териалы должны иметь высокое значение намагниченности при малых полях.. Надежность отпускания определяется Не материала. Быстродействие зависит от удельного электрического сопротивления материала. Поэтому при проектировании, например, контакторов, в которых силы магнитного поля преодолевают большие противодействующие усилия, на первый план выдвигается критерий надежности срабатывания и

В(при-0,5Я .,ах)

В (при + Н,пах)

Рис. 11-14. Петли гистерезиса с одинаковым коэффициентом прямо-угольностн и различным коэффициентом квадратности.

надежности отпускания. Постоянная времени здесь в основном определяется механическими параметрами. В этой группе реле используют обычно малоуглеродистую сталь или технически чистое железо. В чувствительных реле высокого быстродействия большего внимания заслуживают надежность отпускания и быстродействие. Надежность срабатывания обеспечивается легкостью якоря и незначительной упругостью контактных пружин. Здесь нашли примене -ние железоникелевые сплавы (шихтованный магнитопровод) и магнитно-мягкие ферриты. В нормальных коммутационных реле переменного тока учитываются все требования - вадежность срабатывания, надежность отпускания, быстродействие. С учетом стоимости и срока службы [фименяет-ся в качестве магнитного материала низколегированная электротехническая сталь.

В последние годы все большее распространение приобретает магнитный способ запоминания информации. Большое применение запоминающие устройства (ЗУ) на магнитных элементах нашли в вычислительной технике. Для обеспечения надежности достоверной записи и воспроизведения информации требуются материалы с высокой намагниченностью. Это позволяет получить большую разность индукций между Вг при одном направлении поля и Втах

при противоположном. Кривая перехода от +Вг к -Втах должна быть крутой для обеспечения значительной скорости изменения индукции dBldt. С этой же целью проводимость материала по возможности должна быть низкой. Кроме коэффициента прямоугольности ati=BrlBmax качество магнитного материала (рис. П-П, г) оценивается коэффициентом квадратности Rs (рис. и-14)

Высококачественный материал должен иметь большой коэффициент Rs и узкую петлю гистерезиса. Кроме того, используемые в запоминающих устройствах материалы должны иметь минимальное время переключения ts, с, определяемое как

,= 10-

где Втах, Нтах - максимальные значения индукции и нагфяженности поля, Тл, А/м; Не - коэрцитивная сила, А/м; d - толщина материала, м; р - удельное-электрическое сопротивление, Ом-м.

Широко используются для элементов ЗУ и магнитных усилителей пермаллой с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), имеющий кубическую текстуру, ферриты с ППГ, объем внедрения которых самый большой из-за дешевизны изготовления и минимального времени переключения. Эти преимущества ферритов компенсируют та-1ше недостатки, как высокий температурный коэффициент и низкие значения индукции.

Рис. 11-15. К оценке влияния степени выпуклости размагничивающего участка МТМ иа магнитную энергию.

Большой объем производства магнитных материалов приходится на магнитио-твердые материалы, служащие первичным сырьем для изготовления постоянных магнитов. Рабочий участок у них находится во втором квадранте петли магнитного гистерезиса (рис. 11-11,(3). Поскольку основное целевое назначение постоянных магнитов заключается в создании постоянных магнитных полей, магнитно-твердые материалы характеризуются магнитной энергией, которую можно развить в заданной магнитной системе. Она определяется в зависимости от условий работы остаточной индукцией, коэрцитивной силой и степенью выпуклости кривой размагничивания (рис. 11-15). В настоящее время для изготовления постоянных магнитов большое распространение получили: мартенситные стали; дисперсионно-твердеющие сплавы; дефор- мируемые сплавы; сплавы со сверхструктурой; порошковые магнитные материалы; материалы с обменной анизотропией.

§ 11-3]

Магнитные материалы для низких и повышенных частот

11-3. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РАБОТЫ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ИЗМЕНЕНИЯ МАГНИТНЫХ ИНДУКЦИЙ НА НИЗКИХ И ПОВЫШЕННЫХ ЧАСТОТАХ

Самым распространенным ферромагнитным веществом является железо. Получить свободное от примесей железо практически невозможно. Наибольшее распространение получило технически чистое железо (иизкоуглеродистая электротехническая сталь). Его как самостоятельный материал используют для изготовления сердечников электромагнитов постоянного тока, полюсных башмаков, реле и ряда других устройств, работающих в постоянных и низкочастотных магнитных полях практически на всех участках петли магнитного гистерезиса. ГГрименеиие низкоуглеродистой стали для работы в переменных полях ограничено из-за низкого удельного сопротивления.

В СССР тонколистовая низкоуглеродистая сталь выпускается согласие ГОСТ 3836-73 [11-4] горячекатаной и холоднокатаной. Содержание углерода в них не превышает 0,04%, а других примесей 0,6% (табл. 11-1). ГОСТ 11036-75 [11-7] регламентирует магнитные свойства сортовой низкоуглеродистой стали с содержанием углерода до 0,035% и других примесей до 0,95% (табл. 11-2).

За рубежом из низкоуглеродистых сталей широко используется железо марок

Таблица 11-1

Сталь электротехническая нелегироваиная тонколистовая и ленты. ГОСТ 3836-73*

Таблица 11-2

10895

10880

10864 20864 10848 20848 20832

95,0 95,0 80,0 80,0 64,0 64,0 48,0 48,0 32,0

3,0 3,0 4,0 4,0 4,5 4,5 4,8 4,8 5,0

Магнитная индукция, Тл, прн иапряжениости магнитного поля, А/м

Не менее

1,38 1,38 1,38 1,38 1,38 1,38 1,38 1,38 1,38

1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50

1,62 1,62 1,62 1,62 1,62 1,62 1,62 1,62 1,62

1,71 1,71 1,71 1,71 1,71 1,71 1,71 1,71 1.71

2,05 2.05 2.05 2.05 2,05 2,05 2,05 2,05 2,05

* Марки нелегированных электротехнических сталей расшифровывают следующим образом: первая цифра - класс по виду обработки (1 - горячекатаная. 2 -: холоднокатаная, калиброванная); вторая цифра -тип по содержанию кремния (О - сталь нелегированная, без нормирования коэффициента старения. 1 - сталь нелегированная с заданным коэффициентом старения); третья цифра - группа по нормируемой характеристике (8 - коэрцитивная сила); четвертая и пятая цифры - значение нормируемой характеристики (Д в целых единицах А/м,

Сталь сортовая электротехническая нелегированная. ГОСТ 11036-76

Гнперм О , армко-железо, близкие по своим свойствам к отечественным, и железо марок Rs и 5з, несколько превосходящее их по значениям Цпач, Цгтах и имеющие меньшую Ис.

Для изготовления магнитопроводов асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт используют электротехнические стали с содержанием кремния до 0,4% марок 2011, 2012, 2013 с толщиной ленты 0,5 и 0,65 мм. Магнитная индукция при изменении напряженности поля от 2500 до 30 000 А/м изменяется в пределах 1,48-.

Таблица 11-3

Свойства тонколистовой электротехнической холоднокатаной анизотропной стали. ГОСТ 21427.1-75

2,05 Тл. Потери на частоте 50 Гц составляют для стали 2011 - 3,5 Вт/кг, для стали 2012 - 2,9 Вт/кг при магнитной индукции 1 Тл. С увеличением В они соответственно возрастают до 8,0 и 6,5 Вт/кг. Механические напряжения, возникающие в результате обработки этих материалов, в значительной степени ухудшают магнитные свойства.

Внутренние напряжения, возникающие после обработки, снимают отжигом при при 830С. При необходимости получения особо высоких магнитных свойств термообработку проводят в вакууме при высокой температуре.

Для получения материалов с большим удельным сопротивлением и большой относительной магнитной проницаемостью при индукции 1,2-1,7 Тл используют легирование железа кремнием от 0,4 до 5%. Железо-кремнистая сталь (электротехническая сталь) нашла применение при изготовлении магнитопроводов электрических машин, силовых трансформаторов и коммутирующей аппаратуры силовых электрических цепей*. При изготовлении магнитопроводов указанной аппаратуры необходимо учитывать анизотропию свойств некоторых материалов, обладающих кристаллографической и магнитной текстурой, приводящей к тому, что кривая намагничивания вдоль направления прокатки идет значительно круче, чем в направлении, перпендикулярном прокатке [11-5]. Основные свойства различных марок электротехнической стали, регламентируемые ГОСТ 21427.1-75 - 21427.3-75 [11-6], приведены в табл. 11-3-11-5.

Для изготовления магнитопроводов силовых трансформаторов применяют горячекатаные электротехнические сталн 5511,1512, 1513, 1514 и холоднокатаные текстурован-ные стали 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416. Удельное сопротивление их составляет примерно 60-10- Ом-м. В настоящее время холоднокатаные стали вытесняют стали, изготовленные горячей прокаткой. Это происходит из-за более высоких магнитных свойств холоднокатаных сталей. Кроме того, более гладкая поверхность последних позволяет увеличить коэффициент заполнения объема до 98%, а изготовление ее в рулонах облегчает автоматизировать процессы резки, штамповки и измерения магнитных характеристик. Более высокая

Таблица 11-4

Свойства тонколистовой электротехнической холоднокатаной изотропной стали, ГОСТ 21427.2-75

Марки электротехнических сталей расшифровываются следующим образом: первая цифра - вид прокатки, структурное состояние (1 - горячекатаная изотропная. 2 - холоднокатаная изотропная, 3 - холоднокатаная анизотропная); вторая цифра - содержание кремния (О - до 0,4%, 1 - от 0,4 до 0,6%, 2 -от 0,6 до 1,8%, 3 -от 1,8 до 2,8%, 4 -от 2,8 до 3,8%, 5 -от 3,8 до 4,8%)S третья цифра - группа по основной нормируемой характеристике (О - удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл ва частоте SO Гц, 1 - удельные потери при магнитной индукции Тл на частоте 50 Гц, 2 - удельные потери при магнитной индукции 1 Тл на частоте 400 Гц, 6 - магнитная индукция в слабых магнитных полях . при напряжеиности поля 0;4 А/М; 7 -магнитная индукция при напряженности поля Ю A/M)j чет-вертаягдцифра-лорадксдаый- Еошеф .хвяа-сгаяи.

Марка сталн

2011 (Э0100)

2012 (ЭОЗОО)

2013

2111(3100)

2112 (Э1000АА)

2211 (Э1300)

2212

2311 (Э2200)

2312

2411 (Э3100)

2412

Удельные потерн, Вт/кг, не более

0,65 0,50

0,65 0,50

0,65 0,50

0,65 0,50

0,65 0,50

0,65 0,50

0,65 2 0,50 2

0,65 2. 0,50

0,65 0,50

0,50 1 0,35 1

0,50 1 0,35

3,6 2,9

9,0 8,0

8,0 6,5

7,0 5,6

10,0 8,0

8,0 6,0

7,0 5,8

6,3 5,0

5,8 4,4

5,6 4,0

3,6 3,0

3,1 2,5

Магнитная индукция, Тл, при напряженности магнитного поля, А/м

1,48 1,49

1,50 1,50

1,53 1,54

1,45 1.46

1,46 1,46

1,40 1,40

1,42 1,42

1,36 1,38

1,38 1,40

1,37 1,37

1,35 1,35

1,60 1,60

1,62 1,62

1,64 1,65

1,58 1,58

1,59 1,60

1,56 1,56

1,58 1,60

1,52 1,54

1,54 1,56

1,49 1,50

1,50 1,50

1,70 1,70

1,72 1,72

1,74 1,75

1,66 1,67

1,67 1,68

1,65 1,65

1,67 1,68

1,62 1,64

1,64 1,66

1,60 1,60

1,60 1,60

1,80 1,80

1,82 1,82

1,85 1.85

1.75 1.78

1,77 1,77

1,73 1,76

1.77 1,77

1.72 1,74

1,72 1,74

1,73 1,70

1,70 1,70

20 40 БО 80 100 500 300А/м

Рис. 11-16. Зависимость амплитуды индзгкции от действующего значения напряженности поля холоднокатаных и горячекатаных сталей.

стоимость холоднокатаных сталей компенсируется значительным уменьшением потерь холостого хода, снижением общей массы готовых изделий из них. Следует заметить, что для электрических .машин, турбо- и гидрогенераторов большой мощности с массивными магнитопроводами основ-шш магнитным материалом остаются,