Elektrotehnični materiali, njihove lastnosti in uporaba

Učinkovito in trajno delo z električnimi stroji in napravami je neposredno odvisno od stanja izolacije, za napravo katerega se uporabljajo elektrotehnični materiali. Zanje so značilni niz določenih lastnosti, kadar so postavljeni v pogojih elektromagnetnega polja in vgrajeni v naprave s temi indikatorji.

Razvrstitev električni materiali omogoča razdeljeni v posamezne skupine izolacijo, polprevodne, vodenje in magnetnih materialov, ki dopolnjujejo glavne proizvode: kondenzatorji, vodniki, izolatorji in polprevodniških elementov pripravljenih.

Materiali delujejo v ločenih magnetnih ali električnih poljih z določenimi lastnostmi, hkrati pa so izpostavljeni več sevanju. Magnetni materiali so pogojno razdeljeni na magnete in šibko magnetne snovi. V elektrotehniki so najbolj razširjeni magnetni materiali.

Material Science

Material je snov, za katero je značilna drugačna kemična sestava, lastnosti in struktura molekul in atomov od drugih predmetov. Snov je v enem od štirih stanj: plinasto, trdno, plazmo ali tekočino. Električni in strukturni materiali izvajajo različne funkcije v instalaciji.

Vodenje materialov prenese tok elektronov, dielektrične komponente zagotavljajo izolacijo. Uporaba uporovnih elementov pretvarja električno energijo v termično, strukturni materiali ohranjajo obliko izdelka, na primer telesa. Elektrotehnični in konstrukcijski materiali nujno ne opravljajo več, temveč več povezanih funkcij, na primer dielektrični pri delu elektroinštalacije, so podvrženi obremenitvam, kar ga približuje gradbenim materialom.

Elektro materijal znanost - znanost, ki se ukvarjajo z opredelitvijo lastnosti, proučevanje obnašanja materije pod vplivom električne energije, toplote, mraza, magnetnih polj in druge znanstvene študije posebne lastnosti, potrebne za izgradnjo električnih strojev, naprav in instalacij ..

Vodniki

Ti vključujejo elektrotehnične materiale, katerih glavni kazalnik je izrazita prevodnost električnega toka. To je zato, ker v masi snovi obstajajo neprestani elektroni, ki so šibko vezani na jedro in so brezplačni nosilci. Preselijo se iz orbite ene molekule v drugo in ustvarjajo tok. Glavni prevodni materiali so baker in aluminij.

Prevodniki vključujejo elemente, ki imajo specifično električno upornost rho- < 10^-5, odličen dirigent je material z indeksom 10^{-8. mesto} Ohm * m. Vse kovine, ki imajo dobro trenutno tabelo 105 elementov 25, ne samo kovine, in iz tega raznolika skupina materialov 12 ravnanje električni tok in se štejejo kot polprevodnikov.

Fizika elektrotehničnih materialov omogoča njihovo uporabo kot vodniki v plinastem in tekočem stanju. Kot tekoča kovina z normalno temperaturo se uporablja samo živo srebro, za katero je to naravno stanje. Preostale kovine se uporabljajo kot tekoči vodniki le v predhodno segretem stanju. Vodniki se uporabljajo tudi za prevodne tekočine, na primer elektrolitov. Pomembne lastnosti prevodnikov, ki jim omogočajo, da se razlikujejo glede na stopnjo električne prevodnosti, so značilnosti toplotne prevodnosti in sposobnosti toplotne proizvodnje.

Dielektrični materiali

Za razliko od prevodnikov, masa dielektrik vsebuje majhno število prostih elektronov podolgovate oblike. Glavna lastnost snovi je njena zmožnost sprejemanja polarnosti pod vplivom električnega polja. Ta pojav je razložen z dejstvom, da se pod vplivom električne energije povezani naboji gibajo proti delujočim silam. Razdalja med premikanjem je večja, če je električno polje večje.

Električni izolacijski materiali so bližje idealu kot manjši indeks prevodnosti in manj izrazit od stopnje polarizacije, ki kaže, razpršenosti in dodeljevanja toplotne energije. Prevodnost dielektrika temelji na delovanju majhnega števila prostih dipol, ki se premikajo proti delovanju polja. Po polarizaciji dielektrika tvori snov z različnimi polaritetami, to je na površini, ki tvorita dva različna znaka naboja.

Uporaba elektroenergetike je najbolj razširjena, saj se uporabljajo aktivne in pasivne značilnosti elementa.

Aktivni materiali z obvladljivimi lastnostmi vključujejo:

• piroelektriki;
• elektroluminophores;
• piezoelektriki;
• ferroelektriki;
• electrets;
• materiali za oddajnike v laserju.

Osnovni elektrotehnični materiali - dielektriki s pasivnimi lastnostmi, se uporabljajo kot izolacijski materiali in kondenzatorji običajnega tipa. Lahko ločijo dva dela električnega tokokroga drug od drugega in preprečita pretok električne energije. Z njihovo pomočjo se izolacija delujočih delov izvaja tako, da električna energija ne pobegne v tla ali ohišje.

Ločevanje dielektrik

Organski in anorganski materiali so razdeljeni na dielektriko, odvisno od kemijske sestave. Anorganski dielektriji ne vsebujejo ogljika, medtem ko imajo organske oblike osnovni element ogljika. Anorganske snovi, kot so keramika, sljuda, imajo visoko stopnjo ogrevanja.

Elektrotehnični materiali po metodi proizvodnje so razdeljeni v naravne in umetne dielektrike. Široka uporaba sintetičnih materialov temelji na dejstvu, da proizvodnja omogoča, da materialu daste želene lastnosti.

Glede na strukturo molekul in molekularne rešetke se dielektriki delijo na polarne in nepolarne. Slednje imenujemo nevtralni. Razlika je v dejstvu, da so pred nastopom delovanja na njih atomi in molekule električni naboj ali ne. K nevtralni filter vsebuje teflon, polietilen, sljudo, kremenjak, in drugi. Polarni dielektriki sestavljen iz molekul z pozitivnim ali negativnim nabojem, primer polivinil klorid, bakelit.

Lastnosti dielektrik

Stanje dielektrik je razdeljeno na plinasto, tekoče in trdno. Najpogostejši so trdni elektrotehnični materiali. Njihove lastnosti in aplikacije se ocenjujejo z uporabo kazalcev in značilnosti:

• volumska upornost;
• dielektrična konstanta;
• površinska upornost;
• koeficient toplotne prepustnosti;
• dielektrične izgube, izražene s tangento kota;
• trdnost materiala pod vplivom električne energije.

Volumska upornost je odvisna od sposobnosti materiala, da se uprejo toku toka konstantnega toka skozi to. Indeks, recipročnost upornosti, se imenuje volumsko specifična prevodnost.

Površinska upornost se določi s sposobnostjo materiala, da se upre konstantnemu toku, ki teče po njegovi površini. Površinska prevodnost je vzajemna prejšnjega indikatorja.

Koeficient toplotne prepustnosti odraža stopnjo spremembe upornosti po zvišanju temperature snovi. Običajno se s povečevanjem temperature upor zmanjša, zato vrednost koeficienta postane negativna.

Dielektrična prepustnost določa uporabo električnih materialov v skladu z zmožnostjo materiala za ustvarjanje električne zmogljivosti. Indeks relativne dielektričnosti je vključen v koncept absolutne prepustnosti. Sprememba izolacijske kapacitete je označena s prejšnjim parametrom koeficienta toplotne prepustnosti, ki hkrati kaže povečanje ali zmanjšanje zmogljivosti s spremembo temperature.

Faktor izgube dielektrika odraža stopnjo izgube moči vezja glede na dielektrični material, izpostavljen delovanju električnega izmeničnega toka.

Za elektrotehnične materiale je značilen indikator električna moč, ki določa možnost uničenja snovi pod vplivom stresa. Če je mehanska trdnost, obstaja več preskusov za določitev indeksa tlačne trdnosti, raztezanja, upogibanja, torzije, udarca in cepitve.

Fizični in kemični indeksi dielektrik

V dielektrikih je določeno število sproščenih kislin. Količina kaustičnega kalija v miligramih, potrebnih za odstranjevanje nečistoč v 1 g snovi, se imenuje kislinska številka. Kisline uničujejo organske snovi, negativno vplivajo na izolacijske lastnosti.

Značilnosti elektrotehničnih materialov se dopolnijo koeficient viskoznosti ali trenja, ki kaže stopnjo fluidnosti snovi. Viskoznost je razdeljena na pogojno in kinematično.

Stopnjo absorpcije vode določimo glede na maso vode, ki jo absorbira element velikosti preskusa po dnevu v vodi pri dani temperaturi. Ta karakteristika kaže poroznost materiala, povečanje indeksa poslabša izolacijske lastnosti.

Magnetni materiali

Kazalniki vrednotenja magnetne lastnosti se imenujejo magnetne lastnosti:

• magnetna absolutna prepustnost;
• magnetna relativna prepustnost;
• koeficient toplotne prepustnosti;
• energijo največjega magnetnega polja.

Magnetni materiali so razdeljeni na trde in mehke. Za mehke elemente so značilne majhne izgube, ko magnetizacija telesa zaostaja za učinkovitim magnetnim poljem. So bolj prepustni za magnetne valove, imajo majhno prisilno silo in povečano indukcijsko nasičenost. Uporabljajo se pri namestitvi transformatorjev, elektromagnetnih strojev in mehanizmov, magnetnih zaslonov in drugih naprav, kjer je potrebna magnetizacija z majhnimi energetskimi vrzeli. Ti vključujejo čisto elektrolitsko železo, železo - armco, permalloy, elektrotehnično jeklo v listih, zlitine niklja.

Za trdne materiale so značilne velike izgube, ko stopnja magnetizacije zaostaja za zunanjim magnetnim poljem. Ko so enkrat dobili magnetne impulze, se taki elektrotehnični materiali in izdelki magnetizirajo in dolgo časa shranjujejo nakopičeno energijo. Imajo veliko prisilno silo in veliko zmogljivost preostale indukcije. Elementi s takšnimi značilnostmi se uporabljajo za izdelavo stacionarnih magnetov. Predstavniki elementov so zlitine na osnovi železa, aluminija, niklja, kobalta, silikonskih komponent.

Magnetodelektriki

To so mešani materiali, od 75 do 80% vsebujejo v magnetnem prahu, preostanek mase pa napolni z organskim visoko-polimernim dielektrikom. Feriti in magnetodelektriki imajo višje vrednosti volumske upornosti, majhne tokove toka v tokah, kar omogoča njihovo uporabo v visokofrekvenčni tehnologiji. Feriti imajo stabilen indeks na različnih frekvenčnih področjih.

Obseg uporabe feromagnetov

Uporabljajo se najbolj učinkovito za izdelavo jeder transformatorskih tuljav. Uporaba materiala omogoča veliko povečanje magnetnega polja transformatorja, ne da bi se spremenila trenutna intenzivnost. Ti vložki feritov prihranijo porabo energije med delovanjem naprave. Elektrotehnični materiali in oprema po izklopu zunanjega magnetnega učinka zadržijo magnetne indekse in ohranjajo polje v sosednjem prostoru.

Elementarni tokovi ne prehajajo po izklopu magneta, zato se ustvari standardni trajni magnet, ki učinkovito deluje v slušalkah, telefonih, merilnih napravah, kompasih, zvočnikih. Zelo priljubljena pri uporabi so trajni magneti, ki ne vodijo električne energije. Dobljene so z združevanjem železovih oksidov z drugimi različnimi oksidi. Magnetna železova ruda se nanaša na ferite.

Polprevodniški materiali

To so elementi, ki imajo vrednost prevodnosti, ki se nahajajo v razponu tega indikatorja za prevodnike in dielektriko. Prevodnost teh materialov je neposredno odvisna od manifestacije nečistoč v masi, zunanjih smeri delovanja in notranjih napak.

Karakteristika elektrotehničnih materialov skupine polprevodnikov govori o bistvenem razlikovanju elementov drug od drugega na strukturirani rešetki, strukturi, lastnostih. Materiali so glede na določene parametre razdeljeni na 4 vrste:

1. Elementi, ki vsebujejo atome ene vrste: silicij, fosfor, bor, selen, indij, germanij, galij itd.
2. Materiali, ki vsebujejo sestavo kovinskih oksidov - baker, kadmijev oksid, cink itd.
3. Materiali, razvrščeni v antimonidno skupino.
4. Materiali organskega naftalena, antracena itd.

Odvisno od kristalne rešetke so polprevodniki razdeljeni na polikristalne materiale in posamezne kristalne elemente. Značilnost elektrotehničnih materialov omogoča, da jih razdelimo na nemagnetne in šibko magnetne. Med magnetnimi elementi razlikujemo polprevodnike, prevodnike in neprevodne elemente. Jasna distribucija je težko izvedljiva, saj se mnogi materiali ob spreminjajočih se pogojih obnašajo drugače. Na primer, delovanje nekaterih polprevodnikov pri nizkih temperaturah lahko primerjamo z delovanjem izolatorjev. Enaki dielektriki delujejo kot polprevodniki pri segrevanju.

Sestavljeni materiali

Materiali, ki so razdeljeni ne po funkciji, temveč po sestavi, imenujemo kompozitni materiali, to so tudi elektrotehnični materiali. Njihove lastnosti in uporaba so posledica kombinacije materialov, uporabljenih pri izdelavi. Primeri so fiberglass vlaknaste komponente, fiberglass, mešanice prevodnih in ognjevzdržnih kovin. Uporaba enakovrednih mešanic nam omogoča, da ugotovimo jakost materiala in jih uporabimo za njihovo predvideno uporabo. Včasih kombinacija kompozitnih komponent vodi do ustvarjanja povsem novega elementa z drugimi lastnostmi.

Filmski materiali

Veliko področje uporabe v elektrotehniki so prejeli filmi in trakovi, kot so elektrotehnični materiali. Njihove lastnosti se razlikujejo od drugih dielektrikov glede njihove prožnosti, zadostne mehanske trdnosti in odličnih izolacijskih lastnosti. Debelina izdelkov je odvisna od materiala:

• Filmi so narejeni iz debeline 6-255 μm, trakovi pa 0,2-3,1 mm;
• polistirenski izdelki v obliki trakov in filmov proizvajajo debelino 20-110 μm;
• polietilenski trakovi so debeline 35-200 mikronov, širine 250 do 1500 mm;
• Fluoroplastične folije so izdelane iz debeline 5-40 μm, širina je 10-210 mm.

Razvrstitev elektrotehničnih materialov iz filma omogoča razlikovanje dveh vrst: usmerjenih in neusmerjenih filmov. Najpogosteje uporabljamo prvi material.

Laki in emajli za električno izolacijo

Raztopine snovi, ki nastajajo med strjevanjem filma, so sodobni elektrotehnični materiali. V to skupino spadajo bitumni, sušilna olja, smole, celulozni etri ali spojine in kombinacije teh komponent. Preoblikovanje viskozne komponente v izolator se pojavi po izhlapevanju iz mase uporabljenega topila in tvorjenju gostega filma. Z metodo nanašanja so filmi razdeljeni na lepilo, impregnacijo in prevleko.

Impregnacijski laki se uporabljajo za navijanje električnih instalacij, da se poveča toplotna prevodnost in odpornost na vlago. Pokrivni laki ustvarjajo zgornji zaščitni premaz od vlage, zmrzali, olja za površino navojev, plastike, izolacije. Lepljive komponente lahko lepijo lamino sljudo z drugimi materiali.

Spojine za električno izolacijo

Te snovi predstavljajo tekoča raztopina v času uporabe, čemur sledi strjevanje in strjevanje. Za snovi je značilno, da sestava ne vsebuje topil. Spojine spadajo tudi v skupino "elektrotehnični materiali". Njihove vrste so polnjenje in impregniranje. Prva vrsta se uporablja za polnjenje vdolbin v kabelskih sklopkah, druga skupina pa se uporablja za impregniranje navitij motorja.

Sestavine so izdelane iz termoplastov, po zvišanju temperature in termosetiranju zmehčajo, stabilno pa ohranjajo obliko strjevanja.

Vlakno impregnirani električni izolacijski materiali

Za proizvodnjo takih materialov se uporabljajo organska vlakna in umetno ustvarjene sestavine. Naravna rastlinska vlakna iz naravne svile, lana, lesa se pretvorijo v materiale organskega izvora (vlakna, tkanine, karton). Vlaga takšnih izolatorjev se giblje v območju 6-10%.

Organski materiali iz sintetike (kapron) vsebujejo vlago samo od 3 do 5%, enako nasičenost z vlago in anorganskimi vlakni (steklena vlakna). Anorganske materiale se odlikujejo po nezmožnosti vžiga s precejšnjim segrevanjem. Če so materiali impregnirani z emajli ali laki, se vnetljivost dvigne. Dobava električnih materialov je narejena podjetju za proizvodnjo električnih strojev in naprav.

Lethroid

Fino vlakno se proizvaja v ploščah in valja v valj za prevoz. Uporablja se kot material za izdelavo izolacijskih blazinic, oblikovanih dielektrikov, podložk. Papir z impregnacijo iz azbesta in kartona iz azbesta je izdelan iz azbesta iz krizolita in ga razdeli v vlakna. Azbest ima odpornost na alkalni medij, vendar je uničen v kislini.

Na koncu je treba opozoriti, da se je z uporabo sodobnih materialov za izolacijo električnih naprav znatno povečala njihova življenjska doba. Pri trupih rastlin se uporabljajo materiali z izbranimi lastnostmi, kar omogoča izdelavo nove funkcionalne opreme z izboljšano zmogljivostjo.