GOST 12119.4-98

MEDDRŽAVNIŠTEVILNI STANDARD

Električno jeklo

METODE ZA DOLOČANJE MAGNETNIH IN ELEKTRIČNIH LASTNOSTI

Metoda za merjenje specifičnih magnetnih izgub in vrednosti efektivne jakosti
magnetno polje

Električno jeklo.

Izrazi, uporabljeni v tem standardu, - po GOST 12119.0.

4 Priprava vzorcev za testiranje

5 Uporabljena oprema

Solenoid mora imeti okvir iz nemagnetnega izolacijskega materiala, na katerega je najprej nameščeno merilno navitje II , nato z eno ali več žicami - magnetizirajoče navitje I. Vsaka žica je enakomerno položena v enem sloju.

Relativna največja razlika v amplitudah magnetne indukcije v odseku vzorca znotraj solenoida ne sme presegati ±5 %.

6 Priprava na meritve

kje m- masa vzorca, kg;

D, d - zunanji in notranji premer obroča, m;

γ - gostota materiala, kg/m 3 .

Gostota materiala γ, kg/m 3 , izbrano v skladu z dodatkom 1 GOST 21427.2 ali izračunano po formuli

kje K Si in K Ai- masni deleži silicij in aluminij, %.

kjer je razmerje med gostoto izolacijske prevleke in gostoto vzorčnega materiala,

kjer je γ n - gostota izolacije, ki je enaka 1,610 3 kg/m 3 za anorganski premaz in 1,1 · 10 3 kg/m 3 za organski;

K h - faktor polnjenja, določen v skladu z GOST 21427.1.

kje l n - dolžina traku, m.

kje l l - dolžina lista, m.

kje S- površina prečnega prereza vzorca, m 2;

W 2 - število obratov navitja vzorca II;

r 2 - skupni upor navitjaII vzorec T2 in tuljave T1, Ohm;

r uh - ekvivalentna upornost instrumentov in naprav, povezanih z navitjem II vzorec T2, Ohm, izračunano po formuli

kje r V 1, r V 2, r W r A - aktivni upor voltmetrovPV1, PV2,napetostna vezja vatmetrovPWin napetostna povratna vezja ojačevalnika moči, Ohm.

Vrednost v formuli () je zanemarjena, če njena vrednost ne presega 0,002.

kje W 1 W 2 - število ovojev vzorčnih navitij T2;

μ 0 - 4 π 10 - 7 - magnetna konstanta, H/m;

S 0 - površina prečnega prereza merilnega navitja vzorca, m 2 ;

Sje površina prečnega prereza vzorca, določena, kot je navedeno v m 2 ;

l Sre - povprečna dolžina črte magnetnega polja, m.

Za vzorce v obliki obroča povprečna dolžina magnetne silnicel Sre , m, se izračuna po formuli

Pri standardnih testih za vzorec trakov je povprečna dolžinal sreda, m, se vzame za 0,94 m, če je potrebno povečati natančnost določanja magnetnih količin, so dovoljene vrednostil Sre izberite iz tabele.

ali glede na povprečno popravljeno vrednost EMFU povpr.m , V induciran v navitju II tuljave T 1z navijanjem Iv magnetizacijski tokokrog po formuli

kje M - medsebojna induktivnost tuljave, H; ne več kot 110-2 Gn;

f- frekvenca obračanja magnetizacije, Hz.

kje m - teža vzorca, kg;

l n - dolžina traku, m.

Za obročne vzorce se vzame efektivna masa enako maso vzorec. Efektivna masa vzorca pločevine se določi na podlagi rezultatov meroslovnega certificiranja naprave.

7 Postopek merjenja

7.1 Določanje specifičnih magnetnih izgub temelji na merjenju aktivne moči, porabljene za obračanje magnetizacije vzorca in ki jo porabijo napravePV 1, PV 2, PWin povratno vezje ojačevalnika. Pri preskušanju vzorca pločevine se upoštevajo izgube v jarmih. Aktivna moč je določena posredno z napetostjo na navitju II vzorec 72.

7.1 .1 Pri namestitvi (glejte sliko) zaprite tipke S 2, S3, S 4in odprite ključS1.

7.1.2 Nastavite napetostU sreda, U ali ( U av + Δ U), V, z voltmetromPV 1; frekvenca obračanja magnetizacijef, Hz; preveri z ampermetrom RA tisti vatmeterP Wni preobremenjen; zaprite ključS 1in odprite ključS2.

7.1.3 Po potrebi prilagodite odčitek voltmetra z virom napajanjaPV1za nastavitev nastavljene vrednosti napetosti in merjenje efektivne vrednosti napetostiU 1, V, voltmeter PV 2in moč R m, W, vatmeter P.W.

7.1.4 Nastavite napetost, ki ustreza večji vrednosti amplitude magnetne indukcije, in ponovite operacije, navedene v , .

7.2 Določanje efektivne vrednosti jakosti magnetnega polja temelji na merjenju magnetizirajočega toka.

7.2 .1 Pri namestitvi (glejte sliko) zaprite tipke S2, S 4in odprite ključeS1, S3.

7.2.2 Nastavite napetostU cp oz U, V, frekvenca obračanja magnetizacijef, Hz in določen z ampermetrom RA vrednosti magnetizirajočega tokajaz, A.

7.2.3 Nastavite višjo vrednost napetosti in ponovite operacije, navedene v In .

V izmeničnih poljih se površina histerezne zanke poveča zaradi histereznih izgub R g, izgube zaradi vrtinčnih tokov R in in dodatne izgube R d. Takšna zanka se imenuje dinamična in skupne izgube popoln ali povzetek. Histerezne izgube na prostorninsko enoto materiala (specifične izgube) (W/m3)

(8.10)

Enake izgube je mogoče pripisati enoti mase (W/kg)

(8.11)

kjer g – gostota materiala, kg/m 3

Za zmanjšanje histereznih izgub se uporabljajo magnetni materiali z najmanjšo možno koercitivno silo. V ta namen se z žarjenjem razbremenijo notranje napetosti v materialu, zmanjša se število dislokacij in drugih napak ter povečajo zrna.

Izgube zaradi vrtinčnih tokov za pločevinasti vzorec

(8.12)

kje

B max - amplituda magnetne indukcije, T ;

f- AC frekvenca, Hz;

d- debelina pločevine, m;

g- gostota, kg / m 3 ;

r- električna upornost, Ohm. m.

Dodatne izgube ali izgube zaradi magnetne viskoznosti (magnetni naknadni učinek) se običajno ugotovijo kot razlika med skupnimi izgubami in vsoto izgub zaradi histereze in vrtinčnih tokov.

kje Jno– magnetizacija pri t ® ¥ ; t t – čas za sprostitev. Na sliki 8.14 je prikazana odvisnost jakosti in namagnetenosti magnetnega polja od časa delovanja magnetnega polja. V trdih magnetnih materialih čas

magnetna sprostitev lahko doseže nekaj minut. Ta pojav imenujemo superviskoznost. Slika 8.14. Odvisnost od magnetizacije J t

in napetost H magnetnega materiala na čas delovanja magnetnega polja

Te izgube so predvsem posledica vztrajnosti procesov obračanja magnetizacije domen (poraba toplotne energije za premikanje meja šibko fiksnih domen, ko se polje spremeni). Pri obračanju magnetizacije v izmeničnem polju pride do faznega zamika IN od N

magnetno polje. To se zgodi kot posledica delovanja vrtinčnih tokov, ki v skladu z Lenzovim zakonom preprečujejo spremembe magnetne indukcije, pa tudi zaradi histereznih pojavov in magnetnih posledic.

δ m – kot zamika - kot magnetne izgube. tg

δ m – karakteristika dinamičnih lastnosti magnetnih materialov. Tangens magnetne izgube se uporablja v izmeničnih poljih. Lahko se izrazi s parametri ekvivalentnega vezja, prikazanega na sliki 8.15. Induktivna tuljava z jedrom iz magnetnega materiala je predstavljena kot zaporedno vezje induktivnosti Lr.

in aktivni odpor

riž. 8.15. Ekvivalentno vezje (a) in vektorski diagram (b) induktivne tuljave z magnetnim jedrom

Če zanemarimo lastno kapacitivnost in upornost navitja tuljave, dobimo r tg d m = /(š)

(8.15)

L Aktivna moč:

R a=R a J2 /(š. w

(8.16)

. tg d m . Vzajemna vrednost tg

1

d m

Upornost zlitin železa in silicija je bila proučena v odvisnosti od gostote dislokacij in koncentracije domen. Proučena je bila uporaba specifičnih izgub pri indukciji magnetizacije 1,0 in 1,5 T za zlitine železa in silicija Fe-4% Si in Fe-6,5% Si. Zagotovljene so potrebne praktične informacije, primerjalni podatki in rezultati testov, ki jih je mogoče uporabiti za izbiro želene proizvodne tehnologije. Razvita inovativna tehnologija Magnetna jedra se lahko uporabljajo v tehnični rešitvi pri izdelavi magnetnih sistemov različnih elektrotehničnih izdelkov.

V električnih enotah, kot so generatorji, motorji, sistemi generator-motor, transformatorji, magnetni ojačevalniki, elektromagneti kontaktorjev in magnetni zaganjalniki, je glavna naloga distribucija, ojačanje in pretvorba elektromagnetne energije. To zahteva uporabo materialov z nizkimi izgubami in visoko indukcijo nasičenja v magnetnih sistemih. Te zahteve na najboljši možen načinŽelezo-silicijeve zlitine zadovoljijo.

Dopiranje s silicijem, ki tvori nadomestno trdno raztopino z železom, povzroči povečanje električne upornosti. Vpliv silicija na specifične električni upor se določi z naslednjo približno empirično formulo:

Zlitine železa in silicija z nizke vrednosti specifičnega električnega upora se zaradi povečanih vrednosti vrtinčnih tokov niti v nizkofrekvenčni tehnologiji ne uporabljajo široko. Na velikost in smer vrtinčnih tokov poleg dimenzij magnetnega jedra vplivata njegova električna upornost, frekvenca električni tok in magnetna prepustnost. V skladu s tem vrtinčni tokovi, ki jih povzroči obrat magnetizacije magnetnih materialov, vplivajo na specifične električne izgube.

Pojasnitev formule za izračun

Sodobne formule za izračun specifičnih izgub dajejo določene napake. Poglejmo si to s primeri.

Poskus izračuna specifičnih izgub zaradi vrtinčnih tokov v feromagnetu je leta 1926 naredil B.A. Vvedenski. Predlagal je naslednjo formulo:

, (2)

kjer je d debelina plošče;

В о - magnetna indukcija, В о =m×Н о;

ω - ciklična frekvenca;

q - magnetna prevodnost.

Vendar formula (2) zelo približno določa specifične izgube zaradi vrtinčnih tokov. Napake Vvedenskega so bile v tem, da je bilo treba vrednost magnetne prevodnosti q vnesti v števec in ne v imenovalec. Poleg tega je bilo treba v števec vnesti vrednost ciklične frekvence ne na prvo moč, ampak na drugo, tj. w 2 , v imenovalcu pa je bilo treba upoštevati gostoto materiala.

Zanimanje za določanje specifičnih izgub v magnetnih materialih se je pojavilo v povezavi z možnostjo njihove široke uporabe pri izdelavi vroče valjanega elektrotehničnega jekla za električne stroje. Potem ko je leta 1935 Goss odkril visoke magnetne lastnosti hladno valjanega elektrotehničnega jekla vzdolž smeri valjanja, se je povečalo zanimanje za preučevanje specifičnih izgub. V naslednjih letih se bodo raziskave za izboljšanje električnih lastnosti jekla okrepile.

Prvo približno polfenomenološko enačbo za izračun skupnih izgub v prevodnem feromagnetu sta podala Elwood in Legg leta 1937:

R poln = , (3)

kjer je B konstantna vrednost za dano zlitino;

μ - magnetna prepustnost;

C je količina, neodvisna od B o in w.

Eksperimentalno preverjanje je pokazalo, da so bile napake Elwooda in Legga v tem, da je bilo treba poleg napak, ki jih je naredil Vvedensky, v približno polfenomenološko enačbo (3) uvesti vrednosti materialne gostote in prisilne sile (3). Vneseni parametri B 0 3 in μ 3 v enačbo (3) dodatno popačijo rezultate izračuna.

Podana formula (3) ne upošteva dislokacijske teorije magnetnih lastnosti materialov. Natančnejša odvisnost določanja izgub energije od fizikalne količine pri obračanju magnetizacije feromagneta je Mishin dal:

, (4)

kjer je magnetostrikcijska konstanta;

l je povprečna debelina dislokacijskega segmenta;

δ je debelina domenske strukture;

c - Burgers vektor;

N - gostota dislokacij;

S je območje premikanja meja domene;

n je število domen v enoti prostornine feromagneta.

Ta odvisnost upošteva absorpcijo energije na domenskih mejah z dislokacijskimi segmenti, ki se upognejo pod delovanjem elastičnega polja, vendar ne upošteva histerezne komponente izgub in ne upošteva električne upornosti materiala. Vendar pa ta odvisnost omogoča določitev izgub energije iz fizikalnih veličin in ne omogoča praktičnega določanja specifičnih izgub na industrijskih magnetnih materialih glede na tehnične količine.

Praktično formulo za inženirske izračune specifičnih električnih izgub zaradi vrtinčnih tokov je predlagal Krug. On, ki je povzel veliko zaprtih električnih tokokrogov, je upošteval izgube v vseh tokokrogih in dal naslednji izraz:

P v = , (5)

kjer je V m amplituda magnetne indukcije, T;

f- frekvenca AC, Hz;

d - debelina plošče, mm;

k f - koeficient oblike krivulje magnetne indukcije;

γ - gostota materiala plošče, kg/m 3;

ρ je električna upornost materiala plošče, Ohm × m.

Z uporabo formule (5) postanejo rezultati praktičnih izračunov podcenjeni v povprečju za štiri velikostne rede, tj. 10 4-krat.

Da pa je formula (5) v celoti predstavljena v sistemu SI in približno ustreza realni kazalci za izgube vrtinčnih tokov je treba v formulo nadomestiti debelino plošč v metrih in izločiti koeficient 10 -10, tj.

P v = . (6)

Iz Druzhininovega dela je znano, da so izgube zaradi histereze sorazmerne s površino cikla statistične histereze, frekvenco obračanja magnetizacije in obratno sorazmerne z gostoto materiala plošče in so določene iz naslednjega izraza:

kjer je S območje cikla statične histereze, T × a/m.

S preoblikovanjem histerezne zanke v pravokotnik je mogoče približno določiti območje cikla statične histereze z naslednjo preprosto formulo:

S = 4 V m × N s, (8)

kjer je N c prisilna sila.

Posledično se lahko specifične histerezne izgube ob upoštevanju formule (8) določijo z naslednjo formulo:

Po določitvi komponent izgub s formulama (6) in (9) lahko ugotovimo skupne specifične izgube zaradi obrata magnetizacije mehkih magnetnih materialov:

P=P v +P g = , (10)

kjer je H c podana vrednost koercitivne sile brez upoštevanja gostote dislokacij in koncentracije domen.

Na podlagi sodobne dislokacijske teorije magnetnih lastnosti materialov na koercitivno silo vpliva interakcija domenskih in dislokacijskih struktur. V tem primeru lahko prisilno silo predstavimo kot:

N s =1,5 , (11)

Tukaj je K konstanta magnetne anizotropije; δ — debelina stene domene; μ 0 - magnetna konstanta, μ 0 = 4p×1 0 -7 H/m; I S - spontana magnetizacija; D - premer kristalita; N je trenutna gostota dislokacij; N o - največja gostota dislokacij; c 1 je konstanta za razmerje gostote dislokacij; n - trenutna koncentracija domen; n o - največja koncentracija domen; c 2 je konstanta za razmerje koncentracije domene.

Posledično lahko končne skupne specifične izgube, ob upoštevanju formule (11), predstavimo z naslednjo formulo.

P= . (12)

Električna upornost magnetnega materiala je strukturno občutljiva količina. Zapišimo enačbo za odvisnost električne upornosti od gostote dislokacij in koncentracije domen z upoštevanjem enačbe (1):

. (13)

kjer je b koeficient, b=0,1...0,9;

q je konstanta za razmerje gostote dislokacij;

ε je konstanta za razmerje koncentracije domene.

Na električno upornost magnetnega materiala vpliva interakcija domenskih in dislokacijskih struktur.

Predmeti in metode raziskovanja

Cilindrični vzorci zlitin Fe-4% Si in Fe-6,5% Si dolžine 65×10 -3 m, premera 6 + 0,2 ×10 -3 m, katere tehnologija izdelave je bila izvedena po metodi. Vzorčenje je bilo izvedeno v skladu z GOST 20559.

Meritev električne upornosti je bila izvedena po metodi, določeni v GOST 25947. Uporabljena naprava je bila enosmerni potenciometer tipa R-4833 z mejo merjenja od 1 × 10 -2 do 1 × 10 4 Ohmov. Razred točnosti naprave je bil 0,05.

Metoda merjenja je sestavljena iz prehajanja enosmernega električnega toka skozi zlitino in določanja padca napetosti na znanem odseku njene dolžine. Električno upornost smo izračunali po formuli:

kjer je U padec napetosti med kontakti, V;

S je površina prečnega prereza vzorca, mm 2;

I je jakost toka, ki teče skozi vzorec.

L - razdalja med kontakti.

Študija in modifikacija strukturnih napak je bila izvedena z obsevanjem vzorcev z gama žarki radioaktivnih elementov z valovno dolžino v območju 1×10 -1 ¸3×10 -3 nm. V ta namen je bil uporabljen stacionarni rentgenski aparat tipa TUR-D-1500 z energijo sevanja 150 keV.

Metalografske študije in registracijo dislokacijske strukture smo izvajali na metalografskih mikroskopih MIM-8 in Neofot-32, za spremljanje dislokacij pa z elektronskim mikroskopom BS-613 s pospeševalno napetostjo 100 kV.

Objekti za proučevanje specifičnih električnih izgub so bili izmerjeni vzorci dolžine 0,28 m, širine 0,03 m, debeline 0,5×10 -3 m pri dani amplitudi indukcije 1,0 in 1,5 T. Napaka je bila 3 %.

Določanje specifičnih električnih izgub je bilo izvedeno v skladu z GOST 12119 na majhnem Epsteinovem aparatu (vzorci s težo 1 kg) pri nizki industrijski frekvenci 50 Hz. Naprava je bila uporabljena v povezavi z naslednjimi merilnimi instrumenti: elektronski vatmeter F-585, generator zvoka GZ-34, elektronski milivoltmeter F-564 in žarniški milivoltmeter VZ-38.

Eksperimentalni rezultati

Za fiziko magnetnih materialov je teoretično zanimivo proučevanje vpliva gostote dislokacij na električno upornost.

Eksperimentalni preizkusi so pokazali, da je električna upornost vzorcev z visoko stopnjo natančnosti strukturno občutljiva na pojav napak v njih. Ko se gostota dislokacij poveča, se električna upornost ustrezno poveča. S povečanjem gostote dislokacij za en red velikosti od 6×10 11 do 6×10 12 m -2 se električna upornost poveča za vzorec zlitine Fe-4%Si od 0,9 do 2,2 Ohm×m, tj. za 2,4-krat, za vzorec zlitine Fe-6,5%Si pa od 1,2 do 2,6 Ohm×m, t.j. 2,3-krat.

Praktično zanimiva je določitev odvisnosti specifičnih izgub od gostote dislokacij in kvantitativne vsebnosti silicija pri različnih indukcijah magnetizacije. Vpliv dislokacijske strukture na specifične izgube smo preučevali v izmeničnih magnetnih poljih industrijske frekvence 50 Hz. Slika prikazuje rezultate merjenja specifičnih izgub v logaritemskih koordinatah v odvisnosti od gostote dislokacij. S povečanjem gostote dislokacij za en red velikosti od 2×10 11 do 2×10 12 m -2 se specifične izgube povečajo v naslednjih mejah: za vzorec zlitine Fe-4%Si z magnetno indukcijo od 1,5 T od 3,3 do 9,0 W/kg, tj. 2,7-krat, za vzorec zlitine Fe-6,5%Si z magnetno indukcijo 1,5 T od 1,8 do 5,8 W/kg, t.j. 3,2-krat; za vzorec zlitine Fe-4%Si pri magnetni indukciji 1,0 T od 1,2 do 3,6 W/kg, t.j. 3,0-krat, za vzorec zlitine Fe-6,5%Si pri magnetni indukciji 1,0 T od 0,7 do 2,4 W/kg, t.j. 3,4-krat.

Nič manj praktičnega pomena ni preučevanje vpliva koncentracije domene na električno upornost. S povečanjem koncentracije domen s 6 × 10 4 na 6 × 10 5 m -2 se električna upornost zmanjša za vzorec zlitine Fe-4% Si z 2,3 × 10 -6 na 0,37 × 10 -6 Ohm. ×m, tiste. 6,1-krat, za vzorec zlitine Fe-6,5%Si pa od 3,45×10 -6 do 0,65×10 -6 Ohm×m, t.j. 5,3-krat.

riž. 1. Odvisnost specifičnih električnih izgub železo-silicijevih zlitin od gostote dislokacij pri različnih indukcijah magnetizacije

1 - Fe-4,0 %Si (1,5 T); 2 - Fe-6,5 %Si (1,5 T);

3 - Fe-4,0 %Si (1,0 T); 4 - Fe-6,5 %Si (1,0 T);

Razprava o rezultatih eksperimenta

O spremembi koncentracije napak v materialu lahko posredno sodimo po spremembi električne upornosti.

Fizikalno bistvo obravnavanega pojava je naslednje. Pod vplivom elektromagnetno polje pride do relaksacije dislokacij, ki se po obliki močno razlikujejo od harmoničnih sinusnih nihanj. Intenzivno gibanje prostih elektronov v kovini vodi do disipacije energije iz elastičnih trkov z dislokacijami in do vzbujanja slednjih. Slednji zavirajo prehod električnega toka skozi kovino in s tem povečajo električno upornost. Zato pojav kakršnih koli dislokacij v zlitini vodi do povečanja električne upornosti, njihovo zmanjšanje pa zmanjša električno upornost. Tako se s povečanjem gostote dislokacij za en red velikosti električna upornost poveča za vzorec zlitine Fe-4%Si za 2,4-krat, za vzorec zlitine Fe-6,5%Si pa za 2,3-krat.

Povečanje specifičnih izgub nastane zaradi povečanja gostote dislokacij. S povečevanjem gostote dislokacij, kar vodi do poslabšanja strukture, pa se otežijo procesi premikanja domenskih sten, ki se pojavljajo pri nižjih indukcijah magnetizacije. Na procese rotacije domenskih sten, ki nastanejo pri visokih indukcijah magnetizacije, takšno povečanje gostote dislokacij vpliva z manjšim faktorjem. Zato se ob poslabšanju strukture zlitine zaradi povečane gostote dislokacij pojavi povečanje izgub P 10/50 z večjim faktorjem kot pri izgubah P 1,5/50.

Oglejmo si učinek koncentracije domene na specifične izgube. Navedeni fragmentarni podatki so protislovni. Glede na podatke sta bili v palici kvadratnega prereza samo dve domeni. Izgube zaradi vrtinčnih tokov so bile nekajkrat večje od tistih, izračunanih brez sodelovanja domenske strukture vzorca. Glede na debelino pločevine so bile štiri domene. Izgube energije zaradi vrtinčnih tokov so bile 1,5-krat večje od tistih, izračunanih po znani formuli (5).

Sistematične študije so pokazale, da se s povečanjem koncentracije domen za en red velikosti električna upornost zmanjša za vzorec zlitine Fe-4%Si za 6,1-krat, za vzorec Fe-6,5%Si pa za 5,3-krat. krat, kar skupaj pri indukciji magnetizacije 1,0 T povzroči povečanje specifičnih električnih izgub za vzorec zlitine Fe-4%Si za 3,0-krat, za vzorec zlitine Fe-6,5%Si pa za 3,4-krat. , in z indukcijsko magnetizacijo 1,5 T vodi do povečanja specifičnih izgub za vzorec iz zlitine Fe-4%Si za 2,7-krat, za vzorec iz zlitine Fe-6,5%Si pa za 3,2-krat.

Sklepi

1. Formula za izračun specifičnih izgub za magnetne materiale je izpeljana glede na gostoto dislokacij in koncentracijo domen.

2. Ugotovljeno je bilo, da se s povečanjem gostote dislokacij za en red velikosti električna upornost poveča za vzorec zlitine Fe-4% Si za 2,4-krat, za vzorec Fe-6,5% Si za 2,3-krat. krat, s povečanjem koncentracije domen za en red velikosti pa se električna upornost zmanjša za vzorec zlitine Fe-4%Si za 6,1-krat, za vzorec Fe-6,5%Si za 5,3-krat, kar skupaj vodi do indukcije magnetizacije 1,0 T do povečanja specifičnih izgub za vzorec iz zlitine Fe-4%Si za 3,0-krat, za vzorec iz zlitine Fe-6,5%Si za 3,4-krat in z indukcijo magnetizacije 1,5 T do povečanja specifičnih izgub za vzorec iz zlitine Fe-4%Si za 2,7-krat, za vzorec iz zlitine Fe-6,5%Si za 3,2-krat.

REFERENCE:

• 1. Družinin V.V. Magnetne lastnosti elektrotehničnega jekla. M.: Energija, 1974. - 239 str.
• 2. Vvedensky B.A., ZhRFKhO, del fizike. 58.241 (1926).
• 3. Coss N.P. Za nov razvoj električnih tračnih jekel je značilna drobnozrnata struktura, ki se približuje lastnostim monokristala. - TASM, 1935, VI, v. 23, št. 2, str. 511-544
• 4. Elwood W.B., Legg V.E., J. Appl. Phys. 8, 351 (1937).
• 5. Mišin D.D. Magnetni materiali. M.: podiplomska šola, 1991. - 384 str.
• 6. Krug K.A. Osnove elektrotehnike. - M.-L.: ONTI, 1936.
• 7. Timofeev I.A. Moderno visoka tehnologija. - 2005. - Št. 11. - Str. 84-86.
• 8. Mišin D.D., Timofejev I.A. Električna proizvodna tehnologija. - 1978. - št. 1(104). - Str. 1-3.
• 9. Williams H., Shockly W., Kittel C. Študije hitrosti širjenja meje feromagnetne domene. - Phys. Rev., 1950, v. 80, št.
• 10. Polivanov K.M. Teoretične osnove elektrotehnika. 4.III. M.: Energija, 1969.
• 11. Timofeev I.A., Kustov E.F. Novice z univerz. Fizika. - 2006. - Št. 3. - Str. 26. -32.

Bibliografska povezava

Timofeev I.A. SPECIFIČNE IZGUBE V FEROMAGNETU // Sodobna vprašanja znanost in izobraževanje. – 2007. – št. 6-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=753 (datum dostopa: 01.02.2020). Predstavljamo vam revije, ki jih je izdala založba "Akademija naravoslovnih znanosti"

GOST 12119.4-98

Skupina B39

MEDDRŽAVNI STANDARD

Električno jeklo

METODE ZA DOLOČANJE MAGNETNIH IN ELEKTRIČNIH LASTNOSTI

Metoda za merjenje specifičnih magnetnih izgub in efektivne vrednosti
jakost magnetnega polja

Električno jeklo.
Metode preskušanja magnetnih in električnih lastnosti.
Metoda za merjenje specifičnih magnetnih izgub
in dejansko vrednost jakosti magnetnega polja

MKS 77.040.20
OKSTU 0909

Datum uvedbe 1999-07-01

Predgovor

1 RAZVIL Ruska federacija, Meddržavni tehnični odbor za standardizacijo MTK 120 "Kovinski izdelki iz železnih kovin in zlitin"

UVEDEL Gosstandart Rusije

2 SPREJEL Meddržavni svet za standardizacijo, meroslovje in certifikacijo (Protokol št. 13 z dne 28. maja 1998)

Za sprejem so glasovali:

Ime države	Ime nacionalnega organa za standardizacijo
Azerbajdžanska republika	Azgosstandart
Republika Armenija	Armgosstandard
Republika Belorusija	Državni standard Belorusije
Kirgiška republika	Kirgiški standard
Ruska federacija	Gosstandart Rusije
Republika Tadžikistan	Tajikgosstandart
Turkmenistan	Glavni državni inšpektorat Turkmenistana
Republika Uzbekistan	Uzgosstandart
Ukrajina	Državni standard Ukrajine

3 Resolucija državnega odbora Ruska federacija o standardizaciji in meroslovju z dne 8. decembra 1998 N 437 meddržavni standard GOST 12119.4-98 je začel veljati neposredno kot državni standard Ruska federacija od 1. julija 1999

4 NAMESTO GOST 12119-80 glede oddelka 4

5 PONOVNA IZDAJA

1 Področje uporabe

1 Področje uporabe

Ta standard vzpostavlja metodo za določanje specifičnih magnetnih izgub od 0,3 do 50,0 W/kg in efektivne vrednosti jakosti magnetnega polja od 100 do 2500 A/m pri frekvencah obračanja magnetizacije 50–400 Hz z uporabo vatmetra in ampermetra.

Na vzorcih obročev in na vzorcih trakov je mogoče določiti vrednosti magnetnih veličin pri frekvencah obračanja magnetizacije do 10 kHz.

2 Normativne reference

Ta standard uporablja sklicevanja na naslednje standarde:

GOST 8.377-80 Državni sistem za zagotavljanje enotnosti meritev. Materiali so mehki magneti. Metode izvajanja meritev pri določanju statičnih magnetnih karakteristik

GOST 8476-93 Analogni kazalni električni merilni instrumenti neposrednega delovanja in pomožni deli zanje. Del 3. Posebne zahteve za vatmetre in varmetre

GOST 8711-93 Analogne kazalne električne merilne naprave neposrednega delovanja in pomožni deli zanje. Del 2. Posebne zahteve za ampermetre in voltmetre

GOST 12119.0-98 Električno jeklo. Metode za določanje magnetnih in električnih lastnosti. Splošne zahteve

GOST 13109-97 Električna energija. Elektromagnetna združljivost tehnične opreme. Standardi kakovosti električne energije v napajalnih sistemih splošnega namena

GOST 21427.1-83 Hladno valjana anizotropna tanka elektrotehnična pločevina. Specifikacije

GOST 21427.2-83 Hladno valjana izotropna tanka elektrotehnična pločevina. Specifikacije

3 Splošne zahteve

Splošne zahteve na preskusne metode - po GOST 12119.0.

Izrazi, uporabljeni v tem standardu, so v skladu z GOST 12119.0.

4 Priprava vzorcev za testiranje

4.1 Preskusni vzorci morajo biti izolirani.

4.2 Obročasti vzorci so sestavljeni iz vtisnjenih obročev debeline 0,1 do 1,0 mm ali naviti iz traku debeline največ 0,35 mm in nameščeni v kasete iz izolacijskega materiala debeline največ 3 mm ali neferomagnetna kovina z debelino največ 0,3 mm. Kovinska kaseta mora imeti režo.

Razmerje med zunanjim in notranjim premerom vzorca ne sme biti večje od 1,3; Površina prečnega prereza vzorca ni manjša od 0,1 cm.

4.3 Vzorci za Epsteinov aparat so izdelani iz trakov debeline 0,1 do 1,0 mm, dolžine 280 do 500 mm in širine (30,0 ± 0,2) mm. Vzorčni trakovi se med seboj ne smejo razlikovati po dolžini za več kot ±0,2 %. Površina prečnega prereza vzorca mora biti od 0,5 do 1,5 cm. Število trakov v vzorcu mora biti večkratnik štirih, najmanjše število trakov pa je dvanajst.

Vzorci anizotropnega jekla so rezani vzdolž smeri valjanja. Kot med smerema valjanja in rezanja trakov ne sme presegati 1° .

Pri izotropnih jeklenih vzorcih se polovica trakov razreže vzdolž smeri valjanja, druga pa čez. Kot med smerjo valjanja in rezanja ne sme presegati 5°. Trakovi so združeni v štiri pakete: dva - iz trakov, razrezanih vzdolž smeri valjanja, dva - prečno. Paketi z enako narezanimi trakovi so nameščeni v vzporednih tuljavah naprave.

Dovoljeno je rezanje trakov pod enakim kotom glede na smer valjanja. Smer valjanja za vse trakove, položene v eno tuljavo, mora biti enaka.

4.4 Vzorci listov so izdelani v dolžini od 400 do 750 mm. Dolžina ponjave ne sme biti manjša od zunanje dolžine jarma: širina ponjave mora biti vsaj 60 % širine okna solenoida. Toleranca za dolžino ne sme presegati ±0,5%, za širino - ±2 mm.

Površina in oblika listov morata ustrezati GOST 21427.1 in GOST 21427.2.

5 Uporabljena oprema

5.1 Namestitev. Diagram namestitve je prikazan na sliki 1.

Slika 1 - Shema za meritve z metodo vatmetra

5.1.1 Voltmetri PV1 - za merjenje povprečne vrednosti popravljene napetosti in kasnejše določanje amplitude magnetne indukcije in РV2- za merjenje vrednosti efektivne napetosti in naknadno določitev koeficienta oblike njene krivulje morajo imeti merilno mejo od 30 mV do 100 V, največji vhodni tok ne več kot 5 mA, razred točnosti najmanj 0,5 v skladu z po GOST 8711.

Dovoljena je uporaba delilnika napetosti na voltmeter PV1 da dobimo odčitke, ki so numerično enaki amplitudam magnetne indukcije.

5.1.2 Vatmeter PW za merjenje delovne moči in kasnejše določanje specifičnih magnetnih izgub mora imeti merilno mejo od 0,75 do 30 W, faktor nazivne moči največ 0,1 pri frekvenci 50 Hz in 0,2 pri višji frekvenci; razred točnosti ni nižji od 0,5 pri frekvenci obračanja magnetizacije od 50 do 400 Hz ali ni nižji od 2,5 pri frekvenci več kot 400 Hz po GOST 8476.

Dovoljeno je uporabiti napetostni delilnik za vatmeter, da dobimo odčitke, ki so številčno enaki vrednosti specifičnih magnetnih izgub. Izhod delilnika napetosti mora biti priključen na vzporedno vezje vatmetra, vhod - na navitje II vzorca T2.

5.1.3 Ampermeter RA za merjenje efektivne vrednosti magnetizirajočega toka in kasnejše določanje efektivne vrednosti magnetne poljske jakosti mora imeti merilno mejo od 0,1 do 5,0 A, razred točnosti najmanj 0,5 po GOST 8711. Pri spremljanju obremenitve tokovnega tokokroga vatmetra je dovoljeno povečati najmanjšo merilno mejo na 1,0 A. Največja moč, ki jo porabi ampermeter pri merjenju z vzorci, izdelanimi iz listov, širših od 250 mm, ne sme biti večja od 1,0 VA; za druge vzorce - ne več kot 0,2 VA.

5.1.4 Merilnik frekvence РF za merjenje frekvence z napako znotraj ±0,2 %.

5.1.5 Vir energije za magnetiziranje vzorcev mora imeti nizkofrekvenčni generator z ojačevalnikom moči ali napetostni regulator s stabilizatorjem s frekvenco 50 Hz. Koeficient nesinusne napetosti obremenjenega napajalnika ne sme presegati 5% po GOST 13109. Nazivna moč vira pri frekvenci obračanja magnetizacije 50 Hz mora biti najmanj 0,45 kVA na 1,0 kg mase vzorca in najmanj 0,3 kVA za vrednosti, navedene v tabeli 1.

Tabela 1

Frekvenca obračanja magnetizacije, kHz	Teža vzorca, kg
Od 0,05 do 1,0 vklj.	Od 0,5 do 1,1 vklj.
St. 1,0 " 10,0 "	Od 0,03" 0,30"

Za pridobitev vzorčne oblike krivulje magnetnega pretoka, ki je blizu sinusoidni, je mogoče uporabiti ojačevalnik s povratno zvezo. Nesinusoidni koeficient oblike krivulje EMF v navitju ne sme presegati 3%; moč, ki jo porabi napetostno povratno vezje, ne sme presegati 5 % izmerjenih magnetnih izgub.

5.1.6 Voltmetri PV1 in PV2, napetostni krog vatmetra PW in povratna informacija ojačevalnika ne sme porabiti več kot 25 % izmerjene vrednosti.

5.1.7 Tuljava T1 za kompenzacijo magnetnega pretoka zunaj vzorca število ovojev navitja I ne sme presegati petdeset, upor ne sme presegati 0,05 ohmov, upor navitja II pa ne sme presegati 3 ohmov. Navitja so položena na cilindrični okvir iz nemagnetnega izolacijskega materiala dolžine 25 do 35 mm in premera 40 do 60 mm. Os tuljave mora biti pravokotna na ravnino silnic polja vzorca, ko jo pritrdite na Epsteinov aparat. Relativna razlika medsebojnih koeficientov induktivnosti tuljave T1 in aparat Epstein brez vzorca ne sme preseči ±5 %.

Dovoljeno je izključiti tuljavo iz vezja (glej sliko 1) T1 z magnetnim pretokom zunaj vzorca, ki ne presega 0,2 % izmerjene vrednosti.

5.1.8 Magnetiziranje I in merilno II navitja vzorca obroča T2 mora izpolnjevati zahteve GOST 8.377.

5.1.9 Epsteinova naprava, ki se uporablja za testiranje vzorcev, sestavljenih iz trakov, T2 mora imeti štiri tuljave na okvirju iz nemagnetnega izolacijskega materiala z naslednjimi merami:

širina notranjega okna - (32,0±0,5) mm;

višina - od 10 do 15 mm;

debelina stene okvirja - od 1,5 do 2,0 mm;

dolžina odseka tuljave z navitjem je najmanj 190 mm;

dolžina tuljave - (220±1) mm.

Število ovojev v navitjih naprave je izbrano v skladu s tabelo 2.

Tabela 2

Frekvenca obračanja magnetizacije, Hz	Število obratov v navitju
	I - magnetiziranje	II - merjenje
Od 50 do 60 vklj. St. 60 "400" " 400 " 2000 "
Opomba - Navitja so enakomerno navita vzdolž dolžine okvirjev tuljav. Število plasti vsakega navitja na okvirjih mora biti liho.

5.1.10 Plošče, ki se uporabljajo za testiranje vzorcev T2, mora imeti solenoid in dva jarma. Zasnova jarmov mora zagotavljati vzporednost kontaktnih površin in mehansko togost, kar odpravlja vpliv na magnetne lastnosti vzorca. Širina drogov jarmov iz elektrotehničnega jekla mora biti najmanj 25 mm, iz preciznih zlitin - 20 mm. Magnetne izgube v jarmih ne smejo presegati 5% izmerjenih; relativna razlika v amplitudah magnetnega pretoka v jarmih ne sme presegati ±15%.

Za merjenje relativne spremembe specifičnih magnetnih izgub je dovoljeno uporabljati naprave z odprtimi jaremi, na primer pri ocenjevanju preostale napetosti po GOST 21427.1.

Solenoid mora imeti okvir iz nemagnetnega izolacijskega materiala, na katerega je najprej nameščeno merilno navitje II, nato pa magnetizirajoče navitje I z eno ali več žicami. Vsaka žica je enakomerno položena v enem sloju.

Relativna največja razlika v amplitudah magnetne indukcije v odseku vzorca znotraj solenoida ne sme presegati ±5 %.

6 Priprava na meritve

6.1 Vzorci, izdelani iz trakov, listov ali obročev, so povezani, kot je prikazano na sliki 1.

6.2 Vzorci iz trakov ali listov se dajo v aparaturo. Vzorci s trakov se dajo v Epsteinov aparat, kot je prikazano na sliki 2.

Slika 2 - Postavitev vzorčnih trakov

Dovoljeno je določiti položaj trakov in listov v napravah, pri čemer se ustvari tlak največ 1 kPa pravokotno na površino vzorca zunaj magnetnih tuljav.

6.3 Izračunajte površino prečnega prereza vzorcev v m:

6.3.1 Površina prečnega prereza, m, za vzorce v obliki obroča iz materiala z debelino najmanj 0,2 mm se izračuna po formuli

kje - teža vzorca, kg;

- zunanji in notranji premer obroča, m;

- gostota materiala, kg/m.

Gostota materiala, kg/m, je izbrana v skladu z dodatkom 1 GOST 21427.2 ali izračunana po formuli

kje in - masni deleži silicija in aluminija, %.

6.3.2 Površina prečnega prereza, m, za vzorce v obliki obroča iz materiala, manjšega od 0,2 mm, se izračuna po formuli

kjer je razmerje med gostoto izolacijske prevleke in gostoto vzorčnega materiala,

kjer je gostota izolacije, ki je enaka 1,6 10 kg/m za anorganski premaz in 1,1 10 kg/m za organski premaz;

- faktor polnjenja, določen v skladu z GOST 21427.1

6.3.3 Površina prečnega prereza S, m se vzorci, sestavljeni iz trakov za Epsteinov aparat, izračunajo po formuli

kjer je dolžina traku, m.

6.3.4 Površina prečnega prereza vzorca pločevine, m, se izračuna po formuli

kjer je dolžina lista, m.

6.4 Napaka pri določanju mase vzorcev ne sme presegati ± 0,2%, zunanji in notranji premer obroča - ± 0,5%, dolžina trakov - ± 0,2%.

6.5 Meritve pri vrednosti amplitude magnetne indukcije, manjši od 1,0 T, se izvedejo po razmagnetenju vzorcev v polju s frekvenco 50 Hz.

Nastavite napetost, ki ustreza amplitudi magnetne indukcije, najmanj 1,6 Tesla za anizotropno jeklo in 1,3 Tesla za izotropno jeklo, nato pa jo postopoma zmanjšujte.

Čas razmagnetenja mora biti najmanj 40 s.

Pri merjenju magnetne indukcije v polju, manjšem od 1,0 A/m, se vzorci po razmagnetenju hranijo 24 ur; pri merjenju indukcije v polju z jakostjo nad 1,0 A/m se lahko čas osvetlitve skrajša na 10 minut.

Čas izpostavljenosti je dovoljeno zmanjšati, če je relativna razlika v indukcijskih vrednostih, dobljenih po običajni in skrajšani izpostavljenosti, znotraj ± 2 % .

6.6 Zgornje meje vrednosti izmerjenih magnetnih veličin za vzorce v obliki obroča in tiste, sestavljene iz trakov, morajo ustrezati amplitudi jakosti magnetnega polja največ 5 10 A / m pri frekvenci obračanja magnetizacije od 50 do 60 Hz in ne več kot 1 10 A/m pri višjih frekvencah; spodnje meje - najnižje vrednosti amplitude magnetne indukcije podane v tabeli 3.

Tabela 3

Frekvenca obračanja magnetizacije, kHz	Najmanjša vrednost amplitude magnetne indukcije, T, med merjenjem
	specifične magnetne izgube, W/kg	jakost magnetnega polja, A/m
Od 0,05 do 0,06 vklj.
St. 0,06 " 1,0 "
" 1,00 " 10,0 "

Najmanjša vrednost amplitude magnetne indukcije za vzorce plošč mora biti enaka 1,0 Tesla.

6.7 Za voltmeter PV1, kalibrirana v povprečnih rektificiranih vrednostih, se napetost V, ki ustreza dani amplitudi magnetne indukcije T, in frekvenca obračanja magnetizacije Hz izračuna po formuli

kje - površina prečnega prereza vzorca, m;

- število obratov navitja vzorca II;

- skupni upor navitja vzorca II T2 in tuljave T1, Ohm;

- ekvivalentna upornost instrumentov in naprav, povezanih z vzorcem navitja II T2, Ohm, izračunano po formuli

kje - aktivni upor voltmetrov PV1, PV2, napetostna vezja vatmetrov PW in napetostna povratna vezja ojačevalnika moči, Ohm.

Vrednost v formuli (6) se zanemari, če njena vrednost ne presega 0,002.

6.8 Za voltmeter PV1, kalibriran v efektivnih vrednostih sinusne napetosti, vrednost U, V, izračunano po formuli

6.9 Če ni tuljave T1 izračunajte popravek , B, zaradi magnetni tok zunaj vzorca, po formuli

kjer je število ovojev vzorčnih navitij T2;

- magnetna konstanta, H/m;

- površina prečnega prereza merilnega navitja vzorca, m;

- površina prečnega prereza vzorca, določena, kot je določeno v 6.3, m;

- povprečna dolžina črte magnetnega polja, m.

Za vzorce v obliki obroča se povprečna dolžina magnetne silnice, m, izračuna po formuli

Pri standardnih preskusih za vzorec trakov je povprečna dolžina m enaka 0,94 m. Če je potrebno povečati natančnost določanja magnetnih količin, se lahko vrednosti izberejo iz tabele 4.

Tabela 4

Jakost magnetnega polja, A/m	Povprečna dolžina magnetne silnice, m
	za izotropno jeklo	za anizotropno jeklo
Od 0 do 10 vklj. St. 10 "70"

Za vzorec pločevine se povprečna dolžina magnetnega polja, m, določi na podlagi rezultatov meroslovnega certificiranja naprave;

- amplituda toka, A; izračunano glede na amplitudo padca napetosti, V, na uporu z uporom, Ohm, vključenim v magnetizacijski krog, po formuli

ali s povprečno popravljeno vrednostjo emf, V, inducirano v navitju II tuljave T1 ko je navitje I priključeno na magnetno vezje, v skladu s formulo

kje - medsebojna induktivnost tuljave, H; ne več kot 1,10 Hn;

- frekvenca obračanja magnetizacije, Hz.

6.10 Pri določanju specifičnih magnetnih izgub v Epsteinovem aparatu je treba upoštevati nehomogenost magnetizacije vogalnih delov magnetnega vezja z uvedbo efektivne mase vzorca, kg, ki se za vzorce iz trakov izračuna po formuli

kje - teža vzorca, kg;

- dolžina traku, m.

Pri obročnih vzorcih je efektivna masa enaka masi vzorca.

Efektivna masa vzorca pločevine se določi na podlagi rezultatov meroslovnega certificiranja naprave.

7 Postopek merjenja

7.1 Določitev specifičnih magnetnih izgub temelji na merjenju aktivne moči, porabljene za obračanje magnetizacije vzorca, ki jo porabijo naprave. PV1, PV2, PW in povratno vezje ojačevalnika. Pri preskušanju vzorca pločevine se upoštevajo izgube v jarmih. Aktivna moč je določena posredno z napetostjo na navitju II vzorca T2.

7.1.1 Pri namestitvi (glej sliko 1) so ključi zaprti S2, S3, S4 in odprite ključ S1.

7.1.2 Z voltmetrom nastavite napetost ali (), V PV1; frekvenca obračanja magnetizacije, Hz; preveri z ampermetrom RA, kaj je vatmeter PW ni preobremenjen; zaprite ključ S1 in odprite ključ S2.

7.1.3 Po potrebi prilagodite odčitek voltmetra z virom napajanja PV1 za nastavitev nastavljene vrednosti napetosti in merjenje efektivne vrednosti napetosti, V, z voltmetrom PV2 in moč, W, vatmeter P.W.

7.1.4 Nastavite napetost, ki ustreza večji vrednosti amplitude magnetne indukcije, in ponovite operacije, določene v 7.1.2, 7.1.3.

7.2 Določitev efektivne vrednosti jakosti magnetnega polja temelji na meritvi magnetizirajočega toka.

7.2.1 Pri namestitvi (glej sliko 1) so ključi zaprti S2, S4 in odprite ključe S1, S3.

7.2.2 Nastavite napetost oz U, V, frekvenca obračanja magnetizacije, Hz, in se določi z ampermetrom RA vrednosti magnetizirajočega toka, A.

7.2.3 Nastavite višjo vrednost napetosti in ponovite operacije, določene v 7.2.1 in 7.2.2.

8 Pravila za obdelavo rezultatov meritev

8.1 Faktor oblike krivulje napetosti na navitju II vzorca se izračuna po formuli

kje - efektivna vrednost napetosti, V;

- napetost, izračunana po formuli (6), V.

8.2 Specifične magnetne izgube, W/kg, vzorca v obliki traku ali obroča se izračunajo po formuli

kjer je efektivna masa vzorca, kg;

- povprečna vrednost moči, W;

- efektivna vrednost napetosti, V;

- število ovojev vzorčnih navitij T2;

- glej 6.7.

Vrednosti in se zanemarijo, če razmerje ne presega 0,2% in razmerje ne presega 0,002.

Napaka pri določanju upora ne sme presegati ±1%.

Dovoljeno je nadomestiti vrednost, ki je enaka 1,11 namesto napetosti pri = 1,

Članek podaja informacije o vrstah materialov, ki se uporabljajo pri izdelavi elektromotorjev, generatorjev in transformatorjev. Na kratko tehnične specifikacije nekateri od njih.

Razvrstitev električnih materialov

Materiale, ki se uporabljajo v električnih strojih, delimo v tri kategorije: strukturne, aktivne in izolacijske.

Gradbeni materiali

se uporabljajo za izdelavo takih delov in delov strojev, katerih glavni namen je zaznavanje in prenos mehanskih obremenitev (gredi, okvirji, ležajni ščiti in dvižni elementi, različni pritrdilni elementi itd.). Jeklo, lito železo, neželezne kovine in njihove zlitine ter plastika se uporabljajo kot strukturni materiali v električnih strojih. Za te materiale veljajo zahteve, ki so običajne v strojništvu.

Aktivni materiali

delimo na prevodne in magnetne in so namenjene izdelavi aktivnih delov stroja (navitij in magnetnih jeder).
Izolacijski materiali se uporabljajo za električno izolacijo navitij in drugih tokovnih delov, pa tudi za izolacijo plošč elektrotehničnega jekla med seboj v laminiranih magnetnih jedrih. Ločeno skupino sestavljajo materiali, iz katerih so izdelane električne ščetke, ki se uporabljajo za odvajanje toka iz gibljivih delov električnih strojev.

Spodaj je podano kratek opis aktivni in izolacijski materiali, ki se uporabljajo v električnih strojih.

Prevodniški materiali

Zaradi dobre električne prevodnosti in relativne poceni se električni baker pogosto uporablja kot prevodniški material v električnih strojih in v v zadnjem času tudi rafiniran aluminij. Primerjalne lastnosti teh materialov so podane v tabeli 1. V nekaterih primerih so navitja električnih strojev izdelana iz bakrovih in aluminijevih zlitin, katerih lastnosti se glede na njihovo sestavo zelo razlikujejo. Bakrove zlitine se uporabljajo tudi za izdelavo pomožnih tokovnih delov (komutatorske plošče, drsni obroči, sorniki itd.). Da bi prihranili barvne kovine ali povečali mehansko trdnost, so takšni deli včasih izdelani tudi iz jekla.

Tabela 1

Fizikalne lastnosti bakra in aluminija

Material	Raznolikost	Gostota, g/cm3	Upornost pri 20°C, Ohm×m	Temperaturni koeficient odpornost pri ϑ °C, 1/°C	Koeficient linearne razteznosti, 1/°C	Specifična toplota, J/(kg×°C)	Specifična toplotna prevodnost, W/(kg×°C)
Baker	Električno žarjeno	8,9	(17,24÷17,54)×10 -9		1,68×10 -5	390	390
Aluminij	Rafinirano	2,6-2,7	28,2×10 -9		2,3×10 -5	940	210

Temperaturni koeficient upornosti bakra pri temperaturi ϑ °C

Odvisnost upora bakra od temperature se uporablja za določanje povečanja temperature navitja električnega stroja, ko deluje v vročem stanju ϑ g nad temperaturo okoljuϑ o. Na podlagi relacije (2) za izračun dviga temperature

Δϑ = ϑ g - ϑ o

lahko dobite formulo

(3)

kje r g - odpornost navitja v vročem stanju; r x- upornost navitja, izmerjena v hladnem stanju, ko sta temperaturi navitja in okolja enaki; ϑ x- temperatura hladnega navitja; ϑ o - temperatura okolice, ko stroj deluje, ko se meri upor r G.

Relacije (1), (2) in (3) veljajo tudi za aluminijasta navitja, če 235 zamenjamo z 245.

Magnetni materiali

Za izdelavo posamezne dele Za magnetna jedra električnih strojev se uporabljajo elektrotehnična jeklena pločevina, konstrukcijska jeklena pločevina, jeklena pločevina in lito železo. Zaradi nizkih magnetnih lastnosti se lito železo uporablja relativno redko.

Najpomembnejši razred magnetnih materialov sestavljajo različne vrste jeklene pločevine za elektrotehniko. Za zmanjšanje izgub zaradi histereze in vrtinčnih tokov se v njegovo sestavo vnese silicij. Prisotnost nečistoč ogljika, kisika in dušika zmanjšuje kakovost elektrotehničnega jekla. Na kakovost elektro jekla velik vpliv ima tehnologija izdelave. Konvencionalna elektrotehnična jeklena pločevina se proizvaja z vročim valjanjem. IN zadnja leta Hitro narašča uporaba hladno valjanega zrnato orientiranega jekla, katerega magnetne lastnosti so pri obračanju magnetizacije vzdolž smeri valjanja bistveno višje kot pri običajnem jeklu.

Razpon električnega jekla in fizikalne lastnosti posameznih razredov tega jekla določa GOST 21427.0-75.

Električni stroji uporabljajo predvsem elektrotehnična jekla razredov 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1411, 1412, 1511, 1512, 3411, 3412, 3413, ki ustrezajo starim oznakam jekel razredov E11, E12, E13, E21, E22, E31, E32, E41, E42, E310, E320, E330. Prva številka označuje razred jekla glede na strukturno stanje in vrsto valjanja: 1 - vroče valjani izotropni, 2 - hladno valjani izotropni, 3 - hladno valjani anizotropni z rebrasto teksturo. Druga številka prikazuje vsebnost silicija. Tretja številka označuje skupino glede na glavno standardizirano karakteristiko: 0 - specifične izgube zaradi magnetne indukcije B= 1,7 T in frekvenca f= 50 Hz (p 1,7/50), 1 - specifične izgube pri B= 1,5 T in frekvenca f= 50 Hz (p 1,5/50), 2 - specifične izgube zaradi magnetne indukcije B= 1,0 T in frekvenca f= 400 Hz (p 1,0/400), 6 - magnetna indukcija v šibkih poljih pri jakosti magnetnega polja 0,4 A/m ( B 0,4) in 7 - magnetna indukcija v povprečnih magnetnih poljih pri jakosti magnetnega polja 10A/m ( B 10). Četrta številka je serijska številka. Lastnosti elektrotehničnega jekla glede na vsebnost silicija so podane v tabeli 2

Tabela 2

Zasvojenost fizikalne lastnosti elektro jekla na vsebnost silicija

Lastnosti	Druga številka razreda jekla
	2	3	4	5
Gostota, g/cm3
Specifični upor, Ohm × m
Temperaturni koeficient upora, 1/°C
Specifična toplotna kapaciteta, J/(kg×°C)

Z večanjem vsebnosti silicija se poveča krhkost jekla. V zvezi s tem je manjši stroj in s tem manjša velikost zob in utorov, v katere so nameščena navitja, težje je uporabljati jekla s povečano in visoka stopnja doping. Zato se na primer visokolegirano jeklo uporablja predvsem za izdelavo transformatorjev in zelo močnih generatorjev izmeničnega toka.

V strojih s tokovnimi frekvencami do 100 Hz se običajno uporablja elektro jeklena pločevina debeline 0,5 mm, včasih pa tudi, zlasti v transformatorjih, jeklo debeline 0,35 mm. Pri višjih frekvencah se uporablja tanjše jeklo. Dimenzije elektro jeklene pločevine so standardizirane, širine pločevine od 240 do 1000 mm in dolžine od 1500 do 2000 mm. V zadnjem času se širi proizvodnja elektrotehničnega jekla v obliki trakov, navitih na zvitke.

riž. 1. Magnetizacijske krivulje feromagnetnih materialov

1 - elektrotehnično jeklo 1121, 1311; 2 - elektrotehnično jeklo 1411, 1511; 3 - nizkoogljične litine, valjano jeklo in odkovki za električne stroje; 4 - jeklena pločevina debeline 1-2 mm za stebre; 5 - jeklo 10; 6 - jeklo 30; 7 - hladno valjano elektrotehnično jeklo 3413; 8 - siva litina z vsebnostjo: C - 3,2 %, Si 3,27 %, Mn - 0,56 %, P - 1,05 %; I × A - lestvice vzdolž osi I in A; II × B - lestvice vzdolž osi II in B

Slika 1 prikazuje krivulje magnetizacije različnih vrst jekla in litega železa, tabela 3 po GOST 21427.0-75 pa prikazuje specifične vrednosti izgube str v najpogostejših vrstah elektrotehničnega jekla. Indeks črke p označuje indukcijo B v Tesli (števec) in frekvenco obračanja magnetizacije f v Hertzih (imenovalec), pri kateri so zagotovljene vrednosti izgube, podane v tabeli 3. Za stopnje 3411, 3412 in 3413 so izgube podane za primer magnetizacije vzdolž smeri valjanja.

Tabela 3

Specifične izgube v elektro jeklu

Vrsta jekla	Debelina pločevine, mm	Specifične izgube, W/kg				Vrsta jekla	Debelina pločevine, mm	Specifične izgube, W/kg
		p 1,0/50	p 1,5/50	p 1,7/50				p 1,0/50	p 1,5/50	p 1,7/50
1211	0,5	3,3	7,7	-		1512	0,5	1,4	3,1	-
1212	0,5	3,1	7,2	-			0,35	1,2	2,8	-
1213	0,5	2,8	6,5	-		1513	0,5	1,25	2,9	-
1311	0,5	2,5	6,1	-			0,35	1,05	2,5	-
1312	0,5	2,2	5,3	-		3411	0,5	1,1	2,45	3,2
1411	0,5	2,0	4,4	-			0,35	0,8	1,75	2,5
1412	0,5	1,8	3,9	-		3412	0,5	0,95	2,1	2,8
1511	0,5	1,55	3,5	-			0,35	0,7	1,5	2,2
	0,35	1,35	3,0	-		3413	0,5	0,8	1,75	2,5
							0,35	0,6	1,3	1,9

Izgube zaradi vrtinčnih tokov so odvisne od kvadrata indukcije, izgube zaradi histereze pa so odvisne od indukcije do moči blizu dveh. Zato se lahko skupne izgube v jeklu za praktične namene obravnavajo dovolj natančno, da so odvisne od kvadrata indukcije. Izgube zaradi vrtinčnih tokov so sorazmerne s kvadratom frekvence, izgube zaradi histereze pa so sorazmerne s prvo potenco frekvence. Pri frekvenci 50 Hz in debelini pločevine 0,35 - 0,5 mm izgube zaradi histereze večkrat presegajo izgube zaradi vrtinčnih tokov. Zasvojenost skupne izgube pri jeklu je frekvenca torej bližje prvi frekvencni potenci. Zato specifične izgube za vrednosti B in f, ki se razlikujejo od tistih, navedenih v tabeli 3, se lahko izračunajo po formulah:

(4)

kjer je vrednost B nadomeščena v teslu (T).

Specifične vrednosti izgube, navedene v tabeli 3, ustrezajo primeru, ko so listi izolirani drug od drugega.

Za izolacijo se uporablja poseben lak ali zelo redko tanek papir, uporablja pa se tudi oksidacija.

Med žigosanjem pride do hladnega utrjevanja elektrotehničnih jeklenih pločevin. Poleg tega pri sestavljanju jedrnih paketov pride do delnega zaprtja listov vzdolž njihovih robov zaradi pojava bruhov ali bruhov med žigosanjem. To poveča izgube v jeklu za 1,5-4,0-krat.

Zaradi prisotnosti izolacije med jeklenimi ploščami, njihove valovitosti in heterogenosti v debelini ni celotna prostornina stisnjenega jedra napolnjena z jeklom. Povprečni faktor polnjenja vreče z jeklom, izolirane z lakom, je k c= 0,93 pri debelini pločevine 0,5 mm in k c= 0,90 pri 0,35 mm.

Izolacijski materiali

Za električne izolacijske materiale, ki se uporabljajo v električnih strojih, veljajo naslednje zahteve: visoka električna trdnost, mehanska trdnost, toplotna odpornost in toplotna prevodnost ter nizka higroskopičnost. Pomembno je, da je izolacija čim tanjša, saj povečanje debeline izolacije poslabša prenos toplote in povzroči zmanjšanje faktorja polnjenja utora s prevodnim materialom, kar posledično povzroči zmanjšanje nazivne moči. stroja. V nekaterih primerih se pojavijo tudi druge zahteve, na primer odpornost proti različnim mikroorganizmom v vlažnem tropskem podnebju itd. V praksi je vsem tem zahtevam mogoče zadostiti v različni meri.

Video 1. Izolacijski materiali v elektrotehniki 18. - 19. stoletja.

Izolacijski materiali so lahko trdni, tekoči ali plinasti. Plina sta običajno zrak in vodik, ki predstavljata okolico oziroma hladilni medij glede na stroj in hkrati v nekaterih primerih igrata vlogo električne izolacije. Tekoči dielektriki se uporabljajo predvsem v proizvodnji transformatorjev v obliki posebne vrste mineralnega olja, imenovanega transformatorsko olje.

Trdni izolacijski materiali so najpomembnejši v elektrotehniki. Razdelimo jih lahko v naslednje skupine: 1) naravni organski vlaknati materiali - bombažni papir, materiali na osnovi lesne kaše in svila; 2) anorganski materiali - sljuda, steklena vlakna, azbest; 3) različni sintetični materiali v obliki smol, filmov, plošč in tako naprej; 4) različni emajli, laki in zmesi na osnovi naravnih in sintetičnih materialov.
V zadnjih letih izolacijske materiale iz organskih vlaken vse bolj nadomeščajo sintetični materiali.

Emajli se uporabljajo za izolacijo žic in kot zunanja izolacija navitij. Laki se uporabljajo za lepljenje plastne izolacije in za impregnacijo navitij ter za nanos zaščitnega premaznega sloja na izolacijo. Z dvakratno ali trikratno impregnacijo navitij z laki, izmenično s sušenjem, zapolnimo pore v izolaciji, kar poveča toplotno prevodnost in električno trdnost izolacije, zmanjša njeno higroskopičnost in mehansko drži izolacijske elemente skupaj.

Impregnacija s spojinami ima enak namen kot impregnacija z laki. Edina razlika je v tem, da spojine nimajo hlapnih topil, ampak so zelo konsistentna masa, ki se pri segrevanju zmehča, utekočini in je sposobna pod pritiskom prodreti v pore izolacije. Zaradi odsotnosti topil je zapolnitev por med mešanjem bolj gosta.
Najpomembnejša lastnost izolacijskih materialov je njihova toplotna odpornost, ki odločilno vpliva na zanesljivost delovanja in življenjsko dobo električnih strojev. Glede na toplotno odpornost so električni izolacijski materiali, ki se uporabljajo v električnih strojih in napravah, po GOST 8865-70 razdeljeni v sedem razredov z naslednjimi najvišjimi dovoljenimi temperaturami ϑ max:

Standardi prejšnjih let vsebujejo stare oznake nekaterih izolacijskih razredov: namesto Y, E, F, H oziroma O, AB, BC, SV.

Razred Y vključuje vlaknate materiale iz bombažnega papirja, celuloze in svile, ki niso impregnirani s tekočimi dielektriki ali potopljeni vanje, pa tudi številne sintetične polimere (polietilen, polistiren, polivinilklorid itd.). Ta razred izolacije se redko uporablja v električnih strojih.

Razred A vključuje vlaknate materiale iz bombažnega papirja, celuloze in svile, impregnirane ali potopljene v tekoče električne izolacijske materiale, izolacijo emajliranih žic na osnovi oljnih in poliamidnih rezolnih lakov (najlona), poliamidnih filmov, butilne gume in drugih materialov, kot tudi impregniran les in lesni laminati. Impregnacijske snovi za ta razred izolacij so transformatorsko olje, oljni in asfaltni laki ter druge snovi z ustrezno toplotno obstojnostjo. Sem spadajo različne lakirane tkanine, trakovi, elektrokarton, getinaks, tekstolit in drugi izolacijski izdelki. Izolacija razreda A se pogosto uporablja za rotacijske električne stroje z močjo do 100 kW in več, pa tudi v industriji transformatorjev.

Razred E vključuje izolacijo emajliranih žic in električno izolacijo na osnovi polivinilacetalnih (viniflex, metalvin), poliuretanskih, epoksi, poliestrskih (lavsan) smol in drugih sintetičnih materialov s podobno toplotno odpornostjo. Izolacijski razred E vključuje nove sintetične materiale, katerih uporaba se hitro širi v strojih nizke in srednje moči (do 10 kW in več).

Razred B združuje izolacijske materiale na osnovi anorganskih dielektrikov (sljude, azbesta, steklenih vlaken) ter lepilnih, impregnacijskih in premaznih lakov in smol povečane toplotne odpornosti organskega izvora ter vsebnost organske snovi po teži ne sme presegati 50%. To vključuje predvsem materiale na osnovi tanke luščene sljude (micalenta, micafolia, micanite), ki se pogosto uporabljajo v elektrotehniki.

V zadnjem času se uporabljajo tudi sljudni materiali, ki temeljijo na neprekinjenem sljudnem traku do nekaj milimetrov velikih in nekaj mikronov debelih sljudnih ploščic.

V razred B spadajo tudi različni sintetični materiali: poliestrske smole na osnovi anhidrida ftalne kisline, poliklorotrifluoroetilen (fluoroplastika-3), nekatere poliuretanske smole, umetne mase z anorganskim polnilom itd.

Izolacija razreda F vključuje materiale na osnovi sljude, azbesta in steklenih vlaken, vendar z uporabo organskih lakov in smol, modificiranih z organosilicijem (organosiloksanom) in drugimi smolami z visoko toplotno odpornostjo, ali z uporabo drugih sintetičnih smol ustrezne toplotne odpornosti (poliester). smole na osnovi ISO- in tereftalnih kislin itd.). Izolacija tega razreda ne sme vsebovati bombaža, celuloze ali svile.

Razred H vključuje izolacijo na osnovi sljude, steklenih vlaken in azbesta v kombinaciji z organosilicijem (organopolisiloksan), poliorganometalosilksanom in drugimi toplotno odpornimi smolami. Z uporabo takšnih smol se proizvajajo mikaniti in sljuda, pa tudi steklomikaniti, steklomicafolium, steklomikalents, steklosludinit, stekleni laminati in laminati iz steklenih vlaken.

Razred H vključuje tudi izolacijo na osnovi politetrafluoroetilena (PTFE-4). Materiali razreda H se uporabljajo v električnih strojih, ki delujejo v zelo težkih pogojih (rudarstvo in metalurška industrija, transportne naprave itd.).

Izolacija razreda C vključuje sljudo, kremen, steklena vlakna, steklo, porcelan in druge keramične materiale, ki se uporabljajo brez organskih veziv ali z anorganskimi vezivi.

Pod vplivom toplote, vibracij in drugih fizikalno-kemijskih dejavnikov se izolacija stara, torej postopoma izgublja mehansko trdnost in izolativne lastnosti. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da se življenjska doba izolacije razreda A in B zmanjša za polovico za vsakih 8-10 °C dviga temperature nad 100 °C. Podobno se življenjska doba drugih razredov izolacije zmanjšuje z naraščajočo temperaturo.

Električne ščetke

so razdeljeni v dve skupini: 1) ogljik-grafit, grafit in elektrografit; 2) metalgrafit. Za izdelavo ščetk prve skupine se uporabljajo saje, zdrobljen naravni grafit in antracit s premogovim katranom kot vezivom. Žgajo se surovci čopičev, katerih režim določa strukturno obliko grafita v izdelku. pri visoke temperature pri žganju dosežemo pretvorbo ogljika, ki se nahaja v sajah in antracitu, v obliko grafita, zaradi česar ta proces žganja imenujemo grafitizacija. Krtače druge skupine vsebujejo tudi kovine (baker, bron, srebro). Najpogostejše so ščetke prve skupine.

Tabela 4 prikazuje značilnosti številnih znamk ščetk.

Tabela 4

Tehnične značilnosti električnih ščetk

Čopič razred	Znamka	Nazivna gostota toka, A/cm 2	Največja obodna hitrost, m/s	Specifični tlak, N/cm 2	Prehodni padec napetosti na paru ščetk, V	Koeficient trenja	Narava komutacije, za katero je priporočljiva uporaba ščetk
Ogljikov grafit	UG4	7	12	2-2,5	1,6-2,6	0,25	Nekoliko težko
Grafit	G8	11	25	2-3	1,5-2,3	0,25	normalno
Elektrografitizirano	EG4	12	40	1,5-2	1,6-2,4	0,20	normalno
	EG8	10	40	2-4	1,9-2,9	0,25	Najtežji
	EG12	10-11	40	2-3	2,5-3,5	0,25	Težko
	EG84	9	45	2-3	2,5-3,5	0,25	Najtežji
Baker-grafit	MG2	20	20	1,8-2,3	0,3-0,7	0,20	Najlažje