Содержание
- 2. Требования к ЭАС: 1. Легкость намагничивания и перемагничивания (т.е. высокие значения магнитной проницаемости); 2. Высокие значения
- 3. 1. Электротехнические стали. Историческая справка 1900 г. Германия. Открытие положительного влияния кремния на удельные потери в
- 4. 10
- 5. • Кремнистая электротехническая сталь была получена впервые в 1900 г. в результате использования результатов научных исследований,
- 6. • С момента промышленного использования кремнистых сталей в качестве материала магнитопроводов историю их развития можно рассматривать
- 7. Влияние кремния • Добавление 5-6 % Si ведет к образованию упорядоченной α´-фазы со структурой DO3. Это
- 8. Влияние кремния (продолжение)
- 9. • Для удобства изображения и изучения кристаллических решеток различных материалов для каждой из них выделяют наименьший
- 10. 1926 г. Япония. Открытие Хонде и Кая магнитной анизотропии монокристаллов железа (наличие осей легкого и трудного
- 11. • При намагничивании поликристаллического ферромагнетика с хаотично разориентированными зернами, когда каждое зерно имеет свою собственную ориентировку
- 12. • Если все зерна в образце своими кристаллографическими направлениями наилегчайшего намагничивания будут ориентированы параллельно какому-нибудь внешнему
- 13. 1934 г. США. Патент Н.П.Госса. Способ получения электротехнической стали содержащей около 3 мас.% Si из листов
- 14. 20
- 15. • В 1935 году Р. Бозортом (R.M. Bozorth) показал рентгеновскими исследованиями, что высокие магнитные свойства стали
- 16. 900℃ 950℃ 1000℃ 1050℃ 1100℃ 100㎛ Вторичная рекристаллизация • В настоящее время в качестве ингибиторных фаз
- 17. • Несмотря на то, что КПД работы трансформаторов очень высок, по сравнению с другими установками, он
- 18. • Полные потери на перемагничивание (Р) складываются из потерь на гистерезис (РГ) и вихревые токи (РВ).
- 19. • Потери на макровихревые токи возникают в результате изменения общей намагниченности идеально однородного в магнитном отношении
- 20. Удельные электромагнитные потери на перемагничивание в электротехнической (трансформаторной) стали
- 21. • Традиционно ЭАС по величине магнитной индукции (B800 ≥ 1.88 Тл) разделяют на два класса: сталь
- 23. Скачать презентацию
Требования к ЭАС:
1. Легкость намагничивания и перемагничивания (т.е. высокие значения магнитной
Требования к ЭАС:
1. Легкость намагничивания и перемагничивания (т.е. высокие значения магнитной
2. Высокие значения магнитной индукции (В800, В2500, В100, Тл);
3. Минимальные потери при перемагничивании (Р1.7/50, Р1.5/50, Вт/кг).
• Выполнение первых двух требований определяет размеры и вес электрических обмоток и магнитных сердечников трансформаторов. Минимальные потери на перемагничивание определяют КПД трансформаторов и их рабочую температуру. Уровень потерь при перемагничивании определяется, главным образом, потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи, которые зависят от площади петли гистерезиса, т.е. величины коэрцитивной силы материала, и от удельного электросопротивления.
Назначение: пластины или ленты для сердечников (магнитопроводов) преобразующих электроэнергию устройств (трансформаторов).
1.2 Электротехническая анизотропная сталь (ЭАС) холоднокатаная листовая – трансформаторная сталь, технический сплав Fe-3%Si, Grain Oriented Silicon Steel (GOSS, GO), HI-B (для стали с высокой индукцией)
1. Электротехнические стали. Историческая справка
1900 г. Германия.
Открытие положительного влияния кремния
1. Электротехнические стали. Историческая справка
1900 г. Германия. Открытие положительного влияния кремния
ρ = 13.25 + 11.3 * (мас. % Si) [мкОм * см]
1903 г. Германия.
Начало промышленного производства электротехнической кремнистой стали как магнитно-мягкого материала.
10
10
• Кремнистая электротехническая сталь была получена впервые в 1900 г. в
• Кремнистая электротехническая сталь была получена впервые в 1900 г. в
• Первоначально листы кремнистой стали производились методом многократной горячей прокатки от толщины слитка до конечного размера (в лучшем случае до ~ 0.4 мм). Подобный материал назывался горячекатаной электротехнической сталью. Улучшение свойств сталей происходило главным образом за счет снижения содержания углерода, повышения концентрации кремния, увеличения температуры отжига, а также совершенствования способа выплавки .
• С момента промышленного использования кремнистых сталей в качестве материала магнитопроводов
• С момента промышленного использования кремнистых сталей в качестве материала магнитопроводов
Влияние кремния
• Добавление 5-6 % Si ведет к образованию упорядоченной α´-фазы
Влияние кремния
• Добавление 5-6 % Si ведет к образованию упорядоченной α´-фазы
• Одно из преимуществ при добавлении Si к Fe – возможность высокотемпературной обработки для управления зеренной текстурой без вредного влияния α-γ (о.ц.к. - г.ц.к.) фазового перехода.
• Кремний оказывает значительное влияние на магнитные свойства сплава. Его добавление понижает индукцию насыщения и температуру Кюри и поэтому нежелательно. С другой стороны, происходит благоприятное уменьшение константы магнитно-кристаллической анизотропии и возрастание электросопротивления. Близкое к нулю значение магнитострикции при 6%Si – также положительный факт, но как уже отмечалось, материал такого состава хрупок.
Влияние кремния (продолжение)
Влияние кремния (продолжение)
• Для удобства изображения и изучения кристаллических решеток различных материалов для
• Для удобства изображения и изучения кристаллических решеток различных материалов для
• Идеальное кристаллическое строение, характерное для монокристаллов. Большинство реально используемых металлических материалов находятся в так называемом поликристаллическом состоянии, то есть состоят из большого количества монокристаллов (или зерен), разделенных между собой межзеренными границами.
Атомно-кристаллическая структура твердых тел
1926 г. Япония. Открытие Хонде и Кая магнитной анизотропии монокристаллов железа
1926 г. Япония. Открытие Хонде и Кая магнитной анизотропии монокристаллов железа
• При намагничивании поликристаллического ферромагнетика с хаотично разориентированными зернами, когда каждое
• При намагничивании поликристаллического ферромагнетика с хаотично разориентированными зернами, когда каждое
• Трудность в намагничивании и перемагничивании ферромагнетика, работающего в качестве сердечника трансформатора, означает дополнительные потери электроэнергии и снижает КПД последнего. Для избежания этого при изготовлении сердечников трансформаторов используют текстурованную (анизотропную) электротехническую сталь.
Текстура
• Если все зерна в образце своими кристаллографическими направлениями наилегчайшего намагничивания
• Если все зерна в образце своими кристаллографическими направлениями наилегчайшего намагничивания
• Текстурой называется преимущественная ориентировка кристаллитов (зерен) в поликристаллическом материале.
1934 г. США. Патент Н.П.Госса. Способ получения электротехнической стали содержащей около
1934 г. США. Патент Н.П.Госса. Способ получения электротехнической стали содержащей около
В 1935 г. было показано, что высокие магнитные свойства сталь имеет за счет наличия кристаллографической текстуры (110)[001], которая возникла в результате вторичной рекристаллизации (показано в 1951).
В первых образцах только в ~ 40 % материала прошел аномальный рост зерен.
20
20
• В 1935 году Р. Бозортом (R.M. Bozorth) показал рентгеновскими исследованиями,
• В 1935 году Р. Бозортом (R.M. Bozorth) показал рентгеновскими исследованиями,
• В 1949 году Данн (C.G. Dunn) указал на вторичную рекристаллизацию (ВР, аномальный рост зерен), как на процесс ответственный за развитие ориентировки (110)[001] в ЭАС. Еще позже были установлены основные условия реализации аномального роста в материалах – предотвращение собирательной рекристаллизации за счет наличия дисперсных частиц второй (ингибиторной) фазы.
1.2 Электротехническая анизотропная сталь
900℃
950℃
1000℃
1050℃
1100℃
100㎛
Вторичная рекристаллизация
• В настоящее время в качестве ингибиторных фаз при производстве
900℃
950℃
1000℃
1050℃
1100℃
100㎛
Вторичная рекристаллизация
• В настоящее время в качестве ингибиторных фаз при производстве
Параметры ингибиторной фазы (AlN, MnS):
- объёмная доля ~ 0.015 %;
- количество частиц ~ 1012-1014 шт/см3;
- размер частиц < 1000 Å.
• Несмотря на то, что КПД работы трансформаторов очень высок, по
• Несмотря на то, что КПД работы трансформаторов очень высок, по
• За один цикл перемагничивания ферромагнитного материала бесполезно затрачивается энергия, переходящая в тепло, пропорциональная площади динамического цикла гистерезиса. Затраты энергии за единицу времени (секунду), отнесенные к единице массы материала (килограмм, фунт), называются удельными магнитными потерями. Общепринято определять потери в вт/кг (вт/фунт) при фиксированных значениях частоты электромагнитного поля и магнитной индукции, создаваемой полем в магнитопроводе – например: Р1.7/50 = 1.25 вт/кг, где значение 1.25 Вт/кг измерено в поле с индукцией 1.7 Тл при частоте поля 50 Гц.
Удельные электромагнитные потери на перемагничивание в электротехнической (трансформаторной) стали
• Полные потери на перемагничивание (Р) складываются из потерь на гистерезис
• Полные потери на перемагничивание (Р) складываются из потерь на гистерезис
Р = РГ + РВ = РГ + (РМВ + РАВ)
• Гистерезисная составляющая пропорциональна площади петли гистерезиса, полученной в режиме перемагничивания. Площадь цикла гистерезиса в свою очередь зависит от максимальной индукции (Вм), коэрцитивной силы (Нc), остаточной индукции (Вr), которые определяются свойствами и структурой ферромагнетика (тип и чистота материала, наличие и вид дефектов кристаллического строения, размер кристаллитов (D), наличие и степень совершенства кристаллографической текстуры).
• Гистерезисные потери могут быть рассчитаны по следующей формуле:
РГ =S f /γ.
где S – площадь статического цикла гистерезиса, [ТлА/м]; γ – плотность материала, [кг/м3]; f – частота переменного тока, [Гц].
Потери на гистерезис зависят от структурных факторов, в частности, от величины зерна D и текстуры, аналогично тому, как зависит от них «статическая» коэрцитивная сила Нc ~ D-1.
• Потери на макровихревые токи возникают в результате изменения общей намагниченности
• Потери на макровихревые токи возникают в результате изменения общей намагниченности
РМВ = А1 Вм2 f2 h2 / (γ ρ)
где А1 – числовая константа.
• Составляющая потерь на вихревые токи РАВ представляет собой потери на вихревые токи, которые индуцируются внутри доменов в результате локальных изменений индукции при смещении границ. В случае модели плоскопараллельных доменов, которые разделены 180-градусными границами, совершающими синусоидальное движение в тонком листовом материале толщиной h (d ≥ h), получено следующее выражение для этого вида потерь (Прай и Бин), которое в явном виде дает связь потерь на вихревые точки с характеристиками доменной структуры (шириной доменов d):
РАВ = А2 Вм2 f2 d h / (γ ρ)
где А2 – числовая константа
• Вихретоковая составляющая существенно зависит от электросопротивления и, соответственно, от толщины (h) и удельного сопротивления материала (ρ), а также от частоты перемагничивания и ширины магнитных доменов (d).
Удельные электромагнитные потери на перемагничивание в электротехнической (трансформаторной) стали
Удельные электромагнитные потери на перемагничивание в электротехнической (трансформаторной) стали
• Традиционно ЭАС по величине магнитной индукции (B800 ≥ 1.88 Тл)
• Традиционно ЭАС по величине магнитной индукции (B800 ≥ 1.88 Тл)
• Сталь с ограниченной проницаемостью, как правило, применяется в сердечниках распределительных трансформаторов и вращающихся машин малой мощности, работающих при достаточно низких индукциях. Область применения высокопроницаемой стали – сердечники силовых трансформаторов большой мощности, где соображения минимизации габаритов и энергоэффективноти имеют первостепенное значение.
• На 2017 год высокопроницаемая сталь (B800 ≥ 1.90 Тл) занимает ~ 60 % от объема производства анизотропных сталей. Общий объем производства ЭАС ~ 3 млн. т/год
1.2 Электротехническая анизотропная сталь