Электрлік материалдар, олардың қасиеттері және қолданылуы

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Электр машиналары мен қондырғыларының тиімді және ұзақ жұмыс істеуі электр материалдары қолданылатын оқшаулау күйіне тікелей байланысты. Олар электромагниттік өріске орналастырылған кезде белгілі бір қасиеттер жиынтығымен сипатталады және осы көрсеткіштерді ескере отырып құрылғыларда орнатылады.

Электр материалдарының классификациясы электр оқшаулағыш, жартылай өткізгіш, өткізгіш және магниттік материалдардың жекелеген топтарына бөлуге мүмкіндік береді, олар негізгі өнімдермен толықтырылады: конденсаторлар, сымдар, оқшаулағыштар және дайын жартылай өткізгіш элементтер.

Материалдар белгілі бір қасиеттері бар бөлек магниттік немесе электр өрісінде жұмыс істейді және бір уақытта бірнеше сәулеленуге ұшырайды. Магниттік материалдар шартты түрде магниттер және әлсіз магнитті заттар болып екіге бөлінеді. Электротехникада жоғары магнитті материалдар кеңінен қолданылады.

Ғылымматериалдар

Материал – химиялық құрамымен, қасиеттерімен және молекулалар мен атомдардың құрылымымен басқа заттардан ерекшеленетін зат. Зат төрт күйдің бірінде болады: газ тәрізді, қатты, плазмалық немесе сұйық. Электрлік және құрылымдық материалдар орнатуда әртүрлі функцияларды орындайды.

Өткізгіш материалдар электрон ағынының берілуін жүзеге асырады, диэлектрлік компоненттер оқшаулауды қамтамасыз етеді. Резистивті элементтерді пайдалану электр энергиясын жылу энергиясына айналдырады, құрылымдық материалдар өнімнің пішінін сақтайды, мысалы, корпус. Электрлік және құрылымдық материалдар міндетті түрде бір емес, бірнеше байланысты функцияларды орындайды, мысалы, электр қондырғысының жұмысындағы диэлектрик жүктемені бастан кешіреді, бұл оны құрылымдық материалдарға жақындатады.

Электротехникалық материалтану – қасиеттерін анықтаумен, электр тогы, жылу, аяз, магнит өрісі және т.б. әсер ету кезіндегі заттың әрекетін зерттеумен айналысатын ғылым. Ғылым электр тогын құруға қажетті ерекше сипаттамаларды зерттейді. машиналар, құрылғылар және қондырғылар.

Өткізгіштер

Бұларға негізгі көрсеткіші электр тогының айқын өткізгіштігі болып табылатын электрлік материалдар жатады. Бұл электрондардың зат массасында үнемі болатындықтан, ядромен әлсіз байланысқандықтан және бос заряд тасымалдаушылар болып табылады. Олар бір молекуланың орбитасынан екіншісіне ауысып, ток тудырады. Негізгі өткізгіш материалдар мыс, алюминий.

Өткізгіштерге электр кедергісі ρ < 10^-5 болатын элементтер кіреді, ал тамаша өткізгіш 10^{-8 индикаторы бар материал болып табылады. Омм. Барлық металдар токты жақсы өткізеді, кестенің 105 элементінің тек 25-і ғана металдар емес, ал осы гетерогенді топтан 12 материал электр тогын өткізеді және жартылай өткізгіштер болып саналады.}

Электр материалдарының физикасы оларды газ және сұйық күйде өткізгіш ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Қалыпты температурасы бар сұйық металл ретінде тек сынап қолданылады, ол үшін бұл табиғи күй. Қалған металдар тек қыздырылған кезде сұйық өткізгіш ретінде пайдаланылады. Өткізгіштер үшін электролит сияқты өткізгіш сұйықтықтар да қолданылады. Өткізгіштердің маңызды қасиеттері, оларды электр өткізгіштік дәрежесі бойынша ажыратуға мүмкіндік береді, жылу өткізгіштік сипаттамалары және жылуды құру қабілеті.

Диэлектрлік материалдар

Өткізгіштерден айырмашылығы, диэлектриктердің массасында аздаған бос ұзартылған электрондар болады. Заттың негізгі қасиеті – оның электр өрісінің әсерінен полярлық алу қабілеті. Бұл құбылыс электр тогының әсерінен байланысқан зарядтардың әсер етуші күштерге қарай жылжуымен түсіндіріледі. Ауыстыру қашықтығы үлкенірек болса, электр өрісінің кернеулігі соғұрлым жоғары болады.

Оқшаулағыш электр материалдары идеалға неғұрлым жақын болса, соғұрлым азменшікті өткізгіштік көрсеткіші және жылу энергиясының таралуы мен босатылуын бағалауға мүмкіндік беретін поляризация дәрежесі азырақ. Диэлектриктің өткізгіштігі өріс бағытында ығысатын бос дипольдердің аз санының әрекетіне негізделген. Поляризациядан кейін диэлектрик әртүрлі полярлы зат түзеді, яғни бетінде зарядтардың екі түрлі белгісі пайда болады.

Диэлектриктерді пайдалану электротехникада ең кең таралған, өйткені элементтің белсенді және пассивті сипаттамалары қолданылады.

Басқарылатын қасиеттері бар белсенді материалдар мыналарды қамтиды:

• пироэлектриктер;
• электрофосфорлар;
• пьезоэлектриктер;
• ферроэлектриктер;
• электреттер;
• лазерлі сәуле шығарғыштарға арналған материалдар.

Негізгі электрлік материалдар – пассивті қасиеттері бар диэлектриктер оқшаулағыш материалдар және кәдімгі типтегі конденсаторлар ретінде пайдаланылады. Олар электр тізбегінің екі бөлігін бір-бірінен бөліп, электр зарядтарының ағынын болдырмайды. Олардың көмегімен ток өткізетін бөліктер электр энергиясы жерге немесе корпусқа түспеуі үшін оқшауланады.

Диэлектрлік бөлу

Диэлектриктер химиялық құрамына қарай органикалық және бейорганикалық материалдар болып бөлінеді. Бейорганикалық диэлектриктердің құрамында көміртек болмайды, ал органикалық формаларда негізгі элемент ретінде көміртек болады. керамика сияқты бейорганикалық заттар,слюда, жоғары қыздыру дәрежесі бар.

Электротехникалық материалдар алу тәсілі бойынша табиғи және жасанды диэлектриктер болып бөлінеді. Синтетикалық материалдарды кеңінен қолдану өндіріс материалға қажетті қасиеттерді беруге мүмкіндік беретініне негізделген.

Молекулалардың құрылысы мен молекулалық торына қарай диэлектриктер полюсті және полюссіз болып екіге бөлінеді. Соңғылары бейтарап деп те аталады. Айырмашылық мынада: электр тогы оларға әсер ете бастағанға дейін атомдар мен молекулаларда электр заряды бар немесе жоқ. Бейтарап топқа фторопластикалық, полиэтилен, слюда, кварц және т.б. жатады. Полярлы диэлектриктер оң немесе теріс зарядты молекулалардан тұрады, мысалы, поливинилхлорид, бакелит.

Диэлектриктердің қасиеттері

Өйткені диэлектриктер газ тәрізді, сұйық және қатты болып бөлінеді. Ең жиі қолданылатын қатты электрлік материалдар. Олардың қасиеттері мен қолданбалары көрсеткіштер мен сипаттамалар арқылы бағаланады:

• том кедергісі;
• диэлектрлік тұрақты;
• беттік кедергі;
• жылуөткізгіштік коэффициенті;
• бұрыш тангенсімен көрсетілген диэлектрлік шығындар;
• электр тоғының әсерінен материалдың беріктігі.

Көлемдік кедергі материалдың ол арқылы өтетін тұрақты ток ағынына қарсы тұру қабілетіне байланысты. Меншікті меншікті меншікті меншікті меншікті кедергі деп аталадыөткізгіштік.

Беттік меншікті кедергі – материалдың оның бетінен өтетін тұрақты токқа қарсы тұру қабілеті. Беттік өткізгіштік алдыңғы мәннің кері мәні болып табылады.

Жылуөткізгіштік коэффициенті зат температурасы көтерілгеннен кейін меншікті кедергінің өзгеру дәрежесін көрсетеді. Әдетте, температура көтерілген сайын қарсылық азаяды, демек, коэффициент мәні теріс болады.

Диэлектрлік өтімділік материалдың электр сыйымдылығын құру қабілетіне сәйкес электрлік материалдарды пайдалануды анықтайды. Диэлектриктің салыстырмалы өткізгіштігінің көрсеткіші абсолютті өткізгіштік ұғымына кіреді. Оқшаулау сыйымдылығының өзгеруі бір мезгілде температураның өзгеруімен сыйымдылықтың жоғарылауын немесе төмендеуін көрсететін жылу өткізгіштіктің алдыңғы коэффициентімен көрсетіледі.

Диэлектрлік шығын тангенсі электрлік айнымалы ток әсер ететін диэлектрлік материалға қатысты тізбектегі қуат жоғалту мөлшерін көрсетеді.

Электр материалдары кернеу әсерінен заттың жойылу мүмкіндігін анықтайтын электрлік беріктік көрсеткішімен сипатталады. Механикалық беріктікті анықтау кезінде қысу, созылу, иілу, бұралу, соғу және бөліну кезіндегі шекті беріктік көрсеткішін анықтау үшін бірқатар сынақтар бар.

Диэлектриктердің физикалық және химиялық қасиеттері

Диэлектриктер белгілі бір саннан тұрадыбөлінетін қышқылдар. 1 г заттың құрамындағы қоспалардан құтылу үшін қажетті күйдіргіш калийдің миллиграммдағы мөлшері қышқылдық сан деп аталады. Қышқылдар органикалық материалдарды бұзады, оқшаулау қасиеттеріне теріс әсер етеді.

Электрлік материалдардың сипаттамасы заттың өтімділік дәрежесін көрсететін тұтқырлық немесе үйкеліс коэффициентімен толықтырылады. Тұтқырлық шартты және кинематикалық болып бөлінеді.

Суды сіңіру дәрежесі берілген температурада суда бір тәулік болғаннан кейін сынақ өлшемінің элементі сіңірген судың массасына байланысты анықталады. Бұл сипаттама материалдың кеуектілігін көрсетеді, мәнді арттыру оқшаулау қасиеттерін нашарлатады.

Магниттік материалдар

Магниттік қасиеттерді бағалауға арналған көрсеткіштер магниттік сипаттамалар деп аталады:

• магниттік абсолютті өткізгіштік;
• магниттік салыстырмалы өткізгіштік;
• жылу магниттік өткізгіштігі;
• максималды магнит өрісінің энергиясы.

Магниттік материалдар қатты және жұмсақ болып бөлінеді. Жұмсақ элементтер дененің магниттелу шамасы әрекет ететін магнит өрісінен артта қалғанда аз шығынмен сипатталады. Олар магниттік толқындарды көбірек өткізеді, аз күшке ие және индуктивті қанықтығы жоғарылайды. Олар трансформаторларды, электромагниттік машиналар мен механизмдерді, магниттік экрандарды және төмен энергиямен магниттеуді қажет ететін басқа құрылғыларды жасауда қолданылады.қалдыру. Оларға таза электролиттік темір, темір-армко, пермаллой, электрлік болат парақтары, никель-темір қорытпалары жатады.

Магниттелу дәрежесі сыртқы магнит өрісінен артта қалған кезде қатты материалдар айтарлықтай жоғалтуларымен сипатталады. Магниттік импульстарды бір рет алған мұндай электрлік материалдар мен бұйымдар магниттеліп, жинақталған энергияны ұзақ уақыт сақтайды. Олардың үлкен мәжбүрлеу күші және үлкен қалдық индукциялық қабілеті бар. Осы сипаттамаларға ие элементтер стационарлық магниттерді жасау үшін қолданылады. Элементтер темір негізіндегі қорытпалармен, алюминий, никель, кобальт, кремний компоненттерімен ұсынылған.

Магнитодиэлектриктер

Бұл аралас материалдар, құрамында 75-80% магниттік ұнтақ бар, қалған масса органикалық жоғары полимерлі диэлектрикпен толтырылған. Ферриттер мен магнитодиэлектриктердің көлемдік меншікті кедергінің жоғары мәндері, құйынды токтың аз шығыны бар, бұл оларды жоғары жиілікті технологияда қолдануға мүмкіндік береді. Ферриттер әртүрлі жиілік өрістерінде тұрақты өнімділікке ие.

Ферромагнетиктерді қолдану саласы

Олар трансформаторлық катушкалардың өзектерін жасау үшін ең тиімді қолданылады. Материалды пайдалану ток көрсеткіштерін өзгертпей, трансформатордың магнит өрісін айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді. Ферриттерден жасалған мұндай кірістірулер құрылғының жұмысы кезінде электр энергиясын тұтынуды үнемдеуге мүмкіндік береді. Сыртқы магниттік әсерді өшіргеннен кейін электр материалдары мен жабдықтары сақталадымагниттік индикаторлар және көрші кеңістіктегі өрісті сақтайды.

Элементарлы токтар магнитті өшіргеннен кейін өтпейді, осылайша құлаққаптарда, телефондарда, өлшеу құралдарында, компастарда, дыбыс жазу құрылғыларында тиімді жұмыс істейтін стандартты тұрақты магнит жасайды. Электр тогын өткізбейтін тұрақты магниттер қолдануда өте танымал. Олар темір оксидтерін әртүрлі басқа оксидтермен біріктіру арқылы алынады. Магниттік темір рудасы – феррит.

Жартылай өткізгіш материалдар

Бұл өткізгіштер мен диэлектриктер үшін осы көрсеткіштің диапазонында болатын өткізгіштік мәні бар элементтер. Бұл материалдардың өткізгіштігі қоспалардың массадағы көрінісіне, әсер етудің сыртқы бағыттарына және ішкі ақауларға тікелей байланысты.

Жартылай өткізгіштер тобындағы электрлік материалдардың сипаттамалары құрылымдық торда, құрамы, қасиеттері бойынша элементтердің бір-бірінен айтарлықтай айырмашылығын көрсетеді. Көрсетілген параметрлерге байланысты материалдар 4 түрге бөлінеді:

1. Бір типті атомдары бар элементтер: кремний, фосфор, бор, селен, индий, германий, галлий, т.б.
2. Құрамында металл оксидтері бар материалдар - мыс, кадмий оксиді, мырыш оксиді және т.б.
3. Антимонидтер тобына біріктірілген материалдар.
4. Органикалық материалдар - нафталин, антрацен және т.б.

Кристалды торына байланысты жартылай өткізгіштер поликристалды және монокристалды болып бөлінедіэлементтері. Электрлік материалдардың сипаттамасы оларды магнитті емес және әлсіз магнитті деп бөлуге мүмкіндік береді. Магниттік компоненттердің ішінде жартылай өткізгіштер, өткізгіштер және өткізбейтін элементтер ерекшеленеді. Нақты бөлуді жасау қиын, өйткені көптеген материалдар өзгеретін жағдайларда басқаша әрекет етеді. Мысалы, кейбір жартылай өткізгіштердің төмен температурадағы жұмысын оқшаулағыштардың жұмысымен салыстыруға болады. Дәл сол диэлектриктер қыздырғанда жартылай өткізгіштер сияқты жұмыс істейді.

Композиттік материалдар

Қызметі бойынша емес, құрамы бойынша бөлінбейтін материалдар композициялық материалдар деп аталады, бұлар да электрлік материалдар. Олардың қасиеттері мен қолданылуы өндірісте қолданылатын материалдардың комбинациясына байланысты. Мысал ретінде шыны талшықты құрамдас бөліктерді, шыны талшықты, электр өткізгіш және отқа төзімді металдардың қоспаларын келтіруге болады. Баламалы қоспаларды пайдалану материалдың күшті жақтарын анықтауға және оларды мақсатты түрде қолдануға мүмкіндік береді. Кейде композиттердің тіркесімі әртүрлі қасиеттері бар мүлде жаңа элементке әкеледі.

Фильм материалдары

Пленкалар мен ленталар электр материалдары ретінде электротехникада қолданудың кең ауқымын жеңіп алды. Олардың қасиеттері басқа диэлектриктерден икемділікпен, жеткілікті механикалық беріктікпен және тамаша оқшаулау сипаттамаларымен ерекшеленеді. Өнімдердің қалыңдығы материалға байланысты өзгереді:

• фильмдер қалыңдығы 6-255 мкм, таспалар 0,2-3,1 мм шығарылады;
• полистирол бұйымдары таспа және пленка түріндегі қалыңдығы 20-110 мкм шығарылады;
• полиэтилен таспалары қалыңдығы 35-200 мкм, ені 250-ден 1500 мм-ге дейін;
• фторопластикалық пленкалар қалыңдығы 5-тен 40 микронға дейін, ені 10-210 мм.

Пленкадағы электр материалдарының классификациясы екі түрін ажыратуға мүмкіндік береді: бағдарланған және бағдарланбаған пленкалар. Бірінші материал жиі пайдаланылады.

Электрлік оқшаулауға арналған лактар мен эмальдар

Қаттыдану кезінде қабық түзетін заттардың ерітінділері заманауи электр материалдары болып табылады. Бұл топқа битум, кептіру майлары, шайырлар, целлюлоза эфирлері немесе қосылыстар мен осы компоненттердің комбинациялары кіреді. Тұтқыр компоненттің изоляторға айналуы қолданылатын еріткіш массасынан буланудан кейін және тығыз қабықша пайда болғаннан кейін жүреді. Қолдану әдісі бойынша пленкалар жабысқақ, сіңдіру және жабу болып бөлінеді.

Сіңдіретін лактар жылу өткізгіштік коэффициентін және ылғалға төзімділігін арттыру мақсатында электр қондырғыларының орамдарына қолданылады. Жабылатын лактар ылғалдан, аяздан, орамалардың, пластмассалардың, оқшаулаудың беткі қабаты үшін майдан жоғары қорғаныс жабын жасайды. Жабысқақ құрамдас бөліктер слюда пластиналарын басқа материалдармен байланыстыруға қабілетті.

Электрлік оқшаулауға арналған қоспалар

Бұл материалдар пайдалану кезінде сұйық ерітінді түрінде ұсынылады, содан кейін қатаю және қатаю. Заттар құрамында еріткіштердің болмауымен сипатталады. Қосылыстар да «электротехникалық материалдар» тобына жатады. Олардың түрлері толтырғыш және сіңдіру. Бірінші түрі кабель гильзаларындағы қуыстарды толтыру үшін, ал екінші топ қозғалтқыш орамаларын сіңдіру үшін қолданылады.

Қосылыстар термопластикалық болып шығарылады, олар температура көтерілгеннен кейін жұмсартады, ал термосет, қатаю пішінін берік сақтайды.

Талшықты сіңдірілмеген электр оқшаулағыш материалдар

Мұндай материалдарды өндіру үшін органикалық талшықтар мен жасанды түрде жасалған компоненттер қолданылады. Табиғи жібектің, зығырдың, ағаштың табиғи өсімдік талшықтары органикалық шыққан материалдарға (талшық, мата, картон) айналады. Мұндай оқшаулағыштардың ылғалдылығы 6-10% аралығында болады.

Органикалық синтетикалық материалдар (капрон) тек 3-тен 5%-ға дейін ылғалдан тұрады, ылғалмен және бейорганикалық талшықтармен (шыны талшықтары) бірдей қанықтығы. Бейорганикалық материалдар айтарлықтай қызған кезде тұтануға қабілетсіздігімен сипатталады. Егер материалдар эмальдармен немесе лактармен сіңдірілген болса, онда жанғыштық жоғарылайды. Электр материалдарын жеткізу электр машиналары мен құрылғыларын шығаратын кәсіпорынға жүзеге асырылады.

Летероид

Жіңішке талшық парақтарда шығарылады және тасымалдау үшін орамға оралады. Ол оқшаулағыш тығыздағыштарды, пішінді диэлектриктерді, шайбаларды өндіру үшін материал ретінде қолданылады. Асбестпен сіңдірілген қағаз және асбест картон хризолитті асбесттен оны талшықтарға бөледі. Асбест сілтілі ортаға төзімді, бірақ қышқыл ортада жойылады.

Қорытындылай келе, электр құрылғыларын оқшаулау үшін заманауи материалдарды қолдану арқылы олардың қызмет ету мерзімі айтарлықтай артқанын атап өткен жөн. Қондырғылардың корпустары үшін таңдалған сипаттамалары бар материалдар пайдаланылады, бұл жақсартылған өнімділігі бар жаңа функционалдық жабдықты шығаруға мүмкіндік береді.