انتخاب مواد هسته آهن خالص سرد Heading و تجزیه و تحلیل عملکرد: مسیر توسعه از مواد مغناطیسی نرم سنتی تا آلیاژهای جدید

اول، ورق های فولادی سیلیکونی، به عنوان رایج ترین مواد هسته فولادی رله، به طور گسترده در رله های فرکانس توان سنتی استفاده می شود. محتوای سیلیکون آنها به طور معمول در 3٪ تا 5٪ کنترل می شود، که با افزایش مقاومت، تلفات جریان گردابی را کاهش می دهد و در عین حال چگالی شار مغناطیسی اشباع بالا را حفظ می کند. این نوع مواد عملکرد کلی خوبی را در محیط‌های 50/60 هرتز از خود نشان می‌دهد و برای کاربردهای{6}حجمی بالا مانند کنترل لوازم خانگی و کنترل صنعتی مناسب است. نمونه‌های متداول عبارتند از Electrician Pure Iron Core و DT4C Iron Core، که مزیت‌های هزینه قابل‌توجهی را ارائه می‌کنند و فناوری‌های پردازش بالغ را ارائه می‌دهند، که تولید کارآمد را از طریق مهر زنی و لمینیت یا فرآیندهای هسته رله‌ی فورج سرد امکان‌پذیر می‌سازند. با این حال، در محیط‌های با فرکانس{10}بالا، تلفات پسماند و جریان گردابی آن‌ها به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد و محدوده کاربرد آن‌ها را محدود می‌کند.

دوم، آلیاژهای آهن-نیکل (پرمالیاژ دائمی) جایگاه مهمی در رله‌های حساس-بالا دارند. این نوع مواد دارای نفوذپذیری اولیه بسیار بالا و اجبار بسیار کم است که امکان درگیری مطمئن با حداقل جریان درایو را فراهم می کند. کاربردهای معمولی شامل رله های سیگنال و تجهیزات ارتباطی است. در حالی که هسته رله آهن خالص نفوذپذیری کمی کمتر از پرمالوی دارد، هزینه آن سودمندتر است، و همچنین دارای پتانسیل کاربردی در رله‌های-وسط تا{6}}بالا{7}}می‌باشد. با این حال، این مواد چگالی شار مغناطیسی اشباع نسبتاً پایینی دارند و در سناریوهای جریان بالا مستعد اشباع مغناطیسی هستند و آنها را برای سیستم‌های کنترل سیگنال ضعیف مناسب‌تر می‌سازد.

نوع سوم مواد آلیاژهای آمورف هستند که از طریق انجماد سریع ساختار اتمی نامنظمی را تشکیل می دهند و به طور قابل توجهی تلفات هیسترزیس را کاهش می دهند. این نوع مواد به طور فزاینده‌ای در انرژی‌های جدید و سیستم‌های الکتریکی با راندمان بالا، به‌ویژه در-رله‌های ولتاژ بالا و سیستم‌های کنترل قدرت برای وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شود. آلیاژهای آمورف به عنوان نسل جدیدی از مواد هسته الکترومغناطیسی، خواص مغناطیسی پایداری را حتی در دماهای بالا حفظ می‌کنند و آنها را برای شرایط بار{4} بالا مناسب می‌سازد. با این حال، آنها شکننده هستند و پردازش آنها دشوار است و نیازهای بیشتری را برای فرآیندهای پانچ و شکل دهی ایجاد می کند.

نوع چهارم، فریت های مغناطیسی نرم هستند که با مقاومت بالا و عملکرد فرکانس بالا- عالی مشخص می شوند. این ماده دارای مزایای غیرقابل جایگزینی در رله‌های فرکانس بالا و ماژول‌های منبع تغذیه سوئیچینگ است، به‌ویژه برای محیط‌های عملیاتی در سطح مگاهرتز-. اگرچه چگالی شار مغناطیسی اشباع آن کم است، استفاده از مواد فریت برای هسته برای رله الکترومغناطیسی در کاربردهای فرکانس{5}بالا می تواند به طور قابل توجهی اتلاف انرژی را کاهش دهد و کارایی سیستم را بهبود بخشد.

در انتخاب مهندسی عملی، عواملی مانند نفوذپذیری، هزینه، پایداری دما و فناوری پردازش باید به طور جامع در نظر گرفته شوند. برای مثال، در رله‌های کنترل لوازم خانگی، فولاد سیلیکونی یا هسته‌های آهن خالص معمولاً برای متعادل کردن هزینه و عملکرد ترجیح داده می‌شوند. در حالی که در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، هسته‌های آهنی برای رله‌های کنترل صنعتی تمایل دارند از مواد با نفوذپذیری بالا برای اطمینان از عملکرد کم- و قابلیت اطمینان بالا استفاده کنند. علاوه بر این، برای ساختارهای رله مینیاتوری، انتخاب مواد برای اجزای کلیدی مانند پین هسته و پایه رله نیز بر عملکرد کلی تأثیر می‌گذارد. معمولاً به مواد مغناطیسی نرم با خلوص بالا، همراه با فرآیندهای آهنگری سرد دقیق (مانند فورج سرد هسته آهن رله DT4C) برای دستیابی به کنترل دوگانه بر روی اندازه و عملکرد، نیاز است.

با توسعه فناوری مواد، آلیاژهای نانوکریستالی جدید به تدریج وارد حوزه کاربرد هسته‌های آهنی نرم کویل می‌شوند. این مواد چگالی شار مغناطیسی اشباع بالایی را حفظ می‌کنند و در عین حال اجبار و تلفات را کاهش می‌دهند و چشم‌اندازهای گسترده‌ای را در کاربردهای پیشرفته مانند هوافضا، الکترونیک قدرت، و وسایل نقلیه انرژی جدید نشان می‌دهند. با این حال، در همان زمان، آنها الزامات سخت گیرانه تری را برای فرآیندهای عملیات حرارتی اعمال می کنند. به عنوان مثال، دقت کنترل دما در بازپخت خلاء باید به سطح بسیار بالایی برسد، در غیر این صورت پایداری خواص مغناطیسی تحت تأثیر قرار خواهد گرفت.

به طور کلی، توسعه مواد Straight Coil Core روندی را به سمت عملکرد بالا، تلفات کم و سازگاری چند سناریویی نشان می‌دهد. از هسته‌های کویل رله سنتی گرفته تا سیستم‌های مواد مرکب جدید، بهینه‌سازی هم افزایی مواد و فرآیندها به یک مسیر کلیدی برای افزایش رقابت محصول تبدیل شده است. در آینده، نوآوری مواد و ارتقای فرآیند تولید، گسترش کاربرد رله‌ها را در سیستم‌های-با فرکانس بالا،-قدرت بالا، و هوشمند بیشتر خواهد کرد.