دید کلی
تولید و کاربرد
مواد فرومغناطیس در مقیاس بزرگی از نظر کمیت و حجم سرمایه گذاری سنجیده می‌شود. به عنوان مثال فروش سالیانه انواع فولادهای الکتریکی که برای
الکتروموتورها و دستگاههای مشابه بکار می‌رود به میلیونها تن ، و ارزش تجاری آنها به صدا میلیون دلار می‌رسد، مواد دیگری که در مقیاس وسیع تولید می‌شوند. مغناطیس‌های دائم برای
بلندگوها و غیره ، یا
نوارهای ضبط مغناطیسی هستند.
فولادهای الکتریکی
فولادهای الکتریکی برای تقویت فشار مغناطیسی در هسته
کلافهای الکترومغناطیسی بکار می‌رود. لذا این مواد بطور روزمره و گسترده در ساختمان بسیاری از
ماشین‌های الکتریکی شرکت دارند. از جمله کاربرد آنها هسته‌های
ترانسفورماتورها ، الکتروموتورها ، مولدها ، یا ماشین‌های الکتریکی است.
برای اینکه این دستگاهها را با بهره انرژی بیشتر و اقتصادی بسازیم ، لازم است
مواد مغناطیسی پیدا کنیم که دارای بالاترین تراوایی ( permenbility) ممکن (و با کمترین قیمت ممکن ) باشند و علاوه بر آن ، مواد هسته بایستی خاصیت مغناطیدگی و حذف مغناطیدگی آسان را داشته باشد. به عبارت دیگر حتی الامکان سطح زیر حلقه هستیرزیس (یا نیروی وادارندگی ، H
c) آنها کوچک باشد.
نحوه دسته بندی فولادها
فولادهای الکتریکی با توجه به برخی از خواص آنها دسته بندی می‌شوند، برای مثال ، با توجه به مقدار اتلاف هسته آنها ، برحسب ترکیب موادی آنها ، پذیرفتاریشان و یا با توجه به اینکه ذراتشان جهت‌دار هستند یا نه دسته بندی می‌شوند.
خواص فولادهای الکتریکی
تلفات هسته
اتلاف هسته مقدار انرژی است که بصورت گرما داخل هسته دستگاههای الکترومغناطیس تلف می‌شوند. و این موقعی است که هسته در معرض یک
میدان متناوب قرار گیرد. انواع متعدد اتلاف شناخته شده‌اند، که بین آنها تلفات مربوط به جریان سرگردان و هستیرزیس بیشترین سهم را دارد. تلفات هسته‌های متداول بین 0.3 و 3 وات به ازای هر کیلوگرم ماده است.
اتلاف جریان سرگردان
ترانسفورمری را در نظر بگیرید که کلافهای اولیه و ثانویه آن دور پایه‌های از طوقه آهنی مستطیل شکل پیچیده شده باشد. تولید جریان الکتریکی متناوب در هسته می‌کند که آنها به نوبه خود در کلاف ثانویه نیروی الکتروموتوری متناوب متناسب با تغییرات زمانی
شار مغناطیسی گذرنده از هسته القا می‌نماید. نیروی الکتوموتیو مزبور باعث بوجود آمدن جریان سرگردان می‌شود. برای مقدار بزرگتر ضریب تراوایی و رسانایی بالای ماده هسته ، بسامد اعمال شده بزرگتر و در هسته با سطح مقطع A بزرگتر مقدار جریان سرگردان بزرگتر است. جریان سرگردان بویژه در بسامدهای بالا مانع از نفوذ
میدان مغناطیسی در قسمتی از مغز هسته می‌شود فقط لایه بیرونی هسته در تقویت کردن شار مغناطیسی شرکت می‌کند.
راههای کم کردن جریان گردابی
راههای متعددی برای کاهش اثر جریان سرگردان وجود دارد. نخست هسته را می‌توان ازماده عایق ساخت تا δ آن کم شود. بنابراین فریت‌ها راه موثر ولی پرهزینه برای ساخت هسته‌های مغناطیس است. در واقع این هسته‌ها فقط برای بسامدهای بالا بکار می‌روند. راه حل دوم اینکه هسته ، از پودر آهن فشرده شده تهیه شود که در آن هر ذره پودر با ماده عایق آغشته شده است. اما در اینجا کاهش δ (رسانایی) به قیمت کاهش شدید تراوایی تمام می‌شود.
راه سوم که بطور وسیعی در کاهش جریانهای سرگردان بکار می‌رود این است که هسته‌ها را از صفحات نازک که از همدیگر بطور الکتریکی عایق هستند، درست می‌شوند. با این روش سطح مقطع کوچک می‌شود و در نتیجه
نیروی الکتروموتیو ، القایی کاهش می‌یابد. بعلاوه تلفات ناشی از اثر پوسته نیز کاهش می‌یابد، با وجود تورق هسته هنوز اتلاف جریان سرگردان پس ماند وجود دارد که باعث تلفات جریانی در داخل ورقه‌های منفرد می‌شود و اگر ورقه‌ها به مقدار کافی از هم عایق نگردد، اتلاف بین ورقه‌ای ممکن است افزایش یابد.
اتلاف هستیرزیس
اتلاف هستیرزیس وقتی به حساب می‌آید که هسته مغناطیس در معرض یک سیکل کامل هستیرزیس قرار گیرد. در این حال مقدار کار هدر رفته بصورت گرما متناسب است با سطح بستر منحنی تغییرات B (
چگالی میدان مغناطیسی) و H (شدت میدان مغناطیسی) است. انتخاب مواد مناسب ، عملیات حرارتی ، و نورد مواد بطور قابل توجهی سطح حلقه هستیرزیس را کاهش می‌دهد.
راههای دیگر کاهش تلفات
افزایش قابل توجه ضریب پذیر رفتاری و کاهش تلفات هستیرزیس فولاد الکتریکی را می‌توان با استفاده از جهت دار کردن مساعد دانه بندی مواد انجام داد. با افزودن اندازه‌ای
سیلیکون مقدار تلفات هسته کاهش می‌یابد. اما برای انجام نورد ، مواد با بیش از 4 تا 5 درصد وزنی سیلیکون خیلی شکننده می‌شود. جهت‌دار شدن دانه‌ها در آلیاژهای سیلیکون باز هم تراوایی را افزایش می‌دهد و تلفات هستیرزیس را می‌کاهد.
مباحث مرتبط با عنوان
