Elektrostahl: Eigenschaften, Typen, Produktion und Anwendungen

GNEE-Elektrostahlspule

Was ist Elektroband?

Elektrostahlist ein ferromagnetisches Material, das aus Eisen mit unterschiedlichen Mengen an Silizium (Si) von 1 % bis 6,5 % besteht. Die Entwicklung von Elektrostahl wurde durch Elektrogeräte ausgelöst, die Stahl benötigten, der die Wärmeableitung reduzieren konnte, ein Problem, das zu Energieverschwendung führte. Eisen erwies sich als die wirtschaftlichste Option, seine Verunreinigungen waren jedoch nicht optimal. Es wurde festgestellt, dass die Zugabe von Silizium den spezifischen Widerstand erhöhte, die magnetische Permeabilität erhöhte und die Hystereseverluste verringerte. Der am häufigsten verwendete kommerzielle Elektrostahl enthält etwa 3,25 % Si, da ein höherer Siliziumgehalt dazu führt, dass das resultierende Material zu spröde wird, um kaltgewalzt zu werden. Elektrostahl mit einem Siliziumgehalt von 6,5 % hat die besten magnetischen und elektrischen Eigenschaften, erfordert jedoch eine zusätzliche thermomechanische Bearbeitung, um seine Sprödigkeit und begrenzte Duktilität zu überwinden.

Eigenschaften von Elektroband

Der Zusatz von Silizium zu Eisen verbessert die physikalischen Eigenschaften von Elektrostählen erheblich. Elektrostähle verfügen über die folgenden wünschenswerten Eigenschaften zur Unterstützung der Erzeugung, Verteilung und des Stromverbrauchs:

• Hohe Permeabilität – erhöhte Kapazität zur Unterstützung magnetischer Felder
• Geringe Magnetostriktion – geringe Tendenz, sich in Magnetfeldern auszudehnen oder zusammenzuziehen
• Hoher elektrischer Widerstand – verringert den Kernverlust durch Reduzierung der Wirbelstromkomponente
• Geringerer Hystereseverlust – ein geringer Hystereseverlust bedeutet weniger Energieverschwendung in Form von Wärme durch wechselnde Magnetisierungskräfte.

Arten von Elektrostahl

Nichtorientiertes, vollständig verarbeitetes Elektroband

Nicht orientierter, vollständig verarbeiteter Elektrostahl weist unterschiedliche Siliziumgehalte auf, die zwischen 0,5 % und 3,25 % Si liegen. Es verfügt über gleichmäßige magnetische Eigenschaften in alle Richtungen. Diese Art von Elektrostahl erfordert keine Rekristallisationsprozesse, um seine Eigenschaften zu entwickeln. Die Legierungsqualitäten mit niedrigem Siliziumgehalt bieten eine bessere magnetische Permeabilität und Wärmeleitfähigkeit. Bei hochlegierten Güten wird bei hohen Frequenzen eine bessere Leistung bei sehr geringen Verlusten erwartet. Dieser Typ eignet sich hervorragend für Magnetkreise in Motoren, Transformatoren und Gehäusen elektrischer Systeme. Dieser vollständig verarbeitete Typ erschwert aufgrund eines abgeschlossenen Glühprozesses die Stanzbarkeit. Um die Schmierung im Stanzprozess zu verbessern, werden organische Beschichtungen hinzugefügt.

Nichtorientiertes, halbverarbeitetes Elektroband

Nichtorientierte, halbverarbeitete Elektrostähle sind größtenteils nicht mit Silizium legierte Stähle und werden nach dem abschließenden Kaltwalzen bei niedrigen Temperaturen geglüht. Der Endverbraucher muss jedoch für die abschließende Spannungsarmglühung entsprechend der vorgesehenen Verwendung des Stahls sorgen. Die Stanzbarkeit dieser Elektrostahlsorte ist besser als die des nichtorientierten, vollständig verarbeiteten Typs, sodass keine organischen Beschichtungen erforderlich sind. Nichtorientierte halbverarbeitete Sorten sind gute Kernmaterialien für kleine Rotoren, Statoren und kleine Leistungstransformatoren.

Kornorientiertes Elektroband

Kornorientierte Elektrostählebestehen aus Eisen mit 3 % Si-Gehalt, wobei die Körner so ausgerichtet sind, dass sie eine hohe Permeabilität und einen geringen Energieverlust bieten. Kornorientierte Sorten weisen starke kristallografische Eigenschaften auf. Dieser Typ durchläuft einen Rekristallisationsprozess, der zu einer verbesserten Kornstruktur führt, die bessere magnetische Eigenschaften in Walzrichtung des Blechs aufweist. Kornorientierte Stähle werden meist für nicht rotierende Anwendungen, beispielsweise Transformatoren, verwendet.

Elektrostahlspule

Wofür wird Elektroband verwendet?

Elektrostähle sind aufgrund ihrer vorteilhaften magnetischen Eigenschaften in vielen elektrischen Systemen von entscheidender Bedeutung. Nachfolgend sind einige Anwendungen aufgeführt, bei denen Elektrostahlkerne zum Einsatz kommen [6]:

Rotierende Maschinen:

• Antriebsmotoren für Elektrofahrzeuge
• Hermetische Motoren
• Wechselstrommotoren (AC).
• Motoren mit intermittierendem Betrieb

Statische Maschinen:

• Leistungs- und Verteilungstransformatoren
• Reaktoren und magnetische Verstärker
• Schweißtransformatoren
• Audiotransformatoren
• Stromtransformatoren
• Magnetschalter und Relais
• Elektrisches Vorschaltgerät

orientierter Siliziumstahl