторов. В соответствии с требованиями класса точности измерения, в качестве сердечника можно выбрать различные магнитомягкие материалы. Чем выше проницаемость керна, тем выше точность измерения. В настоящее время наибольшее количество материала сердечника составляет холоднокатаная кремнистая сталь, стекло и нанокристаллический сплав Мо. В последние годы высокоточный уровень (например, 0.2, класс 0,2S, уровень 0,5S) требования к трансформатору быстро растут. Когда просят сделать больше, чем маленькие, небезопасные витки или размер сердечника из-за ограниченных требований к объему, холоднокатаные листы кремнистой стали часто не соответствуют требуемой точности. Хотя стеклообразные сплавы Мо с высокой проницаемостью соответствуют требуемой точности, но цена выше. Использование нанокристаллического ядра не только обеспечивает требуемую точность, но и имеет более низкую цену, чем стеклообразные сплавы Мо.

Физические свойства железного сердечника:

Тип продукта Размер:

Производственный поток 9000

Магнитный сердечник с высокой магнитной проницаемостью для трансформаторов

Автоматическая вакуумная печь для нанокристаллических сердечников

000

000

000 для ядер

Упаковка и доставка

Магнитный железный сердечник с высокой проницаемостью для трансформаторов

Все сердечники хорошо упакованы губкой внутри, а также в экспортных стандартных деревянных ящиках или прочных картонных ящиках, чтобы избежать повреждений во время морской транспортировки или в воздухе транспорт.

Контактная информация

Магнитный сердечник с высокой магнитной проницаемостью для трансформаторов

Добро пожаловать к нам, если свяжитесь с нами наша продукция

.