À quoi sert l’acier électrique à grains non orientés ?
Sep 26, 2023
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Acier électrique sans-grains-orientés (ONG)L est un alliage de-fer en carbone-silicium dont les propriétés magnétiques sont presque les mêmes dans toutes les directions de roulement.
Ce comportement isotrope est exactement la raison pour laquelle il s'agit du matériau de base par défaut des machines électriques tournantes : un rotor de moteur tourne dans des directions de flux changeantes, et un matériau qui fonctionne de manière uniforme dans toutes les directions maintient les pertes prévisibles dans chaque position de fonctionnement.
En bref, l'acier ONG est principalement utilisé dans les noyaux de stator et de rotor des moteurs de taille moyenne et petite, dans les générateurs, dans les noyaux de petits transformateurs et réacteurs, dans les relais et dans les moteurs d'entraînement des appareils électroménagers.
Points clés à retenir
- L'acier électrique ONG est un acier-allié au silicium, à très faible-acier au carbone avec des propriétés magnétiques isotropes ; il est spécifié pour les noyaux de machines-tournants, tandis que l'acier à grains-orientés (GO) est principalement réservé aux noyaux de transformateurs.
- Son application principale est l'empilement de tôles de stator et de rotor de moteurs à courant alternatif et à courant continu, depuis les moteurs d'appareils à puissance fractionnaire-ch jusqu'aux entraînements de machines industrielles.
- Les performances sont exprimées par des désignations de qualité telles que 50W470 (GB/T 2521.1) ou M470-50A (EN 10106) ; le chiffre « 470 » fait référence à une perte maximale du cœur de 4,70 W/kg à 1,5 T / 50 Hz.
- Fabrication typique : coulée continue, laminage à chaud, décapage, laminage à froid, recuit final et revêtement isolant, suivis d'un refendage et d'un emboutissage par stratification.
Qu'est-ce que l'acier électrique sans-grains-orientés ?
L'acier électrique ONG, également appelé acier au silicium non orienté -, est un alliage magnétique doux dans lequel le silicium (généralement environ 0,5 à 3,2 % en masse) est le principal élément d'alliage et le carbone est maintenu à un niveau extrêmement faible (généralement pas plus d'environ 0,005 %). Le faible niveau de carbone et l'ajout de silicium réduisent la perte d'hystérésis et augmentent la résistivité électrique, ce qui réduit l'énergie perdue sous forme de chaleur lorsque le matériau est magnétisé dans un champ alternatif.
"Non-grain-orienté" signifie que les grains cristallins n'ont pas de direction de roulement préférée, de sorte que les propriétés magnétiques -perméabilité et perte de noyau-sont essentiellement isotropes, c'est-à-dire les mêmes dans n'importe quelle direction du plan-.
En raison de cette isotropie, l’acier ONG est le choix naturel partout où le flux magnétique tourne à l’intérieur du noyau, ce qui est le cas dans toute machine électrique tournante. En revanche, l'acier à grains-orientés (GO) est traité de manière à ce que la plupart des grains soient alignés avec la direction de laminage ; il offre une perte de noyau inférieure et une densité de flux plus élevée, mais uniquement dans une seule direction, ce qui convient aux noyaux de transformateur statique plutôt qu'aux machines tournantes.
Principales applications de l'ONG Electrical Steel
L'acier électrique ONG est acheté presque exclusivement sous forme de bandes refendues ou de tôles embouties pour les familles d'application suivantes :
| Domaine d'application | Pièces typiques | Remarques |
|---|---|---|
| Moteurs (moyens et petits) | Empilements de tôles de stator et de rotor de moteurs à induction à courant alternatif, de moteurs synchrones à aimants permanents- et de moteurs à courant continu | Utilisation dominante de l'acier des ONG ; les piles de stratification réduisent les pertes par courants de Foucault dans le champ de flux rotatif |
| Générateurs | Noyaux de stator et de rotor de petits et moyens générateurs, y compris les unités portables et de secours | Même logique de flux-tournant que les moteurs ; les propriétés isotropes maintiennent la perte uniforme |
| Petits transformateurs et réacteurs | Laminages de noyaux de petits transformateurs de distribution, de transformateurs de mesure et de noyaux de réacteurs | Là où le coût et la facilité de poinçonnage comptent plus que la perte à vide la plus faible possible ; les gros transformateurs de puissance utilisent plutôt de l'acier GO |
| Relais et contacteurs | Circuits magnétiques, induits et culasses | Les qualités ONG à faible-carbone frappent proprement et magnétisent rapidement |
| Moteurs pour appareils électroménagers | Moteurs de compresseur, moteurs de ventilateur, moteurs de machine à laver et d'aspirateur | Estampage-de gros volumes avec des tolérances dimensionnelles serrées ; les qualités standard et semi--transformées sont toutes deux utilisées |
| Moteurs d'entraînement de-véhicules électriques | Noyaux de stator à haute fréquence-des moteurs de traction | Les ONG de qualité supérieure-(jauge fine, faible perte de cœur à 400 Hz et plus) sont typiques ; tous les fournisseurs ne proposent pas ces qualités |
La cartographie des applications suit les pratiques d'ingénierie courantes et les définitions du champ d'application des normes des ONG citées dans cet article ; confirmer la sélection de la qualité auprès du fournisseur et de la norme applicable avant de commander.
Notes typiques des ONG et performances de référence
L'acier ONG est fourni sous forme de bandes entièrement ouvrées ou semi--ouvrées, normalement d'une épaisseur de 0,35 à 0,65 mm pour les travaux de moteur standard. Les noms de qualité codent l’épaisseur et la perte de noyau. Dans la désignation chinoise 50W470 (GB/T 2521.1), « 50 » signifie 0,50 mm d'épaisseur nominale, « W » désigne l'acier non orienté - et « 470 » représente une perte de noyau maximale garantie de 4,70 W/kg mesurée à 1,5 T, 50 Hz (P1,5/50).
La désignation équivalente dans la norme EN 10106 est M470-50A (entièrement traité, 0,50 mm, classe 4,7 W/kg). ASTM A677 couvre l'acier électrique non orienté entièrement traité avec une logique de classification similaire (numéros de nuance basés sur l'épaisseur et perte de noyau garantie à 15 kG / 60 Hz).
| Désignation | Épaisseur | Perte de noyau P1,5/50 (max) | Densité de flux | Standard |
|---|---|---|---|---|
| 50W470 | 0,50 mm | 4,70 W/kg | B50 Supérieur ou égal à 1,65 T | GB/T 2521.1 (valeurs de qualité typiques selon la norme) |
| M470-50A | 0,50 mm | 4,70 W/kg | B2500 Supérieur ou égal à 1,67 T | EN 10106 (entièrement transformé) |
| Types ASTM A677 comparables | 0,47 à 0,50 mm | Classe de perte dans le noyau garantie à 15 kG / 60 Hz | Induction selon le tableau de qualité A677 | ASTM A677 (entièrement traité non orienté-) |
Les valeurs de référence ci-dessus sont des chiffres garantis standard utilisés pour la sélection des matériaux ; les chiffres exacts sur un certificat d'usine peuvent être plus stricts. Vérifiez toujours par rapport à l'édition actuelle de la norme (par exemple GB/T 2521.1-2016) et au certificat de test du fournisseur. Des qualités semi-ouvrées (par exemple M470-50S selon EN 10106) sont également disponibles pour les clients qui recuit après emboutissage.
ONG vs GO : deux matériaux pour des emplois différents
Les acheteurs confondent souvent l'acier électrique non-à grains-orientés et à grains-orientés, car les deux sont vendus sous le nom d'« acier au silicium ». La règle de sélection est simple : les machines tournantes prennent de l'acier ONG, les noyaux de transformateurs statiques prennent de l'acier GO.
| Propriété | Non-orienté vers les céréales-(ONG) | Grain-orienté (GO) |
|---|---|---|
| Structure des grains | Orientation aléatoire, propriétés magnétiques isotropes | Grains alignés avec le sens de roulement (texture Goss) |
| Perte de base | Plus haut; qualités standards typiques, par exemple . 4.70 W/kg à 1,5 T / 50 Hz (50W470, M470-50A) | Inférieur; Par exemple, des nuances de . 0.23 mm à 0,75–0,85 W/kg à 1,7 T/50 Hz (valeurs typiques de qualités élevées-, par exemple. 23RK075 selon les données publiées sur ce site) |
| Densité de flux | B50 généralement supérieur ou égal à 1,6 T (selon GB/T 2521.1) | B8 généralement supérieur ou égal à 1,8 T (grades de perméabilité élevés -, selon GB/T 2 521,2) |
| Comportement magnétique | Idem dans toutes les directions-du plan | Meilleur dans la direction de roulement, médiocre dans la direction transversale (anisotrope) |
| Applications typiques | Noyaux de moteur et de générateur, petits noyaux de transformateur/réacteur, relais, moteurs d'appareils | Noyaux de transformateurs de puissance et de distribution, où le flux suit une direction |
| Normes régissant | GB/T 2521.1, EN 10106, ASTM A677 | GB/T 2521.2, EN 10107, ASTM A876 |
Comment est fabriqué l'acier électrique d'une ONG
Le processus de fabrication standard de l'acier ONG entièrement transformé comprend six étapes :
- Sidérurgie et coulée continueLe fer - à faible-carbone est allié au silicium et fondu dans un convertisseur ou un four à arc électrique, puis coulé en brames.
- Laminage à chaud- dalles sont roulées en bande ; la bobine laminée à chaud-est le point de départ du produit fini.
- Décapage- la calamine est retirée de la-surface laminée à chaud avant le laminage à froid.
- Laminage à froid- la bande est réduite au gabarit final (généralement 0,35 à 0,65 mm pour les qualités moteurs).
- Recuit finalLe recuit de recristallisation - développe la structure de grain aléatoire qui confère à l'acier ONG ses propriétés magnétiques isotropes.
- Revêtement isolant et refendage- un revêtement isolant inorganique ou semi-organique est appliqué pour maintenir les pertes par courants de Foucault à un faible niveau dans la pile finie, et la bande est fendue à la largeur pour l'estampage.
Les clients reçoivent le matériau sous forme de bobines, de bobines refendues ou de-stratifications pré-estampillées ; les piles de tôles sont ensuite soudées, liées ou serrées dans des stators et des rotors de moteurs ou dans de petits noyaux de transformateur.
FAQ
T1. L'acier électrique ONG est-il utilisé dans les transformateurs ?
Oui, mais seulement dans des rôles limités. L'acier ONG apparaît dans les petits transformateurs de distribution, les transformateurs de mesure et les cœurs de réacteurs où la facilité de poinçonnage et le coût importent plus que la plus faible perte à vide -. Les grands transformateurs de puissance utilisent de l'acier à grains orientés - (GO), car leurs noyaux fonctionnent avec un flux essentiellement aligné dans une direction, ce qui est exactement la condition dans laquelle l'avantage anisotrope de l'acier GO s'applique.
Q2. Que signifie le nom de qualité 50W470 ?
Dans la norme chinoise GB/T 2521.1, 50W470 signifie : épaisseur nominale 0,50 mm (« 50 »), acier non orienté - (« W ») et perte maximale garantie dans le noyau de 4,70 W/kg mesurée à 1,5 T et 50 Hz (« 470 »). L'équivalent de la norme EN 10106 est M470-50A, où « A » désigne un matériau entièrement traité.
Q3. Pourquoi l'acier ONG est-il choisi pour les moteurs et l'acier GO pour les transformateurs ?
Dans un moteur ou un générateur, la direction du flux dans le noyau tourne lorsque l'arbre tourne, de sorte que le matériau du noyau doit se comporter de la même manière dans toutes les directions -, c'est ce que fournit la structure isotrope de l'acier ONG. Dans un transformateur, le flux suit une boucle fixe, de sorte que le broyeur peut aligner les grains dans cette seule direction et réduire davantage les pertes dans le noyau ; L'acier GO offre cet avantage mais est hautement anisotrope, ce qui le rend inadapté aux noyaux en rotation.
Q4. Quelle est l'épaisseur de l'acier électrique ONG ?
Les qualités de moteur standard sont fournies dans une épaisseur de 0,35 à 0,65 mm. Des jauges plus fines (jusqu'à environ 0,2 mm et moins) existent pour les applications à fréquence plus élevée - telles que les moteurs de traction EV, où la perte par courants de Foucault - augmente avec la fréquence ; ces qualités portent leur propre série de désignations et sont citées séparément par les fournisseurs.
En résumé, l'acier électrique à grains non orientés--est le matériau de base idéal pour les machines électriques tournantes, les moteurs - d'abord, puis les générateurs, les noyaux de petits transformateurs et de réacteurs, les relais et les entraînements d'appareils. Son comportement magnétique isotrope, exprimé par des désignations de qualité telles que 50W470 (GB/T 2521.1) et M470-50A (EN 10106), permet aux ingénieurs de prédire la perte du noyau dans toutes les directions de fonctionnement, ce qui est précisément ce qu'exige une machine tournante. Les acheteurs qui correspondent à l’application, à la qualité et à la norme en vigueur obtiendront des performances prévisibles de chaque bobine.