Електротехнически материали, техните свойства и приложение

Ефективната и трайна работа на електрически машини и инсталации зависи пряко от състоянието на изолацията, за чието устройство се използват електротехнически материали. Те се характеризират с набор от определени свойства, когато са поставени в условията на електромагнитното поле и са инсталирани в устройства с тези индикатори.

Класификацията на електрическите материали може да бъде разделена на отделни групи от електрически изолационни, полупроводникови, проводникови и магнитни материали, които се допълват от основните продукти: кондензатори, проводници, изолатори и завършени полупроводникови елементи.

Материалите работят в отделни магнитни или електрически полета с определени свойства и те са изложени едновременно на няколко радиации. Магнитните материали условно се разделят на магнити и слабо магнитни вещества. В електротехниката най-често се използват силно магнитни материали.

Материалознание

Материалът е вещество, характеризиращо се с различен химичен състав, свойства и структура на молекули и атоми, отколкото други обекти. Веществото е в едно от четирите състояния: газообразно, твърдо, плазмо или течно. Електрическите и структурните материали изпълняват различни функции в инсталацията.

Провеждането на материалите пренася потока от електрони, диелектрическите компоненти осигуряват изолация. Използването на резистивни елементи превръща електрическата енергия в термични, структурни материали запазват формата на продукта, например тялото. Електротехнически и структурни материали непременно изпълняват не една, а няколко свързани функции, например, диелектрик в работата на електрическа инсталация претърпява товари, което я доближава до структурните материали.

Електротехническият материал е наука, която се занимава с определянето на свойствата, изучава поведението на материята под въздействието на електричество, топлина, замръзване, магнитно поле и др. Науката изследва специфичните характеристики, необходими за създаването на електрически машини, устройства и инсталации.

Ръководства

Те включват електротехнически материали, чийто основен индикатор е изразената проводимост на електрическия ток. Това е така, защото в масата на материята има постоянно електрони, слабо свързани към сърцевината и като носители на свободна такса. Те се движат от орбитата на една молекула в друга и създават ток. Основните материали за проводника са мед и алуминий.

Проводниците включват елементи, които имат специфично електрическо съпротивление rho- < 10^-5, докато отличен проводник е материал с индекс от 10^-8 Ом * м. Всички метали имат добър ток. От 105-те елемента на таблицата само 25 не са метали, а от тази хетерогенна група от 12 материала се провеждат електрически токове и се считат за полупроводници.

Физиката на електротехническите материали позволява използването им като проводници в газообразно и течно състояние. Като течен метал с нормална температура се използва само живак, за който това е естествено състояние. Останалите метали се използват като течни проводници само в предварително загрято състояние. Проводниците се използват и за проводящи течности, например електролит. Важните свойства на проводниците, които им позволяват да се различават по степента на електрическата проводимост, са характеристиките на топлопроводимостта и способността за генериране на топлина.

Диелектрични материали

За разлика от проводниците, масата на диелектриците съдържа малък брой свободни електрони с удължена форма. Основното свойство на дадено вещество е неговата способност да получава полярност под действието на електрическо поле. Това явление се обяснява с факта, че при действието на електричеството свързаните заряди се придвижват към действащите сили. Разстоянието на изместване е толкова по-голямо, колкото е по-голямо якостта на електрическото поле.

Изолационните електротехнически материали са по-близо до идеалния, толкова по-нисък е индексът на проводимост, толкова по-слабо изразена е степента на поляризация, която позволява да се прецени дисперсията и освобождаването на топлинна енергия. Проводимостта на диелектрик се основава на действието на малък брой свободни диполи, които се изместват към действието на полето. След поляризацията, диелектрикът формира вещество с различна полярност, т.е. две различни признаци на зареждане на повърхността.

Използването на диелектрици е най-широкото в електротехниката, тъй като се използват активните и пасивни характеристики на елемента.

Активните материали с управляеми свойства включват:

• pyroelectrics;
• electroluminophors;
• piezoelectrics;
• ferroelectrics;
• electrets;
• материали за емитери в лазера.

Основните електротехнически материали - диелектрици с пасивни свойства, се използват като изолационни материали и кондензатори от обичайния вид. Те са в състояние да разделят две части на електрическата верига една от друга и да предотвратят потока от електрически заряди. С тяхна помощ изолацията на живите части се извършва така, че електрическата енергия да не излиза в земята или в корпуса.

Разделяне на диелектриците

Органичните и неорганичните материали са разделени диелектрици, в зависимост от химичния състав. Неорганичните диелектрици не съдържат въглерод, докато органичните форми имат основен въглероден елемент. Неорганични вещества, като например керамика, слюда, имат висока степен на нагряване.

Електротехническите материали по метода на производство са разделени на естествени и изкуствени диелектрици. Широката употреба на синтетични материали се основава на факта, че производството ви позволява да дадете на материала желаните свойства.

Според структурата на молекулите и молекулярната решетка, диелектриците са разделени на полярни и неполярни. Последните се наричат ​​и неутрални. Разликата се състои във факта, че преди началото на действието върху тях, атомите и молекулите имат електрически заряд или не. Неутралната група включва флуоропласт, полиетилен, слюда, кварц и др. Полярните изолатори се състоят от молекули с положителен или отрицателен заряд, например поливинилхлорид, бакелит.

Свойства на диелектриците

Състоянието на диелектриците е разделено на газообразни, течни и твърди. Най-често срещаните са твърдите електротехнически материали. Техните свойства и приложения се оценяват с помощта на показатели и характеристики:

• обемно съпротивление;
• диелектрична константа;
• повърхностно съпротивление;
• коефициент на термична пропускливост;
• диелектрични загуби, изразени чрез допирателната на ъгъла;
• силата на материала под действието на електричество.

Обемното съпротивление зависи от способността на материала да устои на потока от постоянен ток през него. Индексът, реципрочен на съпротивлението, се нарича обемна специфична проводимост.

Повърхностното съпротивление се определя от способността на материала да устои на постоянен ток, протичащ по повърхността му. Повърхностната проводимост е реципрочната на предишния индикатор.

Коефициентът на термична пропускливост отразява степента на промяна в съпротивлението след повишаване на температурата на веществото. Обикновено, с увеличаването на температурата съпротивлението намалява, следователно стойността на коефициента става отрицателна.

Диелектрична пропускливост определя употребата на електрически материали в съответствие със способността на материала да създава електрически капацитет. Индексът на относителната проницаемост на диелектрик е включен в концепцията за абсолютната пропускливост. Промяната в изолационния капацитет е показана от предишния параметър на коефициента на термична пропускливост, който едновременно показва увеличаване или намаляване на капацитета при промяна на температурния режим.

Коефициентът на загуба на диелектрика отразява степента на загуба на мощност на веригата по отношение на диелектричния материал, подложен на действието на електрически променлив ток.

Електротехническите материали се характеризират с индикатор електрическа якост, който определя възможността за унищожаване на вещество под действието на стрес. Когато има механична якост, има редица тестове, за да се установи индексът на якост на натиск, опъване, огъване, усукване, удар и разцепване.

Физико-химични индекси на диелектриците

В диелектриците се съдържа определен брой освободени киселини. Количеството каустик калий в милиграми, необходимо за премахване на примесите в 1 g вещество, се нарича киселинен номер. Киселините разрушават органичните материали, оказват отрицателно въздействие върху изолационните свойства.

Характеристиките на електротехническите материали са допълнени коефициент на вискозитет или триене, показващо степента на течливост на веществото. Вискозитетът е разделен на условни и кинематични.

Степента на абсорбция на водата се определя в зависимост от масата на водата, абсорбирана от елемента на тестовия размер след един ден във вода при дадена температура. Тази характеристика показва порьозността на материала, увеличаването на индекса влошава изолационните свойства.

Магнитни материали

Индикатори за оценка магнитни свойства се наричат ​​магнитни характеристики:

• магнитна абсолютна пропускливост;
• магнитна относителна пропускливост;
• коефициент на термична пропускливост;
• енергията на максималното магнитно поле.

Магнитните материали са разделени на твърди и меки. Меките елементи се характеризират с малки загуби, когато магнетизацията на тялото изостава от ефективното магнитно поле. Те са по-пропускливи за магнитните вълни, имат малка сила на принуда и повишена индукционна наситеност. Те се използват в подреждането на трансформатори, електромагнитни машини и механизми, магнитни екрани и други устройства, при които е необходимо магнетизиране с малки енергийни пролуки. Те включват чист електролит желязо, желязо - armco, permalloy, електротехническа стомана в листове, никел-железни сплави.

Твърдите материали се характеризират със значителни загуби, когато степента на магнитизация изостава зад външното магнитно поле. След като веднъж са получили магнитни импулси, такива електротехнически материали и продукти се магнетизират и за дълго време те спестяват натрупаната енергия. Те имат голяма принудителна сила и голям капацитет на остатъчна индукция. Елементи с такива характеристики се използват за производство на неподвижни магнити. Представители на елементите са сплави на желязна основа, алуминий, никел, кобалт, силиконови компоненти.

magnetodielectrics

Това са смесени материали, съдържащи 75 до 80% в магнитния прах, останалата част от масата се пълни с органичен високо-полимерен диелектрик. Феритите и магнитоелектриците имат по-високи стойности на обемно съпротивление, малки загуби на ток, които позволяват използването им при високочестотни технологии. Феритите имат стабилен индекс в различни честотни полета.

Обхват на използване на феромагнити

Те се използват най-ефективно за създаване на сърцевини на трансформаторни намотки. Прилагането на материала позволява да се увеличи магнитното поле на трансформатора много, без да се променя интензитетът на тока. Тези вложки на феритите пестят консумацията на енергия по време на работа на устройството. Електротехническите материали и оборудване след изключване на външния магнитен ефект запазват магнитните индекси и поддържат полето в съседното пространство.

Елементните токове не преминават, след като магнитът е изключен, така че се създава стандартен постоянен магнит, който ефективно работи в слушалки, телефони, измервателни устройства, компаси, звукозаписи. Много популярни в употреба са постоянните магнити, които не водят до електричество. Те се получават чрез комбиниране на железни оксиди с други различни оксиди. Магнезиевата желязна руда се отнася до ферити.

Полупроводникови материали

Това са елементите, които имат стойност на проводимостта, намираща се в пролуката на този индикатор за проводници и диелектрици. Проводимостта на тези материали директно зависи от проявяването на примеси в масата, външните посоки на действие и вътрешните дефекти.

Характеристиката на електротехническите материали на група полупроводници говори за съществено разграничаване на елементите един от друг на структурна решетка, структура, свойства. В зависимост от зададените параметри материалите са разделени на 4 вида:

1. Елементи, съдържащи атоми от един вид: силиций, фосфор, бор, селен, индий, германий, галий и др.
2. Материали, съдържащи в състава на метални оксиди - мед, кадмиев оксид, цинк и др.
3. Материали, групирани в антимонидната група.
4. Материали от органичен - нафтален, антрацен и др.

В зависимост от кристалната решетка, полупроводниците са разделени на поликристални материали и еднокристални елементи. Характеристиката на електротехническите материали позволява да се делят на немагнитни и слабо магнитни. Сред магнитните компоненти се отличават полупроводници, проводници и непроводими елементи. Ясното разпределение е трудно да се изпълни, тъй като много материали се държат по различен начин при променящите се условия. Например, работата на някои полупроводници при ниски температури може да бъде сравнена с действието на изолаторите. Същите диелектрици действат като полупроводници при нагряване.

Композитни материали

Материалите, които се подразделят не на функция, а на състав, се наричат ​​композитни материали, а също така и на електротехнически материали. Техните свойства и приложение се дължат на комбинация от материали, използвани при производството. Примери за това са фибростъкло-влакнести компоненти, фибростъкло, смеси от проводими и огнеупорни метали. Използването на еквивалентни смеси ни позволява да идентифицираме силните страни на материала и да ги приложим към предназначението им. Понякога комбинацията от композитни компоненти води до създаването на абсолютно нов елемент с други свойства.

Филмови материали

Голямо поле на приложение в електротехниката е спечелено от филми и ленти, като електротехнически материали. Техните свойства се различават от другите диелектрици в тяхната гъвкавост, достатъчна механична якост и отлични изолационни характеристики. Дебелината на продуктите варира в зависимост от материала:

• Филмите са изработени с дебелина от 6-255 μm, лентите произвеждат 0.2-3.1 mm;
• полистироловите продукти под формата на ленти и филми произвеждат дебелина от 20-110 цт;
• полиетиленовите ленти правят дебелина 35-200 микрона, широчина от 250 до 1500 mm;
• флуоропластичните филми са направени с дебелина от 5 до 40 цт, ширината е 10-210 mm.

Класификацията на електротехническите материали от филма прави възможно разграничаването на два типа: ориентирани и неопределени филми. Първият материал се използва най-често.

Лакове и емайллакове за електрическа изолация

Разтворите на вещества, които се образуват по време на втвърдяването на филма, са съвременни електротехнически материали. Тази група включва битуми, сухи масла, смоли, целулозни етери или съединения и комбинации от тези компоненти. Трансформацията на вискозен компонент в изолатор се извършва след изпаряване от масата на приложения разтворител и образуването на плътен филм. Чрез метода на приложение филмите се разделят на лепило, импрегниране и покритие.

Импрегниращите лакове се използват за навиване на електрически инсталации, за да се увеличи топлопроводимостта и устойчивостта на влага. Покриващите лакове създават горно защитно покритие от влага, замръзване, масло за повърхността на намотките, пластмаса, изолация. Лепилните компоненти са в състояние да залепват пластинката с други материали.

Съединения за електрическа изолация

Тези материали се представят с течен разтвор по време на употреба, последвано от втвърдяване и втвърдяване. Веществата се характеризират с факта, че съставът не съдържа разтворители. Съединенията също принадлежат към групата "електротехнически материали". Техните видове се пълнят и импрегнират. Първият тип се използва за запълване на кухините в кабелните съединители, а втората група се използва за импрегниране на намотките на двигателя.

Съединенията се произвеждат термопластично, те омекват след повишаване на температурите и термореактивни, като стабилно задържат формата на втвърдяване.

Влакнести импрегнирани електрически изолационни материали

За производството на такива материали се използват органични влакна и изкуствено създадени съставки. Естествените растителни влакна от естествена коприна, лен, дърво се превръщат в материали от органичен произход (влакна, тъкани, картон). Влажността на такива изолатори варира в диапазона от 6-10%.

Органичните материали от синтетика (капрон) съдържат влага само от 3 до 5%, същата наситеност с влага и неорганични влакна (фибростъкло). Неорганичните материали се отличават с невъзможността си да се възпламенят със значително нагряване. Ако материалите са импрегнирани с емайли или лакове, запалимостта се повишава. Доставката на електрически материали се извършва в предприятието за производство на електрически машини и устройства.

Летроидът

Фино влакно се произвежда в листове и се валцува в ролка за транспортиране. Използва се като материал за производство на изолационни тампони, формовани диелектрици, шайби. Хартията с импрегниране с азбест и азбестовият картон се изработва от азбест от хризолит, разделяйки го на влакна. Азбестът има устойчивост на алкална среда, но се разрушава в киселина.

В заключение, трябва да се отбележи, че с използването на съвременни материали за изолация на електрически уреди, техният експлоатационен живот значително се е увеличил. За корпусите на растенията се използват материали с избрани характеристики, което дава възможност за производство на ново функционално оборудване с подобрена производителност.