Для изготовления сердечников трансформаторов используют сталь

Обновлено: 04.05.2024

Для изготовления магнитопроводов электрических машин применяются листовая электротехническая сталь, стальное литье, листовая сталь, чугун и магнитодиэлектрики.

Тонколистовая электротехническая сталь по ГОСТ 21427.0—75 разделяется на 38 марок. Обозначения марок стали состоят из четырех цифр. Первая обозначает класс по структурному состоянию и виду прокатки, вторая — примерное содержание кремния, третья — группу по основной нормируемой характеристике. Эти три первые цифры в обозначении марки означают тип стали, а четвертая — порядковый номер типа стали.

Сталь подразделяют по структурному состоянию и виду прокатки на 3 класса: 1 — горячекатаную изотропную, 2 — холоднокатаную изотропную, 3 — холоднокатаную анизотропную с ребровой текстурой.

По содержанию кремния сталь подразделяют на 6 групп: 0 — с содержанием кремния, равным 0,4% включительно (нелегированная); 1 — с содержанием кремния, равным 0,4. 0,8%; 2 — с содержанием кремния, равным 0,8. 1,8%; 3 — 1,8. 2,8%; 4 — 2,8. 3,8%; 5 — 3,4. 4,8%.

По основной нормируемой характеристике стали делят на 5 групп: 0 — удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (p_1,7/50); 1 — удельные потери при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (p_1,5/50); 2 — удельные потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц (p_1,0/400); 6 — магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м (В_0,4 ); 1 -магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м (В₁₀).

Свойства стали зависят от содержания кремния и условий ее изготовления. Сталь с низким содержанием кремния имеет меньшую относительную магнитную проницаемость и большие магнитные потери, а также большую индукцию насыщения. Стали с высоким содержанием кремния имеют меньшие потери на вихревые токи и гистерезис и высокую относительную магнитную проницаемость в слабых и средних полях. Содержание кремния снижает плотность и повышает удельное электрическое сопротивление стали.

В электротехнической промышленности широко применяют анизотропные холоднокатаные стали, имеющие в направлении проката более высокую проницаемость и меньшие потери в слабых полях, чем горячекатаные стали. В анизотропных сталях магнитные свойства вдоль прокатки и в направлении, перпендикулярном прокатке, — различные.

Изотропные холоднокатаные стали с кубической текстурой, имеющие высокие магнитные качества как в направлении проката, так и в перпендикулярном направлении.

Горячекатаная изотропная тонколистовая электротехническая сталь изготовляется в виде листов следующих марок: 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562, 1571 и 1572.

Электротехническую холоднокатаную анизотропную тонколистовую сталь,. выпускается следующих марок: 3311; 3412, 3413, 3414, 3415, 3416, 3404, 3405 и 3406.

По точности прокатки и неплоскостности сталь классифицируют так же, как и горячекатаная, по виду покрытия: с электроизоляционным термостойким покрытием (ЭТ), с покрытием, не ухудшающим штампуемость, (М), мягкое, без электроизоляционного покрытия (БП).

Рулонную сталь изготовляют толщиной 0,28; 0,30; 0,35 и 0,50 мм

Тонколистовая холоднокатаная изотропная электротехническая сталь выпускается в виде рулонов, листов и резаной ленты следующих марок: 2011, 2012, 2013, 2111, 2112, 2211, 2212, 2311, 2312, 2411 и 2412 (ГОСТ 21427.2—83).

Магнитные свойства сталей характеризуют кривые намагничивания. Потери в стали от вихревых токов и гистерезиса определяются удельными потерями, т.е. потерями в 1 кг стали при частоте 50 Гц и синусоидальном напряжении.

Для уменьшения потерь от вихревых токов листы стали изолируют лаком и выпускают с термостойким покрытием. Изоляционные прослойки уменьшают активное сечение пакета стали, что учитывается коэффициентом заполнения пакета сталью k_c. Он характеризует отношение сечения стали (без изоляции) ко всему сечению пакета.

Для магнитопроводов, работающих в постоянных магнитных полях, применяются: техническое железо с содержанием углерода менее 0,04 %, а также углеродистые стали и чугуны.

Для изготовления сердечников АД исп. стали 2013, 2212, 2214, 2312, 2412

Для изготовления небольших магнитопроводов используются магнитодиэлектрики — материалы, имеющие высокие магнитные свойства и высокое электрическое сопротивление.

Листовая сталь 1211, 2312, 2411 толщиной 0,5 или 1 мм применяется для изготовления главных полюсов и якоря машин постоянного тока.

Для статоров СМ сталь 1511, полюсов стали толщиной 1. 2 мм и более. Это ведет к улучшению k_c, который в этом случае составляет 0,95. 0,98.

Листовая сталь применяется для сварных станин машин постоянного тока и изготовления ободов роторов синхронных машин. Толщина листовой стали колеблется от 1,5 до 12 мм. Магнитные свойства такие же, как и у литой стали.

Характеристики и свойства трансформаторной стали, марки и состав

Вопрос-ответ

Особенность трансформаторной стали в улучшенных электромагнитных характеристиках. Чтобы улучшить показатели материала, в него добавили кремний, количество которого отличается в зависимости от марки. С помощью этого материала производят разнообразные виды трансформаторов. Его популярность связана с более высокими характеристиками, чем у других металлов.

Состав трансформаторной стали

Материал выполняют не только из кремния, а создают сплав с железом. Добавление этого элемента приводит к тому, что коэффициент силы увеличивается, а удельное сопротивление электрической мощности повышается, если сравнить с марками без кремния.

Если добавить в состав определенное количество кремния, это приведет к снижению отдельного веса оксидов железа.

По химическому составу этот материал можно отнести к легированным металлам за счет наличия кремния в количестве до 0,5%.

В трансформаторном железе добавление посторонних примесей в пределах 3-4,5%.

Свойства кремния

Кремнием называют основной материал полупроводниковой электроники. С его помощью изготовляют интегральные схемы, диоды, транзисторы, солнечные батареи, фотоприемники и другие приборы.

Это полупроводник, электрические свойства которого зависят от примесей. Он прозрачен для инфракрасных лучей. При низкой температуре проявляет химическую инертность, на воздухе образовывается тонкая пленка оксида. Окисление кремния происходит при нагревании до 400 градусов. Растворим во многих расплавленных металлах.

Отличительные особенности изотропной и анизотропной сталей

Какими свойствами будет обладать соединение зависит от того, сколько в него добавили кремния во время производственного процесса. Горячекатаная и холоднокатаная сталь имеют разные по размеру ячейки. Если материал отличается крупными кристаллами, то его магнитная проницаемость больше, но незначительная коэрцитивная сила, если сравнить с материалами с мелкими кристаллами. Размер зерен зависит от применяемой механической или термической обработки.

Во время отжига внутреннее напряжение в металле понижается, а одновременно с этим кристаллы увеличиваются, формируя структуру. Если сделать горячую прокатку, то не получится сформировать зерна устойчивыми в определенном положении, поэтому они размещаются хаотично. Это изотропная сталь. Она обладает магнитными свойствами, не зависящими от направления.

Чтобы была получить текстурированный материал второй раз прибегают к холодной прокатке стали, сопровождая ее отжигом в особых условиях. Это позволяет получить анизотропную сталь. Ребра в ней расположены так, как проходила прокатка. Расположение материала в правильном положении способствует повышению магнитной проницаемости и снижению коэрцитивной силы, улучшению работы устройств.

Электротехническую сталь производят и продают в рулонах или отдельных листах. Их длина от 720 до 1000 мм.

Расшифровка маркировки

Каждая марка стали обозначается определенными цифрами, несущими в себе информацию:

Вначале маркировки стоит число, показывающее структурное строение и вид прокатки. К первому классу относят горячекатаную изотропную, ко второму – холоднокатаную изотропную, к третьему – холоднокатаную анизотропную.
Вторая – количество кремния в материале от 0,4 до 4,8%.
Третья – принадлежность к нормируемой группе.
Начальные цифры используются для обозначения типа.

Четвертая и пятая цифры показывают основные нормируемые характеристики в количественном значении. Маркировка предоставляет основную информацию о материале.

Основные марки

Существуют две основные марки.

Сернистая

Марка 2212. Для промышленного производства используют тонкие листы, подверженные холодной прокатке.

Нелегированная

Она отличается от углеродистой стали наличием в составе менее 5% легирующих элементов.

Оба вида используют в производстве трансформаторной стали.

Основные свойства и характеристики

Сталь для трансформаторов применяется нержавеющая, магнитная с достаточными показателями проницаемости. Она так популярна в производстве электрооборудования благодаря тому, что обладает высокими электромагнитными характеристиками и теряет минимальное количество энергии в результате нестериса.

Из металла делают различные элементы для трансформаторов и другого электрооборудования. Также он идеально подходит для создания магнитных проводов.

Без этого особого вида стали не обходятся сердечники трансформатора по той причине, что материал способствует более высокому удельному сопротивлению. Это позволяет терять меньше мощности от вихревых токов. Эта проблема обычно касается сердечников электрооборудования. Благодаря его использованию не происходит чрезмерное нагревание сердечника.

Для уменьшения потерь от вихревых потоков, уменьшают толщину пластины. Поэтому толщина стали должна быть 0,5 мм при частоте в 50Гц. Если устройство работает при большей частоте, то необходимо делать сердечник из листов 0,1-0,2 мм.

Металл помогает уменьшить потери на перемагничивание. Это еще одна причина популярности электротехнической стали для производства сердечника трансформатора.

Так как снизить потери и процесс циклического перемагничивания можно с помощью добавления кремния в металл, то сплавы с повышенным содержанием этого элемента получили название трансформаторная сталь. Благодаря применению удалось добиться уменьшения потерь на треть. Также это позволяет уменьшить массу трансформатора на 10%, а расход металла на 20%.

Электромагнитную сталь используют практически во всей электромеханической продукции за счет своих уникальных свойств.

Производители

Этот материал производят по всему миру. Основными потребителями его считаются Япония и Китай. Они потребляют и производят до 50% всей электротехнической стали. Основным производителем является Китай, а Япония в основном экспортирует этот вид стали.

На территории Российской Федерации делают гораздо больше металла, чем необходимо для использования внутри страны. Стоимость этого вида на российском рынке составляет 80-180 рублей за килограмм. В последние годы Российской Федерации удалось выйти на объемы производства, которые составили 10% от мирового импорта стали. В качестве основных производителей выступают:

Северсталь.
ВИЗ-Сталь.
Новолипецкий металлургический комбинат.

Эти учреждения производят продукцию в количестве в несколько раз превосходящем потребности внутреннего рынка. Это дает возможность продавать материал западным странам, таким как Италия, Швейцария, а также отправлять сталь в Индию.

Если обратить внимание на конкретный вид стали в общем объеме производства, то упор делают на динамный сортамент металла. Сталь для создания электрооборудования составляет только 30% от всего объема производства, так как ее не нужно неограниченное количество. Ее стоимость в пределах 120-180 руб./кг.

Применение

Трансформаторную сталь используют для изготовления важных элементов трансформаторов. Ее популярность связана с повышенными свойствами, благодаря добавлению в состав кремния.

Стержневой магнитопровод

Этот элемент представляет собой стержень, на который размещаются обмотки и ярма, для замыкания магнитной цепи. Их всегда делают шихтованными. Этот элемент имеет более простую конструкцию, чем броневой стержень и позволяет получить необходимую изоляцию для обмоток.

Стержневые магнитопроводы необходимы для мощных трансформаторов, так как у них на каждом стержне расположена половина обмотки. Устройства, в которых есть стержневой магнитопровод, имеет малый магнитный поток рассеивания, меньший расход провода и большая поверхность охлаждения обмотки.

Броневой

Броневые магнитопроводы больше всего подходят для небольших показателей мощности. Это касается устройств, производящих от единицы до нескольких десятков вольт-ампер. Они функционируют, когда уровень напряжения не превышает 1000 В, а частота сети питания 50 или 400Гц. От стержневых трансформаторы с броневым магнитостержнем отличаются меньшей удельной мощностью на единицу объема и веса. Но главным их преимуществом считается стоимость.

Броневые магнитопроводы отличаются прямоугольными стержнями, расположенными в горизонтальном положении, на них располагаются обмотки прямоугольной формы.

В броневом магнитопроводе присутствует ряд конструктивных достоинств. При его использовании понадобится только один комплект обмоток, в котором присутствует ярмо для защиты от негативных факторов внешней среды.

Вывод

Трансформаторная сталь производится с добавлением кремния. Этот элемент обеспечивает улучшение электромагнитных характеристик ее используют для создания сердечников трансформаторов, стержневых и броневых магнитопроводов. В маркировке изделий заложена информация о типе стали и основных нормируемых характеристиках. Стоимость материала на российском рынке составляет 120-180 руб. за кг.

Производством этого материала занимаются разные компании, но наибольшее количество выпускается на территории Китара, если рассматривать показатели по всему миру. России удалось выйти на рынок и производить до 10% мирового количества стали.

Почему сердечник трансформатора выполняют только из электротехнической стали ?

Электротехническими сталями зазывают металлы, используемые в производстве элементов электротехнического оборудования. Ответ на вопрос, почему сердечник трансформатора выполняют из электротехнической стали: она обладает характеристиками, которые дают возможность уменьшить сопротивление. Благодаря снижению сопротивления трансформатор тратит меньше энергии при передаче импульсов.

Состав и производство

Электротехническая сталь – это сплав железа и силицида железа (FeSi) в различных пропорциях:

горячекатаном сплаве до 3,3% FeSi (Э41, Э42, Э43);
в холоднокатаном сплаве до 4,5% FeSi (Э310, Э320, Э3ЗО).

Силицид выводит из железа кислород, снижающий магнитные свойства. Железо восстанавливается из окислов, образуется оксид кремния, который частично превращается в шлак. Одновременно цеменит (Fe3C) заменяется графитом. Иногда в процессе производства добавляется до 0,5% алюминия. Готовая продукция поставляется в виде тонких листов.

Э – электротехническая;
Первая цифра (содержание алюминия):
«1» – слаболегированная;
«2» – среднелегированная;
«3» – повышеннолегированная;
«4» – высоколегированная;
«А» – небольшие удельные потери;
0 – холоднокатаная.

Горячекатаные сплавы в конце обработки подвергаются воздействию высокой температуры, позволяющей придать ей нужные параметры по толщине. Высокая температура способствует перестроению связей между молекулами, что влечет за собой снижение некоторых свойств.

У холоднокатаного сплава более высокая магнитная проницаемость, если она совпадает с направлением проката. Поперек показатель гораздо ниже, поэтому сердечник лучше производить так, чтобы линии смыкались, и использовать специальные методы сборки. Кроме того, холодная прокатка повышает механическую прочность и качество поверхности листов за счет образования кристаллографической текстуры. Ее качество зависят от степени обжатия, температуры обработки и толщины листа.

По этим причинам большинство производителей стараются выполняться сердечники из стали Э-3ЗОА, хотя ее себестоимость в 2 раза превышает себестоимость горячекатаного материала.

Эксплуатационные характеристики

При выборе сплава для изготовления сердечников учитывается:

показатель удельно сопротивления (способность удерживать и передавать напряжение);
коэрцитивная сила (напряжение магнитного поля, способность материала размагничиваться);
коэффициент магнитной проницаемости (соотношение между индукцией и напряжением магнитного поля);
толщина листа.

Коэрцитивная сила, удельное сопротивление, магнитная проницаемость должны быть максимальные.

Магнитопровод в трансформаторе концентрирует магнитные потоки, вызывающие вихревые электротоки. Сердечник трансформатора выполняется из электротехнической стали для того, чтобы их снизить. Достичь этой цели можно, если выполнять его из пластин толщиной 0,35-0,5 мм.

Технические характеристики холоднокатаной электротехнической стали:

высокая магнитная проницаемость;
высокое сопротивление, снижающее потери на нагрев;
низкие потери на гистерезис (размагничивание) и вихревые токи.

Листы хорошо штампуются, в магнитопроводе изолируются лаком или тонкой бумагой. Это полностью отвечает на вопрос, почему сталь холоднокатаная.

Магнитопроводы трансформаторов выполняются из электротехнической стали для улучшения их эксплуатационных характеристик. При добавлении в сплав кремния и холодной прокатке сталь становится практически идеальным материалом для производства элементов электрических приборов.

Причины почему сердечники трансформатора собирают из отдельных пластин

Сердечник трансформатора — главная деталь механизма. От ее качества зависит то, как будет поступать электрический импульс в прибор, эффективность функционирования вторичных и первичных обмоток. Большая часть людей знает примерную схему работы оборудования, назовет основные детали механизма. Но вопрос о том, почему сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин не находит ответ.

Дело в том, что на пластику подается электрический импульс, и кажется, что нет разницы одна она установлена или несколько. Поэтому постараемся максимально доступно простом языком объяснить, для чего сердечник трансформатора собирают из тонких листов, почему это важно и как правильно выбираются коэффициенты длины, ширины, проводимости.

Характеристики сердечника: теория

Прежде чем ответить на вопрос, почему сердечник трансформатора набирается из пластин, нужно понять само устройство конструктивной детали. Предназначение механизма — концентрация магнитных потоков, поступающих в прибор. В результате обработки значения получаются постоянными и соответствующими измерениям. Без наличия сердцевины невозможно было бы рассчитывать технические характеристики прибора, в том числе и коэффициент погрешности, коэффициент полезного действия и другое.

Выполняются детали их специальной электротехнической стали ферритов, железа, пермаллоя, электриков ферритного вида — в зависимости от конкретного типа и переназначения техники.

Почему сердечники трансформатора делают из отдельных пластин — улучшение магнитных характеристик этих металлов и элементов.

Устройство изготовляется из цельным пластин, которые различной толщины. Делать в приборе можно различные вариации: от 0,5 до 0,35 миллиметров, но встречается и другой по толщине лист. Холоднокатаные в отличи от горячекатаных вариаций отличаются повышенными характеристиками магнитопровода, но для сборки устройства требуются специфические навыки работы.

Набираться могут из ленты, которая свернута спиралевидным образом, только тороидальные модели. Собирать так — значит разместить вторичную обмотку, при этом значительно понизиться индуктивное сопротивление внешней обмотки (стремится у нулевым значениям), что повысит точность работы.

Для чего магнитопровод трансформатора собирают из отдельных листов, если устройство имеет можно свыше ста вольтов и ампер и частоту функционирования 50 Гц — повышение качества работы и обеспечение бесперебойного поступления электроэнергии для обработки.

Устройства собирать нужно из тонких и отдельных пластин сердечника — это уменьшает вихревые потери. Под действием на трансформатор магнитострикции они становятся деформированными, уменьшается коэффициент полезного действия, невозможно провести качественные расчеты мощности и иных технических характеристик. По факту, удлинения листов должны быть симметричны квадрату индукции, при этом колебания были бы на частоте сети, удвоенной вдвое (так как берется квадрат показателе).

Но путем опытных расчетов выясняем, что механические колебания различные по значениям, так как шум содержит высшие гармоники. Становится ясно, почему сердечник трансформатора собирают из отдельных листов и почему используются только качественные металлы для его производства.

Практика

Узнав, как работает сердечник и поняв его основные технические характеристики, материалы изготовления и конструктивные особенности, можно понять и самостоятельно, почему сердечник современного трансформатора собирают из отдельных листов железа. Для того, чтоб понять это, нужно проследить о обратного. Если бы сердцевина оборудования была выполнена из сплошного цельного куска металла, то это привело бы к возникновению переменного магнитного поля.

Это в свою очередь пододвигает к образованию существенного магнитного поля около сердечника. Возникающие дополнительные токи не нужны для стабильной и качественной работы тс, они лишь затрудняют обработку данных вторичной и первичной обмотками.

Образованные дополнительные токовые потоки непременно приведут к существенным потерям электрической энергии.

Если бы использовался сплошной кусок металла, то:

возникали бы дополнительные токи;
уменьшалось сопротивление вторично и первичных обмоток;
нельзя проследить технические характеристики изделия, мощность, погрешность, КПД;
невозможность составить план работы, на который можно опираться при производстве;
устройство выходит из строя, так как испытает не только необходимые магнитные потоки, но и дополнительные постоянно;
наблюдаются потери энергетической мощности.

Для чего сердечник любого трансформатора собирают из тонких листов стали – становится понятно — для обеспечения стабильной и бесперебойной работы. Но есть и другие причины того, почему сердечник трансформатора собирают из тонких железных листов стали:

есть возможность собрать аналитические данные;
в устройстве не возникает дополнительных токов;
функционирование без существенных энергетических потерь при работе;
срок службы;
удобство использования;
построение плана действий на производстве.

Изготовление из отдельных пластинок занимает больше времени и требует применения специфических знаний. Но без этого никак не обойтись. Для обеспечения стабильного функционирования и уменьшения потерь энергии используется число листов, изготовленных только из качественного и проверенного материала.

Все, что нужно знать об электротехнической стали

Для сердечников трансформаторов, реле, звонков и электродвигателей применяют электротехническую сталь. К примеру, «проволочная» калёная им не подойдёт. Причина особых требований – заметные потери на перемагничивание у многих стандартных сортов стали.

Общее описание

Электротехническая сталь (ЭТС) – сплав, отличающийся по примесям, к примеру, дозировкой кремнийсодержащих соединений. Таким соединением выступают молекулы ферросилиция – именно им легируют сталь для электрических магнитопроводов.

Применение феррита – ломкого материала, представляющего собой сплошную беспластинчатую структуру, не дало каких-либо улучшений по сравнению с раздельно-склеенными пластинами.

Железо с низким содержанием угля – до 0,2 промилле – ценится благодаря низким потерям на перемагничивание в циклах переменного тока (его частота может колебаться от единиц герц до сотен мегагерц). Чтобы добиться данного эффекта, выпускают кремнистую мягкую сталью. Содержание кремния в ней приближается к отметке в несколько процентов – по массе, от общего состава продукции.

Спрос на текстурированные таким образом стали заметно высокий: стоимость килограмма трансформаторной стали превышает цену на этот же килограмм нержавейки. ЭТС с ферросилицием – исходный материал для токовых и силовых (по электрическому напряжению, получаемому с выхода) трансформаторов, роторных и статорных сборок (сердечников). Силовой трансформатор на подстанции, а также электрогенератор (турбогенератор) на электростанции – типичное применение данного сплава, но ещё больший спрос трансформаторной стали наблюдается при производстве двигателей, например, вентиляторов и стиральных машин.

Удельное электрическое сопротивление ЭТС повышено – по сравнению с сопротивлением той же калёной проволоки (в пересчёте на эквивалентную площадь сечения). Сравнив, к примеру, сечение броневого сердечника трансформатора с тросом подъёмного крана такой же толщины (по площади в разрезе), отметим, что реальное электрическое сопротивление куска троса, равного по длине сердечнику, заметно ниже. Повышение сопротивления сердечника приводит к заметному снижению потерь на вихревые токи. КПД трансформатора возрастает, а перегрев в нагруженном режиме – уменьшается.

Свойства

Кривая намагничивания, согласно ГОСТ, должна быть таковой, чтобы петля гистерезиса (характеристика, отвечающая за затраты на вихреток) не была выраженной. Существует ещё одна характеристика – коэрцитивная сила (КС), благодаря чему гистерезисный эффект на графике растягивается ещё больше. В идеальном магнитопроводе и тот, и иной эффект отсутствовали бы, при этом сердечник трансформатора считался бы отличным магнитопроводом благодаря нулевому, как у сверхпроводника, сопротивлению.

Даже если ввести сталь в это состояние, заморозив её до -270 градусов (температура, близкая к абсолютному нулю), то потери на вихревое перемагничивание всё равно останутся, пусть и в минимальном количестве. С вихревыми потерями борются также уменьшением толщины пластин. Так, для 50-60 Гц в питающей сети толщина пластин трансформатора – не более полумиллиметра.

Для 400-герцовых трансформаторов, а также для микротрансформаторов в зарядных устройствах для смартфонов и планшетов, которые зачастую меньше напёрстка из-за быстропеременного тока в 10 кГц и более, полученного путём «выпрямления» на сетевом диодном мосте и превращённого в ВЧ-напряжение с помощью простейшего преобразователя частоты, толщина пластины не превышает 1 мм. Для радиочастот и вовсе применяется цельный ферритовый тороид (кольцо), а не пластины.

Понижение потерь на гистерезисный эффект можно достичь, повысив процент кремния в стали. Однако существует предел, выше которого содержание кремния лучше не повышать: полезный эффект незначителен, зато ломкость пластин существенно возрастает. Параметры высококремнистой стали идеально подходят для использования в качестве магнитопровода – настолько, насколько позволяет это сделать реальная ситуация.

Кремнийсодержащая сталь уменьшает потери на 30% – по сравнению с потерями в той же калёной легированной стали. Масса трансформатора, электродвигателя, реле или электромагнита даёт возможность снизить и расход железа – до пятой части в пересчёте на состав обычной низкоуглеродистой стали, в которой кремния нет. Плотность трансформаторной стали – 7650 кг/м3 (у большинства легированных, не содержащих кремний в значительных количествах – 7,7… 7,8 г/см3, что на несколько процентов больше).

Относительная магнитопроницаемость ЭТС достаточна, чтобы обеспечить минимальный уровень потерь на преобразование переменного тока из одного напряжения в другое.

Производство трансформаторной стали основывается на горячекатаной и холоднокатаной технологии. Горячая прокатка – вторичная обработка с повышением температуры при раскатывании до нескольких сот градусов, холодная – при незначительном подогреве (не более 200). Общее начало – литьё и выпекание слитков-заготовок – имеется у обоих способов производства, вне зависимости от количества и процентной пропорции примесей, входящих в общий состав производимых первичных заготовок.

Горячекатаная

Горячепрокатная сталь не выделяется особыми свойствами. Трансформаторной она называется лишь из-за повышенного содержания кремния. Оно здесь достигает 4,5% по массе сплава. Дополнительно состав легируется алюминием – его содержание здесь равно примерно половине процента.

Горячепрокатный состав считается изотропным (динамная сталь). Нелегированная (без алюминия) – релейная сталь, она служит исходным материалом для изготовления пластин двигателей-генераторов, являющихся обратимыми в плане потребления/выработки электрического тока.

Холоднокатаная

Горячий прокат, в связи с необходимостью прерывания технологического процесса, в настоящее время полностью вытесняется холоднопрокатным способом. Магнитные свойства горячекатаной стали в современных условиях считаются едва удовлетворительными или неудовлетворительными, так как из-за характеристик, присущих ей, наблюдается заметно меньшая эффективность деталей и узлов, одной из функций которых является преобразование механической энергии в электрическую и наоборот.

Параметры легированного стального сплава в значительной мере определяются процентным содержанием кремния. Внутреннее структурирование сплава также образуется при отливании и выпекании слитков, которые затем поступают в прокат.

Горяче- и холоднопрокатный составы характеризуются разницей в размере и взаиморасположении ячеек кристаллической решётки.

Магнитная проницаемость свойственна в больших значениях лишь для сплавных материалов, содержащих значительный размер каждой из ячеек. Мелкие кристаллы, образующие основу других, схожих по химсоставу сплавов, обладают, наоборот, большей коэрцитивной составляющей. Управление размером кристалла (ячейки) – задача определённого типа и вида обработки стальных сплавов.

Например, отжигание заготовок даёт преодолеть избыточные внутренние напряжения в сплаве, при этом увеличивается размер его элементарной ячейки. Горячепрокатный способ обработки заготовок, полученных только что в печи, не способен существенно переупорядочить гранулы (кристаллы) в структуре сплава, отчего они остаются хаотично расположенными. Изотропная сталь в результате характеризуется независимостью магнитных параметров от направленности расположения кристаллов.

Чтобы эти гранулы заняли чёткую упорядоченную позицию, покончив при этом с присущей им хаотичностью окончательно, холодный прокат производится повторно, при этом используется отжигание в определённых условиях, отличающихся от стандартных. В результате образуется анизотропный сплав, где направляющие жёсткости кристаллической решётки состава совпадают с направлением проката. Разместив заготовку из анизотропного состава в верном направлении, мастер-прокатчик добьётся увеличения значения магнитной проницаемости, снизив в значительной мере КС.

Маркировка

Марки изотропной заготовки в тонких листах: 2011, 2012, 2013 и десятки иных. Неизотропная же представлена следующими кодами из каталога: 3311, 3411 и десятки других.

Маркировка ЭТС разграничивает её область применения. Так, сплавы 1211, 1212, 1213, 2211 применяют как подвижные вращатели (роторы) и полюсные пластины статорных сборок в моторах, работающих от незнакопеременного напряжения.

Подвижные и неподвижные составляющие для электромоторов, работающих на переменном токе, также изготавливаются из данного сорта стали.

Мощность заводских установок, например, конвейерной ленты, может составлять до 100 киловатт. Магнитопроводы технических и медицинских приборов также обращаются к вышеуказанным «числовым» сортам. Пример – вибрационные сетевые бритвенные и машинки для стрижки волос, медицинские МРТ-сканеры, содержащие мощный электромагнитный контур – все они применяют эти высокопластичные сплавы.

1311, 1312 – эти сорта идут на изготовление пластин для асинхронных моторов, которым требуется три фазы переменного напряжения. Промышленная мощность этих двигателей – от 100 до 400 кВт. Обладают чуть худшей, чем предыдущие варианты из данного перечня, пластичностью.

Сорта 1411, 1412, 2411 – для тех же «асинхронников», однако их мощность доходит до мегаватта. Моторы повышенной частоты, например, 400-герцовые движки, а также бытовые трансформаторы – основа блоков питания – также используют эти три сорта в качестве материала для пластин сердечников. Пластичность – минимально удовлетворяющая основным запросам: при разборке пластины не ломаются, но малейшая попытка согнуть их приведёт к растрескиванию материала.

Маркировка, не имеющая букв, также поделена на составляющие:

1 или 2 (первая цифра) – горячая или холодная прокатка;
0… 5 (вторая) – ферросилиций, менее 1% кремния – «0»;
0… 9 (третья) коэрцсила и магнитоиндукция;
00… 99 (4-я и 5-я) – значения КС и МИ.

Полный список марок ЭТС для серосодержащих сплавов: 1211, 1212, 1213 и несколько десятков других.

ЭТС без легирования представлена следующими марками: 10832, 10848, 10850 и десятки иных.

Производители ЭТС, занимающие ведущие позиции – Россия, Китай и Япония. Отечественные компании, выпускающие ЭТС – «Северная Сталь», «ВИЗ» и Новолипецкий комбинат.

Сортамент

ЭТС поставляется на другие фабрики как листовая продукция. Найти в продаже этот же сорт ЭТС в виде прута или уголка весьма затруднительно – эти элементы можно получить лишь склейкой пластин. Готовые листы обладают шириной от 24 см до 1 м. Сплав производится в виде рулонной или отдельной листовой продукции, длина листа – от 72 см до 1 м. Толщина стали (листа, рулонной скрутки в один слой) – от 50 мкм до 1 мм. Типовые и несколько десятков иных марок толщиной – 100, 200, 350 мкм и 0,5 мм. ЭТС производится как сортовой материал и как разрезная лента.

Электромагнитные системы и электроника, работающая с высокими (от единиц килогерц) частотами, позволяют использовать эту сталь в виде сердечников трансформаторов и электромагнитов, дросселей, электрогенераторных двигателей и моторов.

Основным материалом для этих целей служит текстурированная сталь – использование её в этом случае наиболее целесообразно. Сила воздействия электромагнитного поля – низкий или высокий уровень – значения не имеет: ЭТС отлично проявит себя во всех подобных случаях. Поля большой интенсивности используются на частотах до 60 Гц, средней – до 400, малой – до десятков килогерц.

Обработка

ЭТС хорошо поддаётся обработке – особенно низкоуглеродистая. Благодаря более чем хорошей (по количественному показателю) пластичности она легко разрезается при помощи аппаратов лазерной резки. Достоинство лазерной резки – непричинение повреждений из-за отсутствия прямого механического контакта резака с поверхностью и толщей листа-заготовки.

Точность и ровность реза достигается благодаря ЧПУ и сведениям из файла-заготовки, по которым лист раскраивается строго по отмеченным на чертеже линиям почти без какой-либо погрешности.

Термическая резка осуществляется при помощи газосварочной горелки, которая выдаёт реактивное (смесь ацетилена с кислородом) пламя. Его температура превышает 3000 по Цельсию. Плазменную резку выполняют путём лазерного раскраивания листа под действием луча запредельной мощности (насколько это возможно), благодаря чему металл превращается в плазму и образует ровную линию реза.

Читайте также: