Prečo je jadro relé jednosmerného elektromagnetu vyrobené z čistého železa, zatiaľ čo jadro elektromagnetu striedavého prúdu je vyrobené z plechov z kremíkovej ocele?

Pri konštrukcii elektromagnetického zariadenia výber materiálu jadra priamo určuje magnetické vlastnosti, spotrebu energie a nárast teploty. Či už v DC alebo AC systémoch, straty energie v magnetickom obvode primárne pochádzajú z dvoch typov: straty vírivými prúdmi a straty hysterézie.

 

Preto pri rôznych prevádzkových podmienkach vyžaduje výber materiálu pre jadro elektromagnetu systematickú analýzu zohľadňujúcu frekvenciu zmien magnetického poľa, typ prúdu a požiadavky na tepelné riadenie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pre jednosmerné elektromagnety je magnetické pole vo všeobecnosti stabilné alebo pomaly sa meniace magnetické pole s nízkou rýchlosťou zmeny toku, takže straty vírivým prúdom a hysterézia sú zanedbateľné. Za týchto podmienok sa zameranie návrhu presúva na charakteristiky permeability a magnetickej saturácie. Čisté železo vďaka svojej vysokej permeabilite a nízkej koercitivite dokáže rýchlo vytvoriť a uvoľniť magnetické polia, čo z neho robí ideálnu voľbu materiálu a je široko používané v jadrách z čistého železa a rôznych presných pohonných štruktúrach. Okrem toho má čisté železo vynikajúce charakteristiky magnetickej odozvy, vďaka čomu je základným materiálom pre vysoko-citlivé elektromagnetické ovládače (ako sú relé).

 

Naproti tomu magnetické pole striedavého elektromagnetu je vo vysoko{0}}frekvenčnom striedavom stave. Nepretržitá zmena magnetického toku vytvára významné slučky vírivých prúdov v jadre, čo vedie k dodatočným tepelným stratám. Medzitým sa so zvyšujúcou sa frekvenciou výrazne zvyšujú aj hysterézne straty. Na zníženie strát sa zvyčajne používa štruktúra laminátu z kremíkovej ocele s vysokým{4}}odporom, ktorý rozdeľuje jadro na viacero izolačných plátov, aby sa účinne potláčali cesty vírivých prúdov. Tento typ konštrukcie je bežný v oceľových jadrách relé alebo magnetických súčiastkach poháňaných striedavým prúdom-a je štandardným riešením na zníženie strát v oblasti elektrotechniky.

 

Pri skutočnej prevádzke jednosmerných elektromagnetov, dokonca aj pri teoreticky nízkych stratách, sa jadro môže stále zahrievať. Tento problém pramení najmä zo strát medi v cievkach vodičov, ktoré sú privádzané do jadra, ako aj z dodatočných strát vírivými prúdmi, ktoré sa postupne objavujú pri vysokofrekvenčnej prevádzke alebo podmienkach impulzného pohonu. Problém akumulácie tepla je výraznejší najmä pri aplikáciách s vysokofrekvenčným spínaním, ako sú napríklad konštrukcie železného jadra relé. Preto ohrev jadra nesúvisí len s materiálmi, ale úzko súvisí aj s celkovým dizajnom elektromagnetického systému.

 

Na riešenie problému ohrevu jadra jednosmerných elektromagnetov inžinierstvo zvyčajne zahŕňa optimalizáciu z viacerých rozmerov. Po prvé, straty medi sa znížia optimalizáciou konštrukcie cievky (zníženie prúdovej hustoty a optimalizácia rozloženia závitov). Po druhé, cesty rozptylu tepla sa zlepšujú prostredníctvom konštrukčného návrhu, ako je zväčšenie plochy rozptylu tepla alebo použitie konštrukčných materiálov s lepšou tepelnou vodivosťou. Okrem toho je možné zaviesť pomocné magnetické obvody s permanentnými magnetmi na zníženie požiadaviek na budiaci prúd. V niektorých špičkových-aplikáciách, ako napríklad Core for Electromagnetic Relay, sa tepelná stabilita ďalej zvyšuje pomocou kompozitných materiálov alebo povrchových úprav.

 

Čo sa týka samotného čistého železa, jeho výroba a výber materiálu majú tiež prísne požiadavky. Ako typický mäkký magnetický materiál musí mať čisté železo vysokú čistotu (nízky obsah uhlíka, nízky obsah nečistôt), jednotnú mikroštruktúru a dobrú opracovateľnosť. Medzi bežne používané materiály patrí priemyselné čisté železo alebo materiály série DT4, pričom typickým príkladom je železné jadro DT4C. Tieto materiály sa vyznačujú vysokou permeabilitou, nízkou stratou a úzkou hysteréznou slučkou, vďaka čomu sú vhodné pre vysokovýkonné relé a presné elektromagnetické systémy. Okrem toho počas výroby môžu procesy ako kovanie za studena výrazne zlepšiť hustotu materiálu a mechanickú pevnosť. Napríklad v procese kovania za studena DT4C Relay Iron Core účinne zlepšuje konzistenciu magnetických vlastností a rozmerovú presnosť.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Okrem toho je pri spracovaní čistých železných jadier rozhodujúca kontrola napätia a žíhanie. Pracovné kalenie výrazne znižuje magnetické vlastnosti; žíhanie je potrebné po razení alebo kovaní za studena, aby sa obnovila magnetická permeabilita. Toto je obzvlášť dôležité v prípade vysoko presných konštrukčných komponentov, ako sú miniatúrne magnetické komponenty, ako sú kolíky jadra alebo kolíky relé, kde stabilita výkonu priamo ovplyvňuje celkovú rýchlosť odozvy a spoľahlivosť zariadenia.

 

Z hľadiska aplikácie sú mäkké magnetické materiály z čistého železa široko používané v relé, solenoidových ventiloch a priemyselných riadiacich zariadeniach. Najmä v scenároch vyžadujúcich vysokú odozvu sa jadrá z mäkkého magnetického železa pre relé a jadrá z čistého železa stali hlavnými výbermi vďaka svojim vynikajúcim magnetizačným a demagnetizačným vlastnostiam. Súčasne v systémoch priemyselnej automatizácie kladú produkty ako železné jadrá pre priemyselné riadiace relé ešte vyššie požiadavky na konzistenciu materiálu a stabilitu šarže.

 

 

S neustálym trendom smerom k vyšším frekvenciám, vyššej účinnosti a vyššej spoľahlivosti v elektromagnetických systémoch narastá dôležitosť základných materiálov a výrobných procesov. Od základnéhoElektrikárske jadrá z čistého železana vysoko presné jadrá relé kovania za studena kladú rôzne aplikácie rôzne požiadavky na materiálový výkon. Pre pole relé a elektromagnetických akčných členov ponúkame rad mäkkých magnetických železných jadier pre relé a prispôsobené riešenia, ktoré zahŕňajú kompletné výrobné možnosti od výberu materiálu a kovania za studena až po optimalizáciu tepelného spracovania, pričom spĺňajú prísne požiadavky na výkon a spoľahlivosť špičkových elektromagnetických komponentov-.