0,9 W/kg przy 1,7 T. Tyle stoi w karcie materiałowej blachy, którą właśnie kupiłeś. Papier się zgadza, atest nie budzi zastrzeżeń, a potem pomiar gotowego rdzenia pokazuje wyższą wartość. Czasem różnica jest niewielka, innym razem wyraźna. W takiej sytuacji problemu nie zawsze trzeba szukać w samym materiale.
Artykuł sponsorowany
Bardzo często decyduje proces.
Blachę anizotropową o bardzo dobrych parametrach można niewłaściwie pociąć, uszkodzić jej powłokę izolacyjną albo wprowadzić dodatkowe naprężenia podczas obróbki. Znaczenie ma również kierunek cięcia względem kierunku walcowania, jakość krawędzi czy sposób późniejszego pakietowania. Każdy z tych elementów może pogorszyć właściwości gotowego rdzenia.
Dlatego rdzeń jest tak dobry, jak cały łańcuch prowadzący od prawidłowego zamówienia materiału aż po złożenie gotowego pakietu blach. Sama karta materiałowa nie wystarczy.
Poniżej przyglądamy się siedmiu błędom, które mogą pojawić się podczas zamawiania i obróbki blach elektrotechnicznych. Warto wiedzieć nie tylko, czego unikać, ale również dlaczego określone decyzje mogą wpływać na stratność, prąd magnesujący czy nagrzewanie rdzenia.
1. Zamawianie bez podania kierunku walcowania
Przy zamawianiu blach elektrotechnicznych szczegóły na rysunku technicznym naprawdę mają znaczenie. Dotyczy to zwłaszcza materiałów o ziarnie zorientowanym.
Blachy elektrotechniczne można podzielić m.in. na materiały o ziarnie zorientowanym, określane jako GO (grain oriented), oraz o ziarnie niezorientowanym – NO (non-oriented).
W przypadku GO struktura materiału jest kształtowana tak, aby najkorzystniejsze właściwości magnetyczne uzyskiwać w określonym kierunku związanym z walcowaniem. Odchylenie od tego kierunku może pogarszać właściwości magnetyczne i zwiększać straty. Z tego powodu blachy tego rodzaju stosuje się przede wszystkim tam, gdzie kierunek przepływu strumienia magnetycznego można precyzyjnie kontrolować, m.in. w rdzeniach transformatorów.
Blachy niezorientowane mają natomiast bardziej zbliżone właściwości magnetyczne w różnych kierunkach płaszczyzny arkusza. Dzięki temu znajdują zastosowanie m.in. w stojanach i wirnikach maszyn elektrycznych, gdzie kierunek pola magnetycznego zmienia się podczas pracy.
Brak oznaczenia kierunku walcowania przy zamawianiu elementów z blach GO zwiększa ryzyko niewłaściwego przygotowania lameli. W efekcie gotowy rdzeń może mieć gorsze parametry, mimo że zastosowano materiał odpowiedniej jakości.
Dlatego w dokumentacji warto jasno określić gatunek materiału, wymaganą klasę stratności oraz kierunek cięcia względem walcowania.
2. Mylenie gatunku i klasy stratności – sam numer to za mało
Oznaczenie M400-50A nie jest przypadkowym ciągiem znaków. Zawiera informacje dotyczące parametrów materiału.
W przypadku tej klasy maksymalna stratność wynosi 4,00 W/kg przy indukcji 1,5 T i częstotliwości 50 Hz, natomiast nominalna grubość blachy wynosi 0,50 mm. Oznaczenie dotyczy w pełni przetworzonej blachy elektrotechnicznej o ziarnie niezorientowanym.
Problem zaczyna się wtedy, gdy jeden parametr zaczyna być traktowany jako pełna charakterystyka zachowania materiału. Wartość stratności podawana jest przecież dla określonych warunków pomiarowych. Zmiana częstotliwości czy indukcji roboczej oznacza również zmianę rzeczywistych strat.
Szczególne znaczenie ma częstotliwość. Wraz z jej wzrostem coraz większą rolę mogą odgrywać m.in. straty związane z prądami wirowymi, dlatego przy doborze materiału nie powinno się kierować wyłącznie ceną za tonę lub jedną wartością z oznaczenia.
Przed wyborem gatunku trzeba więc znać warunki pracy projektowanego urządzenia – przede wszystkim częstotliwość i zakładany poziom indukcji.
3. Lekceważenie izolacji powierzchniowej
Blacha elektrotechniczna to nie tylko stal o odpowiednich właściwościach magnetycznych. Istotna jest również warstwa izolacyjna znajdująca się na jej powierzchni.
Jej zadaniem jest ograniczenie przepływu prądów pomiędzy sąsiednimi laminacjami. Jeżeli izolacja zostanie niewłaściwie dobrana lub uszkodzona, mogą powstawać połączenia elektryczne między blachami, co sprzyja zwiększeniu strat wiroprądowych i miejscowemu nagrzewaniu pakietu.
W stosowanej dla blach elektrotechnicznych klasyfikacji spotyka się m.in. oznaczenia C3, C5 i C6. C3 odnosi się do systemów organicznych. C5 i C6 obejmują systemy nieorganiczno-organiczne, lecz różnią się właściwościami i przeznaczeniem. W zależności od konkretnej powłoki mogą zapewniać m.in. odpowiednią odporność cieplną, dobrą spawalność, odporność mechaniczną czy wysoką rezystancję izolacji.
Nie należy więc zakładać, że jedna klasa jest po prostu „lepsza” od drugiej. Powłokę dobiera się do konkretnego procesu technologicznego.
Ma to szczególne znaczenie, gdy pakiet będzie spawany, poddawany obróbce cieplnej albo eksploatowany w podwyższonej temperaturze. W takich przypadkach trzeba uwzględnić zarówno odporność powłoki, jak i jej wpływ na rezystancję między poszczególnymi laminacjami.
Przy zamówieniu warto więc sprawdzić typ zastosowanej izolacji, jej właściwości oraz parametry deklarowane przez producenta. Takie informacje pozwalają uniknąć problemów, które inaczej mogą ujawnić się dopiero podczas pomiarów gotowego rdzenia.
4. Cięcie, które wprowadza naprężenia w krawędzi
Każda operacja cięcia wpływa na materiał w pobliżu krawędzi. Wykrawanie, cięcie nożycami czy obróbka laserowa oddziałują na blachę w różny sposób, ale żadnej z tych metod nie należy traktować jako całkowicie obojętnej dla jej właściwości.
Przy obróbce mechanicznej w sąsiedztwie krawędzi mogą pojawić się odkształcenia i naprężenia wpływające na strukturę domen magnetycznych. Ich znaczenie staje się szczególnie zauważalne w niewielkich elementach, gdzie udział powierzchni znajdującej się blisko krawędzi jest stosunkowo duży.
Dlatego przy pasku o szerokości 20 mm wpływ obróbki krawędzi może być proporcjonalnie ważniejszy niż przy elemencie dziesięciokrotnie szerszym.
Duże znaczenie ma stan narzędzia oraz prawidłowy luz pomiędzy stemplem i matrycą. Zużyte narzędzie może powodować większe odkształcenia, powstawanie zadziorów i pogorszenie jakości krawędzi.
Cięcie laserowe eliminuje część mechanicznych oddziaływań typowych dla wykrawania, ale z kolei wprowadza oddziaływanie cieplne w pobliżu linii cięcia. Dlatego wybór technologii powinien uwzględniać rodzaj blachy, geometrię elementu oraz wymagania stawiane gotowemu rdzeniowi.
5. Pominięcie wyżarzania odprężającego tam, gdzie jest ono potrzebne
Operacje mechaniczne mogą wprowadzać do blachy naprężenia pogarszające jej właściwości magnetyczne. W odpowiednio zaprojektowanym procesie jednym ze sposobów ograniczenia ich wpływu może być wyżarzanie odprężające.
Nie jest to jednak uniwersalna operacja odpowiednia dla każdego gatunku blachy.
Możliwość zastosowania wyżarzania zależy m.in. od rodzaju materiału, zastosowanej powłoki i zaleceń producenta. Istotna jest również kolejność wykonywanych operacji. Jeżeli po wyżarzaniu element zostanie ponownie intensywnie obrabiany mechanicznie, można ponownie wprowadzić naprężenia, które wcześniejszy proces miał ograniczyć.
Szczególną uwagę trzeba zwrócić na powłokę izolacyjną. Nie każda z nich jest przeznaczona do pracy w temperaturach wymaganych podczas wyżarzania. Co więcej, również nie wszystkie rodzaje blach o ziarnie zorientowanym powinny być traktowane w ten sam sposób. Niektóre technologie poprawy właściwości materiału mogą ograniczać możliwość późniejszej obróbki cieplnej.
Dlatego przed skierowaniem elementów do pieca należy sprawdzić dokumentację konkretnego gatunku i powłoki oraz zalecenia producenta dotyczące dopuszczalnego procesu cieplnego.
6. Błędy w pakietowaniu i skręcaniu rdzeni transformatorowych
Nawet prawidłowo dobrana i obrobiona blacha nie zagwarantuje właściwych parametrów, jeśli błędy pojawią się podczas składania pakietu.
Jednym z problemów są zadziory po cięciu. Mogą uszkadzać izolację sąsiedniej blachy i tworzyć lokalne połączenia elektryczne pomiędzy laminacjami.
Znaczenie ma również dokładność ułożenia pakietu. Szczeliny, nierówności czy niewłaściwe spasowanie elementów mogą pogorszyć efektywny współczynnik wypełnienia rdzenia i wpływać na jego parametry magnetyczne.
Kolejna kwestia to docisk. Powinien być równomierny i zgodny z wymaganiami konstrukcji. Nadmierne naprężenia mechaniczne mogą zmieniać właściwości magnetyczne materiału, a w określonych konstrukcjach wpływać również na poziom drgań i hałasu.
Nie warto więc skręcać rdzenia „na czucie”. Jeżeli konstrukcja przewiduje określony moment dokręcania, powinien być on kontrolowany.
Bardzo dobra stratność samego materiału nie zagwarantuje parametrów całego rdzenia, jeśli błędy pojawią się na etapie jego składania.
7. Złe warunki magazynowania i transportu taśm
Blacha może zostać uszkodzona jeszcze zanim trafi na pierwszą maszynę.
Jednym z zagrożeń jest wilgoć, szczególnie gdy pod opakowaniem dochodzi do kondensacji pary wodnej. Długotrwałe zawilgocenie może prowadzić do korozji i pogorszenia stanu powierzchni materiału oraz powłoki izolacyjnej.
Znaczenie mają również uszkodzenia mechaniczne. Zdeformowane kręgi, wgniecenia, uszkodzone krawędzie czy nieprawidłowe podnoszenie materiału mogą utrudniać późniejszą obróbkę i prawidłowe składanie laminacji.
Dlatego warto ustalić z dostawcą sposób pakowania, zabezpieczenie krawędzi oraz wymagane warunki magazynowania. Materiał powinien być przechowywany w suchych warunkach i chroniony przed sytuacjami, w których może dojść do kondensacji wilgoci.
Ostateczne parametry rdzenia nie zależą więc wyłącznie od tego, jaki gatunek blachy wpisano do zamówienia. Liczy się cały proces – od prawidłowej specyfikacji materiału, przez transport, cięcie i ewentualną obróbkę cieplną, aż po złożenie gotowego pakietu.
Źródło: Materiał partnera