3. Materiały stosowane do budowy maszyn elektrycznych

3.1. Materiały na rdzenie magnetyczne

Wymagania w stosunku do materiałów magnetycznych miękkich:

- duża indukcja nasycenia,
- łatwa magnasowalność (niskie wartości natężenia pola dla dużej indukcji),
- wąska pętla histerezy,
- duża rezystywność.

Na parametry magnetyczne materiału ma wpływ:

- skład stopu i jego czystość,
- technologia produkcji (np.: walcowanie),
- obróbka cieplna (np.: wyżarzanie 1100-1300 st. C przez ok. 1h).

Walcowanie na zimno sprzyja układaniu się mikrokryształów w jednym kierunku
(anizotropowość magnetyczna).

Stopy żelaza z krzemem (0,4-4,2 % Si)

Nazwa

Zawartość
Si [%]

B

max

[T]

µ

max

Stratność
W/kg

1

2,1

14000

3

3

2,0

9000

2,3

stal
krzemowa

4,5

1,96

7000

1,7

Materiały magnetyczne miękkie

krystaliczne
10- 100

µm

stopy
nanokrystaliczne
(Fe, Si, B, Nb)
10-20 nm

amorficzne

Stale
krzemowe

Stopy Fe - Ni

Taśmy Metglas
(Fe

80

M

20

)

Druty
amorficzne

spieki ferrytowe

Blachy elektrotechniczne krzemowe:

• blachy o ziarnie zorientowanym (anizotropowe), tzw.: „transformatorowe”

stal niskowęglowa, 3 % Si.
Grubość 0,27 mm, 0,30 mm, 0,35 mm.

• blachy izotropowe, tzw.: „prądnicowe”

wysokostopowe (3 % Si i do 1 % Al.) - niska stratność,
niskostopowe (1-2% Si)- wyższa stratność.
Grubość: 0,35 mm, 0,50 mm i 0,65 mm.

Stopy żelaza z niklem (30-80% Ni)

Nazwa

Zawartość
Ni [%]

B

max

[T]

µ

max

anizotropia

Hyperm

36

1,3

14000

Nie

Hyperm

50

1,5

28000

Nie

Permaloj

70

0,8

120000

Tak

Supermaloj 80 Ni,

4-6 Mo,
reszta Fe

0,82

1000000

Tak

Zastosowania:

Rodzaj materiału

ρ [µΩm] B

max

[T]

µ dla 50Hz

Zastosowanie

Stal krzemowa

0,5

2,1

3000 - 5000 Maszyny 50 – 60 Hz

Stopy Fe-Ni

0,4

1,5

4000 - 5500 Maszyny specjalne do 400 Hz

Nanokrystaliczne

11,5

1,2

80000

Metglas

13,7

1,56

160000

Accucore

6,5

1,75

7000

Maszyny specjalne do 20kHz

Nie tylko żelazo!
Atomowy moment magnetyczny
pierwiastków ferromagnetycznych:

Żelazo 2,2
Kobalt 1,7
Nikiel 0,6

Ale jednak żelazo...

Powłoki elektroizolacyjne blach elektrotechnicznych:

‰

Powłoka C3 (AISI)
organiczna odporna na działanie oleju i freonu
polepsza wykrawalność blachy
odporność temperaturowa 180°C
grubość 1,5 µm/stronę.

‰

Powłoka typu C4 (AISI)
nieorganiczna (fosforan glinu i magnezu)
odporna na olej i freon
odporność temperaturowa 800°C
grubość 1 µm/stronę.

Parametry wybranych blach produkowanych w Polsce:

Grubość

Stratność

[W/kg]

B [T] przy H

[A/m]

k

Fe

Gatunek

mm

l,5 T

1 T

2500

5000

min

EP 330-50A

3,30

1,35

1,49

1,60

EP 400-50A

4,00

1,70

1,51

1,61

EP 470-50A

4,70

2,00

1,52

1,62

EP 600-50A

0,50

6,00

2,60

1,55

1,65

0,97

EP 530-65A

5,30

2,30

1,52

1,62

EP 600-65A

6,00

2,60

1,54

1,64

EP 700-65A

7,00

3,00

1,55

1,65

EP 800-65A

0,65

8,00

3,60

1,58

1,68

0,97

p [W/kg]

Gatunek wg
IEC 404-8-7

Grubość

(mm) 1,5 T

1,7 T

B [T] przy

H = 8OO A/m

k

Fe

Materiał o normalnych właściwościach:

089-27-N 5

0,27

0,89

1,40

1,75

0,95

097-30-N 5

0,30

0,97

1,50

1,75

0,955

111-35-N 5

0,35

1,11

1,65

1,75

0,96

Materiał o obniżonej stratności:

130-27-S 5

0,27

1,30

1,78

0,95

140-30-S 5

0,30

1,40

1,78

0,955

155-35-S 5

0,35

1,55

1,78

0,96

Proces produkcji szkła metalicznego (METGLAS)

Jeżeli metal schładzamy bardzo szybko to nie krystalizuje lecz ma strukturę przechłodzonej cieczy

3.2. Materiały magnetyczne twarde

3.3. Materiały przewodowe

Typ

d

[mm]

Typ lakieru

Kl.
iz.

T

max

[°C]

Napięcie
przebicia
[kV]

Wydłuż.
min.[%]

Zastosowanie

DNE 130L,
DN2E 130L

0,125
- 0,7

Poliuretan

B 130

4,6

25

Nie utrudnia lutowania.
Małe silniki, przekaźniki, cewki

DNE 155L,
DN2E 155L

0,125
- 0,7

Poliuretan
modyfikowany

F

155

4,6

25

Nie utrudnia lutowania.
Małe silniki, przekaźniki, cewki

DNE 155,
DN2E 155

0,125
– 2,0

Poliesterimid

F

155

4,6

25

Uzwojenie silników klasy F

DNE 180,
DN2E 180
DNE 180o,
DN2E 180o
DNE 180f,
DN2E 180f

0,125
- 2,0

Poliesterimid
modyfikowany

H 180

4,6

25

Uzwojenie silników klasy H,
transformatory olejowe,
Uzwojenia sprężarek sprzętu
chłodniczego

DNE 180s,
DN2E 180s

0,22
– 1,2

Poliesterimid
modyfikowany
+ poliamid

H 180

4,6

25

Termospiekalny. Uzwojenie
nie wymaga dalszej
impregnacji

DNE 200,
DN2E 200

0,125
- 2,0

Poliesterimid
+poliamidimid

C 200

4,6

25

Uzwojenie silników oraz
innego sprzętu elektrycznego
narażonego na bardzo
wysokie przeciążenia

Rodzaj drutu płaskiego

Symbol

Gołe o przekroju prostokątnym

DNp

Profilowe o izolacji z włókna szklanego nasyconego
lakierami, klasa F

DNp 2 Ss

Np.: DNp2Ss 5.00x10.00

Profilowe o izolacji emalia - włókno szklane – poliester,
Klasa F i H

DNp 2 E155 PS,
DNp 2 E180 PS

Materiały przewodowe specjalne

:

Symbol

Nazwa drutu

Średnice [mm]

Dsm

Drut miedziany (D) srebrzysty (s) zwykły w stanie miękkim (m)

0,20 - 1,5

Dst

Drut miedziany (D) srebrzysty (s) zwykły w stanie twardym (t)

0,20 - 1,5

D2st

Drut miedziany (D) o zwiększonej powłoce srebra (2s) w stanie
twardym (t)

0,6 - 1,5

D3sm

Drut miedziany (D) o szczególnie zwiększonej powłoce srebra
(3s) w stanie miękkim (m)

0,8; 1,0; 1,2; 1,5

D3st

Drut miedziany (D) o szczególnie zwiększonej powłoce srebra
(3s) w stanie twardym (t)

0,8; 1,0; 1,2; 1,5

D4sm

Drut miedziany (D) o grubej powłoce srebra (4s) w stanie
miękkim (m)

1,0; 1,2; 1,5

D4st

Drut miedziany (D) o grubej powłoce srebra (4s) w stanie
twardym(t)

1,0; 1,2; 1,5

Stosowane rodzaje powłok galwanicznych:

srebrna, cynowo-ołowiana, niklowa cynkowa.

Parametry przewodów nawojowych:

Przewody emaliowane

Średnica
[mm]

Maksymalna średnica zewnętrzna
[mm]

Rezystancja
/m

Przekrój
[mm

2

]

Ciężar
kg/1km

oprócz
termospiekalnych

termospiekalne

Stopień

Nominalna

Tolerancja
+/-

1

2

1

2

Min

Max

.

DNE

DN2E

0,125
0,140
0,160

0,003
0,003
0,003

0,144
0,160
0,182

0,154
0,171
0,194

1,3170
1,0550
0,8122

1,4750
1,1700
0,8906

0,0123
0,0154
0,0201

0,1134
0,1413
0,1842

0,1166
0,1454
0,1892

0,180
0,200
0,224
0,250
0,280

0,003
0,003
0,003
0,004
0,004

0,204
0,226
0,252
0,281
0,312

0,217
0,239
0,266
0,297
0,329

0,270
0,300
0,331

0,284
0,316
0,348

0,6444
0,5237
0,4188
0,3345
0,2676

0,7007
0,5657
0,4495
0,3628
0,2882

0,0254
0,0314
0,0394
0,0491
0,0616

0,2344
0,2875
0,3608
0,4487
0,5617

0,2388
0,2940
0,3686
0,4569
0,5721

0,315
0,355
0,400
0,450
0,500

0,004
0,004
0,005
0,005
0,005

0,349
0,392
0,439
0,491
0,544

0,367
0,411
0,459
0,513
0,566

0,369
0,413
0,461
0,514
0,568

0,387
0,432
0,481
0,536
0,590

0,2121
0,1674
0,1316
0,1042
0,08462

0,2270
0,1782
0,1407
0,1109
0,08959

0,0779
0,0990
0,1257
0,1590
0,1963

0,7027
0,9066
1,1419
1,4449
1,7818

0,7147
0,9204
1,1575
1,4631
1,8023

0,560
0,630
0,710
0,800
0,900

0,006
0,006
0,007
0,008
0,009

0,606
0,679
0,762
0,855
0,959

0,630
0,704
0,789
0,884
0,989

0,630
0,704
0,788
0,882
0,987

0,654
0,729
0,815
0,911
1,017

0,06736
0,05335
0,04198
0,03305
0,02612

0,07153
0,05638
0,04442
0,03500
0,02765

0,2463
0,3117
0,3959
0,5026
0,6362

2,2333
2,8225
3,5806
4,5403
5,7414

2,2555
2,8493
3,6098
4,5798
5,7865

1,000
1,120
1,250
1,400
1,600

0,010
0,011
0,013
0,014
0,016

1,062
1,184
1,316
1,468
1,670

1,094
1,217
1,349
1,502
1,706

1,091
1,214

1,123
1,247

0,02116 0,02240 0,7854

0,9852
1,2272
1,5394
2,0106

7,0882
8,8801
11,0446
13,8457
18,0633

7,1322
8,9339
11,111
13,920
18,171

1,800
2,000

0,018
0,020

1,872
2,074

1,909
2,112

2,5447
3,1416

22,8479
28,1869

22,951
28,305

Średnica

[mm]

Średnica z

emalią [mm]

Przekrój

[mm

2

]

Ciężar

[g/m]

Rezystancja

[

Ω/m]

Liczba zwojów

na 1 cm

2

0,2

0,22

0,0314

0,289

0,557

1650

0,5

0,535

0,196

1,83

0,0894

300

1,0

1,05

0,786

7

0,0223

83

1,5

1,56

1,77

15,75

0,0099

33

1,8

1,86

2,545

22,65

0,0069

17

2,0

2,07

3,142

28

0,056

12

Średnica

[mm]

Średnica z

emalią [mm]

Przekrój

[mm

2

]

Ciężar

[g/m]

Rezystancja

[

Ω/m]

Liczba zwojów

na 1 cm

2

0,05
0,06
0,07
0,08
0,09

0,1

0,11
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19

0,2

0,21
0,22
0,23
0,24
0,25
0,26
0,27
0,28
0,29

0,3

0,31
0,32
0,33
0,34
0,35
0,36
0,37
0,38
0,39
0,40
0,41
0,42
0,43
0,44
0,45
0,46

0,062
0,075
0,085
0,095
0,108
0,115

0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19

0,2

0,21
0,22
0,23
0,24
0,25
0,26
0,27

0,285
0,295
0,305
0,315

0,33
0,34
0,35
0,36
0,37
0,38
0,39

0,4

0,41
0,42
0,43
0,44
0,45
0,46
0,47
0,48
0,49

0,002

0,0028
0,0039

0,005

0,0064
0,0079
0,0095
0,0113
0,0133
0,0154
0,0177
0,0211
0,0227
0,0254
0,0285
0,0314
0,0346

0,038
0,042
0,045
0,049
0,053
0,057
0,062
0,066
0,071
0,075
0,080
0,086
0,091
0,096
0,102
0,108
0,113

0,12

0,126
0,132
0,139
0,145
0,152
0,159
0,166

0,019
0,027
0,037
0,048
0,060
0,074
0,085
0,105

0,12

0,143
0,164
0,186

0,21

0,235

0,26

0,289

0,33
0,35
0,39

0,425
0,460
0,495
0,533
0,571
0,612
0,645
0,696

0,74

0,786
0,835

0,89

0,940
0,994
1,046
1,102
1,160

1,22

1,276
1,342
1,405
1,480

1,54

9,1

6,31
4,64
3,55
2,76
2,22
1,84
1,55
1,32
1,14
0,99
0,87

0,772

0,68

0,627
0,557
0,507

0,46

0,422
0,388
0,357

0,33

0,306
0,285
0,266
0,248
0,232
0,218

0,2051
0,1932
0,1824
0,1724
0,1632
0,1547
0,1469
0,1396
0,1329
0,1266
0,1209
0,1154
0,1103
0,1054

20000
15000
11000

9000
7000
6000
5000
4400
3600
3200
2800
2500
2250
2000
1800
1650
1500
1400
1300
1200
1100
1000

950
870
800
770
720
690
650
600
580
540
520
500
475
450
430
420
390
380
370
350

0,47
0,48
0,49

0,5

0,51
0,52
0,53
0,54
0,55
0,56
0,57
0,58
0,59

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9

2

0,5

0,51
0,52

0,535
0,545
0,555
0,565
0,575

0,59

0,6

0,61
0,62
0,63
0,64
0,69
0,74
0,79
0,84

0,9

0,95

1

1,05
1,16
1,26
1,36
1,46
1,56
1,66
1,76
1,86
1,96
2,07

0,173
0,181
0,189
0,196
0,204
0,212
0,221
0,229
0,238
0,246
0,255
0,264
0,273
0,283
0,334
0,385
0,444
0,504

0,57

0,636
0,711
0,786
0,951
1,131
1,329
1,540

1,77

2,015
2,275
2,545
2,840
3,142

1,61
1,68

1,750
1,830

1,9

1,97

2,043
2,118

2,2

2,275
2,355
2,455

2,53
2,62
2,97
3,43
3,95
4,48
5,07
5,66
6,34

7

8,49

10,09
11,81

13,7

15,75
17,91

20,2

22,65
25,15

28

0,1012
0,0979
0,0931
0,0894
0,0859
0,0826
0,0796
0,0766
0,0738
0,0713
0,0688
0,0664
0,0642
0,0621
0,0526
0,0455
0,0395
0,0348
0,0308
0,0275
0,0246
0,0223
0,0184
0,0155
0,0132
0,0144
0,0099
0,0098
0,0077
0,0069
0,0062
0,0056

330
320
310
300
290
280
265
255
250
240
230
225
220
210
180
160
140
120
110
100

90
83
67
55
45
40
33
28
24
17
14
12