Relės šerdies medžiagų analizė: magnetinių savybių charakteristikos, medžiagų parinkimo principai ir gamybos proceso tendencijos

 

Relės šerdis yra svarbus magnetinis komponentas elektromagnetinio paleidimo sistemoje; jo pagrindinė funkcija yra sukurti stabilią magnetinę grandinę ir panaudoti elektromagnetinę jėgą, kad būtų galima nukreipti kontaktus per įtraukimo (įtraukimo{0}}), laikymo ir atleidimo veiksmus. Magnetinės šerdies medžiagos savybės tiesiogiai įtakoja relės traukos greitį, veikimo patikimumą, energijos suvartojimą, temperatūros kilimą ir ilgą -tarnavimo laiką.

 

Relės veikimo metu šerdyje vyksta nuolatiniai įmagnetinimo ir išmagnetinimo ciklai; vadinasi, medžiagai reikalingas ne tik didelis magnetinis pralaidumas, bet ir mažas koerciškumas bei maži histerezės nuostoliai. Be to, atsižvelgiant į konkrečią taikymo aplinką{1}}, pvz., pramoninius valdiklius, galios įrangą, naujas energiją naudojančias transporto priemones, išmaniuosius skaitiklius ar geležinkelio tranzito sistemas,{2}}pagrindinei medžiagai keliami įvairūs reikalavimai, susiję su soties magnetinio srauto tankiu, mechaniniu stiprumu, apdirbamumu ir terminiu stabilumu.

 

Šiuo metu įprastos relių šerdies medžiagos yra elektrinis plienas (silicio plieno lakštai), gryna geležis, geležies -nikelio lydiniai, amorfiniai lydiniai ir minkštieji magnetiniai feritai. Šios medžiagos labai skiriasi magnetinėmis savybėmis, gamybos sąnaudomis ir pritaikymo sritimis, todėl reikia pasirinkti pagal specifinius veikimo dažnius, esamas sąlygas ir patikimumo reikalavimus.

 

 

 

1. Silicio plieno lakštai (elektrinis plienas)

Silicio plieno lakštai yra plačiai naudojama minkštųjų magnetinių medžiagų klasė tradicinėse relėse ir elektromagnetinėje įrangoje. Į geležį pridedant tam tikrą silicio dalį, medžiagos elektrinė varža efektyviai padidinama, taip sumažinant sūkurinių srovių nuostolius kintamuose magnetiniuose laukuose.

 

Įprastose silicio plieno medžiagose paprastai yra apie 3 % silicio, todėl soties magnetinio srauto tankis viršija 1,8 T, tuo pačiu pasižymi palankiomis magnetinėmis savybėmis ir mažomis gamybos sąnaudomis. Dėl brandžios apdorojimo technologijos ir stabilių tiekimo grandinių silicio plieno lakštai plačiai naudojami maitinimo-dažnio relėse, elektromagnetiniuose jungikliuose ir tradicinėje valdymo įrangoje.

 

Pavyzdžiui, kai kuriose žemo{0}}dažnio kintamosios srovės relėse naudojama laminuota plono-elektrinio plieno struktūra, siekiant padidinti veikimo efektyvumą sumažinant sūkurinių srovių nuostolius. Pramoninei įrangai, kuriai reikalingas stabilus magnetinės grandinės veikimas, silicio plieno šerdys išlieka ekonomiškas ir patikimas pasirinkimas.

 

Tačiau silicio plieno medžiagos taip pat turi tam tikrų apribojimų. Didėjant veikimo dažniui, histerezės ir sūkurinių srovių nuostoliai žymiai padidėja; todėl šios medžiagos netinka aukšto-dažnio, greito atsako{2}}relėms.

 

2. Grynos geležies medžiagos

Grynai geležis pasižymi dideliu soties magnetinio srauto tankiu, geru plastiškumu ir puikiu apdirbamumu, todėl ji yra pagrindinė tam tikrų nuolatinės srovės relių ir elektromagnetinių komponentų medžiaga.

 

Specialiai apdorota didelio{0}}grynumo geležis pasižymi mažu magnetiniu atsparumu, todėl greitai sukuriamas magnetinis laukas ir padidėja elektromagnetinės konversijos efektyvumas. Relių konstrukcijose, kurioms reikalingas greitas atsako laikas, gryna geležis užtikrina stabilų armatūros trauką-.

 

Pavyzdžiui, grynos geležies šerdys, naudojamos elektros skaitiklių relėse -paprastai randamos matavimo įrangos elektromagnetinėse pavarose-, turi atitikti griežtus ilgalaikio- veikimo stabilumo ir patikimo pasikartojančio veikimo reikalavimus.

 

Gryna geležis taip pat pasižymi puikiomis šalto -apdirbimo savybėmis, todėl jas galima pagaminti į sudėtingas formas naudojant tokius procesus kaip štampavimas ir šaltasis apdirbimas. Todėl grynos geležies relės šerdys dažnai naudojamos kaip didelio-tikslumo magnetinės konstrukcijos komponentai.

 

Tačiau dėl mažos elektrinės varžos gryna geležis yra linkusi į didelius nuostolius aukšto{0}}dažnio kintamuosiuose magnetiniuose laukuose; todėl būtinas dizaino optimizavimas, pritaikytas konkretiems taikymo scenarijams.

 

3. Geležies-nikelio lydiniai (permalloy)

Geležies-nikelio lydiniai yra minkštų magnetinių medžiagų klasė, kuriai būdingas didelis magnetinis pralaidumas ir mažas koerciškumas; Tipiški pavyzdžiai yra permalojus, kuriuose yra daug nikelio.

 

Šios medžiagos pasižymi dideliu pradiniu pralaidumu ir gali būti greitai įmagnetintos net esant silpniems magnetiniams laukams, todėl jos ypač tinka didelio{0}}jautrumo, mažos{1}}galios relėms.

 

Telekomunikacijų įrangoje, tikslaus valdymo sistemose ir signalo aptikimo įrenginiuose geležies{0}}nikelio lydinio šerdys padeda sumažinti pavaros srovės reikalavimus ir pagerinti relės įjungimo jautrumą. Pavyzdžiui, minkštos magnetinės geležinės{2}}nikelio relės šerdys dažniausiai naudojamos valdymo moduliuose, kuriems reikalingas geresnis magnetinis veikimas.

 

Geležies{0}}nikelio lydinių trūkumai yra palyginti mažas soties magnetinio srauto tankis ir didesnės medžiagų sąnaudos. Be to, norint užtikrinti stabilias magnetines savybes, gamybos metu paprastai reikalinga griežta terminio apdorojimo procesų kontrolė.

 

4. Amorfiniai lydiniai

Amorfiniai lydiniai yra minkštos magnetinės medžiagos rūšis, susidaranti greitai aušinant, todėl susidaro netvarkinga atominė struktūra. Kadangi jiems trūksta magnetinio domeno kliūčių, esančių tradicinėse kristalinėse struktūrose, jų histerezės nuostoliai yra žymiai mažesni nei įprastų magnetinių medžiagų. Amorfiniai lydiniai pasižymi mažu geležies nuostoliu, puikiu aukšto-dažnio našumu ir dideliu magnetiniu efektyvumu, todėl juos galima naudoti naujose energetinėse transporto priemonėse, didelio-patikimo maitinimo įrangoje ir didelio našumo{4}}relėse.

 

Naujajame energetikos sektoriuje aukštos{0}}įtampos reles reikia dažnai perjungti ir jos turi atlaikyti didelius srovės šuolių; todėl yra griežti reikalavimai dėl pagrindinių medžiagų nuostolių ir temperatūros kilimo kontrolės. Iš amorfinių medžiagų pagamintos šerdys gali sumažinti energijos nuostolius eksploatacijos metu.

 

Tačiau amorfiniai lydiniai yra kieti ir prastai lankstūs, todėl štampavimo štampams ir apdorojimo technologijoms keliami aukšti reikalavimai, todėl reikalingi specializuoti gamybos metodai.

 

5. Minkštieji magnetiniai feritai

Minkštieji magnetiniai feritai daugiausia sudaryti iš geležies oksidų ir kitų metalų oksidų, pasižyminčių didele elektrine varža ir puikiomis aukšto -dažnio magnetinėmis savybėmis.

 

Šios medžiagos yra tinkamos aukšto -dažnio elektromagnetinėje aplinkoje, pvz., perjungiamuose maitinimo moduliuose, aukšto-dažnio valdymo relėse ir ryšių įrangos magnetiniuose komponentuose.

 

Dėl mažų sūkurinių srovių nuostolių minkštieji magnetiniai feritai palaiko aukštus veikimo dažnius. Tačiau jų prisotinimo magnetinio srauto tankis paprastai yra mažesnis nei metalinių minkštųjų magnetinių medžiagų, todėl jos netinkamos naudoti didelės-srovės, didelio{2}}srovės{3}}tankio srityse.

 

Aukšto{0}}dažnio relių konstrukcijose minkšti magnetiniai ferito strypai gali atitikti greito atsako ir mažo nuostolio reikalavimus.

 

 

 

Renkantis medžiagas relių šerdims reikia visapusiškai įvertinti darbo aplinką, įjungimo būdą ir gamybos reikalavimus, o ne sutelkti dėmesį į vieną magnetinį parametrą.

 

1. Magnetinis pralaidumas

Magnetinis pralaidumas lemia medžiagos gebėjimą sukurti magnetinį lauką. Medžiagos, turinčios didelį pralaidumą, gali sukurti didelį magnetinį srautą su minimalia sužadinimo srove, taip padidindamos relės įjungimo jautrumą.

Paprastai geležies -nikelio lydiniai pasižymi didžiausiu pralaidumu, po to seka amorfiniai lydiniai, silicio plienas ir tam tikros ferito medžiagos.

Užfiksuojančių relių šerdis turi išlaikyti stabilią magnetinę būseną su mažu energijos suvartojimu; todėl paprastai reikalingos medžiagų sistemos, pasižyminčios puikiomis magnetinėmis savybėmis.

 

2. Prisotinimo magnetinio srauto tankis

Prisotinimo magnetinio srauto tankis nustato didžiausią magnetinio lauko stiprumą, kurį gali atlaikyti šerdis. Kai relė turi valdyti didelę mechaninę apkrovą, reikalinga medžiaga su dideliu soties magnetinio srauto tankiu.

Gryna geležis ir silicio plienas paprastai pasižymi dideliu prisotinimo srautu, todėl jie tinka elektromagnetinėms konstrukcijoms, kurioms reikalingas didelis sukimo momentas.

 

3. Prievartos ir histerezės praradimas

Mažesnė koercicija palengvina įmagnetinimo ir išmagnetinimo perėjimus, padeda sumažinti energijos nuostolius relės veikimo metu.

Relių, kurios dažnai veikia, medžiagos, turinčios mažą koercyvumą, padeda sumažinti šilumos kaupimąsi ir pailgina gaminio tarnavimo laiką.

Pavyzdžiui, grynos geležies strypai, sukurti relėms, gali sumažinti histerezės poveikį ir padidinti veikimo stabilumą dėl optimizuoto medžiagos grynumo.

 

4. Temperatūros stabilumas

Relės dažnai reikalauja ilgalaikio{0}} veikimo; todėl šerdies medžiagos turi puikiai prisitaikyti prie temperatūros.

Aukštoje{0}}temperatūroje gali sumažėti magnetinis pralaidumas ir padidėti magnetiniai nuostoliai, todėl gali sumažėti našumas. Todėl tokiuose sektoriuose kaip naujos energetinės transporto priemonės, galios valdymas ir pramonės automatika ypatingas dėmesys turi būti skiriamas medžiagų stabilumui ilgo terminio ciklo sąlygomis.

 

 

Pagrindinės savybės priklauso ne tik nuo pačios medžiagos, bet ir nuo gamybos proceso.

 

Tradicinės relės šerdys paprastai gaminamos naudojant tokius metodus kaip štampavimas, tekinimas, šaltasis štampavimas ir tikslusis apdirbimas. Šaltasis apdorojimas yra įprastas būdas gaminti pagrindinius aukštos konsistencijos komponentus; tai pagerina medžiagų panaudojimą ir padidina stabilumą masinės gamybos metu.

 

Pagrindiniai etapai, kuriems reikalinga griežta gamybos kontrolė, yra šie:

Pirma, medžiagų sudėties kontrolė: skirtingų medžiagų rūšių priemaišų lygiai tiesiogiai veikia magnetines savybes.

Antra, terminis apdorojimas: tinkamas atkaitinimas sumažina vidinį medžiagos įtempimą, padidina magnetinį pralaidumą ir sumažina nuostolius.

Be to, paviršiaus kokybė yra labai svarbi. Paviršiaus įdubimai, mechaniniai pažeidimai ir matmenų nuokrypiai gali pakeisti magnetinės grandinės tarpus, todėl gali svyruoti relės veikimo parametrai.

 

Didelio -patikimumo,-pvz., geležinkelio signalizacijos sistemoms-grynos geležies šerdys turi atitikti griežtus ilgalaikio- stabilumo reikalavimus, todėl reikia griežtai parinkti medžiagas ir kontroliuoti procesą.

 

 

 

Naujų energetinių transporto priemonių, išmaniųjų tinklų, pramoninės automatikos ir aukščiausios{0}} įrangos pažanga paskatino aukščiausios kokybės automobilių paklausą.relės šerdismedžiagų.

 

Būsimas pagrindinių medžiagų vystymas daugiausia bus sutelktas į šias sritis:

 

Pirma, išplėstas didelio našumo{0}}minkštųjų magnetinių medžiagų taikymas: naujos lydinių medžiagos, pasižyminčios mažais nuostoliais ir dideliu magnetiniu pralaidumu, gali padidinti relės efektyvumą ir sumažinti temperatūros kilimą eksploatacijos metu. Antra, gamybos procesai tobulėja siekiant didesnio tikslumo. Tokios technologijos kaip automatinis štampavimas, tikslus formavimas ir išmanusis patikrinimas leidžia pagerinti relės šerdies matmenų nuoseklumą.

 

Be to, naujų energetinių transporto priemonių ir pažangios valdymo įrangos augimas skatina relių kūrimą miniatiūrizuoti ir padidinti patikimumą. Tikslūs magnetiniai komponentai,{1}}pvz., relės šerdies kaiščiai-, turi atitikti vis griežtesnius matmenų tikslumo ir surinkimo reikalavimus.

 

Apskritai, pasirenkant medžiagas relių šerdims, reikia visapusiškai įvertinti magnetines savybes, mechanines charakteristikas, gamybos sąnaudas ir veikimo aplinką. Tobulėjant naujoms medžiagoms ir pažangiausioms--gamybos technologijoms{-, relių branduolių efektyvumas, patikimumas ir tarnavimo laikas nuolat gerės, todėl elektros valdymo sistemoms bus pateikti stabilesni magnetinių grandinių sprendimai.