Matériaux magnétiques utilisés dans la fabrication d'appareils électriques

Les matériaux ferromagnétiques suivants sont utilisés pour la production de noyaux magnétiques dans les appareils et l'instrumentation : fer techniquement pur, acier au carbone de haute qualité, fonte grise, acier électrotechnique au silicium, alliages fer-nickel, alliages fer-cobalt, etc.

Examinons brièvement certaines de leurs propriétés et possibilités d'application.

Fer techniquement pur

Pour les circuits magnétiques des relais, des compteurs électriques, des connecteurs électromagnétiques, des blindages magnétiques, etc., le fer commercialement pur est largement utilisé. Ce matériau a une très faible teneur en carbone (moins de 0,1 %) et une quantité minimale de manganèse, de silicium et d'autres impuretés.

Ces matériaux comprennent généralement : le fer armco, le fer suédois pur, le fer électrolytique et carbonylé, etc. La qualité du fer pur dépend de faibles proportions d'impuretés.

Les effets les plus néfastes sur les propriétés magnétiques du fer sont le carbone et l'oxygène.L'obtention de fer chimiquement pur est associée à de grandes difficultés technologiques et est un processus complexe et coûteux. La technologie, spécialement développée dans des conditions de laboratoire avec un double recuit à haute température dans l'hydrogène, a permis d'obtenir un monocristal de fer pur aux propriétés magnétiques extrêmement élevées.

Trouvé le bras d'acier le plus étendu obtenu par méthode ouverte. Ce matériau a une teneur assez élevée perméabilité magnétique, induction de saturation importante, coût relativement faible et en même temps a de bonnes propriétés mécaniques et technologiques.

La faible résistance électrique de l'acier armco au passage des courants de Foucault, qui augmente le temps de réponse et de déclenchement des relais et connecteurs électromagnétiques, est considérée comme un inconvénient majeur. Parallèlement, lorsque ce matériau est utilisé pour des relais temporisés électromagnétiques, cette propriété est au contraire un facteur positif, car elle permet d'obtenir des retards relativement importants dans le fonctionnement du relais par des moyens extrêmement simples.

L'industrie produit trois types de tôles d'acier commercialement pures de type armco : E, EA et EAA. Ils diffèrent par les valeurs de perméabilité magnétique maximale et de force coercitive.

Aciers au carbone

Les aciers au carbone sont produits sous forme de sections rectangulaires, rondes et autres, à partir desquelles des parties de divers profils sont également coulées.

fonte grise

En règle générale, la fonte grise n'est pas utilisée pour les systèmes magnétiques en raison de ses mauvaises propriétés magnétiques. Son utilisation pour des électroaimants puissants peut être justifiée par des raisons économiques. Elle s'applique également aux fondations, planches, poteaux et autres pièces.

La fonte est bien moulée et facile à travailler.La fonte malléable, spécialement recuite, ainsi que certaines nuances de fonte grise alliée, présentent des propriétés magnétiques tout à fait satisfaisantes.

Aciers électrotechniques au silicium

L'acier électrique en tôle mince est largement utilisé dans l'ingénierie électrique et la quincaillerie et est utilisé pour toutes sortes d'instruments de mesure électriques, mécanismes, relais, selfs, stabilisateurs ferrorésonnants et autres dispositifs fonctionnant sur courant alternatif à fréquence normale et augmentée. des pertes, des caractéristiques magnétiques et de la fréquence appliquée du courant alternatif, 28 types de tôles minces sont produites avec une épaisseur de 0,1 à 1 mm.

Afin d'augmenter la résistance électrique des courants de Foucault, une quantité différente de silicium est ajoutée à la composition de l'acier et, en fonction de sa teneur, des aciers faiblement alliés, moyennement alliés, fortement alliés et fortement alliés sont obtenus.

Avec l'introduction du silicium, les pertes dans l'acier diminuent, la perméabilité magnétique dans les champs faibles et moyens augmente, et le champ coercitif diminue. Les impuretés (notamment le carbone) ont dans ce cas un effet plus faible, le vieillissement de l'acier est réduit (les pertes dans l'acier évoluent peu dans le temps).

L'utilisation d'acier au silicium améliore la stabilité du fonctionnement des mécanismes électromagnétiques, augmente le temps de réponse pour l'actionnement et la libération et réduit la possibilité de collage de l'armature. Dans le même temps, avec l'introduction du silicium, les propriétés mécaniques de l'acier se détériorent.

Avec une teneur importante en silicium (plus de 4,5%), l'acier devient cassant, dur et difficile à usiner. Un petit emboutissage entraîne des rebuts importants et une usure rapide des matrices.L'augmentation de la teneur en silicium diminue également l'induction de saturation. Les aciers au silicium sont produits en deux types : laminés à chaud et laminés à froid.

Les aciers laminés à froid ont des propriétés magnétiques différentes selon les directions cristallographiques. Ils sont divisés en texturés et à faible texture. Les aciers texturés ont des propriétés magnétiques légèrement meilleures. Comparé à l'acier laminé à chaud, l'acier laminé à froid a une perméabilité magnétique plus élevée et de faibles pertes, mais à condition que le flux magnétique coïncide avec la direction de laminage de l'acier. Sinon, les propriétés magnétiques de l'acier sont considérablement réduites.

L'utilisation d'acier laminé à froid pour les électroaimants de traction et autres dispositifs électromagnétiques fonctionnant à des inductances relativement élevées permet des économies considérables en n. pp. et des pertes dans l'acier, ce qui permet de réduire l'encombrement et le poids du circuit magnétique.

Selon GOST, les lettres et les chiffres des différentes marques d'acier signifient: 3 - acier électrique, les premiers chiffres 1, 2, 3 et 4 après la lettre indiquent le degré d'alliage de l'acier avec du silicium, à savoir: (1 - faiblement allié , 2 — alliage moyen, 3 — fortement allié et 4 — fortement allié.

Le deuxième chiffre 1, 2 et 3 après la lettre indique la valeur des pertes dans l'acier pour 1 kg de poids à une fréquence de 50 Hz et une induction magnétique B dans des champs forts, et le numéro 1 caractérise les pertes spécifiques normales, le numéro 2 - faible et 3 - faible.Les deuxièmes chiffres 4, 5, 6, 7 et 8 après la lettre E indiquent : 4 — acier avec pertes spécifiques à une fréquence de 400 Hz et induction magnétique en champs moyens, 5 et 6 — acier avec perméabilité magnétique en champs faibles à partir de 0,002 à 0,008 a / cm (5 - avec perméabilité magnétique normale, 6 - avec augmentation), 7 et 8 - acier avec perméabilité magnétique dans le milieu (champs de 0,03 à 10 a / cm (7 - avec perméabilité magnétique normale, 8 - avec augmenté).

Le troisième chiffre 0 après la lettre E indique que l'acier est laminé à froid, les troisième et quatrième chiffres 00 indiquent que l'acier est laminé à froid à faible texture.

Par exemple, l'acier E3100 est un acier à faible texture laminé à froid fortement allié avec des pertes spécifiques normales à une fréquence de 50 Hz.

La lettre A placée après tous ces chiffres dénote des pertes spécifiques particulièrement faibles dans l'acier.

Pour les transformateurs de courant et certains types d'appareils de communication dont les circuits magnétiques fonctionnent à de très faibles inductances.

Alliages fer-nickel

Ces alliages, également connus sous le nom de permaloïde, sont principalement utilisés pour la production d'appareils de communication et d'automatisation. Les propriétés caractéristiques du permalloy sont : une perméabilité magnétique élevée, un faible champ coercitif, de faibles pertes dans l'acier, et pour un certain nombre de marques — la présence, en plus, d'une forme rectangulaire boucles d'hystérésis.

Selon le rapport du fer et du nickel, ainsi que la teneur en autres composants, les alliages fer-nickel sont produits en plusieurs nuances et ont des caractéristiques différentes.

Les alliages fer-nickel sont produits sous forme de bandes laminées à froid, non traitées thermiquement et de bandes d'une épaisseur de 0,02 à 2,5 mm de différentes largeurs et longueurs.Des feuillards, barres et fils laminés à chaud sont également produits, mais ils ne sont pas normalisés.

De toutes les nuances de permaloïdes, les alliages avec une teneur en nickel de 45 à 50 % ont l'induction de saturation la plus élevée et une résistivité électrique relativement élevée. Ces alliages permettent donc avec de petits entrefers d'obtenir la force de traction requise d'un électroaimant ou d'un relais avec de faibles pertes. pp. sur l'acier tout en offrant des performances suffisantes.

Pour les mécanismes électromagnétiques, la force de traction résiduelle obtenue grâce au champ coercitif du matériau magnétique est très importante. L'utilisation de permaloïde réduit cette force.

Les alliages des nuances 79НМ, 80НХС et 79НМА, ayant une force coercitive très faible, une perméabilité magnétique et une résistance électrique très élevées, peuvent être utilisés pour les circuits magnétiques de relais électromagnétiques, polarisés et autres très sensibles.

L'utilisation des alliages permaloïdes 80HX et 79HMA pour les petites inductances de puissance à faible entrefer permet d'obtenir de très grandes inductances avec des circuits magnétiques de faible volume et poids.

Pour les électroaimants, relais et autres dispositifs électromagnétiques plus puissants fonctionnant à N. c relativement élevé, le permaloïde ne présente pas d'avantages particuliers par rapport aux aciers au carbone et au silicium, car l'induction de saturation est beaucoup plus faible et le coût du matériau est plus élevé.

Alliages fer-cobalt

Un alliage composé de 50 % de cobalt, 48,2 % de fer et 1,8 % de vanadium (connu sous le nom de permendur) a reçu une application industrielle. Avec un n relativement petit. c) il donne l'induction la plus élevée de tous les matériaux magnétiques connus.

Aux champs faibles (jusqu'à 1 A/cm) l'induction de permendur est inférieure à l'induction des aciers électriques laminés à chaud E41, E48 et surtout des aciers électriques laminés à froid, du fer électrolytique et du permaloïde. L'hystérésis et les courants de Foucault de la permendure sont relativement importants et la résistance électrique est relativement faible. Cet alliage présente donc un intérêt pour la réalisation d'équipements électriques fonctionnant à forte induction magnétique (électroaimants, haut-parleurs dynamiques, membranes téléphoniques, etc.).

Par exemple, pour les électroaimants de traction et les relais électromagnétiques, l'utiliser avec de petits entrefers donne un certain effet. Une force de traction donnée peut être obtenue avec un circuit magnétique plus petit.

Ce matériau est produit sous forme de tôles laminées à froid d'une épaisseur de 0,2 à 2 mm et de barres d'un diamètre de 8 à 30 mm. Un inconvénient important des alliages fer-cobalt est leur coût élevé, en raison de la complexité du processus technologique et du coût important du cobalt. En plus des matériaux listés, d'autres matériaux sont utilisés dans les appareils électriques, par exemple des alliages fer-nickel-cobalt, qui ont une perméabilité magnétique constante et de très faibles pertes par hystérésis dans les champs faibles.