Электротехническая сталь: свойства, виды, производство и применение

Катушка электротехнической стали GNEE

Что такое электротехническая сталь?

Электротехническая стальпредставляет собой ферромагнитный материал, состоящий из железа с различным содержанием кремния (Si) от 1% до 6,5%. Развитие электротехнической стали было вызвано появлением электрооборудования, для которого требовалась сталь, способная уменьшить рассеивание тепла, а эта проблема приводила к потерям энергии. Железо оказалось наиболее экономически выгодным вариантом, но его примеси не были оптимальными. Было обнаружено, что добавление кремния увеличивает удельное сопротивление, увеличивает магнитную проницаемость и снижает потери на гистерезис. Наиболее широко используемая коммерческая электротехническая сталь содержит около 3,25% Si, поскольку более высокое содержание кремния делает полученный материал слишком хрупким для холодной прокатки. Электротехническая сталь с содержанием кремния 6,5 % обладает наиболее улучшенными магнитными и электрическими свойствами, но требует дополнительной термомеханической обработки для преодоления ее хрупкости и ограниченной пластичности.

Свойства электротехнической стали

Добавление кремния в железо значительно улучшает физические свойства электротехнических сталей. Электротехнические стали обладают следующими желательными свойствами для обеспечения производства, распределения и потребления электроэнергии:

• Высокая проницаемость – повышенная способность выдерживать магнитные поля
• Низкая магнитострикция – низкая склонность к расширению или сжатию в магнитных полях.
• Высокое удельное электрическое сопротивление — уменьшает потери в сердечнике за счет уменьшения вихревой составляющей тока.
• Уменьшение потерь на гистерезис. Низкие потери на гистерезис означают меньшие потери энергии в виде тепла от переменной силы намагничивания.

Виды электротехнической стали

Неориентированная полностью обработанная электротехническая сталь

Неориентированная, полностью обработанная электротехническая сталь имеет различные уровни кремния в диапазоне от 0,5% до 3,25% Si. Он имеет одинаковые магнитные свойства во всех направлениях. Этот тип электротехнической стали не требует процессов рекристаллизации для развития своих свойств. Марки сплавов с низким содержанием кремния обеспечивают лучшую магнитную проницаемость и теплопроводность. Для марок высоколегированных сплавов ожидаются лучшие характеристики на высоких частотах с очень низкими потерями. Этот тип отлично подходит для магнитных цепей в двигателях, трансформаторах и корпусах электрических систем. Этот полностью обработанный тип затрудняет штамповку из-за завершенного процесса отжига. Органические покрытия добавляются для улучшения смазки в процессе штамповки.

Сталь электротехническая неориентированная полуобработанная

Неориентированные полуобработанные электротехнические стали в основном не легированы кремнием и подвергаются отжигу при низких температурах после окончательной холодной прокатки. Однако конечный пользователь должен обеспечить окончательный отжиг для снятия напряжений в соответствии с предполагаемым применением стали. Перфорируемость этого типа электротехнической стали лучше, чем у неориентированной полностью обработанной стали, поэтому органические покрытия не требуются. Неориентированные полуобработанные марки являются хорошим материалом для изготовления сердечников небольших роторов, статоров и небольших силовых трансформаторов.

Текстурированная электротехническая сталь

Текстурированные электротехнические сталисостоят из железа с содержанием Si 3%, зерна ориентированы таким образом, чтобы обеспечить высокую проницаемость и низкие потери энергии. Зернистые сорта обладают сильными кристаллографическими свойствами. Этот тип подвергается процессу рекристаллизации, в результате чего образуется улучшенная зернистая структура, которая проявляет лучшие магнитные свойства в направлении прокатки листа. Стали с ориентированной зеренной структурой в основном используются для невращающихся устройств, таких как трансформаторы.

катушка из электротехнической стали

Для чего используется электротехническая сталь?

Электротехнические стали с их выгодными магнитными характеристиками жизненно важны во многих электрических системах. Ниже приведены некоторые области применения сердечников из электротехнической стали [6]:

Вращающиеся машины:

• Приводные двигатели электромобилей
• Герметичные двигатели
• Двигатели переменного тока (AC)
• Двигатели прерывистого режима работы

Статические машины:

• Силовые и распределительные трансформаторы
• Реакторы и магнитные усилители
• Сварочные трансформаторы
• Аудио преобразователи
• Трансформаторы тока
• Магнитные переключатели и реле
• Электрический балласт

ориентированная кремниевая сталь