В первых двух частях цикла были разобраны показатели качества электротехнической стали: структура, химический состав, удельные потери и типы изоляционных покрытий. Заключительный раздел посвящён практическому применению тонколистового проката — технологиям изготовления магнитопроводов и сердечников для трансформаторов и электрических машин.
От точности геометрических параметров холоднокатаной ленты зависят коэффициент заполнения сечения сталью, массогабаритные показатели сердечника и технологичность его изготовления. Итоговые потери и КПД устройства определяются совокупностью факторов: удельными потерями материала, качеством изоляции, режимом отжига и точностью сборки.
В зависимости от назначения и рабочей частоты оборудования из электротехнической стали изготавливают сердечники нескольких конструктивных типов.
Собираются из отдельных штампованных или нарезанных пластин изотропной или анизотропной стали.
Области применения: статоры и роторы асинхронных и синхронных электрических машин (как правило, из изотропной стали), силовые трансформаторы (как правило, из анизотропной стали).
Требования к материалу: минимальная разнотолщинность, отсутствие заусенцев после резки и штамповки (заусенец замыкает соседние пластины и увеличивает потери на вихревые токи), высокое межслойное сопротивление изоляционного покрытия, стабильность магнитных свойств после механической обработки. При необходимости детали после штамповки подвергают отжигу для снятия напряжений.
Изготавливаются непрерывной навивкой холоднокатаной ленты заданной ширины на оправку. Типовая последовательность операций: навивка, отжиг для снятия механических напряжений (как правило, при 780–850°C в защитной атмосфере), пропитка или склейка, а для разрезных сердечников — последующая резка с обработкой торцов. Конструктивные исполнения: тороидальные (кольцевые), прямоугольные, разрезные C-, U- и Ш-образные. В отечественной документации применяют буквенные обозначения типоразмеров, в зарубежной — названия toroidal core, C-core, U-core.
Области применения: тороидальные трансформаторы, измерительные трансформаторы тока и напряжения, дроссели, трансформаторы импульсных источников питания.
Преимущества: позволяют полностью использовать свойства анизотропной стали, так как магнитный поток направлен вдоль направления прокатки ленты на всём пути замыкания.
Ограничения: в разрезных сердечниках на стыке остаётся технологический воздушный зазор, а качество обработки торцов заметно влияет на потери и ток намагничивания.
Важнейший технологический параметр при проектировании сердечника — коэффициент заполнения Kз, равный отношению эффективного сечения стали к геометрическому сечению пакета: Kз = Sст / Sгеом. Он показывает, какую долю сечения занимает металл, а какую — изоляционное покрытие и воздушные микрозазоры.
Факторы, снижающие коэффициент заполнения:
разнотолщинность ленты по ширине и длине;
серповидность ленты, которая осложняет навивку и приводит к смещению витков;
волнистость и коробление кромок, в том числе после продольной резки;
заусенцы и шероховатость поверхности;
избыточная толщина изоляционного покрытия;
недостаточное давление при прессовке пакета или слишком слабое натяжение при навивке.
Коэффициент заполнения существенно зависит от толщины ленты: чем тоньше лента, тем больше доля изоляции и микрозазоров. Для ленты толщиной 0,30–0,35 мм с тонким покрытием типичны значения Kз около 0,94–0,97, а для лент толщиной 0,10 мм и тоньше — около 0,82–0,88. Реальное значение определяется толщиной покрытия, качеством поверхности и технологией навивки или сборки.
С ростом рабочей частоты увеличиваются потери на вихревые токи, поэтому толщину ленты уменьшают. Значения в таблице ориентировочные и зависят от материала, индукции и допустимого уровня потерь.
|
Рабочая частота |
Толщина ленты |
Материал |
Kз (ориент.) |
Типичные области применения |
|---|---|---|---|---|
|
50 Гц (сетевая) |
0,27–0,35 мм |
Анизотропная сталь (трансформаторы), изотропная сталь (электрические машины) |
0,94–0,97 |
Силовые и сетевые трансформаторы, промышленный электропривод. |
|
400 Гц (повышенная) |
0,10–0,20 мм |
Тонкая анизотропная лента (трансформаторы), тонкая изотропная сталь (электрические машины) |
0,90–0,93 |
Авиационная электротехника, бортовые генераторы и трансформаторы. |
|
1–10 кГц (высокая) |
0,05–0,10 мм на частотах 1–3 кГц; 0,02–0,05 мм ближе к 10 кГц |
Ультратонкая электротехническая лента |
0,82–0,88 |
Высокочастотные трансформаторы, дроссели и сглаживающие фильтры преобразователей. |
На частотах выше 10–20 кГц электротехническая сталь, как правило, уступает другим материалам: здесь применяют аморфные и нанокристаллические ленты, ферриты и магнитодиэлектрики. Диапазон СВЧ (гигагерцы) для сердечников из электротехнической стали неприменим.
Петербургский завод прецизионных сплавов (ПЗПС) специализируется на прецизионных сплавах и специальных сталях. Однако в номенклатуре завода также представлены нелегированные электротехнические стали (например, марки 20895, 20880 и 20860, которые применяются в приборостроении). Нелегированную электротехническую сталь регламентирует ГОСТ 11036-75, а холоднокатаную кремнистую сталь — стандарты серии ГОСТ 21427. Возможность поставки проката по конкретному стандарту, а также поставки по специальным техническим условиям заказчика уточняйте в отделе продаж по телефону +7 812 740 76-87.
