Elektrotechnické materiály, jejich vlastnosti a použití

Efektivní a trvanlivá práce elektrických strojů a zařízení přímo závisí na stavu izolace, u zařízení, u kterého se používají elektrotechnické materiály. Jsou charakterizovány sadou určitých vlastností, když jsou umístěny v podmínkách elektromagnetického pole a instalovány v zařízeních s těmito indikátory.

Klasifikace elektrických materiálů lze rozdělit na samostatné skupiny elektrických izolačních, polovodičových, vodičových a magnetických materiálů, které jsou doplněny hlavními produkty: kondenzátory, vodiče, izolátory a hotové polovodičové prvky.

Materiály pracují v samostatných magnetických nebo elektrických polích s určitými vlastnostmi a jsou vystaveny několika zářením současně. Magnetické materiály jsou podmíněně rozděleny na magnety a slabě magnetické látky. V elektrotechnice se nejvíce používají silně magnetické materiály.

Věda o materiálech

Materiál je látka charakterizovaná odlišným chemickým složením, vlastnostmi a strukturou molekul a atomů, než jiné objekty. Látka je v jednom ze čtyř stavů: plynná, pevná, plazmová nebo kapalná. Elektrické a konstrukční materiály plní v instalaci různé funkce.

Vedení materiálů přenáší tok elektronů, dielektrické součásti zajišťují izolaci. Použití odporových prvků přemění elektrickou energii na tepelné, konstrukční materiály si zachovávají tvar výrobku, například tělo. Elektrotechnické a konstrukční materiály nutně nevykonávají jednu, ale několik souvisejících funkcí, například dielektrikum v práci elektroinstalace, podléhá zatížení, což ji přibližuje konstrukčním materiálům.

Věda o elektrotechnických materiálech je věda zabývající se určováním vlastností, studiem chování hmoty pod vlivem elektřiny, tepla, mrazem, magnetickým polem atd. Věda studuje specifické charakteristiky potřebné pro tvorbu elektrických strojů, zařízení a zařízení.

Vodiče

Jedná se o elektrotechnické materiály, jejichž hlavním indikátorem je výrazná vodivost elektrického proudu. Je to proto, že v hmotě hmoty jsou stále elektrony, slabě vázané na jádro a nosiče volného náboje. Pohybují se z oběžné dráhy jedné molekuly na druhou a vytvářejí proud. Hlavními vodivými materiály jsou měď a hliník.

Vodiče obsahují prvky, které mají specifický elektrický odpor rho- < 10^-5, zatímco vynikajícím vodičem je materiál s indexem 10^-8. Ohm * m. Všechny kovy vedou dobrý proud, z 105 prvků tabulky pouze 25 nejsou kovy a z této heterogenní skupiny 12 materiálů vedou elektrický proud a jsou považovány za polovodiče.

Fyzika elektrotechnických materiálů umožňuje jejich použití jako vodiče v plynném a kapalném stavu. Jako tekutý kov s normální teplotou se používá pouze rtuť, pro kterou je to přirozený stav. Zbývající kovy se používají jako tekuté vodiče pouze v předehřátém stavu. Vodiče se také používají pro vedení vodivých kapalin, například elektrolytu. Důležité vlastnosti vodičů, umožňující odlišit podle stupně elektrické vodivosti, tepelné vlastnosti vodivosti jsou považovány a schopnost tepelné výroby.

Dielektrické materiály

Na rozdíl od vodičů obsahuje hmotnost dielektrika malý počet volných elektronů podlouhlého tvaru. Hlavní vlastností látky je její schopnost přijímat polaritu pod působením elektrického pole. Tento jev je vysvětlen skutečností, že při působení elektřiny se související náboje pohybují směrem k působícím silám. Vzdálenost posunu je větší, tím vyšší je intenzita elektrického pole.

Izolační elektrotechnické materiály jsou blízké ideálu, čím nižší je index vodivosti a tím je méně výrazný stupeň polarizace, což umožňuje posoudit rozptyl a uvolnění tepelné energie. Vodivost dielektrika je založena na působení malého počtu volných dipólů, které se pohybují směrem k působení pole. Po polarizaci vytváří dielektrikum látku s různou polaritou, tj. Dvěma různými znaky nábojů na povrchu.

Použití dielektrik je nejrozsáhlejší v elektrotechnice, protože se používají aktivní a pasivní vlastnosti prvku.

Aktivní materiály s řízenými vlastnostmi zahrnují:

• pyroelectrics;
• elektroluminofory;
• piezoelektrika;
• ferroelectrics;
• elektrety;
• materiály pro výbojky v laseru.

Základní elektrotechnické materiály - dielektrika s pasivními vlastnostmi se používají jako izolační materiály a kondenzátory obvyklého typu. Jsou schopny oddělit dvě části elektrického obvodu od sebe navzájem a zabránit proudění elektrických nábojů. S jejich pomocí se izolace živých částí provádí tak, aby elektrická energie neunikla do země ani do skříně.

Oddělení dielektrik

Organické a anorganické materiály jsou děleny dielektriky v závislosti na chemickém složení. Anorganické dielektrika neobsahuje uhlík, zatímco organické formy mají základní prvek uhlíku. Anorganické látky, jako je keramika, slída, mají vysoký stupeň vytápění.

Elektrotechnické materiály podle způsobu výroby jsou rozděleny na přírodní a umělé dielektrika. Široké využití syntetických materiálů je založeno na skutečnosti, že výroba umožňuje dodat materiálu požadované vlastnosti.

Podle struktury molekul a molekulární mřížky jsou dielektrika rozdělena na polární a nepolární. Druhá jsou také nazývána neutrální. Rozdíl spočívá ve skutečnosti, že před nástupem působení na ně mají atomy a molekuly elektrický náboj, nebo ne. Neutrální skupina zahrnuje fluoroplast, polyethylen, slídu, křemen a další. Polární izolátory se skládají z molekul s kladným nebo záporným nábojem, například z polyvinylchloridu, bakelitu.

Vlastnosti dielektrik

Stav dielektrik se dělí na plynný, kapalný a pevný. Nejběžnější jsou pevné elektrotechnické materiály. Jejich vlastnosti a aplikace jsou posuzovány pomocí ukazatelů a vlastností:

• objemový odpor;
• dielektrická konstanta;
• povrchová rezistivita;
• koeficient tepelné propustnosti;
• dielektrické ztráty vyjádřené tangensem úhlu;
• pevnost materiálu při působení elektřiny.

Objemová odolnost závisí na schopnosti materiálu odolávat průtoku konstantního proudu. Index, vzájemný odpor, se nazývá objemově specifická vodivost.

Povrchový odpor je určen schopností materiálu odolávat konstantnímu proudu proudícímu podél jeho povrchu. Povrchová vodivost je vzájemný vztah předchozího indikátoru.

Koeficient tepelné propustnosti odráží stupeň změny odporu po zvýšení teploty látky. Obvykle se při zvyšování teploty snižuje odpor, a proto se hodnota koeficientu stává zápornou.

Dielektrická propustnost určuje použití elektrických materiálů v souladu se schopností materiálu vytvořit elektrickou kapacitu. Index relativní permitivity dielektrika je zahrnut v konceptu absolutní permeability. Změna izolační kapacity je indikována předchozím parametrem koeficientu tepelné propustnosti, který současně vykazuje zvýšení nebo pokles kapacity se změnou teplotního režimu.

Ztrátový faktor dielektrika odráží stupeň ztráty výkonu obvodu vzhledem k dielektrickému materiálu vystavenému působení elektrického střídavého proudu.

Elektrotechnické materiály se vyznačují indikátorem elektrická síla, která určuje možnost zničení látky působením stresu. Pokud existuje mechanická pevnost, existuje řada testů pro stanovení indexu pevnosti v tlaku, protažení, ohýbání, torze, nárazu a rozdělení.

Fyzikální a chemické indexy dielektrik

V dielektrikách je obsažen určitý počet uvolněných kyselin. Množství žíravého draslíku v miligramech potřebné k odstranění nečistot v 1 g látky se nazývá číslo kyseliny. Kyseliny ničí organické materiály, mají negativní vliv na izolační vlastnosti.

Charakteristiky elektrotechnických materiálů jsou doplněny koeficient viskozity nebo tření, které ukazují stupeň tekutosti látky. Viskozita je rozdělena na podmíněné a kinematické.

Stupeň absorpce vody se určuje v závislosti na množství vody, absorbované dnů Velikost testovací prvek po ponoření do vody při předem stanovené teplotě. Tato vlastnost označuje pórovitost materiálu, zvýšení indexu zhoršuje izolační vlastnosti.

Magnetické materiály

Ukazatele oceňování magnetické vlastnosti se nazývají magnetické charakteristiky:

• magnetická absolutní propustnost;
• magnetická relativní propustnost;
• koeficient tepelné propustnosti;
• energie maximálního magnetického pole.

Magnetické materiály jsou rozděleny na tvrdé a měkké. Měkké prvky se vyznačují malými ztrátami, když magnetizace tělesa zaostává za efektivním magnetickým polem. Jsou propustnější pro magnetické vlny, mají malou koercitivní sílu a větší saturaci indukce. Používají se v uspořádání transformátorů, elektromagnetických strojů a mechanismů, magnetických sítí a dalších zařízení, kde je nutná magnetizace s malými energetickými mezerami. Tito zahrnují čisté elektrolyt železo, železo - armco, permalloy, elektrotechnická ocel v listech, slitiny niklu a železa.

Pevné materiály jsou charakterizovány významnými ztrátami, když stupeň magnetizace zaostává za vnějším magnetickým polem. Po obdržení magnetických impulsů jsou takové elektrotechnické materiály a výrobky magnetizovány a po dlouhou dobu šetří akumulovanou energii. Mají velkou donucovací sílu a velkou kapacitu reziduální indukce. Prvky s takovými charakteristikami se používají pro výrobu stacionárních magnetů. Představitelé prvků jsou slitiny na bázi železa, hliníku, niklu, kobaltu, křemíkových složek.

Magnetodielectrics

Jedná se o smíšené materiály, které obsahují v magnetickém prášku 75 až 80%, zbytek hmoty je naplněn organickým vysoce polymerním dielektrikem. Ferity a magnetodielectrics mají vyšší hodnoty objemového odporu, malé ztráty proudových proudů, což umožňuje jejich použití ve vysokofrekvenční technologii. Ferity mají stabilní index v různých frekvenčních polích.

Rozsah použití feromagnetů

Nejlépe se používají k vytváření jader transformátorových cívek. Aplikace materiálu umožňuje výrazně zvýšit magnetické pole transformátoru bez změny intenzity proudu. Tyto vložky feritů šetří energii během provozu zařízení. Elektrotechnické materiály a zařízení po vypnutí vnějšího magnetického efektu uchovávají magnetické indexy a udržují pole v sousedním prostoru.

Elementární proudy neprojdou po vypnutí magnetem, čímž se vytvoří standardní permanentní magnet, který pracuje efektivně na sluchátka, telefony, měřicí přístroje, kompasy, pořizování zvukových nahrávek zařízení. Velmi populární v použití permanentních magnetů, není elektricky vodivý. Získá se sloučenina z oxidů železa s různými jinými oxidy. Magnet odkazuje na ferit.

Polovodičové materiály

Jedná se o prvky, které mají hodnotu vodivosti, nacházející se v mezeře tohoto indikátoru pro vodiče a dielektrikum. Vodivost těchto materiálů přímo závisí na projevech nečistot v hmotě, vnějších směrech působení a vnitřních vadách.

Vlastnost elektrotechnických materiálů skupiny polovodičů hovoří o zásadním rozlišení prvků od sebe na strukturní mřížce, struktuře, vlastnostech. V závislosti na zadaných parametrech jsou materiály rozděleny do 4 typů:

1. Prvky obsahující atomy jednoho druhu: křemík, fosfor, bór, selén, indium, germanium, galium atd.
2. Materiály obsahující ve složení oxidy kovů - měď, oxid kademnatý, zinek atd.
3. Materiály seskupené v antimonidové skupině.
4. Materiály organických - naftalen, antracen atd.

V závislosti na krystalové mřížce se polovodiče dělí na polykrystalické materiály a jednokrystalové prvky. Vlastnost elektrotechnických materiálů umožňuje jejich rozdělení na nemagnetické a slabě magnetické. Mezi magnetickými součástmi se vyznačují polovodiče, vodiče a nevodivé prvky. Jasné rozložení je obtížné provést, protože mnoho materiálů se při měnících se podmínkách chová jinak. Například provoz některých polovodičů při nízkých teplotách lze porovnat s působením izolátorů. Stejné dielektrika působí jako polovodiče při zahřátí.

Kompozitní materiály

Materiály, které nejsou rozděleny podle funkce, ale podle složení, se nazývají kompozitní materiály, to jsou také elektrotechnické materiály. Jejich vlastnosti a použití jsou důsledkem kombinace materiálů používaných při výrobě. Příklady jsou vláknité komponenty ze skelných vláken, skelná vlákna, směsi vodivých a žáruvzdorných kovů. Použití ekvivalentních směsí nám umožňuje určit silné stránky materiálu a aplikovat je na jejich zamýšlené použití. Někdy kombinace kompozitních komponent vede k vytvoření zcela nového prvku s dalšími vlastnostmi.

Filmové materiály

Velkou oblast použití v elektrotechnice získaly filmy a pásky, jako jsou elektrotechnické materiály. Jejich vlastnosti se liší od ostatních dielektrik v jejich pružnosti, dostatečné mechanické pevnosti a vynikajících izolačních vlastností. Tloušťka výrobků se liší v závislosti na materiálu:

• Filmy jsou vyrobeny z tloušťky 6-255 μm, pásky vytvářejí 0,2-3,1 mm;
• výrobky z polystyrenu ve formě pásky a fólie vytvářejí tloušťku 20-110 μm;
• polyethylenové pásky mají tloušťku 35-200 mikronů, šířku 250 až 1500 mm;
• fluoroplastové fólie jsou vyrobeny z tloušťky 5 až 40 um, šířka je 10 až 210 mm.

Klasifikace elektrotechnických materiálů z filmu umožňuje rozlišit dva typy: orientované a neorientované filmy. První materiál se používá nejčastěji.

Laky a smalty pro elektrickou izolaci

Roztoky látek, které se tvoří během ztuhnutí filmu, jsou moderní elektrotechnické materiály. Do této skupiny patří bitumeny, sušící oleje, pryskyřice, ethery nebo sloučeniny celulózy a kombinace těchto složek. Transformace viskózní složky do izolátoru nastává po odpaření z hmoty použitého rozpouštědla a vytvoření hustého filmu. Způsobem použití se fólie dělí na lepidlo, impregnaci a potahování.

Impregnační laky se používají pro navíjení elektrických zařízení, aby se zvýšila tepelná vodivost a odolnost proti vlhkosti. Krycí laky vytvářejí horní ochranný povlak z vlhkosti, mrazu, oleje pro povrch vinutí, plastů, izolace. Lepící komponenty jsou schopny lepidla slídové slídy s jinými materiály.

Složky pro elektrickou izolaci

Tyto materiály jsou v okamžiku použití kapalným roztokem, následované tuhnutím a tuhnutím. Látky jsou charakterizovány skutečností, že kompozice neobsahuje rozpouštědla. Sloučeniny rovněž patří do skupiny "elektrotechnické materiály". Jejich druhy se plní a impregnuje. První typ se používá k vyplnění dutin v kabelových spojkách a druhá skupina se používá k impregnaci vinutí motoru.

Sloučeniny jsou vyráběny z termoplastu, změkčují se po zvýšení teploty a termosetové, které stabilně udržují formu tuhnutí.

Vláknité impregnované elektroizolační materiály

Pro výrobu takových materiálů se používají organická vlákna a uměle vytvořené složky. Přírodní rostlinná vlákna z přírodního hedvábí, lnu, dřeva se převádějí na materiály organického původu (vlákno, tkanina, lepenka). Vlhkost takových izolátorů se pohybuje v rozmezí 6-10%.

Organické materiály ze syntetických látek (kapron) obsahují pouze vlhkost od 3 do 5%, stejnou nasycení vlhkostí a anorganickými vlákny (sklolaminát). Anorganické materiály se vyznačují neschopností vznítit s významným ohřevem. Pokud jsou materiály impregnovány smalty nebo laky, vznítí se hořlavost. Dodávka elektrických materiálů se provádí v podniku pro výrobu elektrických strojů a zařízení.

Léthroid

Jemné vlákno je vyráběno v plechových materiálech a válečkováno do válce pro přepravu. Používá se jako materiál pro výrobu izolačních podložek, tvarovaných dielektrik, podložek. Papír s impregnací azbestu a azbestová lepenka je vyroben z azbestu chrysolitu, který se dělí na vlákna. Azbest má odolnost vůči alkalickému prostředí, ale je zničen kyselinou.

Závěrem je třeba poznamenat, že s využitím moderních materiálů pro izolaci elektrických spotřebičů se jejich životnost výrazně zvýšila. Pro trupy rostlin se používají materiály s vybranými vlastnostmi, což umožňuje vyrábět nové funkční zařízení se zvýšeným výkonem.