ELEMENTE GENERALE ALE SERVOMOTOARELOR ELECTRICE4.1.1. Materiale magnetice4.1.1.1. Clasificare. Proprieti magnetice generaleDin punctul de vedere al proprietilor magnetice (natura permeabilitii magnetice relative r, la rndul ei dependent de structura de material) materialele se mpart n :a.Materiale diamagnetice i paramagnetice (materiale nemagnetice) se caracterizeaz printr-o magnetizaie slab. Materialele diamagnetice se caracterizeaz printr-ovaloare a luiruor sub valoarea 1i printr-orelaieliniar ntre inducia magneticBi intensitatea cmpului magneticH,

H B .(1)b. Materialele feromagnetice i ferimagnetice (materiale magnetice) corpurile feromagnetice sunt neliniare i se caracterizeaz printr-o valoare ridicat pentru susceptivitatealor magneticmi permeabilitatearelativr(deordinul sutelor, miilor, zecilor de mii sau chiar sutelor de mii). c. Materialeleantiferomagneticepentruanumiteintervalealetemperaturii sunt asemntoare cu corpurile paramagnetice.n grupa materialelor magnetice se includ ndeosebi materialele feromagnetice i ferimagnetice, caracterizate prin valori mari ale energiei magnetice nmagazinate.n figura 1. este prezentat dependena dintre inducia magnetic B i intensitatea cmpului magnetic H prin curba de prim magnetizareOP i prin ciclulde histerezis PBrQHcP.

Fig. 1. Curba de prim magnetizare i ciclul de histerezis n cazul unui material feromagnetic.Existunnumrdeproprieti magneticegeneralealematerialelormagnetice care intereseaz n studiul servomotoarelor electrice. Acestea sunt:a)induciamagneticdesaturaie(maxim)Bsestevaloareapecareoia inducia magnetic atunci cnd magnetizaia corpului M ajunge la valoarea de saturaie Ms (v. figura 1), Bs = 0,2 ... 2,5 [T] ;b)induciamagneticremanentBrestevaloareainducieimagneticecare rmne n corpul magnetizat n prealabil la saturaie, dup anularea cmpului magnetizant (v. figura 1);c) cmpul coercitiv Hc este valoarea intensitii cmpului magnetic pentru care inducia magnetic a unui corpmagnetizat nprealabil se anuleaz (v. figura 1), Hc=0,1[A/m] ... 30[MA/m] ;d) indicele de calitate (BH)max reprezint valoarea maxim a produsului dintre inducia magnetic i intensitatea cmpului magnetic, fiind o msur a energiei magnetice nmagazinat de corp n cursul procesului de magnetizare.Materialele caracterizate de valori mari pentru (BH)maxsunt utilizate la fabricarea magneilor permaneni.e) permeabilitatea magnetic relativ static r - se definete prin raportul :

HB 10r .(2)f) permeabilitatea magnetic relativ diferenialrdif, definit pentru un punct P de pe curba de prim magnetizare (v. figura 2) de relaia: 0 H0 HHBlim1ordif

,_

(3) Fig. 2. Explicativ la permeabilitatea magnetic relativ static.g) permeabilitatea magnetic relativ reversibilrrev-se definete pentru un punct de pe curba de prim magnetizare din care dac se micoreaz cmpul magnetic cuH pn n punctul R iar apoi se mrete revenind n punctul iniial P descriindu-se un mic ciclu de histerezic ca n figura 3, ca limit :

0 H0 HHBl i m1or r e v

,_

(4)Valoarea maxim a lui rrev este notat obinuit cu rmax. n origine:rdef= rrev = riniial .(5)

Fig. 3. Explicativ la permeabilitatea magnetic relativ reversibilrrev.Materialelemagneticesempart, dupcumi pstreazsaununtr-omsur suficient starea de magnetizare la anularea cmpului magnetizant, nmateriale magnetice moi i materiale magnetice dure.Materialele magnetice moi se caracterizeaz printr-un ciclu de histerezis ngust, cmp coercitiv Hcmic respectiv inducie de saturaie Bs i permeabilitate magnetic mare. La servomotoarele electrice, aceste materiale se utilizeaz pentru confecionarea circuitelor magnetice (oel i font turnate, oel-carbon sub form de foi, tabl silicioas etc.).Materialelemagneticeduresunt caracterizateprintr-uncicludehisterezis de suprafa mare, inducie remanent Br i cmp coercitiv mari. Se folosesc la fabricarea magneilor permaneni.4.1.1.2. Pierderile n materialele magneticePierderile n materialele magnetice, numite tradiional pierderi n fier, se divid n doucomponente:pierderileprinhisterezisPhipierderileprincureniturbionariPw .a.Pierderile prin histerezis magnetic sunt proporionale cu suprafaa ciclului de histerezis Sh(v. figura 4.1).La parcurgerea unui ciclu de histerezis, n unitatea de volum se dezvolt energia: hh mhS dB H W.(6)n unitatea de timp se dezvolt n unitatea de volum de material puterea: hh hS f dB H f p,(7)adic pierderile prin histerezis magnetic din unitatea de volum sunt proporionale cu suprafaa buclei de histerez, cu frecvena i nu depind de grosimea tolei. Steinmetz a stabilit cel dinti, nc de la sfritul secolului XIX, dup mai multe experiene, prima formul a pierderilor prin histerezis pe unitatea de mas :

6 , 1B f ph ,(8)unde coeficientulvariaz n oarecare limite dup tipul materialului magnetic ntrebuinat, f este frecvena iar B inducia magnetic maximal. Mai multe experiene fcuteulterior auartat caceastformulnuestevalabildect pentruvalori ale induciei mai mici ca 1 [T]. n miezurile mainilor electrice au loc inducii magnetice n general mai mari dect 1 [T]. n conformitate cu propunerea lui Richter, se consider c pierderile prin histerezis n unitatea de mas se exprim sub forma: 2h hB f p ,(9)unde h este o constant de material.Dac m este masa materialului, pierderile prin histerezis n corp au expresia:

m B f m p P2h h h .(10)b. Pierderile prin cureni turbionari -sunt produse de cureni electrici indui n corpurile feromagnetice, conformlegii induciei electromagnetice, de cmpurile magnetice variabile. Pentru frecvenele care intervin curent la funcionarea mainilor electrice, pierderile n unitatea de mas se exprim sub forma : 2) ( B f pw w ,(11)unde estegrosimeatolei, f estefrecvenaiar Binduciamaximal, iar ware expresia:

6109 2w,(12)n care este rezistivitatea materialului.Dac m este masa materialului atunci pierderile prin curenii turbionari n corp se calculeaz cu expresia:

m ) B f ( m p P2w w w . (13)n aceste condiii, pierderile specifice totale n fier, pFe sunt date de relaia:

2w2h w h Fe) fB ( B f p p p + + .(14)n relaiile (9), (10), (11), (13) i (14) se neglijeaz influena efectului de refulare. Aceste relaii se pot aplica pentru frecvene de lucru obinuite, n jur de 50 [Hz]. La frecvene de lucru mai mari sau pentru grosimi ale tablei mai mari de 0,5 [mm] trebuie s se in seama i de efectul de refulare. n aceast situaie, phi pwse calculeaz cu relaiile :

h2h hk B f p ,(15)

w2w wk ) B f ( p ,(16)n care: + cos chsin sh2kh ,(17) cos chsin sh 3kw,(18)iar 2.(19)nrelaia(19),estepermeabilitateamagneticamaterialului magnetic.n figura 4 sunt reprezentate variaiile celor doi coeficieni kh i kw n funcie de . Figura 4. Coeficienii kw i kh n funcie de .4.2.1.3. Materialele magnetice moi utilizate la realizarea cicuitelor magneticeMaterialelemagneticemoi secaracterizeazprinvalori mari aleinduciei de saturaie i ale permeabilitii magnetice, respectiv cmp coercitiv mic.Trstura fundamental a acestei categorii de materiale magnetice este aceea de a se demagnetiza la ncetarea aciunii cmpului magnetizant. ntabelul 1sunt prezentatecelemai uzualematerialemagneticemoi carese folosesc la construcia circuitelor magnetice ce echipeaz servomotoarele electrice respectiv traductoarele convenionale din structura servosistemelor . Tabelul 1. Materialele magnetice moi care se folosesc larealizareacircuitelor magnetice caracteristice servomotoarelor electrice, respectiv traductoarelor convenionale.DenumirematerialCompoziie [ % ] Permeabilitatearelativ iniialla B = 0,02 [T] i , rPermeabilita-tea relativmaxim max , rInduciedesaturaie,Bs[T]Fe Ni Co MoAlteelem.Oellaminat larece98,5-- --18o 2000 2,1Fier 99,91-- --200 50002,15Fier pur 99,95-- -- 5000 1800002,15Fier-siliciu4[%]cu cristaleorientate* 96 97 -- - 4 Si3 Si 50015007000 30000 1,97 2,0045Permalloy 54,7 45 --- 2500250001,645Permalloy 54,7 45 --- 4000500001,6Hipernik 50 50 --- 4500700001,6Monimax -- --- 2000350001,5Sinimax -- --- 3000350001,178Permalloy 21,2 78,5 -- 0,3Mn 8000 1000001,074-79Permalloy16,7 79 - 4 0,3Mn20000 1000000,87Mu-metal 18 76 - 3 -20000 1000000,65Supermalloy 15,5 79 - 50,5(Mn+Si)100000 8000000,8Permandur 49,7 - 49- - 800 50002,452VPermandur49 - 49-2V 800 45002,4Hiperco 64 - -- - 650100002,422 81Permalloy17 - -- - 125 1300,8Dynamax 32,7 65 - 2 0,3 Mn-15300001,26Not : *Proprietile n direcia de laminare.** Proprieti similare pentruNicaloi, 4750 Alloy, Carpenter 49, Armco48.n poriunile de circuit magnetic strbtute de un flux magnetic constant n timp, miezurileserealizeaznmodobinuit dinoel i fontturnate, oel forjat, oel carbon laminat (sub form de foi) sau tabl laminat cu grosimea de 1 2 [mm].nfigurileurmtoareseprezintcurbeledemagnetizareB=f(H), folositela calculultensiunilormagneticealeporiunilordecircuitmagneticconsideratepentru: font, figura 5, oel turnat, forjat sau laminat (foi groase), figura 6, i tabl laminat de oel cu grosimea 1 - 2 [mm], figura 7.0 50 100 150 200 250 300 350 4000.00.51.01.52.0B [T]H [A/m] Fig. 5. Curba de magnetizare pentru font.n prile feromagnetice n care cmpul magnetic variaz n raport cu timpul se folosesc miezurile lamelare, realizate din tole, pentru a se evita producerea unor importante pierderi prin histerezis i cureni turbionari (aceste pierderi se transform n cldur, limitnd solicitrile electromagnetice ale servomotorului. Acestematerialeseobinprinaliereafierului cusiliciu. Rezultmaterialecu rezistivitateelectricridicat, deci cupierderi princureni turbionari reduse. Pentru servomotoareleuzualefolositensistemeleautomateindustrialeseutilizeaztabl silicioas laminat la cald, de grosime ntre 0,2 i 0,5 [mm] i coninut de siliciu de pn la 4,5 [%].

0 10 20 30 40 50 600.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8H [A/m]B [T]Fig. 6. Curba de magnetizare pentru oel turnat, forjat sau laminat(folii groase). 0 100 200 300 400 500 6000.00.20.40.60.81.01.21.41.6H [A/m]B [T]Fig. 7. Curba de magnetizare pentru tabl laminat de oel de 1 2 [mm].n tabelul 2 sunt prezentate caracteristicile tablei silicioase utilizat frecvent la confecionarea miezurilor magnetice lamelare.Tabelul 2. Caracteristici ale tablei silicioase.CalitateatableiGrosimeatablei[mm]Coninutde Si[ % ]Densita-tea[kg/m3[Pierderispecifice[W/kg]Inducia magnetic B[T]pentru diferite valori ale intensitiicmpului magnetic H [kA/m]2,5 5,0 10,0 30,0 p10p15EI 3,6 0,5 0,7 7,85 3,6 8,6 1,53 1,63 1,75 1,98EI 3,2 0,5 1,0 7,8 3,2 7,5 1,50 1,62 1,75 1,98EII 2,8 0,5 1,7 7,8 2,8 6,5 1,50 1,62 1,75 1,98EIII-2,5 0,5 2,3 7,7 2,5 6,1 1,48 1,59 1,73 1,95EIII-2,0 0,5 2,7 7,7 2,0 4,9 1,46 1,57 1,72 1,94EIV-1,8 0,5 3,4 7,7 1,8 4,4 1,46 1,57 1,71 1,92EIV-1,2 0,35 4,3 7,55 1,2 2,9 1,45 1,56 1,69 1,89EIV-0,9 0,35 4,3 7,55 0,9 2,4 1,44 1,55 1,69 1,89Tablele slab aliate (coninut de pn la 1 [ % ] Si) sunt caracterizate prin valori mari ale induciei de saturaie iar cele supra (nalt) aliate (peste 4[ % ] coninut de Si) au pierderi specifice reduse.n figura 8 este prezentat curba de magnetizare corespunztoare tablelor silicioase slab i mediu aliate, folosite frecvent n ara noastr. Grosimea nominal a tablei estede 0,5[mm] i realizeaz lampachetareun coeficientde umplerekFe 0,95.Pnnudemult, coninutuldesiliciueralimitatla4,5[%]ncazullaminrii aliajului lacald, respectiv3,3[ %] ncazul laminrii larece. Acestebariere, n concepia tehnologiilor clasice de realizare a tablei silicioase, erau impuse de creterea semnificativ a fragilitii materialului care face ca acesta s devin neprelucrabil.La sfritul deceniului al IX lea al secolului trecut s-au produs pentru prima oarnlumetablesilicioasecuunconinut desiliciude6,5[ %], pebazaunei tehnologii noi de producere a materialelor fragile n pturi subiri (filme feromagnetice). Acestea sunt caracterizate printr-o diminuare accentuat a pierderilor n fier, creterea rezistivitii ceea ce conduce la obinerea unor caracteristici superioare n domeniul frecvenelor nalte, comparativ cu tablele convenionale.Tablele cu un coninut ridicat de siliciu sunt folosite n practic n aplicaii tot mai numeroase.Lanceput eleaufost produsenJaponiaiar din1999audevenit disponibile i fabricaiei europene i americane. 0 1000 2000 3000 4000 50000.00.51.01.52.02.53.0H [A/m]B [T]Fig. 8. Curba de magnetizare corespunztoare tablelor silicioase slab i mediu aliate.Printre pionierii dezvoltrii produciei de tabl cu coninut ridicat de siliciu se numr i corporaia japonez NKK. Recent, firma a lansat pe pia dou noi produse: super E Core i super HF-Core. La obinerea acestora a fost folosit o nou tehnologie CVD (chemical vapor deposition). Primul produs se caracterizeaz prin acelai coninut de siliciu de 6,5 [%] , de-a lungul seciunii transversale a tablei. La cel de-al doilea produs, pe seciunea transversal, se manifest un gradient al coninutului desiliciu: 3[%] nmijloc, respectiv6,5[%] pesuprafee.Tablelese realizeaz cu grosimi de 0,05; 0,1 i 0,2 [mm]. Principalele proprieti magnetice sunt prezentate n tabelul 3 .Tabelul 3. Proprietile magnetice ale tablelor silicioase super E-Core i super Hf -Core.Materialul magneticGrosime [mm]InduciadesaturaieBs [T]Permeabilita-tea magne-tic maximmax , rPierderi specificen fier [ W/kg ] p10/50p 2/5kHz p1/10kHzp 0,5/20kHzTablsilicioasSuper E - Core0,11,80 23000 0,51 11,3 8,3 6,9TablsilicioasSuper HF - Core 0,051,855000 0,907,0 4,2 2,9 0,11,884100 1,06 11,5 7,1 4,7Pentru tabla silicioas super HF-Core se prezint: curba de magnetizare B = f(H) (v. figura 9); ciclul de histerezis (v. figura 10); variaia permeabilitii magnetice relative n funcie de intensitatea cmpului magnetic,r= f(H) ( v. figura 11); curba pierderilorspecificeB=f(p)pentruf=50[Hz](v. figura12)i curbapierderilor specifice pentru frecvenele 100 [Hz] ; 200 [Hz] ; 400 [Hz] ; 1 [kHz] ; 2 [kHz] ; 5 [kHz] ; 10 [kHz] i 20 [kHz] (v. figura 13).Fig. 9. Curba de magnetizare B = f(H) pentru tabla silicioasa super HF core.Fig. 10. Ciclul de histerezis pentru tabla silicioasa super HF core.Fig. 11. Variatia r= f(H) n cazul tablei silicioase super HF core.Fig. 12. Curba pierderilor specifice B = f(p) pentru f = 50 [Hz] n cazul tablei silicioase super HF core.

Fig. 13. Curba pierderilor specifice pentru frecvenele 100 [Hz]; 200 [Hz]; 400 [Hz]; 1 [kHz]; 2 [kHz]; 5 [kHz]; 10 [kHz] i 20 [kHz] ] n cazul tablei silicioase super HF core.4.1.1.4. Materiale magnetice dure utilizate la construcia servomotoarelor. Tipuri de magnei permaneni.4.1.1.4.1. Generaliti.Proprieti ale magneilor permaneniMaterialele magnetice dure i pstreaz starea de magnetizare i dup ncetarea aciunii cmpului magnetizant. Ele sunt caracterizate de cicluri de histerezis late, inducie remanent i cmp coercitiv mari i indici superiori, fiind utilizate la fabricarea magneilor permaneni.De o deosebit importan pentru magneii permaneni sunt curbele de demagnetizare i cele ale produsului BH(n funcie de B sau H). Curba de demagnetizare reprezint poriunea din cadranul II al ciclului de histerezis (v. figura 14).Curba de demagnetizare B=f(H) se caracterizeaz prin valoarea induciei remanente Br i intensitatea cmpului magnetic coercitiv Hc.Eficacitateaunui magnet permanent estedatdevaloareaenergiei cmpului magnetic dinntrefier.Aceast energie este direct proporional pe de-oparte cu volumul magnetului, iar pe de alt parte cu produsul (BH). Pentru ca volumul magnetului s fie minim trebuie ca produsul (BH) s fie maxim. Aceast condiie este ndeplinit de punctul A de pe caracteristica de demagnetizare Fig. 14. Caracteristici de baz ale magneilor permaneni.ale crei coordonate (Bm, Hm) verific relaia : rcmmBHBH.(4.20)Punctul Asedetermindininterseciacurbei dedemagnetizareB=f(H) cu diagonalaOKadreptunghiului OBrKHc. El corespunde valorii maximeaenergiei magnetice localizat n magnet.Firmeleproductoaredemagnei permaneni definescmagneii dinpunct de vedere energetic prin produsul magnetic maxim (BH)max, numit indice de calitate.Mrimile prezentate anterior, Br i Hc, caracterizeaz o stare ideal a magnetului permanent n sine. n aplicaiile practice ns intereseaz legtura acestuia cu circuitul magnetic, care va fi analizat n continuare.n acest scop, se consider o form de circuit magnetic ntlnit n construcia servomotoarelor electrice (v. figura 4.15).Aplicnd legea circuitului magnetic pe curba se poate scrie:

0 2 2 + H l H dl HMP m .(21)Pe baza legii fluxului magnetic se poate scrie: + u m,(22)n care m este fluxul din magnetul permanent,u reprezint fluxul util n ntrefier iar fluxul de dispersie al magnetului.Fig. 4.15. Circuit magnetic cu magnet permanent.Se definete coeficientul de dispersie : u1 K 1+ + .(23)Introducnd (23) n (22) i dezvoltnd termenii se poate scrie:L2B1L2Bpmpu .(24)n final rezult: + HK 1B BB0m m .(25)nlocuind pe H din (25) n (21) se obine:mMPmBlH 01 1.(26)Relaia (26) reprezint ecuaia unei drepte, numitdreapta caracteristic. Aceast dreapt trece prin origine iar la intersecia ei cu caracteristica de demagnetizare se afl punctul de funcionare al magnetului permanent.Panta dreptei este definit de relaia: mmHBtg ,(27)i este determinat de configuraia circuitului magnetic.Pentru circuitul magnetic din figura 15: 10 MPmmlHBtg.(28)4.1.1.4.2. Tipuri de magnei permaneni utilizai n construcia servomotoarelorPrimii magnei permaneni de mare energie au aprut pe pia campe la jumtatea secolului trecut. ncepndcuacea dat, aceti magnei aujucat unrol important n evoluia mainilor electrice.Magneii permaneni, utilizai astzi n construcia servomotoarelor se mpart n patru mari clase, corespunztor proprietilor de material: Alnico, ceramici (ferite), pe baz desamariu cobalti pebaz deneodym, ultimele dou categorii fcnd parte din familia magneilor din pmnturi rare.1. Magnei de tip AlnicoMagneii metalici Alnico au fost produi pentru prima oar n anul 1940 i au dominat cuautoritate piaa pn la nceputul anilor 1970. Sunt aliaje care aun componena lor aluminiu, nichel, cobalt, cupru i fier, la care se adaug uneori i titan.Aliajele Alnico pot fi izotrope sau anizotrope i se obin prin turnare sau sinterizare.Caracteristici ale magneilor Alnico:- cmp coercitiv sczut n comparaie cu magneii din pmnturi rare i ceramici (pnla 1601]1

mkA);- inducii remanente mari (pn aproape de 1,35 [T]);- valori moderate ale energiei magnetice maxime(obinuit pn la 60 1]1

3mkJ);- o bun rezisten la coroziune;- rezisten mecanic ridicat;- stabilitate termic ridicat;- pre de cost ridicat;- cele mai uzuale clase de magnei Alnico sunt 5 i 8.Magneii detipAlnicosentlnesci astzi nmulteaplicaii alemainilor electrice dar n noile proiecte de servomotoare se observ o tendin de nlocuire a lor cu alte clase de magnei, datorit dezavantajelor pe care le prezint.2. Magnei ceramici (ferite)Feritele, magnei permaneni cunoscui i sub numele de magnei ceramici datorit procedeului tehnologic folosit la obinerea lor au aprut pe pia pe la mijlocul anului 1950. Se obin n general prin sinterizare. Principalele caracteristici ale magneilor ceramici sunt:- cmp coercitiv mare (pn n jur de 2651]1

mkA);- inducie remanent redus (pn n jur de 0,39 [T]);- energie magnetic maxim redus n comparaie cu celelalte clase de magnei (aprox. 30 1]1

3mkJ);- rezisten la coroziune;- rezistivitate electric mare;- casant la aciuni mecanice exterioare;- temperaturidelucrumaisczutedectlamagneiiAlnicodarmairidicate dect la magneii cu pmnturi rare (v. tabelul 4.4);- pre de cost sczut;- cele mai uzuale clase de magnei ceramici sunt 1; 5 i 8.Magneii ceramici se utilizeaz la construcia servomotoarelor electrice cu performane n general mai sczute.3. Magnei pe baz de samariu cobaltElementeledingrupalantanidelor, cunoscutei subdenumireadepmnturi rare, formeaz ncombinaiecuelementele detranziie compui feromagnetici cu proprieti superioare materialelor metalice. Cel mai utilizat element din grupa pmnturilorrareestesamariul iardintreelementeledetranziie, cobaltul. Magneii permaneni pe baz de samariu cobalt sunt obinui prin sinterizare. Ei au aprut pe pia ncepnd cu anul 1970.Celemaiimportantecaracteristici alemagneilorpebazdesamariucobalt sunt:- valori ridicate ale cmpurilor coercitive ( peste 700 1]1

mkA);- inducii remanente medii ( pn n jur de 1,05 [T]);- energii magnetice maxime foarte ridicate (pn aproape de 255 1]1

3mkJ);- rezisten la coroziune foarte ridicat;- stabilitate termic remarcabil;- preuri de cost ridicate.Datorit preului de cost ridicat, magneii baz de samariu cobalt se utilizeaz n special n aplicaiile n care stabilitatea termic a servomotoarelor este vital.4. Magnei permaneni pe baz de neodymReprezint cea mai recent clas de materiale magnetice care a aprut pe pia, ncepndcu1982. Facpartedinfamiliamagneilor permaneni dinpmnturi rare, fiind combinaii de NeodymFierBor. Prezint performane magnetice foarte ridicate, superioare aliajelor cu samariu.Caracteristici principale:- valori mari ale cmpurilor coercitive (poate ajunge la valori peste 10001]1

mkA);- inducii remanente mari (pn n jur de 1,35 [T]);- valori foarte mari pentru energiile magnetice maxime (ntre 200 i 380 1]1

3mkJ);- susceptibil la coroziune (acest dezavantaj se nltur prin acoperiri galvanice ale suprafeelor magnetului);- stabilitate termic moderat;- valori sczute ale temperaturilor maxime de lucru (pn n 150 [oC]);- preuri de cost mai mici dect ale magneilor pe baz de samariucobalt.Magneii pe baz de neodym se utilizeaz n special n construcia servomotoarelor de nalte performane.n tabelul 4. se prezint principalele caracteristici ale diverselor clase de magnei permaneni produse de Master Magnetics Inc .Tabelul 4. Caracteristicile magneilor permaneni realizai la Master Magnetics Inc.Tipuri de magnei permaneniDensitate [g/cm3](BH)max 1]1

3mkJ Br[T] Hc 1]1

mkATemperatur maxim de lucru [oC]Temperatur Curie[oC]Alnico5-turnat (anizotropic)7,3 43,771,28 50,93 525 860Alnico8- turnat(anizotropic)7,3 42,180,82131,3 550 860Alnico 5-sinterizat(anizotropic)6,9 31,031,09 49,33 525 860Alnico 8-sinterizat(anizotropic)7,0 31,830,74119,36 550 860Ceramic 14,98,350,23148,01 450 450Ceramic 54,927,050,38190,98 450 450Ceramic 84,927,850,385234,75 450 450SmCo 188,2143,230,87636,62 250 750SmCo 208,2159,150,9676,4 250 750SmCo 248,4190,981,02732,11 300 825SmCo 268,4206,91,05716,19 300 825Neodym 277,4214,851,08740,0780 280Neodym 27 H7,4214,851,08779,85100 300Neodym 307,4238,731,1795,7780 280Neodym 30 H7,4238,731,1835,56100 300Neodym 357,4278,521,23835,5680 280nfigura17 sunt prezentatecurbele dedemagnetizarepentrudiferitetipuride magnei permaneni fabricai la Dexter Magnetic Technologies Inc., dup cum urmeaz: amagneidetipAlnico;bmagneiceramici;cmagneipebazde samariu-cobalt; d magnei pe baz de neodym.a 1. Alnico 5 turnat; 2. Alnico 5-7 turnat; 3. Alnico 8 turnat; 4. Alnico 2 sinterizat;5. Alnico 5 sinterizat; 6. Alnico 8 sinterizat.b 1. Ceramic 1; 2. Ceramic 5; 3. Ceramic 8.c 1. SmCo 16/18; 2. SmCo 18/20; 3. SmCo 26/11.d 1. NdFeB 31/25; 2. NdFeB 44/12; 3. NdFeB 35/19.Fig. 17. Curbele de demagnetizare corespunztoare diferitelor tipuri de magneipermaneni produi la Dexter Magnetic Technologies Inc.: a magnei tip Alnico; b magnei ceramici; c magnei pe baz de samariu-cobalt;d. magnei pe baz de neodym.In tabelul 5 se prezint comparativ cele patru clase de magnei permaneni utilizai n construcia servomotoarelor.Tabelul 5. Clase de magnei permaneni utilizai n construcia servomotoarelor.Comparaie.Materialul magnetuluipermanentEnergia magnetic maxim (BH)max1]1

3mkJTemperaturamaxim de lucru[oC]Rezistena la demagnetizarePre de costAlnico 60,0 550 joas micFerite (ceramic) 32,0 450 foarte joas mediuSmCo 255,0 300 foarte ridicat foarte mareNdFeB 382,0 150 ridicat mare4.1.2. Materiale conductoarePentru realizarea nfurrilor servomotoarelor electrice se utilizeaz materialecurezistivitateelectricmici anumecuprui aluminiu. Aceste materiale mai sunt caracterizate i de o rezisten mecanic mare, de asemenea sunt rezistente la coroziune, sudabile, maleabile i ductile.Intereseaz i proprietile mecanice, n special gradul de ecruisaj, dup care se deosebesc:- varianta moale simbol m materialul nu este supus la eforturi mecanicemari;- varianta tare simbol t materialul poate suporta eforturi mecanice mari;Din punct de vedere chimic, materialele trebuie s fie ct mai pure. Astfel, cuprul electrotehnic (simbol CuE) se obine prin rafinare electrolitic i are o puritate de peste 99,9 [%]. Impuritile i pot modifica considerabil proprietile. Cea mai duntoare impuritate este bismutul care mrete considerabil fragilitatea cuprului . Alte impuriti ca fosforul, siliciul, fierul etc., determin o reducere important a conductivitii.Principalelecaracteristici electricealecuprului electroliticsunt daten tabelul 6.Tabelul 6.Caracteristici principale ale cuprului electrolitic.Caracteristici Unitatea de msurCupru recoptmoaleCupru tras la recetareDensitatea,

1]1

3dmkg pn la 8,95Rezistivitatea electric la 20[oC], 20 1]1

mmm2 0,017843,93310 0,01724Coeficientul de tempe- ratur, 1]1

C1o3,81310 3,93310 Rezistena la ntindere, 1]1

2mmN200 250 400 490Pentru bobinele servomotoarelor este indicat utilizarea cuprului electrolitic moale, CuEm, deoarece se formeaz uor, evitnd astfel degradrile mecanice ale izolaiei conductorului.La calculul rezistenei unei nfurri, care are temperatura oarecare ,se utilizeaz urmtoarea relaie de calcul:( ) [ ]o20 120 + ,(30)unde valorile lui i20se gsesc n tabelul 6.Aluminiuleste dup cupru, materialul cel mai utilizat n electrotehnic. Comparativ cu cuprul, aluminiul este mai uor i mai ieftin, ns inferior acestuia din punctul de vedere al rezistivitii electrice, a rezistenei mecanice respectiv a rezistenei la coroziune electrochimic. Aluminiul care este utilizat la realizarea nfurrilor nu are voie s conin mai mult de 0,5 [%] adaosuri (deobicei siliciui fier), deoarecerezistivitateasacreteodatcucreterea coninutului de impuriti (n special titan i vanadiu).n cazul coliviilor servomotoarelor se folosete des i varianta aluminiu turnat subpresiune. Principalelecaracteristici electricealealuminiului sunt prezentate n tabelul 7.Tabelul 7.Caracteristici principale ale aluminiului.Caracteristici Unitatea de msurAluminiu recoptmoaleAluminiu tras la recetareAluminiu turnatDensitatea,

1]1

3dmkg 2,70 2,70 2,56Rezistivitatea electric la 20[oC], 20 1]1

mmm20,0310,0310,031Coeficientul de temperatur, 1]1

C1o3,7310 3,7310 3,7310 Rezistena la ntindere,

1]1

2mmN70 110150 25090 120n multe aplicaii , folosirea aluminiului n locul cuprului din nfurare constituie o soluie pentru reducerea momentului de inerie. Densitatea sa fiind de aproximativ 3,3 ori mai mic dect a cuprului, rezult o constant electromagnetic de timp de dou ori mai mic (nu s-a luat n calcul momentul de inerie al arborelui i al rinii epoxidice).4.1.3. Materiale electroizolanteDurata de via a servomotoarelor electrice, ca i a sistemelor electrotehnice n general, depinde n primul rnd de durata de via a izolaiei. n timpul exploatrii, izolaia acestora este supus unor solicitri electrice, mecanice, termice i chimice. De aceea, materialele electroizolante folosite trebuie s ndeplineasc o serie de condiii:rigiditate dielectric ridicat, rezisten mecanic bun, grad de tehnologicitate ridicat, stabilitate termic ridicat, rezisten mare fa de umiditate, fa de locuri de impregnare i fa de solveni, higroscopicitate mic, pierderi dielectrice mici.Materialele electroizolante utilizate n construcia servomotoarelor electrice ndeplinesc dup caz, urmtoarele funcii principale:- de izolaie (electric);- de suport sau / i de consolidare (mecanic);- de protecie prin acoperire.-n funcie de stabilitatea lor termic, materialele electroizolante se mpart n apte clase de izolaie (v. tabelul 8).Tabelul 8. Clasele de izolaie.Clasa de izolaie YAEB FHC [ ] Coad90 105 120 130 155 180 >180ad - supratemperatura nfurrii fa de temperatura mediului de rcire.Cel mai des ntlnite sunt materialele de clas B, F i H. Clasele Y, A i E sunt depitemoral i prinurmaresunt folositedincencemai puin. Se folosesc att produse naturale organice i anorganice, ct i materiale sintetice.Materialeleelectroizolanteseutilizeaznservomotoarecaizolaii de cresttur, izolaii ntre straturi, izolaii ntre faze, pene etc.n tabelul 9 se prezint sintetic cteva dintre cele mai utilizate materiale electroizolante n construcia mainilor electrice.Tabelul 4.9. Materiale electroizolante utilizate n construcia servomotoarelor.Categorie de materiale Tipuri de materiale Locul unde se folosescMateriale flexibile lcuite- esturi de mtase lcuite, esturi din fire poliamidice lcuite, esturi din fire poliesterice lcuite, esturidinfiredesticl lcuite sau impregnate cu lacuri oleorinoase, organice, poliesterice, epoxidice sau siliconice;- poliglasul.- izolareabobinelor fa de cresttur, izolarea capetelor de bobin;- material de fretare.Materiale electroizolantecombinate flexibil- izolaii combinate pe baz de carton electroizolant cu folie poliesteric, izolaii combinate pe baz de hrtie deazbest i folie poliesteric.- izolaii de cresttur, ntre straturi i ntre faze.Materiale stratificate dure- plci dure, tuburi i produse din hrtie impregnat; plci dure, bare i produse fresonate din esturi de bumbac - rol de suport sau / i de consolidare.impregnate; plci dure, bare i cilindrii din estur de sticl impregnat.Materiale electroizolante pe baz de mic foi (solzi)- micafolii, micabenzi, micanite, micanite flexibile.- izolarea bobinelor,confecionareatecilor de crestturi aizolaiilor ntre straturi.Materiale electroizolante pe baz de hrtie de mic- samica i romica. -lafel cai materialele pe baz de mic foi.Folii poliesterice - mylar. - permit aplicareatehnologiilor moderne de bobinaj.Materiale electroizolante termorigide- bachelite, melamine,poliesteri.- la confecionarea carcaselor.Materiale electroizolantetermoplaste- polietilene, poliesteri,poliamide.- la confecionarea carcaselor.Lacurielectroizolante - lacuri de impregnare(oleobituminoase, oleogliptalice, poliuretanice).- impregnarea mainilor.- lacuri de acoperire(oleobituminoase, oleogliptalice modificate icele din rini sintetice).- protecia superficiala bobinajelor mpotriva ptrunderii umiditii i a aderrii prafului.- compounduri. - impregnarea i umplerea bobinajelor.- lacuri de emailare. - pentru conductoare.Osoluie des utilizat n practic este reprezentat de materialele electroizolante anorganice care permit funcionarea nfurrilor la temperaturi mult mai ridicate. Aceste materiale sunt folosite pentru acoperirea conductoarelor nfurrilor, materialul de acoperit utilizat fiind oxidul de siliciu sau aluminiu, respectiv sticl.Principaleleavantajealeacestor materiale, comparativcuceleclasice, sunt [47]:- o rezisten de strpungere mai ridicat (de cca. 2 10 ori);- conductibilitatea termic de cca. cinci ori mai mare;- rezisten termic crescut (pn la aprox. 1000 [oC];- grosimea izolaiei mult diminuat (1[ ] m fa de 25 [ ] m 5 [mm] );- rezisten chimic i mecanic superioar.