Elektrotehnički materijali, njihova svojstva i primjena

Učinkovit i izdržljiv rad električnih strojeva i instalacija izravno ovisi o stanju izolacije, za uređaj na kojem se koriste elektrotehnički materijali. Karakterizira ih skup određenih svojstava prilikom postavljanja u uvjete elektromagnetskog polja i ugrađuje u uređaje s tim pokazateljima.

Klasifikacija električnih materijala omogućuje podijeliti u zasebne skupine izolaciju, poluvodičke, vođenje i magnetskih materijala koje dopunjuju glavni proizvodi: kondenzatori, dirigenata, izolatorima i poluvodičkih elemenata spreman.

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

Materijalna znanost

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

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 obavljaju niti jedan, već nekoliko povezanih funkcija, na primjer, dielektrična rad elektroinstalacije podliježe opterećenju, što ga približava strukturnim materijalima.

Električni materijali znanost - znanost koja se bavi definicijom svojstava, proučavanje ponašanja materije pod utjecajem električne energije, topline, hladnoće, magnetskih polja i drugih znanstvenih studija specifičnostima potrebne za izgradnju električnih strojeva, uređaja i instalacija ..

vodiči

To uključuje elektrotehničke materijale, čiji glavni pokazatelj je izražena vodljivost električne struje. To je zato što se u masi materije stalno nalaze elektroni, slabo vezani za jezgru i slobodni nosioci naboja. Prelaze iz orbite jedne molekule u drugu i kreiraju struju. Glavni dirigentni materijali su bakar i aluminij.

Dirigenti uključuju elemente koji imaju specifičan električni otpor rho- < 10^-5, dok je izvrstan dirigent materijal s indeksom od 10^-8 Ohm * m. Svi metali koji imaju dobru trenutnu tablicu 105 elemenata 25 nisu samo metali, a od toga raznolika skupina materijala 12 provode električnu struju i smatraju se poluvodiča.

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. Dirigenti se također koriste za provođenje vodljivih tekućina, na primjer elektrolita. Važna svojstva vodiča, što im omogućuje razlikovanje stupnja električne vodljivosti, su karakteristike 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 fenomen objašnjava činjenica da se pod djelovanjem električne energije pridruženi troškovi kreću prema djelujućim silama. Udaljenost razmaka je veća što je jača snaga električnog polja.

Električni izolacijski materijali su bliže idealu od manjeg indeksa vodljivost, a manje izražen od stupnja polarizacije, što daje naznaku disperzije i raspodjele toplinske energije. Vodljivost dielektriksa temelji se na djelovanju malog broja slobodnih dipola koji se kreću prema djelovanju polja. Nakon polarizacije, dielektrična tvar tvori supstancu s različitim polarnostima, tj. Na površini se pojavljuju dva različita znaka naboja.

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

Aktivni materijali s upravljanim 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 uobičajene vrste. Oni su u stanju razdvojiti dva dijela električnog sklopa jedan od drugog i spriječiti protok električnih naboja. Sa njihovom pomoći, izolacija živih dijelova provodi se tako da električna energija ne bježi u tlo ili kućište.

Razdvajanje dielektrika

Organski i anorganski materijali podijeljeni su dielektrici, 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 dielektrije. Široka upotreba 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 su prije početka djelovanja na njima atomi i molekule imaju električni naboj ili ne. K skupina uključuje neutralni teflon, polietilen, tinjac, kvarc, i drugi. Polarna dielektrici sastoje od molekula s pozitivnim ili negativnim nabojem, primjer polivinil klorid, bakelit.

Svojstva dielektrika

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

• volumen otpornosti;
• dielektrična konstanta;
• površinska otpornost;
• koeficijent toplinske propusnosti;
• dielektrični gubitci, izraženi tangentom kuta;
• snaga materijala pod djelovanjem električne energije.

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

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

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

Dielektrična propusnost određuje uporabu električnih materijala u skladu s sposobnošću materijala da stvara električnu energiju. Indeks relativne permitivnosti dielektriksa uključen je u koncept 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 s obzirom na dielektrični materijal podvrgnut djelovanju električne izmjenične struje.

Elektrotehnički materijali karakteriziraju indikator električna čvrstoća, što određuje mogućnost uništavanja tvari pod djelovanjem stresa. Kada postoji mehanička čvrstoća, postoji niz testova za utvrđivanje indeksa tlačne čvrstoće, istezanja, savijanja, torzije, udara i cijepanja.

Fizički i kemijski indeksi dielektrika

U dielektricama, sadržan je određeni broj otpuštenih kiselina. Količina kaustičnog kalijuma u miligrama potrebna da se oslobode nečistoća u 1 g tvari naziva se kiselinski broj. Kiseline uništavaju organske materijale, imaju negativan učinak na izolacijska svojstva.

Dodatne su karakteristike elektrotehničkih materijala koeficijent viskoznosti ili trenja, pokazujući stupanj fluidnosti tvari. Viskoznost je podijeljena na uvjetno i kinematično.

Stupanj apsorpcije vode određuje se ovisno o masi vode apsorbirane elementom veličine testa nakon jednog dana u vodi na određenoj temperaturi. Ova karakteristika ukazuje na poroznost materijala, a povećanje indeksa pogoršava izolacijska svojstva.

Magnetski materijali

Indikatori procjene magnetska svojstva zovu se magnetske karakteristike:

• magnetska apsolutna propusnost;
• magnetska relativna propusnost;
• koeficijent toplinske propusnosti;
• energije maksimalnog magnetskog polja.

Magnetski materijali podijeljeni su na tvrdo i mekano. Mekani elementi karakteriziraju mali gubici kada magnetizacija tijela zaostaje iza učinkovitog magnetskog polja. One su više propusne 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 listovima, legura od nikal-željeza.

Čvrsti materijali karakterizirani su značajnim gubicima kada stupanj magnetizacije zaostaje iza vanjskog magnetskog polja. Nakon što su jednom primali 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 do 80% koji sadrže u magnetskom prahu, a ostatak mase je napunjen organskim visoko polimernim dielektrikama. Feriti i magnetodielektrika imaju veće vrijednosti otpora volumena, male gubitke strujnog vortexa, što omogućuje njihovu upotrebu 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 znatno povećanje magnetskog polja transformatora, bez promjene trenutnog intenziteta. Ove umetke ferita štedi energiju tijekom rada uređaja. Elektrotehnički materijali i oprema, nakon isključivanja vanjskog magnetskog učinka, zadržavaju magnetske indekse i održavaju polje u susjednom prostoru.

Osnovne struje ne prolaze nakon isključenja magneta, pa se stvara standardni trajni magnet koji učinkovito funkcionira u slušalicama, telefonima, mjernim uređajima, kompasima, zvučnim snimačima. Vrlo popularni u upotrebi su trajni magneti koji ne provode električnu energiju. Dobivaju se kombinacijom željeznih oksida s drugim različitim oksidima. Magnetna željezna ruda se odnosi na ferite.

Poluvodički materijali

To su elementi koji imaju vrijednost provodljivosti, smješteni u praznini ovog indikatora 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. Materijali organskih - naftalena, antracena itd.

Ovisno o kristalnoj rešetki, poluvodiči su podijeljeni na polikristalinične materijale i elemente jednog kristala. Karakteristike elektrotehničkih materijala omogućuju ih podijeliti u ne-magnetske i slabo magnetske. Među magnetnim komponentama razlikuju se poluvodiči, vodiči i ne-vodljivi elementi. Jasna distribucija je teško obavljati, jer se mnogi materijali ponašaju drugačije u promjenjivim uvjetima. Primjerice, rad nekih 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. Primjeri su vlaknaste komponente od fiberglasa, stakloplastike, smjese vodljivih i vatrostalnih metala. Korištenje 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 drugih dielektrika u njihovoj fleksibilnosti, dovoljnoj mehaničkoj čvrstoći i izvrsnim izolacijskim svojstvima. Debljina proizvoda varira ovisno o materijalu:

• Filmovi su izrađeni od debljine 6-255 μm, trake proizvode 0,2-3,1 mm;
• proizvodi od polistirena 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 5-40 μm, širine 10-210 mm.

Razvrstavanje elektrotehničkih materijala iz filma omogućava razlikovanje dvaju tipova: orijentirani i ne usmjereni filmovi. Prvi materijal se najčešće koristi.

Lakovi i emajli za električnu izolaciju

Rješenja tvari koje nastaju tijekom skrućivanja filma su moderni elektrotehnički materijali. Ova grupa uključuje bitume, ulja za sušenje, smole, celulozni eteri ili spojevi i kombinacije tih komponenata. Transformacija viskozne komponente u izolator dolazi nakon isparavanja iz mase primijenjenog otapala i formiranja gustog filma. Postupkom primjene, filmovi se podijele na ljepilo, impregniranje i premazivanje.

Lakovi za impregniranje koriste se za namatanje električnih instalacija kako bi se povećala toplinska vodljivost i otpornost na vlagu. Lakovi za pokrivanje stvaraju gornju zaštitnu prevlaku od vlage, mraza, ulja za površinu namotaja, plastike, izolacije. Ljepljive komponente mogu ljepiti laminu micu s drugim materijalima.

Spojevi za električnu izolaciju

Ti materijali predstavljaju tekuću otopinu u vrijeme upotrebe, nakon čega slijedi skrućivanje i skrućivanje. Tvari se odlikuju činjenicom da sastav ne sadrži otapala. Spojevi također pripadaju skupini "elektrotehničkih materijala". Njihove vrste su punjenje i impregniranje. Prvi tip se koristi za punjenje šupljina u kabelskim spojkama, a druga grupa se koristi za impregniranje namota motora.

Spojevi su izrađeni termoplastični, omekšavaju se nakon podizanja temperature, i toplinski, stabilno zadržavaju oblik skrućivanja.

Vlaknasti impregnirani električni izolacijski materijali

Za proizvodnju takvih materijala koriste se organska vlakna i umjetno stvoreni sastojci. Prirodna biljna vlakna od prirodne svile, lan, drvo pretvaraju se u materijale organskog podrijetla (vlakna, tkanina, kartona). Vlažnost takvih izolata varira u rasponu od 6-10%.

Organski materijali iz sintetike (kapron) sadrže vlagu od samo 3 do 5%, istu zasićenost vlagom i anorganskim vlaknima (stakloplastike). Anorganski materijali razlikuju se zbog nemogućnosti zapaljenja s značajnim zagrijavanjem. Ako su materijali impregnirani caklinama ili lakovima, zapaljivost se povećava. Opskrba električnom materijalom obavlja se poduzeću za proizvodnju električnih strojeva i uređaja.

The lethroid

Fino vlakno se proizvodi u listovima i kotrlja u valjak za transport. Koristi se kao materijal za izradu izolacijskih jastučića, oblikovane dielektrici, podloške. Papir s impregnacijom azbesta i kartona od azbesta izrađuje se od krizolita azbesta, razdvajajući ga u vlakna. Azbest ima otpornost na alkalni medij, ali je uništen u kiselini.

Zaključno treba napomenuti da se upotrebom suvremenih materijala za izolaciju električnih aparata značajno povećava njihov vijek trajanja. Za trupove biljaka koriste se materijali s odabranim karakteristikama, što omogućuje izradu nove funkcionalne opreme s poboljšanom izvedbom.