Elektrotechnikai lemezek mágneses vizsgálata

Az előadások a következő témára: "Elektrotechnikai lemezek mágneses vizsgálata"— Előadás másolata:

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

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

3 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.

4 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

5 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.

6 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.

7 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.

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

9 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

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

11 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.

12 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

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

14 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.

15 Elektrotechnikai lemezek szállítási állapota
A hidegen hengerelt elektrotechnikai lemezek az alábbi kategóriákba sorolhatók: EN (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)

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

17 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.

18 Dekarbonizáló kemence

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

20 Dekarbonizációs hőkezelési diagram

21 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.

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

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

24 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

25 Mágneses vizsgálat Az EN és EN vizsgálati szabványok a vizsgáló berendezések kialakítását és a velük mérendő paramétereket írják le. Szabványos vizsgálat szerint a H = 2500 A/m, 5000A/m és 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.

26 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.

27 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.

28 Epstein keret

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

30 Brockhaus MPG 100 D

31 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.

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

33 Berendezés Epstein kerete

34 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.

35 Járom mérőegység

36 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

37 Vizsgálat

38 Vizsgálati jegyzőkönyv 1

39 Vizsgálati jegyzőkönyv

40 Ellenőrzések A készülék beüzemelése óta jelentős számú összemérés történt Mágneses indukció értékeinek 2500, 5000 és 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.

41 Wattveszteség görbe

42 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.

43 Stabilitás vizsgálat 2006.12 hónap óta
Első mérés a 100%

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

45 Köszönöm a figyelmüket!
További információ: Földi József, Narancsik Zsolt, Fodor István,