Elektrotehničkih materijala, svojstva i primjena

Učinkovit i izdržljiv rad električnih strojeva i instalacija izravno ovisi o stanju izolacije, za uređaj od kojeg se koriste elektrotehnički materijali. Oni su karakterizirani skupom određenih svojstava prilikom postavljanja u uvjete elektromagnetskog polja, i ugrađuju se u uređaje s tim pokazateljima.

Razvrstavanje električnih materijala može se podijeliti u zasebne skupine električnih izolacijskih, poluvodičkih, vodičkih i magnetskih materijala, koje se nadopunjuju glavnim proizvodima: kondenzatorima, žicama, izolatorima i gotovim poluvodičkim elementima.

Materijali rade u zasebnim magnetnim ili električnim poljima s određenim svojstvima i istodobno su izloženi nekoliko zračenja. Magnetski materijali uvjetno su podijeljeni na magnete i slabo magnetske tvari. U elektrotehnici, najčešće korišteni su snažno magnetski materijali.

Znanost materijala

Materijal je tvar karakterizirana različitim kemijskim sastavom, svojstvima i strukturom molekula i atoma. Tvar je u jednoj od četiri stanja: plinovita, čvrsta, plazma ili tekućina. Elektrotehnički i strukturni materijali obavljaju različite funkcije u postrojenju.

Provođenje materijala prenosi protok elektrona, dielektrične komponente osiguravaju izolaciju. Korištenje buntovnih elemenata pretvara električnu energiju u toplinske, strukturne materijale koji zadržavaju oblik proizvoda, na primjer, tijelu. Elektrotehnički i strukturni materijali nužno ne provode niti jedan, već nekoliko pratećih funkcija, na primjer, dielektrična rad u elektroinstalaciji prolazi kroz opterećenja, što ga približava građevinskim materijalima.

Elektrotehnička znanost materijala je znanost koja se bavi određivanjem svojstava, proučavanjem ponašanja tvari pod utjecajem električne energije, toplote, mraza, magnetskog polja itd. Znanost istražuje specifične karakteristike potrebne za stvaranje električnih strojeva, uređaja i instalacija.

vodiči

To uključuje elektrotehničke materijale čiji je glavni pokazatelj izražena provodljivost električne struje. To je zato što je masa materije konstantno prisutna elektrona, slabo vezana za jezgru i kao besplatni nosači naboja. Prelaze iz orbite jedne molekule u drugu i kreiraju struju. Glavni dirigentni materijali su bakar i aluminij.

Vodovi uključuju elemente koji imaju specifičnu električnu otpornost p <10 ^-5 , a izvrstan vodič je materijal s indeksom od 10 ^-8 Ω * m. Svi su metali dobra struja, od 105 elemenata tablice samo 25 nisu metali, a iz te heterogene grupe od 12 materijala provode električnu struju i smatraju se poluvodičima.

Fizika elektrotehničkih materijala omogućuje njihovu upotrebu kao vodiča u plinovitom i tekućem stanju. Kao tekući metal s normalnom temperaturom koristi se samo živa, za koju je to prirodno stanje. Preostali metali se koriste kao tekući vodiči samo u zagrijanom stanju. Vodovi se također koriste za provođenje vodljivih tekućina, na primjer elektrolita. Važna svojstva vodiča koji omogućuju razlikovanje stupnja električne vodljivosti su svojstva toplinske vodljivosti i sposobnost toplinske proizvodnje.

Dielektrični materijali

Za razliku od vodiča, masa dielektrici sadrži mali broj slobodnih elektrona izduženog oblika. Glavna svojstva tvari su njegova sposobnost primanja polariteta pod djelovanjem električnog polja. Taj se fenomen objašnjava činjenicom da se pod djelovanjem električne energije pridruženi troškovi kreću prema djelujućim snagama. Udaljenost razmaka je veća veća snaga električnog polja.

Izolacijski elektrotehnički materijali bliže su idealu, to je niži specifični indeks vodljivosti, a manji je naglasak stupnja polarizacije, koji omogućuje procjenu disperzije i oslobađanja toplinske energije. Vodljivost dielektriksa temelji se na djelovanju malog broja slobodnih dipola koji se kreću prema djelovanju polja. Nakon polarizacije, dielektrična tvari tvore supstancu s različitim polarnostima, tj. Dva različita znaka naboja na površini.

Korištenje dielektrika je najopsežnije u elektrotehnici, budući da se koriste aktivna i pasivna svojstva elementa.

Aktivni materijali, s upravljivim svojstvima, uključuju:

• pyroelectrics;
• electroluminophors;
• piezoelectrics;
• feroelektrici;
• electrets;
• Materijali za emitere u laseru.

Osnovni elektrotehnički materijali - dielektrici s pasivnim svojstvima, koriste se kao izolacijski materijali i kondenzatori uobičajenog tipa. Oni su u stanju razdvojiti dva dijela električnog strujnog kruga jedan od drugog i spriječiti protok električnih napona. Pomoću njih se provodi izolacija živih dijelova tako da električna energija ne bježi u tlo ili kućište.

Razdvajanje dielektrika

Organski i anorganski materijali podijeljeni su dielektrikama, ovisno o kemijskom sastavu. Anorganske dielektrici ne sadrže ugljik, dok organski oblici imaju osnovni element ugljika. Anorganske tvari, kao što su keramika, tinjac, imaju visoku razinu grijanja.

Elektrotehnički materijali po načinu proizvodnje podijeljeni su na prirodne i umjetne dielektrike. Široka primjena sintetičkih materijala temelji se na činjenici da proizvodnja omogućuje da materijalu dajete željena svojstva.

Prema strukturi molekula i molekularnoj rešetki, dielektrici su podijeljeni na polarno i nepolarno. Potonji se nazivaju i neutralni. Razlika leži u činjenici da prije početka djelovanja električne struje ili atoma, atomi i molekule imaju ili nemaju električni naboj. Neutralna skupina uključuje fluoroplast, polietilen, tinj, kvarc, itd. Polarna dielektrika se sastoji od molekula s pozitivnim ili negativnim nabojem, na primjer, polivinil klorid, bakelit.

Svojstva dielektrika

Stanje dielektrike podijeljeno je na plinovito, tekuće i čvrste. Najčešći su tvrdi elektrotehnički materijali. Njihova svojstva i primjene procjenjuju se pomoću pokazatelja i svojstava:

• Volumen otpornosti;
• Dielektrična permitivnost;
• Površinska otpornost;
• Koeficijent toplinske propusnosti;
• Dielektrični gubitci, izraženi tangentom kuta;
• Snaga materijala pod djelovanjem struje.

Volumni specifični otpor ovisi o sposobnosti materijala da se odupre strujanju konstantne struje kroz nju. Indeks, recipročan otpor, se naziva specifična vodljivost volumena.

Površinska otpornost određena je sposobnošću materijala da se odupre konstantnoj struji koja teče duž njezine površine. Vodljivost površine je recipročna prethodnog pokazatelja.

Koeficijent toplinske propusnosti odražava stupanj promjene otpornosti nakon podizanja temperature tvari. Obično, kada se temperatura povećava, otpor se smanjuje, stoga vrijednost koeficijenta postaje negativna.

Dielektrična propustnost određuje upotrebu električnih materijala u skladu s sposobnošću materijala da stvara električnu energiju. Indeks relativne permitivnosti dielektrik je uključen u pojam apsolutne propusnosti. Promjena izolacijskog kapaciteta označena je prethodnim parametrom koeficijenta toplinske propusnosti, što istodobno pokazuje povećanje ili smanjenje kapaciteta s promjenom režima temperature.

Faktor gubitka dielektriksa odražava stupanj gubitka snage kruga u odnosu na dielektrični materijal podvrgnut djelovanju električne izmjenične struje.

Elektrotehnički materijali karakterizirani su indeksom električne čvrstoće, koja određuje mogućnost uništavanja tvari pod utjecajem stresa. Kada postoji mehanička čvrstoća, postoji niz testova za uspostavljanje indeksa tlačne čvrstoće, napetosti, savijanja, torzije, udara i cijepanja.

Fizički i kemijski indeksi dielektrika

U dielektriku, sadržan je određeni broj otpuštenih kiselina. Količina kaustičnog kalijuma u miligrama potrebna da se oslobode nečistoća u 1 g supstance naziva se kiselim brojem. Kiseline uništavaju organske materijale, negativno utječu na izolacijska svojstva.

Karakteristika elektrotehničkih materijala nadopunjuje se koeficijentom viskoznosti ili trenja koji pokazuje stupanj fluidnosti tvari. Viskoznost je podijeljena na uvjetno i kinematično.

Stupanj apsorpcije vode određuje se ovisno o masi vode koju apsorbira element test-veličine nakon dana u kojem se voda nalazi na određenoj temperaturi. Ova karakteristika ukazuje na poroznost materijala, a povećanje indeksa pogoršava izolacijska svojstva.

Magnetski materijali

Pokazatelji evaluacije magnetskih svojstava nazivaju se magnetskim karakteristikama:

• Magnetska apsolutna propusnost;
• Magnetna relativna propusnost;
• Koeficijent termičke propusnosti;
• Energija maksimalnog magnetskog polja.

Magnetski materijali podijeljeni su na tvrdo i mekano. Mekani elementi karakteriziraju mali gubici kada magnetizacija tijela zaostaje iza učinkovitog magnetskog polja. Oni su više propusni za magnetske valove, imaju malu prisilnu silu i povećanu zasićenost indukcije. Koriste se u rasporedu transformatora, elektromagnetskih strojeva i mehanizama, magnetskih zaslona i drugih uređaja gdje je potrebno magnetiziranje s malim energetskim prazninama. To uključuje čisti elektrolit željezo, željezo - armco, permalloy, elektrotehnički čelik u limovima, legure nikla i željeza.

Čvrsti materijali karakterizirani su značajnim gubicima kada stupanj magnetizacije zaostaje iza vanjskog magnetskog polja. Nakon što je jednom primio magnetske impulse, takvi elektrotehnički materijali i proizvodi magnetizirani su i dugo vremena spasavaju akumuliranu energiju. Imaju veliku prisilnu silu i veliki kapacitet preostale indukcije. Elementi s takvim karakteristikama koriste se za proizvodnju stacionarnih magneta. Predstavnici elemenata su legure na bazi željeza, aluminij, nikal, kobalt, komponente silicija.

magnetodielectrics

To su mješoviti materijali, 75-80% koji sadrže u magnetskom prahu, a ostatak mase se napuni organskim visoko polimernim dielektrikama. Feriti i magnetodielektrika imaju veće vrijednosti otpornosti na volumen, male gubitke vrtložne struje, što omogućuje njihovo korištenje u visokofrekventnoj tehnologiji. Feriti imaju stabilan indeks na različitim frekvencijskim poljima.

Opseg primjene feromagneta

Najčešće se koriste za stvaranje jezgri transformatorskih zavojnica. Primjena materijala omogućava mnogo povećanje magnetskog polja transformatora, bez mijenjanja trenutnog intenziteta. Ovi ulošci feritova uštedu energije tijekom rada uređaja. Elektrotehnički materijali i oprema, nakon isključivanja vanjskog magnetskog učinka, zadržavaju magnetske indekse i održavaju polje u susjednom prostoru.

Elementarne struje ne prolaze nakon isključivanja magneta, stvarajući tako standardni permanentni magnet koji učinkovito funkcionira u slušalicama, telefonima, mjernim uređajima, kompasima, zvučnim snimačima. Vrlo su popularni u upotrebi trajni magneti koji ne provode električnu energiju. Dobivaju se kombinacijom željeznih oksida s drugim različitim oksidima. Magnetska željezna ruda se odnosi na ferite.

Poluvodički materijali

To su elementi koji imaju vrijednost provodljivosti, smješteni u praznini ovog indeksa za vodiče i dielektrike. Vodljivost tih materijala izravno ovisi o manifestaciji nečistoća u masi, vanjskim smjerovima djelovanja i unutarnjim defektima.

Karakteristika elektrotehničkih materijala skupine poluvodiča govori o bitnom razlikovanju elemenata jedan od drugoga na strukturnoj rešetki, strukturi, svojstvima. Ovisno o navedenim parametrima, materijali su podijeljeni u 4 vrste:

1. Elementi koji sadrže atome jedne vrste: silicij, fosfor, bor, selen, indij, germanium, galij itd.
2. Materijali koji sadrže u sastavu metalnih oksida - bakar, kadmij oksid, cink itd.
3. Materijali, grupirani u antimonidnu skupinu.
4. Organski materijali - naftalin, antracen itd.

Ovisno o kristalnoj rešetki, poluvodiči su podijeljeni na polikristalinične materijale i elemente jednog kristala. Karakteristike elektrotehničkih materijala omogućuju ih podjelu na ne-magnetske i slabo magnetske. Među magnetskim komponentama razlikuju se poluvodiči, vodiči i ne-vodljivi elementi. Jasno dodjeljivanje je teško izvesti, jer se mnogi materijali ponašaju drugačije u promjenjivim uvjetima. Primjerice, rad određenih poluvodiča pri niskim temperaturama može se usporediti s djelovanjem izolatora. Ista dielektrika djeluje kao poluvodiči kada se zagrijavaju.

Kompozitni materijali

Materijali koji su podijeljeni po funkciji, ali po sastavu, nazivaju se kompozitni materijali, a to su i elektrotehnički materijali. Njihova svojstva i primjena rezultat su kombinacije materijala koji se koriste u proizvodnji. Primjer su komponente od staklenih vlakana, stakloplastike, smjese vodljivih i vatrostalnih metala. Upotreba ekvivalentnih smjesa omogućuje nam prepoznavanje čvrstoća materijala i primjenu na njihovu namjeravanu uporabu. Ponekad kombinacija kompozitnih komponenata dovodi do stvaranja apsolutno novog elementa s drugim svojstvima.

Filmski materijali

Veliko područje primjene u elektrotehnici osvojilo je filmove i trake, poput elektrotehničkih materijala. Njihova se svojstva razlikuju od ostalih dielektrika zbog svoje fleksibilnosti, dovoljne mehaničke čvrstoće i odličnih izolacijskih svojstava. Debljina proizvoda varira ovisno o materijalu:

• Filmovi su izrađeni od 6-255 μm debljine, trake su proizvedene 0,2-3,1 mm;
• Polistirenski proizvodi u obliku trake i filmova proizvode debljinu od 20-110 μm;
• Polietilenske trake čine debljinu od 35-200 mikrona, širinu od 250 do 1500 mm;
• Fluoroplastične folije izrađene su od debljine od 5 do 40 μm, širine 10-210 mm.

Razvrstavanje elektrotehničkih materijala iz filma omogućava razlikovanje dvaju tipova: orijentiranih i ne usmjerenih filmova. Prvi materijal se najčešće koristi.

Lakovi i emajli za električnu izolaciju

Rješenja tvari koje oblikuju tijekom skrućivanja filma su moderne električne opreme. Ova grupa obuhvaća, asfalt sušenje ulja, smole, estere celuloze ili spojeve i kombinacije ovih komponenti. Pretvorba viskoznog komponente u izolatoru javlja nakon isparavanja mase otapala naslagama i formiranje guste film. Putem primjene film je podijeljen na ljepilo, premaz i impregnacija.

Impregniranje lakova koji se koriste za električne zavojnice u cilju povećanja toplinske vodljivosti i otpornost na vlagu. Prevlaka lakom gornji stvoriti zaštitni sloj protiv vlage, hladno, ulja, površine za namatanje, plastični izolacije. Ljepljive komponente su sposobni ljepilo tinjac ploča s drugim materijalima.

Spojevi za električnu izolaciju

Ovi materijali su predstavili tekuće otopine u vrijeme upotrebe, nakon čega slijedi kaljenje i obrada. Tvari naznačena time da se pripravak ne sadrži otapala. Spojevi pripadaju skupini „električne opreme”. Obrasci su im lijevanje i impregnaciju. Prvi tip služi za punjenje šupljina u kabelske spojnice, a druga skupina se koristi za impregnaciju namotaja motora.

Spojevi proizvesti termoplast su smanjile nakon porasta temperature i duroplastičnim, postojano očuvanje oblika skrućivanja.

Impregnirani vlaknasti izolacijski materijali

Za proizvodnju takvih materijala korištenjem organskih vlakana i umjetne dijelove. Prirodna biljna vlakna svile, lana, drvo preradu u materijala organskog porijekla (vlakana, tkanine, kartona). Vlažnosti takvih izolatora u rasponu od 6-10%.

Organski materijali sintetskog (najlon) sadrže vlagu samo 3 do 5%, kao što je vlaga i zasićenja mineralnih vlakana (stakloplastike). Anorganski materijali odlikuju nemogućnošću na vatru u znatnoj grijanje. Ako su materijali za natapanje emajla ili lakovi, zapaljivost povećava. Nabava električne materijale proizvedene u proizvodnji električnih strojeva i aparata.

Leteroid

Tanka vlakna se proizvode u listovima i valjane u roli za transport. On se koristi kao sirovina za proizvodnju izolacijskih brtve, u obliku dielektrika perilice. Papir impregnirano azbesta i azbestnog ploče izrađene od krizotila azbesta, dijeleći se na vlakna. Azbest ima otpornost na alkalnim uvjetima, ali razgrađuje u kiselom.

U zaključku, treba napomenuti da se uz korištenje suvremenih materijala za izolaciju električne opreme radnog vijeka znatno je povećana. Za postrojenja zgrade koriste materijale s odabranim svojstvima koja omogućavaju proizvodnju nove funkcionalne opreme s poboljšanim performansama.