Materiale electrotehnice, proprietățile și aplicațiile acestora

Lucrările eficiente și durabile ale mașinilor și instalațiilor electrice depind în mod direct de starea izolației, pentru dispozitivul de care sunt folosite materiale electrotehnice. Acestea se caracterizează printr-un set de anumite proprietăți atunci când sunt plasate în condițiile câmpului electromagnetic și sunt instalate în dispozitivele cu acești indicatori.

Clasificarea materialelor electrice poate fi împărțită în grupuri separate de materiale electroizolante, semiconductoare, conductoare și magnetice, care sunt completate de principalele produse: condensatoare, fire, izolatoare și elemente semiconductoare finite.

Materialele lucrează în câmpuri magnetice sau electrice separate cu anumite proprietăți și sunt expuse la mai multe radiații simultan. Materialele magnetice sunt divizate în mod condiționat în magneți și substanțe slab magnetice. În ingineria electrică cele mai utilizate sunt materialele puternic magnetice.

Știința materialelor

Un material este o substanță caracterizată printr-o compoziție chimică diferită, proprietăți și structură a moleculelor și a atomilor decât alte obiecte. Substanța se află într-una din cele patru stări: gazoasă, solidă, plasmă sau lichidă. Materialele electrice și structurale realizează o varietate de funcții în instalație.

Conductarea materialelor transferă fluxul de electroni, componentele dielectrice asigură izolarea. Utilizarea elementelor rezistive transformă energia electrică în materiale termice, materialele structurale păstrează forma produsului, de exemplu, corpul. Materialele electrotehnice și structurale nu îndeplinesc în mod necesar unul, ci mai multe funcții asociate, de exemplu dielectricul în lucrarea unei instalații electrice, suferă sarcini care le apropie de materialele structurale.

Știința materialelor electrotehnice este o știință angajată în determinarea proprietăților, studierea comportamentului materiei sub influența electricității, căldurii, înghețului, câmpului magnetic etc. Știința studiază caracteristicile specifice necesare pentru crearea mașinilor, dispozitivelor și instalațiilor electrice.

Ghiduri

Acestea includ materialele electrotehnice, al căror indicator principal este conductivitatea pronunțată a curentului electric. Acest lucru se datorează faptului că în masa materiei există în mod constant electroni, legați slab de miez și fiind purtători de taxă liberă. Se deplasează de pe orbita unei molecule în alta și creează un curent. Principalele materiale conductori sunt cuprul și aluminiu.

Conductorii includ elemente care au o rezistență electrică specifică rho- < 10^-5, în timp ce un conductor excelent este un material cu un indice de 10^-8 Ohm * m. Toate metalele au un curent bun, din cele 105 elemente ale mesei doar 25 nu sunt metale, iar din acest grup heterogeni de 12 materiale conduc un curent electric și sunt considerate semiconductori.

Fizica materialelor electrotehnice permite utilizarea lor ca conductoare în stare gazoasă și lichidă. Ca metal lichid cu o temperatură normală, se utilizează numai mercur, pentru care aceasta este o stare naturală. Metalele rămase sunt utilizate ca conductori lichizi numai în starea preîncălzită. Conductorii sunt, de asemenea, utilizați pentru conducerea lichidelor conducătoare, de exemplu electrolit. Proprietățile importante ale conductorilor, permițându-le să se distingă prin gradul de conductivitate electrică, sunt caracteristicile conductivității termice și capacității de generare termică.

Materiale dielectrice

Spre deosebire de conductori, masa dielectricilor conține un număr mic de electroni liberi de formă alungită. Proprietatea principală a unei substanțe este capacitatea sa de a primi polaritate sub acțiunea unui câmp electric. Acest fenomen se explică prin faptul că, sub acțiunea electricității, încărcăturile asociate se îndreaptă spre forțele care acționează. Distanța de deplasare este cu atât mai mare este intensitatea câmpului electric.

Materialele electrotehnice izolate sunt mai aproape de ideal, cu atât este mai scăzut indicele de conductivitate și cu atât este mai puțin pronunțată gradul de polarizare, ceea ce permite evaluarea dispersiei și eliberării energiei termice. Conductivitatea unui dielectric se bazează pe acțiunea unui număr mic de dipoli liberi care se deplasează spre acțiunea câmpului. După polarizare, dielectricul formează o substanță cu polarități diferite, adică două semne diferite de sarcină pe suprafață.

Utilizarea dielectricilor este cea mai extinsă în ingineria electrică, deoarece sunt folosite caracteristicile active și pasive ale elementului.

Materialele active, cu proprietăți gestionabile, includ:

• pyroelectrics;
• electroluminophors;
• piezoelectrice;
• feroelectricilor;
• electreți;
• materiale pentru emițători în laser.

Materialele electrotehnice de bază - dielectrice cu proprietăți pasive, sunt utilizate ca materiale izolatoare și condensatoare de tipul obișnuit. Ele pot separa două secțiuni ale circuitului electric unul de celălalt și pot preveni curgerea încărcărilor electrice. Cu ajutorul lor, izolația pieselor în mișcare este efectuată astfel încât energia electrică să nu scape în sol sau în carcasă.

Separarea dielectricilor

Materialele organice și anorganice sunt dielectrice divizate, în funcție de compoziția chimică. Dielectricii anorganici nu conțin carbon, în timp ce formele organice au un element de bază al carbonului. Substanțe anorganice, cum ar fi ceramica, mica, au un grad ridicat de incalzire.

Materialele electrotehnice prin metoda de producție sunt împărțite în dielectrice naturale și artificiale. Utilizarea pe scară largă a materialelor sintetice se bazează pe faptul că fabricarea vă permite să dați materialului proprietățile dorite.

Conform structurii moleculelor și a rețelei moleculare, dielectricii sunt împărțiți în polari și nepolari. Acestea din urmă sunt de asemenea numite neutre. Diferența constă în faptul că, înainte de declanșarea acțiunii asupra lor, atomii și moleculele au o încărcătură electrică sau nu. Grupul neutru include fluoroplastic, polietilenă, mica, cuarț etc. Izolații polari constau din molecule cu încărcătură pozitivă sau negativă, de exemplu clorură de polivinil, bachelită.

Proprietățile dielectricilor

Starea dielectrică este împărțită în gaze, lichide și solide. Cele mai frecvente sunt materialele electrotehnice solide. Proprietățile și aplicațiile lor sunt evaluate utilizând indicatori și caracteristici:

• volum rezistiv;
• dielectric constant;
• rezistența la suprafață;
• coeficientul de permeabilitate termică;
• pierderile dielectrice, exprimate prin tangenta unghiului;
• rezistența materialului sub acțiunea energiei electrice.

Rezistența la volum depinde de capacitatea materialului de a rezista la curgerea unui curent constant prin acesta. Indicele, reciproc al rezistivității, se numește conductivitatea specifică volumului.

Rezistența la suprafață este determinată de capacitatea materialului de a rezista la un curent constant care curge de-a lungul suprafeței acestuia. Conductivitatea suprafeței este reciprocitatea indicelui anterior.

Coeficientul de permeabilitate termică reflectă gradul de variație a rezistivității după creșterea temperaturii substanței. De obicei, pe măsură ce crește temperatura, rezistența scade, deci valoarea coeficientului devine negativă.

Permeabilitatea dielectrică determină utilizarea materialelor electrice în concordanță cu capacitatea materialului de a crea capacitate electrică. Indicele permitivității relative a unui dielectric este inclus în conceptul de permeabilitate absolută. Schimbarea capacității de izolație este indicată de parametrul anterior al coeficientului de permeabilitate termică, care arată simultan o creștere sau o scădere a capacității cu o modificare a regimului de temperatură.

Factorul de pierdere al dielectricului reflectă gradul de pierdere de putere a circuitului în raport cu materialul dielectric supus acțiunii unui curent alternativ electric.

Materialele electrotehnice sunt caracterizate de un indicator puterea electrică, care determină posibilitatea distrugerii unei substanțe sub acțiunea stresului. Atunci când există o rezistență mecanică, există o serie de teste pentru a stabili indicele de rezistență la compresiune, întindere, îndoire, torsiune, impact și despicare.

Indicii fizici și chimici ai dielectricilor

În dielectric, un anumit număr de acizi eliberați este conținut. Cantitatea de potasiu caustic în miligrame necesară pentru a scăpa de impurități în 1 g de substanță se numește numărul de acid. Acizii distrug materialele organice, au un efect negativ asupra proprietăților de izolare.

Caracteristicile materialelor electrotehnice sunt completate coeficient de viscozitate sau frecare, care arată gradul de fluiditate a substanței. Viscozitatea este împărțită în condiții condiționale și cinematice.

Gradul de absorbție a apei se determină în funcție de masa de apă absorbită de elementul mărimii testului după o zi în apă la o temperatură dată. Această caracteristică indică porozitatea materialului, o creștere a indicelui agravează proprietățile izolației.

Materiale magnetice

Indicatori de evaluare proprietăți magnetice se numesc caracteristici magnetice:

• permeabilitate absolută magnetică;
• permeabilitatea magnetică relativă;
• coeficientul de permeabilitate termică;
• energia câmpului magnetic maxim.

Materialele magnetice sunt împărțite în materiale dure și moi. Elementele moi sunt caracterizate de mici pierderi atunci când magnetizarea corpului se află în spatele câmpului magnetic efectiv. Ele sunt mai permeabile la undele magnetice, au o forță coercitivă mică și o saturație crescută de inducție. Ele sunt utilizate în aranjarea transformatoarelor, a mașinilor și mecanismelor electromagnetice, a ecranelor magnetice și a altor dispozitive în care este necesară magnetizarea cu goluri energetice mici. Acestea includ fier electrolit pur, fier - armco, permalloy, oțel electrotehnic în foi, aliaje de nichel-fier.

Materialele solide se caracterizează prin pierderi semnificative atunci când gradul de magnetizare se situează în spatele câmpului magnetic extern. După ce au primit impulsuri magnetice odată, astfel de materiale și produse electrotehnice sunt magnetizate și pentru o perioadă lungă de timp economisesc energia acumulată. Ei au o forță coercitivă mare și o capacitate mare de inducție reziduală. Elementele cu astfel de caracteristici sunt utilizate pentru fabricarea magneților staționari. Reprezentanții elementelor sunt aliaje pe bază de fier, aluminiu, nichel, cobalt, componente de siliciu.

magnetodielectrics

Acestea sunt materiale amestecate, conținând 75 până la 80% în pulberea magnetică, restul de masă fiind umplut cu un dielectric organic polimeric înalt. feritele Y și feritele valori crescute ale rezistivitatea volumică, mici pierderi turbionari curent, ceea ce permite utilizarea lor în tehnologia de înaltă frecvență. Feriturile au un indice stabil în diferite domenii de frecvență.

Domeniul de aplicare al feromagnetilor

Ele sunt utilizate cel mai eficient pentru a crea nuclee de bobine de transformatoare. Aplicarea materialului permite creșterea câmpului magnetic al transformatorului, fără a schimba intensitatea curentului. Aceste inserții de ferite economisesc consumul de energie în timpul funcționării dispozitivului. Materialele și echipamentele electrotehnice, după oprirea efectului magnetic extern, păstrează indicii magnetici și mențin câmpul în spațiul vecin.

Curenții elementari nu trec după ce magnetul este oprit, deci este creat un magnet permanent permanent, care funcționează efectiv în căști, telefoane, dispozitive de măsurare, compase, înregistratoare de sunet. Foarte populare în utilizare sunt magneții permanenți care nu conduc energia electrică. Ele sunt obținute prin combinarea oxizilor de fier cu alți oxizi diferiți. Minereul de fier magnetic se referă la ferite.

Materiale semiconductoare

Acestea sunt elementele care au valoarea conductivității, situate în decalajul acestui indicator pentru conductori și dielectrici. Conductivitatea acestor materiale depinde în mod direct de manifestarea impurităților în masă, de direcțiile externe de acțiune și de defectele interne.

Caracteristica materialelor electrotehnice ale unui grup de semiconductori vorbește despre distincția esențială a elementelor unul de celălalt pe o latură structurală, structură, proprietăți. În funcție de parametrii specificați, materialele sunt împărțite în 4 tipuri:

1. Elemente conținând atomi de un fel: siliciu, fosfor, bor, seleniu, indiu, germaniu, galiu etc.
2. Materiale care conțin în compoziția oxizilor metalici - cupru, oxid de cadmiu, zinc etc.
3. Materiale grupate în grupul antimonidic.
4. Materiale organice - naftalină, antracen, etc.

În funcție de rețeaua de cristal, semiconductorii sunt împărțiți în materiale policristaline și elemente cu cristale unice. Caracteristica materialelor electrotehnice le permite să le împărțim în nemagnetice și slab magnetice. Printre componentele magnetice se disting semiconductorii, conductorii și elementele neconductoare. Distribuția clară este dificil de realizat, deoarece multe materiale se comportă diferit în schimbarea condițiilor. De exemplu, funcționarea anumitor semiconductori la temperaturi scăzute poate fi comparată cu acțiunea izolatoarelor. Același dielectric acționează ca și semiconductori atunci când este încălzit.

Materiale compozite

Materialele care sunt subdivizate nu prin funcție, ci prin compoziție, se numesc materiale compozite, ele sunt și materiale electrotehnice. Proprietățile și aplicarea lor se datorează unei combinații de materiale utilizate la fabricare. Exemple sunt componente fibroase din fibră de sticlă, fibră de sticlă, amestecuri de metale conducătoare și refractare. Utilizarea amestecurilor echivalente ne permite să identificăm punctele forte ale materialului și să le aplicăm la destinația lor. Uneori combinația de componente compozite conduce la crearea unui element absolut nou cu alte proprietăți.

Materiale de film

Un câmp larg de aplicare în ingineria electrică a fost câștigat de filme și benzi, cum ar fi materialele electrotehnice. Proprietățile lor diferă de celelalte dielectrice în ceea ce privește flexibilitatea, rezistența mecanică suficientă și caracteristicile excelente de izolare. Grosimea produselor variază în funcție de material:

• Filmele sunt fabricate dintr-o grosime de 6-255 μm, benzile produc 0,2-3,1 mm;
• produsele din polistiren sub formă de benzi și filme produc o grosime de 20-110 μm;
• benzile din polietilenă au o grosime de 35-200 microni, o lățime de 250 până la 1500 mm;
• Filmele fluoroplastice sunt fabricate dintr-o grosime de 5-40 μm, lățimea este de 10-210 mm.

Clasificarea materialelor electrotehnice din film face posibilă distingerea a două tipuri: filme orientate și nedirecționate. Primul material este folosit cel mai adesea.

Lacuri si emailuri pt. Izolatii electrice

Soluțiile de substanțe care se formează în timpul solidificării filmului sunt materiale electrotehnice moderne. Acest grup include bitum, uleiuri de uscare, rășini, eteri sau compuși ai celulozei și combinații ale acestor componente. Transformarea unei componente vâscoase într-un izolator are loc după evaporarea din masa solventului aplicat și formarea unui film dens. Prin metoda de aplicare, filmele sunt împărțite în adeziv, impregnare și acoperire.

Lacurile de impregnare sunt utilizate pentru înfășurarea instalațiilor electrice în scopul creșterii conductivității termice și a rezistenței la umiditate. Lacurile de acoperire creează o acoperire superioară de protecție din umiditate, îngheț, ulei pentru suprafața înfășurărilor, plastic, izolație. Componentele adezive sunt capabile să lipici lama mica cu alte materiale.

Componente pentru izolarea electrică

Aceste materiale sunt reprezentate de o soluție lichidă la momentul utilizării, urmată de solidificare și solidificare. Substanțele sunt caracterizate prin faptul că compoziția nu conține solvenți. Compuși aparțin, de asemenea, grupului "materiale electrotehnice". Tipurile lor sunt de umplere și impregnare. Primul tip este utilizat pentru a umple cavitățile din ambreiajele de cablu, iar cel de-al doilea grup este utilizat pentru a impregna bobinajele motorului.

Compușii sunt făcuți din material termoplastic, se înmoaie după ridicarea temperaturii și termorezistenți, reținând stabil forma de solidificare.

Materiale electroizolante impregnate cu fibre

Pentru producerea unor astfel de materiale se utilizează fibre organice și constituenți artificiali. Fibrele vegetale naturale din mătase naturală, in, lemn sunt transformate în materiale de origine organică (fibre, țesături, carton). Umiditatea unor astfel de izolatoare variază în intervalul 6-10%.

Materialele organice din sintetice (kapron) conțin umiditate doar între 3 și 5%, aceeași saturație cu umiditate și fibre anorganice (fibră de sticlă). Materialele anorganice se disting prin incapacitatea lor de a se aprinde cu încălzire semnificativă. Dacă materialele sunt impregnate cu emailuri sau lacuri, crește inflamabilitatea. Furnizarea de materiale electrice este făcută întreprinderii pentru fabricarea mașinilor și dispozitivelor electrice.

Lethroidul

Fibrele fine sunt produse în foi și laminate într-o rolă pentru transport. Se utilizează ca material pentru fabricarea plăcuțelor de izolație, dielectrice în formă, șaibe. Hârtie cu impregnare cu azbest și carton de azbest este făcută din azbest de chrysolit, împărțind-o în fibre. Azbestul are rezistență la mediul alcalin, dar este distrus în acid.

În concluzie, trebuie remarcat faptul că utilizarea materialelor moderne pentru izolarea aparatelor electrice a dus la creșterea semnificativă a duratei lor de viață. Pentru corpurile de plante se utilizează materiale cu caracteristicile selectate, ceea ce face posibilă producerea de noi echipamente funcționale cu performanțe îmbunătățite.