Giáo trình Mô đun Vật liệu điện - Điện công nghiệp

tính chất từ thay 
đổi khác nhau. Thép có hàm lượng silic cao chủ yếu làm mạch từ cho máy biến 
áp. Thép có hàm lượng silic rất nhỏ được dùng làm mạch từ trong trường hợp từ 
thông không đổi. 
- Phân loại. 
Theo thành phần ta có: sắt kỹ thuật; thép silic. 
Theo công nghệ chế tạo ta có 2 loại: thép cán nóng và thép cán nguội. 
 Trong thép cán nóng và thép cán nguội ta có: 
 + Thép đẳng hướng: có tính năng từ tính tốt hơn thường dùng làm lõi thép 
máy biến áp. 
 + Thép vô hướng: thường dùng trong máy điện quay. 
- Giải thích ký hiệu. 
 Nếu lá thép kỹ thuật điện có hàm lượng C< 0,4% và tạp chất < 0,6% ta 
gọi là sắt kỹ thuật. 
 Thép silic: có ký hiệu bằng chữ  và các con số. 
Ví dụ: +  11,  12,  13. 
+  21,  22. 
+  31,  32. 
92 
+  41,  42,  43,  44,  45,  46,  47,  48. 
+  31O,  320,  330, 330A, 340, 370, 380. 
+ 110O, 1200, 1300, 3100, 3200. 
Trong đó: 
 Con số thứ nhất chỉ hàm lượng gần đúng của silíc theo phần trăm; khi 
tăng hàm lượng silíc, khối lượng riêng giảm và điện trở suất của nó tăng lên. 
Con số thứ hai đặc trưng cho tính chất điện và từ của thép. 
 + Các con số 1, 2, 3 đảm bảo suất tổn hao xác định khi từ hoá lại ở tần số 
Pécmaloi50Hz) và cảm ứng từ trong từ trường mạnh. 
 + Chữ A ký hiệu suất tổn hao rất thấp 
 + Số 4 cho biết thép được định mức tổn hao khi từ hóa ở tần số 400Hz và 
cảm ứng từ trong từ trường trung bình. 
 + Thép có ký hiệu số 5, 6 dùng trong từ trường yếu từ (0,002 0,008)A/cm và 
trị số bđ của chúng được đảm bảo. 
 + Con số 7, 8 chỉ đặc điểm chủ yếu của độ từ thẩm trong cường độ từ trường 
trung bình từ (0,03 10)A/cm. 
 + Con số 0 thứ 3 chỉ thép được cán nguội (thép có thớ). 
 + Có hai số 0 liên tiếp là thép được cán nguội và ít thớ. 
c. Công dụng. 
 Thép với hàm lượng silic cao chủ yếu dùng để làm lỏi thép máy biến áp 
mà ta thường gọi là tôn silic. 
 Thép có thớ đẳng hướng: có tính năng từ tính tốt hơn thường dùng làm 
lõi thép máy biến áp. Sử dụng các thép này làm máy biến áp điện lực giảm được 
trọng lượng và kích thước. 
 Thép có thớ vô hướng: thường dùng trong máy điện quay. 
Các kích thước thường dùng nhất của thép kỹ thuật điện được cho trong bảng 
Bảng 3.2. Kích thước thường dùng của thép kỹ thuật điện 
Kích thước Đơn vị đo Trị số thường dùng nhất 
Dày mm 0,1; 0,2; 0,35; 0,5, 1 
Rộng m 0,24; 0,6; 0,7; 0,75; 0,86; 1 
Dài m 0,72; 1,2; 1,34; 1,5; 1,75; 2 
93 
 Các tiêu chuẩn quy định tính chất điện và từ đối với các nhãn hiệu thép kỹ 
thuật điện là: 
 Cảm ứng từ (ký hiệu bằng chữ B với con số chỉ cường độ từ trường tương 
ứng tính theo A/cm); 
 Tổng suất tổn hao công suất dòng điện xoay chiều tính bằng W trên 1kg 
thép đặt trong từ trường xoay chiều, được ký hiệu bằng chữ P với con số ở dạng 
phân số; tử số giá trị biên độ cảm ứng từ tính theo kilôgam, mẫu số là tần số tính 
bằng héc. 
Bảng 3.3.Giá trị cảm ứng từ của một số loại thép kỹ thuật điện 
Nhãn hiệu thép Bề dày (mm) B0,002 – B0,009 
gauss, không 
nhỏ hơn 
B0,1 – B10 gauss, 
không nhỏ hơn 
45 và  46 0,2 – 0,35 1,2 – 8,8 – 
47 và  48 0,2 – 0,35 – 0,3 – 1,3 
370 và  380 0,2 – 0,5 – 1,4 –1,7 
 Pécmaloi: (permallois): Là hợp kim của sắt - niken có độ từ thẩm ban đầu 
rất lớn trong từ trường yếu, bởi vì chúng không có hiện tượng dị hướng và từ 
giảo. 
Pécmalôi được chia làm 2 loại: 
 Loại nhiều niken: (7280)%Ni được dùng làm lỏi cuộn cảm có kích thước 
từ nhỏ, mạch từ trong máy biến áp âm tần nhỏ, mạch từ trong máy biến áp xung 
và trong các máy khuếch đại từ. 
 Loại ít niken: (4050)%Ni có cường độ từ cảm bảo hòa lớn hơn gấp 2 lần 
loại có nhiều niken. Được dùng làm mạch từ cho máy biến áp điện lực, lõi cuộn 
cảm và các dụng cụ có mật độ từ thông cao. 
 Alusife: Hợp kim sắt với silíc và nhôm có tên gọi là alusife. Thành phần tốt 
nhất của alusife là 9,5% Si, 5,6% Al. còn lại là Fe. Hợp kim này có đặc tính 
cứng và giòn, nhưng cũng có thể chế tạo ở dạng đúc định hình. 
 Các sản phẩm chế từ alusife như: màn từ, thân các dụng cụ v.v...được chế 
tạo bằng phương pháp đúc với thành của chi tiết không mỏng hơn (2-3) mm vì 
hợp kim này giòn. Điều này làm hạn chế rất nhiều khi sử dụng vật liệu này. Vf 
vật liệu này giòn nên có thể nghiền thành bột để sản xuất lõi ép cao tần. 
94 
 Ferit: Là những vật liệu sắt từ nó là bột các oxýt sắt, kẻm và một số vật liệu 
ở dạng mịn, có thể định dạng theo ý muốn thông qua công nghệ kết dính và dồn 
kết dính các bột kim loại. Ferit có điện trở suất rất lớn nên dòng điện xoáy chạy 
trong đó rất nhỏ. Dùng làm mạch từ của các cuộn dây trong máy móc điện tử, 
máy khuếch đại tần số . . . 
3.1.Vật liệu sắt từ cứng: 
 Các vật liệu sắt từ cứng thường có tổn hao do từ trễ lớn, cường độ từ 
trường khử từ cao, độ từ thẩm nhỏ hơn so với vật liệu sắt từ mềm. 
Tùy theo thành phần trạng thái và phương pháp chế tạo các vật liệu sắt từ cứng 
được chia làm nhiều loại: 
- Thép hợp kim hóa, được tôi đến trạng thái máctenxít. 
- Các hợp kim từ cứng. alni, alnisi, alnico, macnico... 
- Các nam châm dạng bột. 
 Là loại có độ dẫn từ thấp hơn, có từ dư lớn, nhưng có khả năng luyện 
từ, chủ yếu dùng để chế tạo nam chậm vĩnh cửu trong máy điện, trong các cơ 
cấu đo. Vật liệu chủ yếu là thép cácbon, thép crom, thép vonfram, thép côban . 
Hợp kim làm nam châm vĩnh cữu. 
a. Thép hợp kim hóa được tôi đến trạng thái mactenxít. 
 Là loại thép được hợp kim hoá với các chất như: vonfram, crôm, 
molipden, côban. Loại thép này là vật liệu đơn giản và dễ kiếm nhất để làm nam 
châm vĩnh cửu. Thành phần và tính chất của thép này cho trong bảng. Các tính 
chất cho trong bảng (bảng4.6.) được đảm bảo đối với thép mactenxít sau khi 
nhiệt luyện đặc biệt đối với từng loại một và sau đó được ổn định trong nước sôi 
5 giờ. 
b. Các hợp kim từ cứng. 
 Thường được gọi là hợp kim aluni: (Al - Ni - Fe) Loại này có năng lượng 
từ lớn. Nếu cho thêm côban hoặc silic thì tính chất từ của hợp kim tăng lên. Hợp 
kim aluni, nếu cho thêm silic gọi là alunisi, nếu cho thêm côban gọi là alunico. 
 Nếu trong hợp kim alunico có hàm lượng côban là lớn nhất ta gọi là 
macnico. 
95 
Bảng 3.4. Thành phần, tính chất thép Mactenxit làm nam châm vĩnh cửu 
Nhãn 
hiệu 
Thành phần hóa học % Cáctính chất từ 
(không nhỏ hơn) 
C Cr VV Co Mo Cảm 
ứng từ 
dư Bd 
k.gauss 
Lực 
kháng 
từ Hk 
ơcstet 
EX 0,95 đến 
1,10 
1,30 đến 
1,60 
- - - 9,0 58 
EX3 0,90 đến 
1,10 
2,80 đến 
3,60 
- - - 9,5 60 
E7B6 0,68 đến 
0,78 
0,30 đến 
0,50 
5,20 đến 
6,20 
- - 10,0 62 
EX5K5 0,90 đến 
1,05 
5,50 đến 
6,50 
- 5,50 đến 
6,5 
- 8,5 100 
EX9K15M 0,90 đến 
1,05 
8,0 đến 
10,0 
- 13,5 đến 
16,5 
1,20 
đến 
1,70 
8,0 170 
 Tất cả các hợp kim trên đều có khuyết điểm khó chế tạo thành các chi 
tiết có kích thước chính xác do hợp kim có tính chất cứng và giòn. Nên chỉ có 
thể gia công bằng phương pháp mài. Tùy theo thành phần và phương pháp gia 
công mà tính chất từ có thể thay đổi. Nam châm hợp kim manicô nhẹ hơn nam 
châm aluni cùng năng lượng 4 lần và nhẹ hơn nam châm thép crôm thông 
thường 22 lần. 
c. Các nam châm dạng bột. 
 Chế tạo nam châm vĩnh cửu bằng phương pháp luyện kim bột được đề 
ra vì hợp kim đúc sắt – niken – nhôm không thể chế tạo sản phẩm nhỏ và có 
kích thước chinh xác được. Chúng ta cần phân biệt hai loại nam châm bột kim 
loại gốm và nam châm bột có các hạt gắn bằng chất kết dính nào đó (nam châm 
kim loại dẻo). 
 Loại thứ nhất được chế tạo bằng cách ép bột nghiền từ các hợp kim từ 
cứng, sau đố thiêu kết ở nhiệt độ cao. Các chi tiết nhỏ chế tạo bằng công nghệ 
này có kích thước tương đối chính xác, không cần gia công thêm. 
 Loại thứ hai được chế tạo bằng phương pháp ép giống như ép các chi 
tiết bằng chất dẻo nhưng chất độn ở đây được nghiền từ hợp kim từ cứng. Vì 
chất độn cứng nên cần áp suất riêng để ép cao ( 5 tấn /cm2). Nam châm kim loại 
96 
bột kinh tế nhất khi sản xuất tự động hóa hàng loạt nam châm có cấu tạo phức 
tạp và kích hước không lớn. Công nghệ hợp kim dẻo có thể chế tạo nam châm 
có lõi. Tính chất từ của các nam châm kim loại dẻo kém nhiều, lực kháng từ 
giảm (10  15)%, từ dư giảm (35  50)%, năng lượng tích lũy giảm (40  60)% 
so với nam châm đúc. Nam châm kim loại dẻo có điện trở cao, do đó có thể sử 
dụng nó trong các thiết bị có trường biến đổi tần số cao. 
3.2.Các vật liệu từ có công dụng đặc biệt. 
3.2.1.Các chất sắt từ mềm đặc biệt. 
 Các vật liệu từ mềm có thể chia thành các nhóm dựa vào các tính chất 
từ đặc biệt của chúng đó là: 
a. Các hợp kim có đặc tính độ từ thẩm thay đổi rất ít khi cường độ từ trường 
không đổi 
 Loại hợp kim thuộc nhóm này có tên gọi là pecminva, là hợp kim của ba 
nguyên tố: Fe – Ni – Co với hàm lượng các thành phần là 25; 45 và 30%. Hợp 
kim ủ ở nhiệt độ 10000C, sau đó giữ ở nhiệt độ (400  500)0C rồi làm nguội 
chậm. Pecminva có lực kháng từ nhỏ, độ từ thẩm ban đầu của nó bằng 300 và 
giữ không đổi trong khoảng cường độ trường đến 3 ơcstet với cảm ứng từ 1000 
gauss. Pecminva ổn định từ kém, nhạy cảm với nhiệt độ và ứng suất cơ. 
b. Các hợp kim có độ từ thẩm phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ 
 Là hợp kim nhiệt từ gồm: Ni – Cu; Fe – Ni; Fe – Ni – Cr. Các hợp kim này 
dùng để bù sai số nhiệt độ trong các thiết bị, sai số này gây bởi sự biến đôi từ 
cảm của nam châm vĩnh cửu hay điện trở của dây dẫn trong các dụng cụ điện 
khi nhiệt độ môi trường khác với nhiệt đọ lúc khắc độ. Để có độ từ thẩm phụ 
thuộc nhiều vào nhiệt độ, ngưòi ta sử dụng tính chất của các chất sắt từ là cảm 
ứng từ giảm khi tăng nhiệt độ đến gần điểm Quyri. Đối với các chất sắt từ này 
điểm Quyri nằm trong khoảng 0 đến 1000C tùy thuộc vào nguyên tố hợp kim 
hóa phụ. Hợp kim Ni – Cu với hàm lượng 30% Cu có thể bù sai số trong giới 
hạn từ (20 đến 80)0C; với 40% Cu từ (- 50 đến 10)0C. 
c. Các hợp kim có độ từ giảo cao 
Là hợp kim của Fe – Cr; Fe – Co và Fe – Al. Các hợp kim này dùng làm lõi máy 
phát dao động âm ở tần số âm thanh và siêu âm. Độ từ giảo các hợp kim này có 
dấu dương. Để chế tạo vật liệu này có thể dùng niken lá mỏng rất tinh khiết với 
độ từ giảo âm. 
d. Các hợp kim có độ từ giảo bảo hòa rất cao 
97 
 Là hợp kim của Fe – Co có từ cảm bảo hòa từ rất cao đến 24000 gauss. 
Điện trở của hợp kim không lớn. Hợp kim có tên gọi là Pecmenđuyara với hàm 
lượng côban từ 50 đên 70%. Pecmenđuyara có giá thành cao nên chỉ dùng ở các 
thiết bị đặc biệt, trong các bộ phận của loa động, màng ống điện thoại, dao động 
ký v.v... 
3.2.2.Ferít. 
 Ferít là gốm từ có điện dẫn điện tử không đáng kể, do đó nó có thể 
xếp vào loại bán dẫn điện tử. Trị số điện trở suất rất lớn cùng với tính chất từ 
tương đối tốt làm cho ferít được dùng rất rộng rãi ở tần số cao. Người ta chia 
ferít thành 3 loại: 
a.Ferít từ mềm. 
 Loại ferít từ mềm có từ cảm lớn nhất (hơn 3000gauss) và lực kháng 
từ nhỏ khoảng 0,2 ơcstet. Ferít với trị số  lớn có trị số tổn hao lớn và tăng 
nhanh khi tần số tăng. Ferít có hằng số điện môi tương đối lớn, trị số này phụ 
thuộc vào tần số và thành phần ferít. Khi tần số tăng hằng số điện môi giảm. 
Tang góc tổn hao của ferít từ 0,005 đến 0,1. Ferít có hiện tượng từ giảo và ở các 
ferít khác nhau hiệu ứng này cũng khác nhau. Đặc tính của vật liệu Ferít được 
cho trong bảng sau: (Bảng 3.5) 
Bảng 3.5.Các đặc tính vật liệu của Ferit 
Mật độ Nhiệt dung 
riêng J(g.độ) 
Nhiệt dẫn 
riêng 
W(cm.độ) 
Hệ số giãn 
nở nhiệt theo 
chiều dài 
 l.độ-1 
Điện trở suất 
 , .cm. 
3  5 0,7 5  102 10
-5 
10  107 
Hiện nay người ta thường sử dụng các nhóm ferít hỗn hợp như: mangan – kẽm; 
niken – kẽm, liti – kẽm. 
b.Ferít từ cao tần. 
 Ngoài ferít từ mềm, ở tần số cao có thể dùng thép kỹ thuật điện hoặc 
pecmalôi cán nguội và điện môi từ. 
Bề dày tấm thép đạt tới (25-30)m. Các tính chất từ của vật liệu cán mỏng gần 
giống với khi chưa cán nhưng giá thành chúng cao hơn và công nghệ lắp ghép 
mạch từ bằng vật liệu mỏng khá phức tạp. 
98 
Vật liệu điện môi từ chế tạo bằng cách nén bột sắt từ có chất kết dính cách điện 
hữu cơ hay vô cơ. Các chất sắt từ thường dùng là sắt cácbonyl, pécmalôi, alusife 
v.v.... Chất dính kêt cách điện là nhưa fenol – foócmalđêhyt, polistirol, thủy tinh 
v.v..Các chất sắt từ cần phải có từ tính cao, còn các chất kết dính thì phải tạo 
thành lớp cách điện liên tục không gián đoạn giữa các hạt ferít. Các lớp này cần 
có bề dày đồng nhất và độ bền kết dính giữa các hạt với nhau. 
c.Ferít có vòng từ trễ chữ nhật. 
 Ferít có vòng từ trễ chữ nhật được đặc biệt chú ý trong kỹ thuật máy tính 
để làm bộ nhớ. Vật liệu và các sản phẩm của nó có một loạt yêu cầu đặc biệt. Để 
đặc trưng cho chúng thường dùng một vài tham số phụ. Trong số này phải kể 
đến tham số cơ bản của hệ số chữ nhật Kcn của chu trình từ trễ, nó là tỉ số giữa 
cảm ứng từ dư Bdư và cảm ứng từ lớn nhất Bmax . 
maxB
B
K ducn 
Để xác định Bmax thường đo nó ở trị số Hmax= 5Hk. Hệ số Kcn càng gần tới 1 càng 
tốt. Ferít từ trễ chữ nhật khi sử dụng cần chú ý đến sự thay đổi tính chất của 
chúng theo nhiệt độ. Ví dụ khi nhiệt độ biến đổi từ -200C đến 600C thì lực kháng 
từ giảm (1,5  2) lần, cảm ứng từ giảm (5  35)%. 
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 
Câu hỏi: 
1. Trình bày khái niệm vật liệu từ? Nêu các đặc tính chủa vật liệu dẫn từ? 
2. Thế nào là đường cong từ hóa? Trình bày đường cong từ hóa của một số vật 
liệu từ điển hình? 
3. Trình bày khái niệm về mạch từ? Nêu các cách tính toán một số mạch từ đơn 
giản? 
4. Nêu các định luật cơ bản về mạch từ? Thế nào là bài toán thuận, bài toán 
nghịch? 
5. Từ một mạch từ hãy vẽ ra sơ đồ thay thế và nêu các đại lượng có trong sơ 
đồ? 
6. Cho biết các hư hỏng thường xẩy ra của mạch từ? 
7. Thế nào là vật liệu từ mềm, từ cứng và vật liệu từ có công dụng từ đặc biệt? 
99 
8. Nêu tính chất của thép lá kỹ thuật điện? Cách phân loại và giải thích các ký 
hiệu của thép lá kỹ thuật điện? 
9. Nêu tính chất và công dụng của các loại vật liệu từ đã học? 
Bài tập: 
1. Mạch từ trong hình vẽ (hình BT: 4.1) có các kích thước S = S = 9 cm
2,  = 
0,050 cm, LC = 30cm và N = 500 vòng. Giả sử như đối với sắt r = 70000. 
a. Hãy xác định từ trở RC và R. Giả sử mạch từ làm việc tại BC = 0,1T. 
b. Hãy xác định từ thông  và dòng điện I. 
2. Đối với mạch từ trong (hình BT: 4.1). Hãy xác định: 
a. Tự cảm L. 
b. Năng lượng dự trữ w khi BC =1T. 
c. Điện áp cảm ưng e. Cho tần số f = 60Hz, BC = 1,0 sint với  = 2 /60=377. 
Hinh BT: 4. 1 
lC 
100 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 [1]- Nguyễn Trọng Thắng, Công nghệ chế tạo và tính toán sửa chữa máy 
điện 1, 2, 3, NXB Giáo Dục 2000. 
 [2]- Trần Khánh Hà, Máy điện 1, 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2004. 
 [3] -Nguyễn Xuân Phú (chủ biên), Quấn dây, sử dụng và sửa chữa động cơ 
điện xoay chiều và một chiều thông dụng, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2000. 
 [4]- Đặng Văn Đào, Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo dục 2004. 
 [5]-Trần Thế San, Nguyễn Đức Phấn, Thực hành kỹ thuật cơ điện lạnh, NXB 
Đà Nẵng 2001. 
 [6] Nguyễn Xuân Phú, Khí cụ Điện - Kết cấu, sử dụng và sửa chữa, NXB 
Khoa học và Kỹ thuật 2002.