Войти
Поликристаллическая структура электротехнической стали после удаления покрытия. Электротехническая сталь (ламинированная сталь, кремнистая электротехническая сталь, кремнистая сталь, релейная сталь, трансформаторная сталь ) представляет собой сплав железа, предназначенный для производства специальных магнитные свойства: небольшая площадь гистерезиса, приводящая к низким потерям мощности за цикл, низким потерям в сердечнике и высокой проницаемости.
Электротехническая сталь обычно производится в холоднокатаные полосы толщиной менее 2 мм. Эти полосы разрезаются по форме для образования пластин, которые складываются вместе, образуя многослойные сердечники трансформаторов и статора и ротор электродвигателей. Пластины могут быть вырезаны до их окончательной формы с помощью штампа и штампа или, в меньших количествах, могут быть вырезаны лазером или проволочным EDM.
Электротехническая сталь представляет собой сплав железа, который может содержать от нуля до 6,5% кремния (Si: 5Fe). Коммерческие сплавы обычно имеют содержание кремния до 3,2% (более высокие концентрации приводят к хрупкости при холодной прокатке). Марганец и алюминий могут быть добавлены до 0,5%.
Кремний увеличивает удельное электрическое сопротивление железа примерно в 5 раз; это изменение уменьшает наведенные вихревые токи и сужает петлю гистерезиса материала, тем самым снижая потери в сердечнике примерно в три раза по сравнению с обычной сталью. Однако зернистая структура твердеет и делает металл хрупким; это изменение отрицательно сказывается на удобоукладываемости материала, особенно при его прокатке. При легировании необходимо поддерживать низкий уровень загрязнения, например, карбидов, сульфидов, оксидов и нитридов, даже в частицах размером до одного микрометра. в диаметре увеличивают гистерезисные потери, одновременно уменьшая магнитную проницаемость. Присутствие углерода более губительно, чем сера или кислород. Углерод также вызывает магнитное старение, когда он медленно покидает твердый раствор и выделяется в виде карбидов, что приводит к увеличению потерь мощности с течением времени. По этим причинам уровень углерода поддерживается на уровне 0,005% или ниже. Уровень углерода может быть снижен путем отжига сплава в обезуглероживающей атмосфере, такой как водород.
| Тип стали | Номинальный состав | Альтернативное описание |
|---|---|---|
| 1 | 1,1% Si-Fe | Железо с кремниевым сердечником «A» |
| 1F | 1,1% Обработка без Si-Fe | Кремниевый сердечник Железо «A-FM» |
| 2 | 2,3% Si-Fe | Железо с кремниевым сердечником «B» |
| 2F | 2,3% Механическая обработка без Si-Fe | Железо с кремниевым сердечником «B-FM» |
| 3 | 4,0% Si-Fe | Железо с кремниевым сердечником «C» |
Неориентированная электрокремнистая сталь (изображение, полученное с помощью магнитооптического датчика и поляризационного микроскопа) Электротехническая сталь, изготовленная без специальной обработки для контроля ориентации кристаллов, неориентированная сталь, обычно имеет уровень кремния от 2 до 3,5% и имеет одинаковые магнитные свойства во всех направлениях, то есть изотропный. Холоднокатаная сталь без ориентированной зернистости часто обозначается сокращенно CRNGO.
Текстурированная электротехническая сталь обычно имеет уровень кремния 3% (Si: 11Fe). Его обрабатывают таким образом, что оптимальные свойства развиваются в направлении прокатки благодаря жесткому контролю (предложенному Норманом П. Госсом ) ориентации кристаллов относительно листа. Плотность магнитного потока увеличивается на 30% в направлении прокатки рулона, хотя его магнитное насыщение уменьшается на 5%. Применяется для сердечников силовых и распределительных трансформаторов, холоднокатаная сталь с ориентированной зернистой структурой часто сокращенно обозначается CRGO.
CRGO обычно поставляется производителями в форме катушки и должен быть разрезан на «пластинки», которые затем используются для формирования сердечника трансформатора, который является неотъемлемой частью любого трансформатора. Сталь с ориентированной зернистостью используется в больших силовых и распределительных трансформаторах, а также в некоторых выходных звуковых трансформаторах.
CRNGO дешевле, чем CRGO. Он используется, когда стоимость более важна, чем эффективность, и для приложений, где направление магнитного потока непостоянно, как в электродвигателях и генераторах с движущимися частями. Его можно использовать, когда недостаточно места для ориентации компонентов, чтобы воспользоваться преимуществами направленных свойств электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой.
Магнитные домены и доменные стенки в ориентированной кремнистой стали (изображение, сделанное с помощью CMOS-MagView)
Магнитные домены и доменные стенки в ориентированной кремнистой стали (изображение, созданное с помощью CMOS-MagView)
Магнитные домены и доменные стенки в не -ориентированная кремнистая сталь (изображение сделано с помощью CMOS-MagView)
Этот материал представляет собой металлическое стекло, полученное заливкой расплавленного сплава на вращающееся охлаждаемое колесо, которое охлаждает металл со скоростью около одного мегакельвина в секунду, настолько быстро, что кристаллы не образуются. Аморфная сталь ограничивается фольгой толщиной около 50 мкм. Механические свойства аморфной стали затрудняют штамповку пластин для электродвигателей. Поскольку аморфная лента может быть отлита до любой ширины (менее 13 дюймов) и может быть относительно легко разрезана, она является подходящим материалом для намотки сердечников электрических трансформаторов. В 2019 году цена аморфной стали за пределами США составляет примерно 0,95 доллара за фунт по сравнению со сталью HiB с ориентированной зеренной структурой, которая стоит примерно 0,86 доллара за фунт. Трансформаторы с сердечником из аморфной стали могут иметь потери в сердечнике втрое меньше, чем у обычных электротехнических сталей.
Электротехническую сталь обычно наносят для увеличения электрического сопротивления между слоями, уменьшения вихревых токов, обеспечения устойчивости к коррозии или ржавчине, и действовать как смазка во время высечки. Существуют различные покрытия: органическое и неорганическое, и используемое покрытие зависит от области применения стали. Выбор типа покрытия зависит от термообработки пластин, от того, будет ли готовый ламинат погружаться в масло, и от рабочей температуры готового устройства. Очень ранняя практика заключалась в том, чтобы изолировать каждую пластину слоем бумаги или лаковым покрытием, но это уменьшало коэффициент штабелирования сердцевины и ограничивало максимальную температуру сердцевины.
ASTM A976 -03 классифицирует различные типы покрытий для электротехнической стали.
| Классификация | Описание | Для роторов / статоров | Обработка против прилипания |
|---|---|---|---|
| C0 | Естественный оксид, образующийся при прокатке обработка | No | Нет |
| C2 | Стеклоподобная пленка | No | Нет |
| C3 | Органическое покрытие эмалью или лаком | No | Нет |
| C3A | Как C3, но более тонким | Да | Нет |
| C4 | Покрытие, образованное в результате химической и термической обработки | No | Нет |
| C4A | Как C4, но более тонкое и свариваемое | Да | Нет |
| C4AS | Вариант C4 с антипригарным покрытием | Да | Да |
| C5 | Высокое сопротивление аналогично C4 плюс неорганический наполнитель | No | Нет |
| C5A | Как C5, но более свариваемый | Да | Нет |
| C5AS | Вариант C5 с антипригарным покрытием | Да | Да |
| C6 | Органическое покрытие с неорганическим наполнителем для изоляционных материалов Свойства | Да | Да |
Типичная относительная проницаемость (μr) электротехнической стали в 4000 раз больше, чем у вакуума.
Магнитные свойства электротехнической стали зависят от термообработки, поскольку увеличение среднего размера кристаллов снижает гистерезисные потери. Потери на гистерезис определяются стандартным тестером Эпштейна и для обычных марок электротехнической стали могут составлять от 2 до 10 Вт на килограмм (от 1 до 5 Вт на фунт) при 60 Гц и магнитном поле 1,5 тесла. прочность.
Электротехническая сталь может поставляться в полуобработанном состоянии, так что после штамповки окончательной формы может быть применена окончательная термообработка для получения обычно требуемого размера зерна 150 микрометров. Полностью обработанная электротехническая сталь обычно поставляется с изолирующим покрытием , полной термообработкой и определенными магнитными свойствами для применений, где штамповка не приводит к значительному ухудшению свойств электротехнической стали. Чрезмерный изгиб, неправильная термообработка или даже грубое обращение могут отрицательно повлиять на магнитные свойства электротехнической стали, а также могут увеличить шум из-за магнитострикции.
Магнитные свойства электротехнической стали проверяются с использованием международно-стандартной рамы Эпштейна.
Размер магнитных доменов в листовой электротехнической стали может быть уменьшен путем разметки поверхности листа лазером или механически. Это значительно снижает гистерезисные потери в собранном сердечнике.
