Šaltosios krypties grynos geležies šerdies medžiagų parinkimas ir veikimo analizė: kūrimo kelias nuo tradicinių minkštų magnetinių medžiagų iki naujų lydinių

Pirma, silicio plieno lakštai, kaip labiausiai paplitusi relių plieno šerdies medžiaga, yra plačiai naudojami tradicinėse galios dažnio relėse. Jų silicio kiekis paprastai kontroliuojamas 3% ~ 5%, sumažinant sūkurinių srovių nuostolius didinant varžą ir išlaikant didelį soties magnetinio srauto tankį. Šio tipo medžiaga pasižymi geru bendru našumu 50/60 Hz aplinkoje, todėl tinka didelės- apimties programoms, pvz., buitinės technikos valdymui ir pramoniniam valdymui. Įprasti pavyzdžiai yra elektrikas grynos geležies šerdies ir DT4C geležinės šerdies, kurios siūlo didelius sąnaudų pranašumus ir brandžias apdorojimo technologijas, leidžiančias efektyviai gaminti naudojant štampavimo ir laminavimo arba šaltojo kalimo relės šerdies procesus. Tačiau aukšto{10}}dažnio aplinkoje jų histerezės ir sūkurinių srovių nuostoliai labai padidėja, todėl apribojamas jų taikymo diapazonas.

Antra, geležies -nikelio lydiniai (permalloy) užima svarbią vietą didelio-jautrumo relėse. Šio tipo medžiaga pasižymi itin dideliu pradiniu pralaidumu ir itin maža koercicija, todėl užtikrina patikimą sujungimą su minimalia pavaros srove. Tipiškos programos apima signalų reles ir ryšių įrangą. Nors grynos geležies relės šerdies pralaidumas yra šiek tiek mažesnis nei permalloy, jo kaina yra palankesnė, be to, jis turi tam tikrą pritaikymo potencialą vidutinės -ir -aukštos{7}} klasės relėse. Tačiau šios medžiagos turi santykinai mažą soties magnetinio srauto tankį ir yra linkusios į magnetinį prisotinimą esant stipriai-srovei, todėl jos labiau tinka silpnų signalų valdymo sistemoms.

Trečiasis medžiagų tipas yra amorfiniai lydiniai, kurie greitai kietėdami sudaro netvarkingą atominę struktūrą, žymiai sumažindami histerezės nuostolius. Šios rūšies medžiaga vis dažniau naudojama naujose energijos ir didelio{1}}efektyvumo elektros sistemose, ypač aukštos-tampos relėse ir elektrinių transporto priemonių galios valdymo sistemose. Kaip naujos kartos elektromagnetinės šerdies medžiagos, amorfiniai lydiniai išlaiko stabilias magnetines savybes net esant aukštai temperatūrai, todėl yra tinkami didelės-apkrovos sąlygomis. Tačiau jie yra trapūs ir sunkiai apdorojami, todėl štampavimo ir formavimo procesams keliami didesni reikalavimai.

Ketvirtasis tipas – minkštieji magnetiniai feritai, pasižymintys didele varža ir puikiu aukšto{0}}dažnio našumu. Ši medžiaga turi nepakeičiamų pranašumų aukšto -dažnio relėse ir perjungimo maitinimo moduliuose, ypač tinka MHz-lygio veikimo aplinkai. Nors jo prisotinimo magnetinio srauto tankis yra mažas, naudojant ferito medžiagas elektromagnetinės relės šerdyje aukšto dažnio -dažnyje galima žymiai sumažinti energijos nuostolius ir pagerinti sistemos efektyvumą.

Renkantis praktinę inžineriją, reikia visapusiškai atsižvelgti į tokius veiksnius kaip pralaidumas, kaina, temperatūros stabilumas ir apdorojimo technologija. Pavyzdžiui, buitinės technikos valdymo relėse paprastai pirmenybė teikiama silicio plieno arba grynos geležies šerdims, siekiant subalansuoti kainą ir našumą; o pramoninės automatikos sistemose pramoninių valdymo relių geležinėse šerdyse dažniausiai naudojamos didelio{1}}laidumo medžiagos, kad būtų užtikrintas mažos-galios veikimas ir didelis patikimumas. Be to, miniatiūrinių relių konstrukcijų atveju pagrindinių komponentų, tokių kaip šerdies kaištis ir relės kaištis, medžiagų pasirinkimas taip pat turi įtakos bendram veikimui. Paprastai reikalingos didelio-grynumo minkštos magnetinės medžiagos, derinamos su tiksliu šalto kalimo procesais (pvz., DT4C relės geležies šerdies šaltuoju kalimu), kad būtų galima dvigubai valdyti dydį ir našumą.

Tobulėjant medžiagų technologijoms, nauji nanokristaliniai lydiniai palaipsniui patenka į ritinių minkštųjų geležies šerdžių taikymo sritį. Šios medžiagos išlaiko didelį soties magnetinio srauto tankį, tuo pačiu sumažindamos koerciškumą ir nuostolius, o tai rodo plačias perspektyvas aukščiausios klasės -programose, pvz., aviacijos erdvėje, galios elektronikoje ir naujose energijos transporto priemonėse. Tačiau tuo pat metu jie kelia griežtesnius terminio apdorojimo procesų reikalavimus; pavyzdžiui, vakuuminio atkaitinimo temperatūros kontrolės tikslumas turi pasiekti itin aukštą lygį, kitaip bus paveiktas magnetinių savybių stabilumas.

Apskritai, „Straight Coil Core“ medžiagų kūrimas rodo didelio našumo, mažo nuostolio ir prisitaikymo prie įvairių scenarijų tendenciją. Nuo tradicinių relės ritinių šerdies iki naujų sudėtinių medžiagų sistemų – medžiagų ir procesų sinerginis optimizavimas tapo pagrindiniu būdu didinant produktų konkurencingumą. Ateityje medžiagų naujovės ir gamybos proceso atnaujinimai dar labiau skatins relių pritaikymą aukšto-dažnio, didelės-galios ir išmaniosiose sistemose.