C- Phân loại điệnmô
a/ Lõi bằng thép khối đặc b/ Lõi ghép bằng các lá thép mỏng
1-VẬT LIỆU TỪ MỀM DÙNG TRONG TỪ TRƯỜNG KHÔNG ĐỔI VAØ TỪ TRƯỜNG THAY ĐỔI CÓ TẦN SỐ THẤP
THAY ĐỔI CÓ TẦN SỐ THẤP
a-Yêu cầu đối với vật liệu
Hệ số từ thẩm cao và lực kháng từ thấp, từ cảm bão hòa lớn và cho dòng từ hóa tối đa qua diện tích mặt cắt cho trước.
Vật liệu từ sử dụng ở từ trường biến thiên phải có tổn hao do từ hóa nhỏ nhất. Những vật liệu lá và băng phải có độ mềm dẻo thì quá trình chế tạo các chi tiết mới dễ.
Vật liệu từ mềm phải có tính chất ổn định (hệ số từ thẩm và lực kháng từ) theo thời gian và không bị tác động của nhiệt độ, lực cơ học.
b- Vật liệu từ dùng trong từ trường không đổi ( lõi từ nguyên khối):
Dùng để làm lõi điện từ một chiều như gông của máy phát một chiều, rotor máy phát đồng bộ, lõi thép của nam châm và rơle điện từ một chiều
a/Kích thước h<<a b/Cấu trúc miền ziczac c/Bọt từ Hình 4.7-Cấu trúc miền trong màng từ mỏng
Biên soạn: Phạm Thị Nga 100 -Sắt rèn là sắt tinh luyện được trộn đều và kỹ lưỡng với xỉ sắt cho rắn lại từ trạng thái nhão. Loại có chất lượng tốt nhất được sử dụng cho rơle sau khi được ủ để giảm lực kháng từ và giảm khả năng bão hòa về từ.
-Gangcó tỉ lệ C từ 2 – 4,5% dùng làm gông từ cho máy phát điện một chiều. Gang xám: có chứa graphit dưới dạng vảy, tính chất từ kém, cơ tính kém. Gang dẻo : có chứa graphit ở dạng viên, có từ tính tốt hơn gang xám.
Gang cầu: có chứa graphit dưới dạng cầu, có từ tính tốt, dễ đúc, dễ gia công cơ khí nhưng có ứng suất lớn hơn, dễ uốn, chịu va đập.
-Thép cacbon có hàm lượng C từ 0,1 – 1%. Tỉ lệ C và sự sắp xếp C có ảnh huởng đến từ tính của thép C. Thép ít C (ít hơn 2%) có từ tính như gang rèn và cao hơn nhiều so với bất kỳ loại gang nào. Thép cacbon mềm được dùng phổ biến để làm lõi từ nguyên khối. Ưu tiên sử dụng loại ít cacbon.
-Thép cacbon đúc: dùng thay gang để làm gông từ cho máy phát điện một chiều. Loại này cũng đã được thay thế bằng thép cacbon tấm, cán nóng, có tính dễ hàn.
c-Vật liệu từ dùng trong từ trường thay đổi (lõi từ ghép tấm)
Thép kỹ thuật điện là vật liệu từ mềm được sử dụng rộng rãi ở tần số 50 đến 60 Hz. Thép kỹ thuật điện là hợp kim của sắt và silic, chứa ít cacbon được cán thành tấm. Nhờ có silic trong thành phần của thép mà vật liệu có điện trở suất cao, giảm tổn thất do dòng điện xoáy, giảm lực kháng từ HCvà tổn hao từ trễ, giảm hằng số dị hướng từ và hằng số từ giảo, tăng hệ số từ thẩm. Tuy nhiên thành phần Si không được vượt quá 5% vì với hàm lượng Si cao sẽ làm giảm độ bền cơ học của thép, thép giòn, dễ gãy và giảm từ cảm bão hòa do Si là thành phần không dẫn từ.
Yêu cầu kỹ thuật chính đối với loại thép tấm là suất tổn hao phải nhỏ, hệ số từ thẩm lớn và độ bão hòa cao.
Thép kỹ thuật điện được chia làm 2 loại: loại không hướng và loại có hướng.
Thép kỹ thuật điện không hướng:có từ tính gần như nhau theo mọi hướng trên tấm phẳng. Được sử dụng trong máy điện lớn và nhỏ, trong máy biến áp. Ngày nay chỉ được chế tạo bằng phương pháp cán nguội. Hệ số từ thẩm, suất tổn hao của thép kỹ thuật điện không hướng hầu như không phụ thuộc hoặc ít phụ thuộc vào góc giữa hướng từ hóa và hướng cán. Thép có hướng thì có sự thay đổi rõ rệt.
Các tham số thường thấy: tỉ lệ silic đến 3,5% ; o,5% Al. Chiều dày 0,35 mm; 0,45mm; 0,635mm. Théo KTĐ loại không hướng loại bán thành phẩm được sử dụng trong trường hợp chế tạo những sản phẩm với loạt lớn, có kích thước lõi từ nhỏ. Hàm lượng silic đến 3%; 0,5% Al, tỉ lệ C là 0,05% nhưng phải giảm đến 0,005% sau khi ủ nhiệt, bề dày 0,47 đến 0,64 mm.
Thép kỹ thuật điện có hướng:từ thông chảy theo chiều cán của tấm thép, sử dụng trong máy biến thế công suất lớn. Chiều dày 0,23 ; 0,27 ; 0,3 ; 0,35 mm. Tỉ lệ Si 3,5%, đường kính hạt 3 mm.
Loại có suất tổn hao nhỏ ở từ cảm lớn thường có tỉ lệ Si 2,5% đường kính hạt 8mm. (thường ta phải cách điện bề mặt tấm thép để hạn chế tổn hao lõi thép)
Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từø
Nếu tiến hành từ hóa vật liệu sắt từ trong từ trường ngoài, sau đó bắt đầu ở một điểm nào đó trên đường cong từ hóa ta giảm cường độ từ trường thì
cảm ứng từ B cũng giảm theo nhưng không giảm theo đường từ hóa cơ bản mà giảm chậm hơn. Đó là do hiện tượng từ trễ.
Khi tăng từ trường theo chiều ngược lại thì mẫu vật liệu có thể bị khử từ sau đó được từ hóa lại và nếu đổi chiều từ trường thì cảm ứng từ lại có thể quay trở về điểm ban đầu. Ta có được đường cong khép kín đặc trưng cho tình trạng từ hóa của mẫu vật liệu ( còn gọi là chu trình từ trễ của vật liệu).
Căn cứ vào vòng từ trễ biết được Bmax (mức độ bão hòa từ của vật liệu), trị số từ dư Bd, lực kháng từ Hc. Từ đó phân loại được vật liệu sắt từ.
Vật liệu sắt từ cứng có Bd lớn, Hc lớn (> 4 kA/m) và vật liệu sắt từ mềm có Bd nhỏ, Hc nhỏ (< 800A/m).
Khi từ hóa vật liệu sắt từ thì kích thước của chúng có thể thay đổi (hiện tượng từ giảo). Sự thay đổi này có ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất từ của chúng. Ứng suất trong mạng tinh thể trong vật liệu sắt từ cản trở sự lớn lên của các đômen từ và sự định hướng các moment từ của chúng theo hướng của từ trường. Ứng suất trong tăng thì hệ số từ thẩm giảm, lực kháng từ Hc tăng, ứng suất trong còn phát sinh trong khi gia công nguội như cán, rèn, kéo, uốn …. và cũng thường liên quan với sự nhiễm tạp chất trong vật liệu như oxy, Co, Cr, W… Muốn phục hồi lại tính chất từ ban đầu của các vật liệu sắt từ ta cần phải ủ vật liệu đó để làm giảm ứng suất trong và tạo sự kết tinh lại các hạt (thường được thực hiện ở 730 đến 8450C, tăng giảm nhiệt độ phải thực hiện từ từ để tránh sinh ra gradient nhiệt, quá lớn trong vật liệu).
B Bd Bd
Bmax
-HC HC H
Biên soạn: Phạm Thị Nga 102
Bảng 4.1-Suất tổn hao của một số thép kỹ thuật điện Thép kỹ thuật điện không hướng
Loại bán thành phẩm Bề dày tấm thép (mm) Suất tổn hao ở B=15 kG f=60 Hz (W/Kg) 47S178 0,47 3,1 64S194 0,64 3,38 47S188 0,47 3,27
Thép kỹ thuật điện có hướng loại thành phẩm
23G048 0,23 0,8
27G053 0,27 0,89
30G058 0,30 0,97
Thép tấm:là thép ít C được cán nguội, tính chất từ kém hơn thép kỹ thuật điện, thường được sử dụng cho những khí cụ điện nhỏ, thường được ủ nhiệt để khử bớt C làm tăng từ tính (tỉ lệ C còn 0,005% hoặc ít hơn 1% giá trị ban đầu thì từ tính được cải thiện tốt nhất). Nhiệt độ ủ từ 7300C đến 7900C, Thời gian ủ phụ thuộc vào kích thước của tấm thép hoặc của lõi.
Có 3 loại thép tấm từ :
+Loại I: được chế tạo với thành phần hóa học được khống chế, sau khi đã thành phẩm thì ở trạng thái cứng hoàn toàn hoặc ở trạng thái đã được ủ.
+Loại II: được chế tạo với thành phần hóa học được khống chế bằng qui trình đặc biệt và trở thành sản phẩm ở trạng thái đã được ủ. Sau khi đã được ủ thích hợp loại này có từ tính tốt hơn loại I.
+Loại III: (loại 2S) tương tự như loại II nhưng suất tổn hao được hạn chế. Bề dày 0,041 đến 0,71 mm, suất tổn hao ở 60Hz , 15kGaus, từ 7,3 đến 12,3 W/kg.
d-Hợp kim kháng từ thấp
Permaloi là h p kim s t- nikel có đ t th m r t cao trong vùng tr ng y u và có l c kháng t r t nh . Permaloi chia ra lo i cao và lo i th p nikel. Cao thì ch a 72% – 80% Ni còn th p thì ch a 40% – 50% Ni. H s t th m kh i đ u H và h s t th m cực đại max đ t c c đ i khi h p kim ch a 78,5% Ni. H p kim này d t hóa trong tr ng y u là do trong nó không t n t i d h ng t và hi n t ng t gi o. Do có d h ng y u nên mômen t d dàng xoay t h ng d t hóa theo h ng c a tr ng, và nh không t n t i t gi o nên khi t hóa không xu t hi n ng su t c h c làm gi m s d ch chuy n c a các biên gi i domen d i tác đ ng c a tr ng y u.
Tính ch t t c a permaloi r t nhạy c m v i l c c h c bên ngoài tác đ ng, ph thu c vào thành ph n hóa h c, l ng t p ch t có trong h p kim và thay đ i r t m nh vào ch đ gia nhi t c a v t li u.
t o nên nh ng h p kim có tính ch t c n thi t thì trong thành ph n h p kim có thêm nh ng ph gia nh Môlipđen, Crôm chúng làm t ng đi n tr su t và h s t th m kh i đ u và làm gi m s nh h ng c a l c c h c. Tuy nhiên s
làm gi m t c m bão hòa. ng thời làm t ng trong m t kho ng h p, t ng đ n
đđ nh nhi t và đi n tr su t đ ng th i gia công d dàng h n, còn Silic và Mangan làm t ng đi n tr su t.
Alsifer
Là h p kim c a ba thành ph n s t, silic và nhôm 9,5% Si, 5,6% Al, còn l i là s t, lo i h p kim này có đ c ng và giòn. Tính ch t c a Alsifer nh sau: =35400; max=117000; HC=1,8A/m; =0,8 .m. Nó có tính ch t không thua kém permaloi cao Nikel.
Các s n ph m ch t Alsifer -màn t , thân các d ng c … đ c ch t o b ng ph ng pháp đúc v i thành c a chi ti t không m ng h n 2mm – 3mm vì h p kim này giòn. i u này làm h n ch r t nhi u khi s d ng v t li u alsifer.
Do tính giòn alsifer có th nghi n nh thành b t và dùng với s t cacbon đ s n xu t lõi ép cao t n.