Elektrotechnikai lemezek mágneses vizsgálata Szerzők: Földi József - Fodor István - Narancsik Zsolt Körvizsgálat, jártassági vizsgálat, laboratóriumközi vizsgálat, round robin test.

Tartalom Alapfogalmak Elektrotechnikai acélok felosztása Elektrotechnikai acélokra vonatkozó szabványok bemutatása Dekarbonizáló hőkezelés Mágneses tulajdonságok vizsgálata

Mágneses tulajdonságok Áramjárta vezető körül mágneses tér jön létre. A keletkező mágneses teret (mezőt) vektor jellegű fizikai mennyiséggel, a mágneses indukcióval jellemezhetjük (B). Ezek olyan görbék, amelyek bármely pontjában az érintő megadja az indukcióvektor irányát, sűrűségük pedig az indukció nagyságával arányos.

B=µH Mágneses térerősség A H mágneses térerősség (gerjesztés) egy l hosszúságú sűrűn tekercselt n menetes tekercs (szolenoid) belsejében: A mágneses indukció (B) és a mágneses térerősség (H) hányadosaként képezhető anyagi állandó, a mágneses permeabilitás (µ ) B=µH

Anyagok mágneses tulajdonságai A relatív permeabilitás értéke alapján az anyagokat három csoportra osztjuk: Diamágnes (réz, víz, üveg stb.) Paramágnes (alumínium, szilicium stb.) Ferromágnes (vas-, kobalt-, nikkel-, réz- stb. ötvözetek.

Mágneses hiszterézis görbe Az a zárt görbe vonal, amely megmutatja, hogy a váltakozó nagyságú és irányú H gerjesztő térerősség esetén hogyan változik a B indukció, az ún. hiszterézisgörbe.

Mágneses hiszterézis görbe A hiszterézisgörbe által bezárt terület arányos a vasanyag átmágnesezéséhez szükséges energiával. A váltakozó irányú gerjesztéssel elvesző energia, a hiszterézisveszteség hővé alakul át.

Transzformátor működési elve A transzformátorban kétféle veszteség lép fel: -vasveszteség -tekercs (réz-) veszteség. Hatásfok: η=P2/P1<1

A mágneses tulajdonságokat befolyásoló tényezők Az elektromágneses eszközök működése szempontjából a vasmag következő jellemzői rendkívül fontosak: a vasmag geometriája (keresztmetszetek, hosszok) a légrés mérete a vasmag mágneses tulajdonságai a működési hőmérséklet (a mágneses tulajdonságok ugyanis hőmérséklet függőek) a villamos vezetőképesség

Elektrotechnikai acélok felosztása Az elektrotechnikai acélok két acéltípusra oszthatók fel: -Transzformátor acélokra -Dinamóacélokra.

Transzformátor acélok A transzformátoroknál meghatározó szerepe van az átmágnesezési (watt) veszteségnek, mivel ettől függ az üres járási veszteség. Az örvényáram veszteség csökkenése érdekében a transzformátor lemez vastagsága nem érheti el a 0,35 mm-t. Az ISD DUNAFERR Hideghengermű jelenleg nem gyárt ilyen acélt.

Dinamóacélok A dinamólemez: olyan anyagok, amelyeket elsősorban motorok, generátorok, készítésére használnak fel. Itt a mágneses veszteségek szintje nem olyan jelentőségű, de az elektromechanikus átalakítás hatásának javítása érdekében nagyobb mágneses indukciós értékeket kell elérni. Járatos vastagság: 0,50 0,65 1,00 mm

Kisajtolt álló-és forgórész A vevő a tekercsből a képeken látható alkatrészeket kisajtolja, hőkezeli, majd összeállítja belőlük az álló- és forgórészt.

Elektrotechnikai alapanyagok tulajdonságai A villamos ipar részére készülő fémeknek és ötvözeteiknek nagyon lényeges tulajdonságuk hogy minél kevesebb energia felhasználásával és csekély wattveszteség árán tudjuk átmágnesezni. A ferromágneses ötvözeteknél a mágnesezhetőség mértéke a telítési indukciótól, vagyis a ferromágneses fém mennyiségétől függ, azaz a mágneses keresztmetszet nagyságától.

Elektrotechnikai lemezek szállítási állapota A hidegen hengerelt elektrotechnikai lemezek az alábbi kategóriákba sorolhatók: EN 10341 (EN 10126, EN 10165): hidegen hengerelt, ötvözetlen és ötvözött, félkész állapotú elektrotechnikai acéllemez és szalag (semi-processed state) EN 10106: nem irányított szemcsézetű, kész állapotú elektrotechnikai acéllemez és szalag (fully-processed state) EN 10107: irányított szemcsézetű, kész állapotú elektrotechnikai acéllemez és szalag (fully-processed state)

Elektrotechnikai lemezek szállítási állapota Az ISD DUNAFERR félkész állapotú szalagokat szállít a megrendelőinek.

Dekarbonizáló hőkezelés A dekarbonizáló hőkezelés során a lemez karbontartalma 0,002% - 0,005% közé csökken, a szemcseszerkezete eldurvul és olyan összefüggő réteg alakul ki a felületén, ami a leendő vasmag lemezei közötti szigetelő réteget adja. A karbon eltávolítása nedvesített hidrogént tartalmazó közegben, a hevítés az oxidáció elkerülése érdekében nitrogénben történik.

Dekarbonizáló kemence

Dekarbonizáló hőkezelés 200 °C/h felfűtés 2 h hőntartás 120 °C/h hűtés 550°C-ig.

Dekarbonizációs hőkezelési diagram

Laboratóiumban végzett dekarbonizáló hőkezelés-referenciaállapot Nálunk levő dekarbonizáló kemence a fenti feltételek teljesítését egy zárt gázterű készülékkel végzi. Eurotherm vezérlőkön keresztül biztosítják a hőkezelés szabványos értékeken tartását. A korszerű vezérlők programozása, valamint a hőkezelési folyamat regisztrálása számítógépen futó iTools szoftverrel történik A próbatesteket próbatartó „fésűkben” hőkezeljük.

„Fésű” A fésűben elhelyezkedő Epstein lemezek ill. járomlemezek.

Dekarbonizáló kemence Gáz vezérlő- és ellátó egység részei: -vezérlő egység -2 db nitrogén, 1 db formálógáz, 1 db propán-bután palack.

Mágneses tulajdonságok mérése A Hideghengermű részéről 1998-ban merült fel az elektrotechnikai lemezek mágneses vizsgálati igénye. 1998-tól 2000-ig az egykori QUALITEST LAB Kft. (QL). mágneses lemezvizsgáló készüléket bérelt a vizsgálati feladatok megoldására. 2000 augusztusában egy magyar fejlesztői csapat üzembe állította a cég saját berendezést, ami a félkész és kész állapotú lemezek Epstein és Járom mintáinak vizsgálatára is alkalmas volt. 2003-tól rendszeres mérés 2006-ban egy jelentős beruházás részeként kaptunk egy már jóval korszerűbb Brockhaus MPG 100 D típusú gépet. Minősítő vizsgálat

Mágneses vizsgálat Az EN 60404-2 és EN 10280 vizsgálati szabványok a vizsgáló berendezések kialakítását és a velük mérendő paramétereket írják le. Szabványos vizsgálat szerint a H = 2500 A/m, 5000A/m és 10000 A/m, 50 Hz frekvenciájú, váltakozó erősségű mágneses térbe helyezve a próbatesteket meg kell határozni az indukció értékét, B = 1.0, 1.5 T indukciónál pedig a teljes átmágnesezési veszteség értékét.

Mágneses vizsgálat Amerikai piacra szállító vevőknél az ASTM 343 és 804 szabványok szerinti vizsgálatokat kell elvégezni. Itt 60 Hz frekvenciájú váltakozó mágneses térben kell a vizsgálatokat végrehajtani. Mérés során meg kell határozni a teljes átmágnesezési veszteség értékét és a relatív permeabilitást. A permeabilitás több ponton is meghatározható, ez a vizsgálat előtti megegyezés kérdése.

Mágneses vizsgálatok A vizsgálatok végezhetők mind Epstein keretben, mind járommal lezárt mérőkörben. Epstein keretbe megközelítőleg 1 kg tömegű vasmagot kell építeni 280 * 30 mm méretű lemezekből. A vizsgálatokat hengerlési irányonként kell elvégezni.

Epstein keret

Járom (SST, Yoke) A járom vizsgálathoz irányonként egy darab 150x150 mm méretű lemez szükséges. Mindkét mérési módszernél azonosak a meghatározandó mágneses értékek.

Brockhaus MPG 100 D

Brockhaus MPG 100 D A készülék számítógéppel vezérelt, a mérési adatgyűjtést és a hiszterézis görbék feldolgozását szoftver végzi. Minden mérés előtt a behelyezett próbatesteket lemágnesezi, majd a megadott szabványos vagy egyedi mérési pontokon meghatározza az indukciót majd számítja a wattveszteség értékét.

Próbaátvétel vonalkóddal -Próbatest adatait vonalkódban -Próbatest adatai azonnal a rendszerünkbe kerülnek Lotus Notes program támogatás Saját fejlesztés

Berendezés Epstein kerete

Próbatestek behelyezése az Epstein keretbe A próbatestek behelyezése a következő képen megy végbe: A Brockhaus felirattal párhuzamosan 1-1 darab hosszirányú, rá merőlegesen 1-1 darab keresztirányú próbatestet teszünk, a végeiket sarkosan illesztve. Az átlapolt sarkokat megközelítőleg 1 N erővel le kell szorítani.

Járom mérőegység

Próbatest behelyezése a járomba Hőkezelés után lemérjük a próbatest méreteit, illetve a tömegét. Behelyezzük a lemezt a mérőtekercsek közé. Járomnál mindig átlagértéket mérünk: ami azt jelenti, hogy lemérjük a lemez mágneses tulajdonságait, majd a szoftver utasítására 90°-kal elforgatva is elvégezzük a mérést

Vizsgálat

Vizsgálati jegyzőkönyv 1

Vizsgálati jegyzőkönyv

Ellenőrzések A készülék beüzemelése óta jelentős számú összemérés történt Mágneses indukció értékeinek 2500, 5000 és 10000 A/m mérési pontokon mért eltérése a különböző mérőhelyek között nagyon kicsi, 1 – 1,5 % . A wattveszteség elvárt ismétlési pontossága mérőhelyenként ± 2 %, az összeméréseknél tapasztalt eltérés nagysága kisebb ennél.

Wattveszteség görbe

Ellenőrzések A mágneses vizsgáló berendezést az alap villamos mértékegységekre (U, I, R) visszavezetett kalibráló pontokkal szerelték fel, a berendezés kalibrálását évente végzik. A két kalibrálás közötti időszakban a berendezés ellenőrzése heti gyakorisággal történik, a szabványos mérési pontokon meghatározott eredményeket egyedi érték kártyán (SPC: Statistical Proccess Controll) vezetik.

Stabilitás vizsgálat 2006.12 hónap óta Első mérés a 100%

Megoldandó feladatok A folyamatosan növekvő vizsgálati darabszám miatt a jövőben megoldandó feladat, kivágó szerszám, tervezése illetve kivitelezése, a próbatestek méretpontossága illetve síkkifekvésének javítása céljából.

Köszönöm a figyelmüket! További információ: Földi József, jfoldi@dwa.ln.dunaferr.hu Narancsik Zsolt, narancsik@rt.dunaferr.hu Fodor István, ifodor@rt.dunaferr.hu