Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Вопрос «из какого материала делают магнитопроводы» не имеет одного ответа: выбор зависит от рабочей частоты и требований к потерям. Основной материал силовых магнитопроводов (сердечников) на частоте сети — электротехническая (кремнистая) сталь с текстурой или без неё. На высоких частотах и там, где важен КПД, применяют аморфные и нанокристаллические ленты, а в радиотехнике и импульсной технике — ферриты. Каждый материал закрывает свой диапазон частот и индукций.
Ниже разобрано, какие материалы используют для магнитопроводов трансформаторов, дросселей и электрических машин, чем отличаются анизотропная и изотропная электротехническая сталь, как устроена маркировка, что дают аморфные сплавы и ферриты, из чего складываются магнитные потери и как материал связан с областью применения. Требования к электротехнической стали задают межгосударственные стандарты ГОСТ 21427.0 – 21427.2.
Магнитопровод (сердечник) — это часть магнитной цепи из магнитомягкого материала, которая проводит и концентрирует магнитный поток в трансформаторах, дросселях, реле, генераторах и электродвигателях. От материала магнитопровода напрямую зависят потери энергии, нагрев и габариты изделия. Магнитомягкие материалы отличает малая коэрцитивная сила, высокая магнитная проницаемость и узкая петля гистерезиса — они легко перемагничиваются.
Выбор материала определяется несколькими факторами:
Главный ориентир при выборе материала магнитопровода — рабочая частота; она определяет и допустимые потери, и предельную индукцию.
Для магнитопроводов трансформаторов и электрических машин, работающих на частоте сети, основной материал — кремнистая электротехническая сталь. Это сплав железа с кремнием; содержание кремния лежит в пределах примерно от 0,5 до 5 %. Кремний повышает удельное электрическое сопротивление стали и тем самым снижает потери на вихревые токи, а также уменьшает потери на гистерезис. Обратная сторона легирования — сталь становится более твёрдой и хрупкой, что усложняет штамповку и гибку.
Индукция насыщения кремнистого железа высока — порядка 2 Тл, что позволяет получать компактные сердечники при частоте сети. Магнитопровод из листовой стали делают шихтованным — набранным из тонких изолированных листов (пластин), либо витым ленточным. Разбиение на тонкие изолированные листы принципиально: оно разрывает контуры вихревых токов и снижает соответствующие потери.
Холоднокатаную электротехническую сталь делят на два больших класса по кристаллической текстуре.
В анизотропной стали (ГОСТ 21427.1-83, марки 3404–3409 и др.) зёрна ориентированы так, что ось лёгкого намагничивания расположена вдоль направления прокатки (ребровая текстура). Вдоль этого направления сталь имеет максимальную проницаемость и минимальные потери. Такую сталь применяют там, где поток течёт по постоянному направлению — прежде всего в трансформаторах, магнитопровод которых собирают так, чтобы поток шёл вдоль прокатки.
В изотропной стали (ГОСТ 21427.2-83, марки 2011–2421 и др.) магнитные свойства примерно одинаковы во всех направлениях листа. Её выбирают для вращающихся машин — электродвигателей и генераторов, где направление магнитного потока в сердечнике постоянно меняется.
Марка холоднокатаной стали — четырёхзначная; первые три цифры образуют тип стали:
Там, где важны минимальные потери, применяют магнитопроводы из аморфных и нанокристаллических лент. Аморфный сплав получают сверхбыстрым охлаждением расплава: металл застывает без образования кристаллической решётки. Ленту сматывают в тороидальный или ленточный сердечник и подвергают термомагнитной обработке; при определённом отжиге структура становится нанокристаллической, что позволяет управлять формой петли гистерезиса и уровнем потерь.
Преимущество аморфных магнитопроводов — существенно меньшие потери холостого хода по сравнению со сталью на той же частоте. Ограничения — более низкая индукция насыщения (у железоаморфных сплавов около 1,5 Тл против примерно 2 Тл у кремнистой стали), хрупкость ленты и необходимость защиты сердечника: отожжённый магнитопровод поставляют в защитном контейнере, пропитанным лаком или покрытым краской.
На высоких частотах металлические материалы становятся невыгодны из-за вихревых токов, и магнитопроводы делают из магнитомягких ферритов — спечённой керамики на основе оксидов железа с добавками. У ферритов очень высокое удельное электрическое сопротивление, поэтому вихревые токи в них практически отсутствуют. Плата за это — низкая индукция насыщения (заметно ниже, чем у стали).
В маркировке магнитомягких ферритов первое число — начальная магнитная проницаемость, а буквы указывают частотный диапазон (например, НМ — марганец-цинковые, НН — никель-цинковые). Ферритовые сердечники выпускают готовыми деталями различной формы: кольцевыми (тороидальными), Ш-образными, П-образными, чашечными.
Потери в магнитопроводе при перемагничивании складываются из двух основных составляющих.
Удельные потери — ключевой паспортный показатель материала (Вт/кг для стали). Их нормируют при заданной индукции и частоте: для электротехнической стали, например, при индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц. При сравнении марок и партий потери сопоставляют строго при одинаковых индукции и частоте.
Магнитные потери зависят не только от материала, но и от толщины листа, качества изоляционного покрытия и конструкции стыков магнитопровода. Механические напряжения и заусенцы при штамповке ухудшают магнитные свойства, поэтому после раскроя нередко проводят отжиг.
Отправная точка — рабочая частота и требование к потерям, затем учитывают индукцию, технологичность и форму сердечника.
На частоте сети — из кремнистой электротехнической стали (анизотропной или изотропной). Для высокого КПД применяют аморфные и нанокристаллические ленты, а на высоких частотах — магнитомягкие ферриты. Материал выбирают прежде всего по рабочей частоте.
У анизотропной (текстурованной) стали свойства лучше всего вдоль направления прокатки — её применяют в трансформаторах. У изотропной свойства одинаковы во всех направлениях листа — она нужна для электродвигателей и генераторов, где направление потока меняется.
Кремний повышает удельное электрическое сопротивление стали, снижая потери на вихревые токи, и уменьшает потери на гистерезис. При этом сталь становится более хрупкой, что усложняет штамповку.
Разбиение на тонкие изолированные листы разрывает контуры вихревых токов и снижает потери. Чем тоньше лист, тем меньше эти потери, но тем выше трудоёмкость сборки.
Из магнитомягких ферритов — керамики на основе оксидов железа. Их высокое удельное сопротивление практически исключает вихревые токи. Марганец-цинковые ферриты применяют до примерно 1 МГц, никель-цинковые — на более высоких частотах.
Существенно меньшие потери на перемагничивание при той же частоте, что снижает потери холостого хода трансформатора. Ограничения — более низкая индукция насыщения и хрупкость ленты, требующая защиты сердечника.
Классификация и марки — ГОСТ 21427.0-75; анизотропная холоднокатаная сталь — ГОСТ 21427.1-83; изотропная — ГОСТ 21427.2-83; нелегированная — ГОСТ 3836-83.
Первая цифра — класс по структуре и виду проката, вторая — степень легирования кремнием, третья — группа по нормируемой характеристике, четвёртая — порядковый номер типа. Первые три цифры вместе задают тип стали.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.