วัสดุแม่เหล็กที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า

วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกต่อไปนี้ใช้สำหรับการผลิตแกนแม่เหล็กในอุปกรณ์และเครื่องมือวัด: เหล็กบริสุทธิ์ทางเทคนิค, เหล็กกล้าคาร์บอนคุณภาพสูง, เหล็กหล่อเทา, เหล็กกล้าซิลิคอนไฟฟ้า, โลหะผสมเหล็ก-นิกเกิล, โลหะผสมเหล็ก-โคบอลต์ ฯลฯ

มาดูคุณสมบัติและความเป็นไปได้ในการใช้งานโดยสังเขป

เหล็กบริสุทธิ์ทางเทคนิค

สำหรับวงจรแม่เหล็กของรีเลย์ มิเตอร์ไฟฟ้า ขั้วต่อแม่เหล็กไฟฟ้า โล่แม่เหล็ก ฯลฯ มีการใช้เหล็กบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์กันอย่างแพร่หลาย วัสดุนี้มีปริมาณคาร์บอนต่ำมาก (น้อยกว่า 0.1%) และมีแมงกานีส ซิลิกอน และสิ่งสกปรกอื่นๆ ในปริมาณน้อยที่สุด

โดยทั่วไปวัสดุเหล่านี้ประกอบด้วย: เหล็กอาร์มโค เหล็กสวีเดนบริสุทธิ์ เหล็กอิเล็กโทรไลต์และคาร์บอนิล เป็นต้น คุณภาพของเหล็กบริสุทธิ์ขึ้นอยู่กับสัดส่วนเล็กน้อยของสิ่งเจือปน

ผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็กของเหล็กคือคาร์บอนและออกซิเจนการได้รับธาตุเหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีนั้นเกี่ยวข้องกับปัญหาทางเทคโนโลยีอย่างมาก และเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและมีราคาแพง เทคโนโลยีนี้พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษในห้องปฏิบัติการที่มีการอบอ่อนด้วยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูงเป็นสองเท่า ทำให้ได้ผลึกเดี่ยวของเหล็กบริสุทธิ์ที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กสูงมาก

พบกระดองเหล็กแผ่กว้างที่สุดที่ได้จากวิธีเปิด สารนี้มีเนื้อหาค่อนข้างสูง การซึมผ่านของแม่เหล็ก, การเหนี่ยวนำความอิ่มตัวที่สำคัญ, ต้นทุนค่อนข้างต่ำและในขณะเดียวกันก็มีคุณสมบัติทางกลและเทคโนโลยีที่ดี

ความต้านทานไฟฟ้าต่ำของ armco steel ต่อการผ่านของกระแสไหลวน ซึ่งเพิ่มการตอบสนองและเวลาปล่อยของรีเลย์และขั้วต่อแม่เหล็กไฟฟ้า ถือเป็นข้อเสียที่สำคัญ ในเวลาเดียวกันเมื่อใช้วัสดุนี้สำหรับรีเลย์เวลาแม่เหล็กไฟฟ้าคุณสมบัตินี้ตรงกันข้ามเป็นปัจจัยบวกเนื่องจากทำให้สามารถรับความล่าช้าค่อนข้างมากในการทำงานของรีเลย์ด้วยวิธีง่ายๆ

อุตสาหกรรมนี้ผลิตแผ่นเหล็กอาร์มโคบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์สามประเภท ได้แก่ E, EA และ EAA พวกเขาแตกต่างกันในค่าของการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงสุดและแรงบีบบังคับ

เหล็กกล้าคาร์บอน

เหล็กกล้าคาร์บอนผลิตขึ้นในรูปของส่วนสี่เหลี่ยม กลม และส่วนอื่น ๆ ซึ่งมีการหล่อชิ้นส่วนของโปรไฟล์ต่าง ๆ ด้วย

เหล็กหล่อสีเทา

ตามกฎแล้ว เหล็กหล่อเทาจะไม่ใช้กับระบบแม่เหล็กเนื่องจากมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กต่ำ การใช้แม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลังนั้นสมเหตุสมผลด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจ นอกจากนี้ยังใช้กับฐานราก กระดาน เสา และส่วนอื่นๆ

เหล็กหล่อหล่ออย่างดีและใช้งานง่ายเหล็กหล่ออบอ่อนพิเศษ รวมทั้งเหล็กหล่อผสมเทาบางเกรด มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ค่อนข้างน่าพอใจ

เหล็กซิลิกอนทางไฟฟ้า

เหล็กกล้าไฟฟ้าแผ่นบางใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและฮาร์ดแวร์และใช้สำหรับเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า กลไก รีเลย์ โช้ก สารกันโคลงเฟอร์เรโซแนนต์ทางไฟฟ้าและอุปกรณ์อื่นๆ ทุกชนิดที่ทำงานด้วยไฟฟ้ากระแสสลับความถี่ปกติและความถี่ที่เพิ่มขึ้น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับเหล็กกล้า การสูญเสีย ลักษณะแม่เหล็ก และความถี่ที่ใช้ของกระแสสลับ แผ่นบาง 28 ชนิดผลิตขึ้นโดยมีความหนา 0.1 ถึง 1 มม.

เพื่อเพิ่มความต้านทานไฟฟ้าของกระแสไหลวน ปริมาณซิลิกอนที่แตกต่างกันจะถูกเพิ่มเข้าไปในองค์ประกอบของเหล็ก และขึ้นอยู่กับเนื้อหาของเหล็ก เพื่อให้ได้เหล็กกล้าผสมต่ำ โลหะผสมปานกลาง โลหะผสมสูง และโลหะผสมสูง

ด้วยการแนะนำของซิลิคอน การสูญเสียในเหล็กลดลง การซึมผ่านของแม่เหล็กในสนามอ่อนและปานกลางเพิ่มขึ้น และแรงบีบบังคับลดลง สิ่งเจือปน (โดยเฉพาะคาร์บอน) ในกรณีนี้จะมีผลกระทบน้อยลง อายุของเหล็กจะลดลง (การสูญเสียในเหล็กจะเปลี่ยนไปเพียงเล็กน้อยเมื่อเวลาผ่านไป)

การใช้เหล็กซิลิกอนช่วยปรับปรุงความเสถียรของการทำงานของกลไกแม่เหล็กไฟฟ้า เพิ่มเวลาตอบสนองสำหรับการสั่งงานและการปล่อย และลดความเป็นไปได้ที่กระดองจะติด ในขณะเดียวกันเมื่อมีการนำซิลิคอนมาใช้คุณสมบัติเชิงกลของเหล็กจะเสื่อมลง

ด้วยปริมาณซิลิกอนที่มีนัยสำคัญ (มากกว่า 4.5%) ทำให้เหล็กกล้าเปราะ แข็ง และตัดเฉือนได้ยาก การปั๊มขนาดเล็กส่งผลให้เกิดการคัดแยกจำนวนมากและการสึกหรอของแม่พิมพ์อย่างรวดเร็วการเพิ่มปริมาณซิลิกอนจะลดการเหนี่ยวนำความอิ่มตัวด้วย เหล็กซิลิกอนผลิตขึ้นในสองประเภท: รีดร้อนและรีดเย็น

เหล็กแผ่นรีดเย็นมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับทิศทางของผลึกศาสตร์ พวกเขาแบ่งออกเป็นพื้นผิวและพื้นผิวต่ำ เหล็กที่มีพื้นผิวมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ดีกว่าเล็กน้อย เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กแผ่นรีดร้อน เหล็กแผ่นรีดเย็นมีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงกว่าและมีการสูญเสียน้อย แต่ถ้าฟลักซ์แม่เหล็กสอดคล้องกับทิศทางการกลิ้งของเหล็ก มิฉะนั้นคุณสมบัติทางแม่เหล็กของเหล็กจะลดลงอย่างมาก

การใช้เหล็กกล้ารีดเย็นสำหรับแม่เหล็กไฟฟ้าแรงดึงและอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ ที่ทำงานด้วยความเหนี่ยวนำที่ค่อนข้างสูงทำให้ประหยัดค่า n ได้มาก pp. และการสูญเสียเหล็กซึ่งทำให้สามารถลดขนาดและน้ำหนักโดยรวมของวงจรแม่เหล็กได้

ตาม GOST ตัวอักษรและตัวเลขของเหล็กแต่ละยี่ห้อหมายถึง: 3 — เหล็กไฟฟ้า หมายเลขแรก 1, 2, 3 และ 4 หลังจากตัวอักษรระบุระดับของโลหะผสมของเหล็กกับซิลิกอน ได้แก่: (1 — โลหะผสมต่ำ , 2 — อัลลอยด์ปานกลาง, 3 — อัลลอยด์สูง และ 4 — อัลลอยด์มาก

หมายเลขที่สอง 1, 2 และ 3 หลังจากตัวอักษรระบุมูลค่าการสูญเสียในเหล็กต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัมที่ความถี่ 50 Hz และการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B ในสนามแรง และหมายเลข 1 แสดงลักษณะการสูญเสียเฉพาะปกติ หมายเลข 2 - ต่ำ และ 3 — ต่ำหมายเลขที่สอง 4, 5, 6, 7 และ 8 หลังจากตัวอักษร E หมายถึง: 4 — เหล็กกล้าที่มีการสูญเสียเฉพาะที่ความถี่ 400 Hz และการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในสนามขนาดกลาง 5 และ 6 — เหล็กกล้าที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กในสนามที่อ่อนแอตั้งแต่ 0.002 ถึง 0.008 a / cm (5 - มีการซึมผ่านของแม่เหล็กปกติ 6 - เพิ่มขึ้น), 7 และ 8 - เหล็กที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กในตัวกลาง (ฟิลด์ตั้งแต่ 0.03 ถึง 10 a / cm (7 - ด้วยการซึมผ่านของแม่เหล็กปกติ 8 - ด้วย เพิ่มขึ้น).

ตัวเลขตัวที่สาม 0 หลังจากตัวอักษร E แสดงว่าเหล็กรีดเย็น ตัวเลขที่สามและสี่ 00 แสดงว่าเหล็กรีดเย็นที่มีพื้นผิวต่ำ

ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้า E3100 เป็นเหล็กกล้าเนื้อต่ำรีดเย็นผสมสูงที่มีการสูญเสียจำเพาะปกติที่ความถี่ 50 Hz

ตัวอักษร A ที่วางไว้หลังตัวเลขเหล่านี้หมายถึงการสูญเสียเฉพาะที่ต่ำเป็นพิเศษในเหล็ก

สำหรับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าและอุปกรณ์สื่อสารบางประเภทที่มีวงจรแม่เหล็กทำงานที่ความเหนี่ยวนำต่ำมาก

โลหะผสมเหล็ก-นิกเกิล

โลหะผสมเหล่านี้หรือที่เรียกว่าเพอร์มาลอยด์ ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตอุปกรณ์สื่อสารและระบบอัตโนมัติ คุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะของเพอร์มัลลอยคือ: การซึมผ่านของแม่เหล็กสูง แรงบีบบังคับต่ำ การสูญเสียในเหล็กต่ำ และสำหรับหลายยี่ห้อ — นอกจากนี้ ยังมีรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า ฮิสเทรีซิสลูป.

โลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลผลิตขึ้นจากอัตราส่วนของเหล็กและนิเกิล รวมถึงส่วนประกอบอื่นๆ โดยขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของเหล็กและนิเกิลและมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน

โลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลถูกผลิตขึ้นในรูปของแถบและแถบรีดเย็นที่ไม่ผ่านความร้อนซึ่งมีความหนา 0.02-2.5 มม. ในความกว้างและความยาวต่างๆมีการผลิตแถบ แท่ง และลวดรีดร้อนด้วย แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้มาตรฐาน

ในบรรดาเกรดเพอร์มาลอยด์ทั้งหมด โลหะผสมที่มีปริมาณนิกเกิล 45-50% มีการเหนี่ยวนำความอิ่มตัวสูงสุดและมีความต้านทานไฟฟ้าค่อนข้างสูง ดังนั้นโลหะผสมเหล่านี้จึงเป็นไปได้ด้วยช่องว่างอากาศขนาดเล็กเพื่อรับแรงดึงที่ต้องการของแม่เหล็กไฟฟ้าหรือรีเลย์ที่มีการสูญเสียต่ำ pp. บนเหล็กและในขณะเดียวกันก็ให้ประสิทธิภาพที่เพียงพอ

สำหรับกลไกแม่เหล็กไฟฟ้า แรงดึงที่เหลือที่ได้รับจากแรงบีบบังคับของวัสดุแม่เหล็กมีความสำคัญมาก การใช้เพอร์มาลอยด์ช่วยลดความแรงนี้

โลหะผสมของเกรด 79НМ, 80НХС และ 79НМА ซึ่งมีแรงบีบบังคับต่ำมาก แม่เหล็กซึมผ่านได้สูงมาก และความต้านทานไฟฟ้า สามารถใช้สำหรับวงจรแม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความไวสูง โพลาไรซ์และรีเลย์อื่นๆ

การใช้โลหะผสมเปอร์มาลอยด์ 80HX และ 79HMA สำหรับโช้กไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีช่องว่างอากาศขนาดเล็กทำให้สามารถรับตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่มากด้วยวงจรแม่เหล็กที่มีปริมาตรและน้ำหนักน้อย

สำหรับแม่เหล็กไฟฟ้า รีเลย์ และอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ ที่มีพลังสูงกว่าซึ่งทำงานที่ค่า N. c ค่อนข้างสูง เพอร์มาลอยด์ไม่มีข้อได้เปรียบเหนือเหล็กกล้าคาร์บอนและซิลิคอนเป็นพิเศษ เนื่องจากการเหนี่ยวนำความอิ่มตัวต่ำกว่ามากและต้นทุนของวัสดุก็สูงกว่า

โลหะผสมเหล็กโคบอลต์

โลหะผสมที่ประกอบด้วยโคบอลต์ 50% เหล็ก 48.2% และวาเนเดียม 1.8% (เรียกว่าเพอร์เมนดูร์) ได้รับการนำไปใช้ทางอุตสาหกรรม ด้วยเอ็นที่ค่อนข้างเล็ก c. ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำสูงสุดของวัสดุแม่เหล็กที่รู้จักทั้งหมด

ที่สนามอ่อน (สูงถึง 1 A / cm) การเหนี่ยวนำของเพอร์เมนเดอร์จะต่ำกว่าการเหนี่ยวนำของเหล็กไฟฟ้ารีดร้อน E41, E48 และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเหล็กไฟฟ้ารีดเย็น เหล็กอิเล็กโทรลีติค และเพอร์มาลอยด์ กระแสฮิสเทรีซิสและกระแสวนของเพอร์เมนดูเรมีขนาดค่อนข้างใหญ่ และความต้านทานไฟฟ้ามีขนาดค่อนข้างเล็ก ดังนั้น โลหะผสมนี้จึงน่าสนใจสำหรับการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทำงานด้วยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสูง (แม่เหล็กไฟฟ้า ลำโพงไดนามิก เมมเบรนโทรศัพท์ ฯลฯ)

ตัวอย่างเช่น สำหรับแม่เหล็กไฟฟ้าแรงดึงและรีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า การใช้มันกับช่องว่างอากาศขนาดเล็กจะให้ผลบางอย่าง แรงดึงที่กำหนดสามารถทำได้ด้วยวงจรแม่เหล็กที่เล็กกว่า

วัสดุนี้ผลิตในรูปแบบของแผ่นรีดเย็นที่มีความหนา 0.2 - 2 มม. และแท่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 - 30 มม. ข้อเสียที่สำคัญของโลหะผสมเหล็กโคบอลต์คือต้นทุนที่สูง เนื่องจากความซับซ้อนของกระบวนการทางเทคโนโลยีและต้นทุนที่สูงของโคบอลต์ นอกจากวัสดุที่ระบุไว้แล้ว ยังมีการใช้วัสดุอื่นๆ ในอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น โลหะผสมเหล็ก-นิกเกิล-โคบอลต์ ซึ่งมีการซึมผ่านของแม่เหล็กคงที่และการสูญเสียฮิสเทรีซีสต่ำมากในสาขาที่อ่อนแอ