چرا هسته رله یک الکترومغناطیس DC از آهن خالص ساخته شده است، در حالی که هسته یک آهنربای الکتریکی AC از ورق های فولادی سیلیکونی ساخته شده است؟

در طراحی دستگاه الکترومغناطیسی، انتخاب مواد هسته مستقیماً خواص مغناطیسی، مصرف انرژی و افزایش دما را تعیین می کند. چه در سیستم های DC یا AC، اتلاف انرژی در مدار مغناطیسی در درجه اول از دو نوع سرچشمه می گیرد: تلفات جریان گردابی و تلفات پسماند.

 

بنابراین، در شرایط عملیاتی مختلف، انتخاب مواد برای هسته الکترومغناطیس نیاز به تجزیه و تحلیل سیستماتیک با در نظر گرفتن فرکانس تغییرات میدان مغناطیسی، نوع جریان، و الزامات مدیریت حرارتی دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

برای الکترومغناطیس های DC، میدان مغناطیسی به طور کلی یک میدان مغناطیسی پایدار یا آهسته در حال تغییر با نرخ تغییر شار کم است، بنابراین تلفات جریان گردابی و پسماند ناچیز است. تحت این شرایط، تمرکز طراحی به ویژگی‌های نفوذپذیری و اشباع مغناطیسی تغییر می‌کند. آهن خالص، به دلیل نفوذپذیری بالا و اجبار کم، می تواند به سرعت میدان های مغناطیسی ایجاد و آزاد کند، که آن را به یک ماده ایده آل تبدیل می کند و به طور گسترده در هسته های آهن خالص و ساختارهای محرک دقیق مختلف استفاده می شود. علاوه بر این، آهن خالص دارای ویژگی‌های واکنش مغناطیسی عالی است که آن را به ماده‌ای اصلی برای محرک‌های الکترومغناطیسی با حساسیت بالا (مانند رله) تبدیل می‌کند.

 

در مقابل، میدان مغناطیسی یک آهنربای الکتریکی AC در حالت متناوب با فرکانس بالا قرار دارد. تغییر مداوم در شار مغناطیسی، حلقه‌های جریان گردابی قابل توجهی را در هسته ایجاد می‌کند که منجر به اتلاف حرارت اضافی می‌شود. در همین حال، تلفات هیسترزیس نیز با افزایش فراوانی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. برای کاهش تلفات، معمولاً از ساختار ورقه ای فولاد سیلیکونی با مقاومت بالا- استفاده می شود که هسته را به چندین ورق عایق تقسیم می کند تا به طور موثر مسیرهای جریان گردابی را سرکوب کند. این نوع ساختار در هسته های فولادی رله یا اجزای مغناطیسی AC متداول است و یک راه حل استاندارد کاهش تلفات در زمینه مهندسی برق است.

 

در عملکرد واقعی الکترومغناطیس های DC، حتی با تلفات تئوری کم، هسته ممکن است همچنان گرم شود. این مشکل عمدتاً ناشی از تلفات مس در سیم پیچ‌های هادی است که به هسته هدایت می‌شوند، و همچنین تلفات اضافی جریان گردابی که به تدریج در شرایط عملکرد فرکانس بالا یا درایو پالس ظاهر می‌شوند. به خصوص در کاربردهای سوئیچینگ فرکانس بالا، مانند ساختارهای هسته آهن رله، مشکل انباشت گرما بارزتر است. بنابراین، گرمایش هسته نه تنها به مواد مرتبط است، بلکه ارتباط نزدیکی با طراحی کلی سیستم الکترومغناطیسی دارد.

 

برای رسیدگی به مشکل گرمایش هسته الکترومغناطیس‌های DC، مهندسی معمولاً شامل بهینه‌سازی از ابعاد چندگانه است. اول، تلفات مس با بهینه سازی طراحی سیم پیچ (کاهش چگالی جریان و بهینه سازی توزیع چرخش) کاهش می یابد. دوم، مسیرهای اتلاف گرما از طریق طراحی ساختاری، مانند افزایش سطح اتلاف گرما یا استفاده از مواد ساختاری با هدایت حرارتی بهتر، بهبود می‌یابند. علاوه بر این، مدارهای مغناطیسی کمکی آهنربای دائمی را می توان برای کاهش نیازهای جریان تحریک معرفی کرد. در برخی از برنامه‌های کاربردی پیشرفته، مانند Core برای رله الکترومغناطیسی، پایداری حرارتی از طریق کامپوزیت‌های مواد یا عملیات‌های سطحی افزایش می‌یابد.

 

با توجه به خود آهن خالص، ساخت و انتخاب مواد آن نیز الزامات سختی دارد. به عنوان یک ماده مغناطیسی نرم معمولی، آهن خالص باید دارای خلوص بالا (کم کربن، ناخالصی کم)، ساختار یکنواخت و ماشین کاری خوب باشد. مواد رایج مورد استفاده شامل آهن خالص صنعتی یا مواد سری DT4 است که هسته آهنی DT4C یک نمونه معمولی است. این مواد با نفوذپذیری بالا، تلفات کم و یک حلقه پسماند باریک مشخص می‌شوند که آنها را برای رله‌های-با عملکرد بالا و سیستم‌های الکترومغناطیسی دقیق مناسب می‌سازد. علاوه بر این، در طول تولید، فرآیندهایی مانند آهنگری سرد می تواند به طور قابل توجهی چگالی مواد و استحکام مکانیکی را بهبود بخشد. به عنوان مثال، در فرآیند آهنگری سرد هسته آهنی رله DT4C، به طور موثر قوام خاصیت مغناطیسی و دقت ابعاد را بهبود می بخشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

علاوه بر این، کنترل تنش و بازپخت در طول پردازش هسته های آهنی خالص بسیار مهم است. سخت شدن کار به طور قابل توجهی خواص مغناطیسی را کاهش می دهد. بازپخت پس از مهر زنی یا آهنگری سرد برای بازیابی نفوذپذیری مغناطیسی ضروری است. این امر به‌ویژه در اجزای ساختاری با دقت بالا، مانند اجزای مغناطیسی مینیاتوری مانند پایه‌های هسته یا پین‌های رله، که پایداری عملکرد مستقیماً بر سرعت پاسخ کلی و قابلیت اطمینان دستگاه تأثیر می‌گذارد، بسیار مهم است.

 

از دیدگاه کاربردی، مواد آهن مغناطیسی نرم به طور گسترده در رله ها، شیرهای برقی و تجهیزات کنترل صنعتی استفاده می شود. به خصوص در سناریوهایی که نیاز به پاسخ بالا دارند، هسته‌های آهن مغناطیسی نرم برای رله‌ها و هسته‌های رله آهن خالص به دلیل خاصیت مغناطیسی و مغناطیسی‌زدایی عالی به گزینه‌های اصلی تبدیل شده‌اند. به طور همزمان، در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، محصولاتی مانند هسته‌های آهنی برای رله‌های کنترل صنعتی، حتی تقاضاهای بالاتری را برای ثبات مواد و پایداری دسته‌ای دارند.

 

 

با روند مداوم به سمت فرکانس های بالاتر، راندمان بالاتر و قابلیت اطمینان بالاتر در سیستم های الکترومغناطیسی، اهمیت مواد هسته و فرآیندهای ساخت به طور فزاینده ای برجسته می شود. از پایههسته های آهن خالص برقبرای هسته‌های رله آهنگری سرد{0}دقیق بالا، برنامه‌های کاربردی مختلف نیازهای متفاوتی را برای عملکرد مواد ایجاد می‌کنند. برای زمینه رله و محرک الکترومغناطیسی، ما طیف وسیعی از هسته‌های آهن مغناطیسی نرم برای رله و راه‌حل‌های سفارشی‌سازی شده را ارائه می‌کنیم، که شامل قابلیت‌های کامل تولید از انتخاب مواد و آهنگری سرد تا بهینه‌سازی عملیات حرارتی است، و عملکرد سختگیرانه و الزامات قابلیت اطمینان اجزای-الکترومغناطیسی پیشرفته را برآورده می‌کند.