У магнітних ланцюгах різних електричних машин, трансформаторів, приладів і апаратів електротехніки, радіотехніки та інших галузей техніки зустрічаються різноманітні магнітні і немагнітні матеріали.
Залежність між магнітною індукцією і напруженістю магнітного поля, виражена графічно, утворює криву, яка називається петлею гістерезису. Користуючись цією кривою, можна отримати ряд даних, що характеризують магнітні властивості матеріалу.
Змінне магнітне поле викликає появу в магнітних матеріалах вихрових струмів. Ці струми нагрівають сердечники (магнітопроводи), що призводить до витраті деякої потужності.
Для характеристики матеріалу, що працює в змінному магнітному полі, сумарне значення потужності, що витрачається на гістерезис і вихрові струми при частоті 50 Гц, відносять до 1 кг ваги матеріалу. Ця величина називається питомими втратами і виражається в Вт / кг.
Магнітна індукція того чи іншого магнітного матеріалу не повинна перевищувати певної максимальної величини в залежності від виду та якості даного матеріалу. Спроби збільшити індукцію призводять до збільшення втрат енергії в даному матеріалі і його нагріванню.
Магнітні матеріали класифікуються як магнітно-м'які і магнітно-тверді.
Магнітно-м'які матеріали
Магнітно-м'які матеріали повинні відповідати наступним вимогам:
- володіти великою відносною магнітною проникністю μ, що дозволяє отримувати більшу магнітну індукцію B при можливо малому числі ампер-витків;
- мати можливо менші втрати на гістерезис і вихрові струми;
- володіти стабільністю магнітних властивостей.
Магнітно-м'які матеріали використовуються в якості магнітопроводів електричних машин, сердечників трансформаторів, дроселів, електромагнітів реле, приладів і таке інше. Розглянемо деякі магнітно-м'які матеріали.
електротехнічне залізо
отримують шляхом електролізу сірчистого або хлористого заліза з наступною плавкою у вакуумі продуктів електролізу. Подрібнене в порошок електролітичне залізо йде на виготовлення магнітних деталей по типу виготовлення кераміки або пластмас.
карбонильное залізо
виходить у вигляді порошку в результаті термічного розкладання речовини, до складу якого входить залізо, вуглець і кисень [Fe (CO) 5].
При температурі 1200 ° С порошок карбонільного заліза спікається і йде на виготовлення таких же деталей, які виконуються з електролітичного заліза. Карбонильное залізо відрізняється високою чистотою і пластичністю; застосовується в електровакуумної промисловості, а також в приладобудуванні для виготовлення лабораторних інструментів і приладів.
Розглянуті нами два види особливо чистого заліза (електролітичне і карбонильное) містять не більше 0,05% домішок.
Листова електротехнічна сталь
Марки електротехнічної сталі раніше позначалися, наприклад, так: Е3А, Е1АБ, Е4АА. Буква Е означає - електротехнічна сталь; буква А - знижені втрати потужності в змінному магнітному полі; букви АА - особливо низькі втрати; буква Б - підвищена магнітна індукція; цифри 1 - 4 показують кількість міститься в стали кремнію у відсотках.
Згідно ГОСТ 802-54, введені нові позначення марок електротехнічної сталі, наприклад: Е11, Е21, Е320, Е370, Е43. Тут буква Е позначає - електротехнічна сталь; перші цифри: 1 - слаболегірованних кремнієм; 2 - середньолегованих кремнієм; 3 - повишенолегірованная кремнієм і 4 - високолегована кремнієм. Другі цифри в позначенні марок вказують на такі гарантовані магнітні та електричні властивості сталей: 1, 2, 3 - питомі втрати при перемагничивании сталей при частоті 50 Гц і магнітна індукція в сильних полях; 4 - питомі втрати при перемагничивании сталей при частоті 400 Гц і магнітна індукція в середніх полях; 5, 6 - магнітна проникність в слабких полях (H менше 0,01 А / см); 7, 8 - магнітна проникність в середніх полях (H від 0,1 до 1 А / см). Третя цифра 0 вказує на те, що сталь холоднокатана, текстурированная.
сплав алюмінію, кремнію і заліза. Зразковий склад альсифера: 9,5% кремнію, 5,6% алюмінію, інше залізо. Альсифера - твердий і крихкий сплав, тому він обробляється з працею. Переваги альсифера - висока магнітна проникність в слабких магнітних полях (до 110 000 Гн / см), велика питомий опір (# 961; = 0,81 Ом × мм ² / м), відсутність в його складі дефіцитних металів. Застосовується для виготовлення сердечників, що працюють в високочастотних установках.
магнітодіелектрики
Це магнітно-м'які матеріали, роздроблені на дрібні зерна (порошок), які ізолюються одна від одної смолами або іншими зв'язками. Як порошку магнітного матеріалу застосовується електротехнічне залізо, карбонильное залізо, пермаллой, альсифера, магнетит (мінерал FeO · Fe2 O3). Ізолюючими зв'язками є: шелак, фенолоформальдегідні смоли, полістирол, рідке скло та інші. Порошок магнітного матеріалу змішують з ізолюючої зв'язкою, ретельно перемішують і з отриманої маси пресують під тиском сердечники трансформаторів, дроселів, деталей радіоапаратури. Зернисту будову магнітодіелектріческіе матеріалів обумовлює малі втрати на вихрові струми при роботі цих матеріалів в магнітних полях струмів високої частоти.
Магнітно-тверді матеріали
Магнітно-тверді матеріали застосовуються для виготовлення постійних магнітів. Ці матеріали повинні відповідати наступним вимогам:
- володіти великою залишковою індукцією;
- мати велику максимальну магнітну енергію;
- володіти стабільністю магнітних властивостей.
Найдешевшим матеріалом для постійних магнітів є вуглецева сталь (0,4 - 1,7% вуглецю, решта - залізо). Магніти, виготовлені з вуглецевої сталі, мають невисокими магнітними властивостями і швидко втрачають їх під впливом нагріву, ударів і струсів.
Леговані сталі володіють кращими магнітними властивостями і застосовуються для виготовлення постійних магнітів частіше, ніж вуглецева сталь. До таких сталей відносяться хромистая, вольфрамова, кобальтова і кобальто-молібденова.
Для виготовлення постійних магнітів в техніці розроблені сплави на основі заліза - нікелю - алюмінію. Ці сплави відрізняються високою твердістю і крихкістю, тому вони можуть оброблятися тільки шліфуванням. Сплави мають виключно високими магнітними властивостями і великий магнітної енергією в одиниці об'єму.
У таблиці 1 наведені дані про склад деяких магнітно-твердих матеріалів для виготовлення постійних магнітів.
Хімічний склад магнітно-твердих матеріалів
Хімічний склад в вагових відсотках