4 Порядок выполнения работы и требования к отчету

1. Ознакомиться с материалом методических пособий для самостоятельной работы. Кратко описать в тетради по практическим занятиям классификацию проводниковых материалов

2. Для различных электрических устройств (по заданию преподавателя) подобрать марки проводниковых металлов и сплавов.

3. Расшифровать выбранные марки материалов, привести их точный или приближенный химический состав, указать физические, электрические, механические и эксплуатационные свойства. Указывая свойства, необходимо: привести полное техническое название свойства, его условное обозначение, численную величину и размерность в системе СИ. Все данные о выбранных материалах занести в таблицу 4.

4. Привести подробное обоснование выбранным материалам с учетом технических и экономических критериев.

Практическое занятие 13.

Свойства, маркировка и применение магнитных материалов

1 Общие сведения

Магнитными называются материалы способные намагничиваться во внешнем магнитном поле. Этой способностью обладают ферромагнетики - железо, никель, кобальт, а также различные сплавы на их основе.

Основными параметрами магнитных материалов являются: магнитная индукция насыщения Bs, остаточная магнитная индукция Br, коэрцитивная сила Hc и магнитная проницаемость .

Магнитная проницаемость характеризует интенсивность намагничивания (интенсивность роста индукции) при увеличении напряженности намагничивающего поля и определяется соотношением = Гн/м, где Н-напряженность магнитного поля (Ам), В- магнитная индукция (Тл).

В зависимости от магнитных свойств и условий работы магнитные материалы подразделяются на две группы: магнитомягкие материалы и магнитотвердые материалы.

2 Магнитомягкие материалы

Магнитомягкими называются магнитные материалы с коэрцитивной силой по индукции не более 4 кА/м (ГОСТ 19693-74), способные намагничиваться в слабых магнитных полях (Н  5·10⁴А/м) вследствие большой магнитной проницаемости (_н  88 мГн/м и _max  300 мГн/м) и малых потерь на перемагничивание. Они отличаются высокой магнитной индукцией насыщения  Bs  3 Тл и характеризуются малой площадью петли гистерезиса, а следовательно и малыми потерями на перемагничивание при работе в условиях переменного магнитного поля, создаваемого переменным электрическим током.

Из магнитомягких материалов изготавливают магнитопроводы (сердечники) трансформаторов, статоров и роторов электрических машин, электромагнитов. Такие материалы находят применение в электротехнической и радиотехнической промышленности, измерительной и вычислительной техники, системах автоматики и телемеханики.

К магнитомягким материалам относятся особо чистое железо, электротехнические нелегированные и легированные (кремнистые) стали, прецизионные низкокоэрцитивные сплавы на железной и железоникелевой основе, порошковые ферромагнитные, ферримагнитные и композиционные магнитодиэлектрические материалы.

При перемагничивании магнитомягких материалов возникает несколько видов энергетических потерь: потери на гистерезис (относительно невелики) тепловые потери (наибольшие по величине), связанные с возникновением в сердечнике вихревых токов (токи Фуко). Тепловые потери прямо пропорциональны квадрату амплитуды магнитной индукции B, частоте магнитного поля ƒ, толщине сердечника d и обратно пропорциональны удельному электрическому сопротивлению материала ρ₁. Также возникают потери, определяемые tgδ, в результате сдвига по фазе индукции B и напряженности поля H.

По величинам тепловых потерь и потерь, определяемых tgδ устанавливаются допустимые рабочие частоты.

По величинам рабочих частот ƒ, индукции насыщения Вs, магнитной проницаемости _н и _max магнитомягкие материалы подразделяются на низкочастотные и высокочастотные.

Низкочастотные магнитомягкие материалы в свою очередь подразделяются на низкочастотные с высокой индукцией насыщения Вs и низкочастотные с высокой магнитной проницаемостью _н и _max.

2.1. Материалы с высокой индукцией насыщения  технически чистое и особо чистое железо, нелегированные и легированные электротехнические стали. Благодаря большой магнитной индукции (Вs  2,15Тл), малой коэрцитивной силе (Нс  100А/м), достаточно высокой магнитной проницаемости (_max  79мГн/м) и хорошим технологическим свойством  их применяют в электротехнике для работы в магнитных полях напряженностью от 10² до 5·10⁴А/м.

2.1.1 Технически чистое железо  железо с суммарным содержанием примесей до 0,1%, в том числе углерода до 0,05%, имеет малое удельное электрическое сопротивление (ρ₁=0,1...0,12 мкОм·м ) и повышенные потери на вихревые точки, что ограничивает его применение в основном для магнитопроводов постоянного магнитного потока (полюсные наконечники, магнитопроводы реле).

Технически чистое железо является основным компонентом большинства магнитных материалов. Магнитные свойства железа определяются составом и количеством примесей, наиболее вредными из которых являются углерод, кислород, сера, азот и водород.

2. Особо чистое железо подразделяемое по способу получения на электролитическое и карбонильное содержит углерода 0,005...0,020% и кислорода 0,005...0,010%. Карбонильное железо используют в виде порошка в качестве ферромагнитной фазы высокочастотных магнитодиэлектриков. Магнитные свойства железа приведены в таблице 1.

2.1.3 Электротехническая нелегированная тонколистовая сталь. Содержание основных элементов в стали не превышает: 0,004%С, 0,3%Si, 0,3%Mn. Изготавливают сталь в виде горячекатаных листов (0,5-3,9мм) и лент (0,1-2,0мм) по ГОСТ 3836-83. Горячекатаная сталь подвергается отжигу при температуре 950 ºС; холоднокатаная поставляется без термической обработки в нагартованном состоянии. Магнитные свойства стали приведены в таблице 2.

2.1.4 Электротехническую нелегированную сортовую сталь изготавливают следующих марок: 10864, 20864, 10880, 20880, 10895, 20895, 11864, 21864, 11880, 21880, 11895, 21895 (ГОСТ 11036-75) и поставляют без термической обработки. В обозначении марки первая цифра указывает класс по виду обработки давлением (1- горячекатаная и кованая 2- калиброванная). Остальные четыре цифры аналогичны обозначениям для марок тонколистовой электротехнической нелегированной стали.