Elektrotechnikai lemezek mágneses vizsgálata

1. Elektrotechnikai lemezek mágneses vizsgálata Szerzők: Földi József - Fodor István - Narancsik Zsolt

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

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. 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 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)

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 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.

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 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.

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, jfoldi@dwa.ln.dunaferr.hu Narancsik Zsolt, narancsik@rt.dunaferr.hu Fodor István, ifodor@rt.dunaferr.hu