Elektr materiallari, ularning xossalari va qoʻllanilishi

2024 Muallif: Howard Calhoun | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 10:44

Elektr mashinalari va qurilmalarining samarali va mustahkam ishlashi bevosita elektr materiallari ishlatiladigan izolyatsiya holatiga bog'liq. Ular elektromagnit maydonga joylashtirilganda ma'lum xususiyatlar to'plami bilan tavsiflanadi va ushbu ko'rsatkichlarni hisobga olgan holda qurilmalarga o'rnatiladi.

Elektr materiallarini tasniflash bizga asosiy mahsulotlar: kondansatörler, simlar, izolyatorlar va tayyor yarimo'tkazgich elementlari bilan to'ldiriladigan elektr izolyatsiyalovchi, yarimo'tkazgich, o'tkazgich va magnit materiallarning alohida guruhlariga bo'lish imkonini beradi.

Materiallar ma'lum xususiyatlarga ega bo'lgan alohida magnit yoki elektr maydonlarida ishlaydi va bir vaqtning o'zida bir nechta nurlanishga ta'sir qiladi. Magnit materiallar shartli ravishda magnit va zaif magnit moddalarga bo'linadi. Elektrotexnikada yuqori magnitli materiallar eng ko'p qo'llaniladi.

Fanmateriallar

Materiallar kimyoviy tarkibi, xossalari va molekula va atomlarning tuzilishi bilan boshqa jismlardan farq qiladigan moddadir. Materiya to'rtta holatda bo'ladi: gazsimon, qattiq, plazma yoki suyuqlik. Elektr va konstruktiv materiallar o'rnatishda turli funktsiyalarni bajaradi.

Supero'tkazuvchilar materiallar elektron oqimining uzatilishini amalga oshiradi, dielektrik komponentlar izolyatsiyani ta'minlaydi. Rezistiv elementlardan foydalanish elektr energiyasini issiqlik energiyasiga aylantiradi strukturaviy materiallar mahsulot shaklini saqlab qoladi, masalan, kassa. Elektr va konstruktiv materiallar bir emas, balki bir-biriga bog'liq bo'lgan bir nechta funktsiyalarni bajarishi shart, masalan, elektr inshootining ishlashidagi dielektrik yuklarni boshdan kechiradi, bu esa uni strukturaviy materiallarga yaqinlashtiradi.

Elektrotexnika materialshunosligi - bu xususiyatlarni aniqlash, moddalarning elektr, issiqlik, sovuq, magnit maydon va boshqalar ta'sirida harakatlarini o'rganish bilan shug'ullanadigan fan. Fan elektr energiyasini yaratish uchun zarur bo'lgan o'ziga xos xususiyatlarni o'rganadi. mashinalar, qurilmalar va qurilmalar.

O'tkazgichlar

Bularga elektr materiallari kiradi, ularning asosiy ko'rsatkichi elektr tokining aniq o'tkazuvchanligi hisoblanadi. Bu elektronlar materiya massasida doimo mavjud bo'lib, yadro bilan zaif bog'langan va erkin zaryad tashuvchisi bo'lganligi sababli sodir bo'ladi. Ular bir molekula orbitasidan ikkinchisiga o'tadi va oqim hosil qiladi. Asosiy o'tkazgich materiallari mis, alyuminiydir.

Supero'tkazuvchilarga elektr qarshiligi r < 10^-5 bo'lgan elementlar kiradi, zo'r o'tkazgich esa 10^{-8 indikatorli materialdir. Omm. Barcha metallar tokni yaxshi o'tkazadi, jadvalning 105 ta elementidan faqat 25 tasi metall emas va bu geterogen guruhdan 12 ta material elektr tokini o'tkazadi va yarim o'tkazgichlar hisoblanadi.}

Elektr materiallar fizikasi ularni gaz va suyuq holatda o'tkazgich sifatida ishlatishga imkon beradi. Oddiy haroratga ega suyuq metall sifatida faqat simob ishlatiladi, buning uchun bu tabiiy holat. Qolgan metallar faqat qizdirilganda suyuq o'tkazgich sifatida ishlatiladi. Supero'tkazuvchilar uchun elektrolitlar kabi Supero'tkazuvchilar suyuqliklar ham ishlatiladi. Supero'tkazuvchilarning muhim xususiyatlari, ularni elektr o'tkazuvchanlik darajasi bilan farqlash imkonini beruvchi issiqlik o'tkazuvchanligi va issiqlik hosil qilish qobiliyatidir.

Dielektrik materiallar

O'tkazgichlardan farqli o'laroq, dielektriklarning massasi oz sonli erkin cho'zilgan elektronlarni o'z ichiga oladi. Moddaning asosiy xususiyati uning elektr maydoni ta'sirida qutblanish qobiliyatidir. Bu hodisa elektr ta'sirida bog'langan zaryadlarning ta'sir qiluvchi kuchlar tomon harakatlanishi bilan izohlanadi. Siqilish masofasi kattaroq bo'lsa, elektr maydon kuchi shunchalik yuqori bo'ladi.

Izolyatsiya qiluvchi elektr materiallari idealga qanchalik yaqin bo'lsa, shunchalik kamroqo'ziga xos o'tkazuvchanlik ko'rsatkichi va kamroq aniq qutblanish darajasi, bu issiqlik energiyasining tarqalishi va tarqalishini baholashga imkon beradi. Dielektrikning o'tkazuvchanligi maydon yo'nalishi bo'yicha siljiydigan oz sonli erkin dipollarning ta'siriga asoslanadi. Qutblanishdan so'ng dielektrik turli xil qutbli modda hosil qiladi, ya'ni sirtda ikki xil zaryad belgisi hosil bo'ladi.

Dielektriklardan foydalanish elektrotexnikada eng keng tarqalgan, chunki elementning faol va passiv xarakteristikalari ishlatiladi.

Boshqariladigan xususiyatlarga ega faol materiallarga quyidagilar kiradi:

• pyroelektriklar;
• elektrofosforlar;
• piezoelektriklar;
• ferroelektrik;
• elektrets;
• lazer emitentlari uchun materiallar.

Asosiy elektr materiallari - passiv xususiyatlarga ega dielektriklar izolyatsiya materiallari va odatiy turdagi kondansatörler sifatida ishlatiladi. Ular elektr zanjirining ikkita qismini bir-biridan ajratishga va elektr zaryadlari oqimini oldini olishga qodir. Ularning yordami bilan elektr energiyasi erga yoki korpusga tushmasligi uchun oqim o'tkazuvchi qismlar izolyatsiya qilinadi.

Dielektrik ajratish

Dielektriklar kimyoviy tarkibiga ko'ra organik va noorganik materiallarga bo'linadi. Noorganik dielektriklar tarkibida uglerod mavjud emas, organik shakllarda esa asosiy element sifatida uglerod mavjud. keramika kabi noorganik moddalar,slyuda, yuqori isitish darajasiga ega.

Olinish usuliga ko`ra elektrotexnika materiallari tabiiy va sun`iy dielektriklarga bo`linadi. Sintetik materiallardan keng foydalanish ishlab chiqarish materialga kerakli xususiyatlarni berishga imkon berishiga asoslanadi.

Molekulalarning tuzilishi va molekulyar panjarasiga koʻra dielektriklar qutbli va qutbsizlarga boʻlinadi. Ikkinchisi neytral deb ham ataladi. Farqi shundaki, elektr toki ularga ta'sir qila boshlagunga qadar atomlar va molekulalar elektr zaryadiga ega yoki yo'q. Neytral guruhga floroplastik, polietilen, slyuda, kvarts va boshqalar kiradi. Polar dielektriklar musbat yoki manfiy zaryadli molekulalardan iborat, bunga misol polivinilxlorid, bakelit.

Dielektriklarning xossalari

Chunki dielektriklar gazsimon, suyuq va qattiq boʻlinadi. Eng ko'p ishlatiladigan qattiq elektr materiallari. Ularning xossalari va ilovalari indikator va xarakteristikalar yordamida baholanadi:

• tovush qarshiligi;
• dielektrik doimiy;
• sirt qarshiligi;
• issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti;
• dielektrik yo'qotishlar burchak tangensi sifatida ifodalangan;
• materialning elektr ta'sirida mustahkamligi.

Hajm qarshiligi materialning u orqali o'tadigan doimiy oqim oqimiga qarshilik ko'rsatish qobiliyatiga bog'liq. Qarshilikning o'zaro nisbati o'ziga xos hajm deb ataladio'tkazuvchanlik.

Sirt qarshiligi - bu materialning sirt bo'ylab o'tadigan to'g'ridan-to'g'ri oqimga qarshilik ko'rsatish qobiliyati. Sirt o'tkazuvchanligi oldingi qiymatning o'zaro nisbati.

Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti moddaning harorati ko'tarilgandan keyin qarshilikning o'zgarishi darajasini aks ettiradi. Odatda, harorat oshishi bilan qarshilik kamayadi, shuning uchun koeffitsientning qiymati manfiy bo'ladi.

Dielektrik doimiyligi materialning elektr sig'imini yaratish qobiliyatiga muvofiq elektr materiallaridan foydalanishni aniqlaydi. Dielektrikning nisbiy o'tkazuvchanligi ko'rsatkichi mutlaq o'tkazuvchanlik tushunchasiga kiritilgan. Izolyatsiya sig'imining o'zgarishi issiqlik o'tkazuvchanligining oldingi koeffitsienti bilan ko'rsatiladi, bu bir vaqtning o'zida haroratning o'zgarishi bilan sig'imning oshishi yoki kamayishini ko'rsatadi.

Dielektrik yoʻqotish tangensi oʻzgaruvchan elektr toki taʼsirida boʻlgan dielektrik materialga nisbatan zanjirdagi quvvat yoʻqotish miqdorini aks ettiradi.

Elektr materiallari stress ta'sirida moddani yo'q qilish imkoniyatini belgilovchi elektr quvvati ko'rsatkichi bilan tavsiflanadi. Mexanik kuchni aniqlashda siqish, taranglik, egilish, buralish, zarba va bo‘linishda yakuniy kuch ko‘rsatkichini aniqlash uchun bir qator sinovlar o‘tkaziladi.

Dielektriklarning fizik va kimyoviy xossalari

Dielektriklar ma'lum sonni o'z ichiga oladiajralib chiqadigan kislotalar. 1 g moddadagi aralashmalardan qutulish uchun zarur bo'lgan o'yuvchi kaliyning milligrammdagi miqdori kislota soni deb ataladi. Kislotalar organik materiallarni yo'q qiladi, izolyatsion xususiyatlarga salbiy ta'sir qiladi.

Elektr materiallarining xarakteristikasi moddaning suyuqlik darajasini ko'rsatadigan yopishqoqlik yoki ishqalanish koeffitsienti bilan to'ldiriladi. Yopishqoqlik shartli va kinematikga bo'linadi.

Suvni singdirish darajasi ma'lum bir haroratda suvda bir kun bo'lganidan keyin sinov hajmi elementi tomonidan so'rilgan suv massasiga qarab aniqlanadi. Bu xususiyat materialning g'ovakligini ko'rsatadi, qiymatni oshirish izolyatsion xususiyatlarni yomonlashtiradi.

Magnit materiallar

Magnit xususiyatlarni baholash uchun ko'rsatkichlar magnit xarakteristikalar deb ataladi:

• magnit mutlaq o'tkazuvchanlik;
• magnit nisbiy o'tkazuvchanlik;
• issiqlik magnit o'tkazuvchanligi;
• maksimal magnit maydon energiyasi.

Magnit materiallar qattiq va yumshoqga bo'linadi. Yumshoq elementlar tananing magnitlanishining kattaligi ta'sir qiluvchi magnit maydondan orqada qolsa, kichik yo'qotishlar bilan tavsiflanadi. Ular magnit to'lqinlar uchun ko'proq o'tkazuvchan, kichik majburlash kuchiga ega va induktiv to'yinganlikni oshiradi. Ular transformatorlar, elektromagnit mashinalar va mexanizmlar, magnit ekranlar va kam energiya bilan magnitlanish talab qilinadigan boshqa qurilmalarni qurishda qo'llaniladi.kamchiliklar. Bularga sof elektrolitli temir, temir armo, permalloy, elektr po'lat plitalar, nikel-temir qotishmalari kiradi.

Qattiq materiallar magnitlanish darajasi tashqi magnit maydondan orqada qolganda sezilarli yo'qotishlar bilan tavsiflanadi. Magnit impulslarni bir marta qabul qilib, bunday elektr materiallar va mahsulotlar magnitlanadi va uzoq vaqt davomida to'plangan energiyani saqlaydi. Ular katta majburlash kuchiga va katta qoldiq induksiya qobiliyatiga ega. Ushbu xususiyatlarga ega elementlar statsionar magnitlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Elementlar temir asosidagi qotishmalar, alyuminiy, nikel, kob alt, kremniy komponentlari bilan ifodalanadi.

Magnetodielektriklar

Bu aralash materiallar, tarkibida 75-80% magnit kukuni bor, qolgan massa organik yuqori polimerli dielektrik bilan to'ldirilgan. Ferritlar va magnetodielektriklar katta hajm qarshiligining yuqori qiymatlariga, kichik oqim yo'qotishlariga ega, bu ularni yuqori chastotali texnologiyada qo'llash imkonini beradi. Ferritlar turli chastota maydonlarida barqaror ishlashga ega.

Ferromagnitlardan foydalanish sohasi

Ulardan transformator bobinlarining yadrolarini yaratishda eng samarali foydalaniladi. Materialdan foydalanish oqim ko'rsatkichlarini o'zgartirmasdan, transformatorning magnit maydonini sezilarli darajada oshirishga imkon beradi. Ferritlardan tayyorlangan bunday qo'shimchalar qurilmaning ishlashi paytida elektr energiyasini tejash imkonini beradi. Elektr materiallari va jihozlari o'chirilgandan keyin tashqi magnit ta'sirni saqlab qoladimagnit ko'rsatkichlar va maydonni qo'shni bo'shliqda saqlaydi.

Magnit o'chirilgandan keyin elementar oqimlar o'tmaydi, shuning uchun naushniklar, telefonlar, o'lchash asboblari, kompaslar, ovoz yozish qurilmalarida samarali ishlaydigan standart doimiy magnit hosil qiladi. Elektr tokini o'tkazmaydigan doimiy magnitlar dasturda juda mashhur. Ular temir oksidlarini boshqa turli oksidlar bilan birlashtirish orqali olinadi. Magnit temir rudasi ferritdir.

Yarimo'tkazgichlar

Bular o'tkazgichlar va dielektriklar uchun ushbu ko'rsatkich oralig'ida bo'lgan o'tkazuvchanlik qiymatiga ega bo'lgan elementlardir. Ushbu materiallarning o'tkazuvchanligi bevosita aralashmalarning massadagi namoyon bo'lishiga, ta'sirning tashqi yo'nalishlariga va ichki nuqsonlarga bog'liq.

Yarimo'tkazgichlar guruhining elektr materiallarining xarakteristikalari elementlarning strukturaviy panjarasi, tarkibi, xususiyatlari bo'yicha bir-biridan sezilarli farqni ko'rsatadi. Belgilangan parametrlarga qarab, materiallar 4 turga bo'linadi:

1. Bir xil turdagi atomlarni o'z ichiga olgan elementlar: kremniy, fosfor, bor, selen, indiy, germaniy, galiy va boshqalar.
2. Tarkibida metall oksidi boʻlgan materiallar - mis, kadmiy oksidi, rux oksidi va boshqalar.
3. Materiallar antimonidlar guruhiga birlashtirilgan.
4. Organik materiallar - naftalin, antrasen va boshqalar.

Kristal panjarasiga qarab yarimo'tkazgichlar polikristalli va monokristalli materiallarga bo'linadi.elementlar. Elektr materiallarining xarakteristikasi ularni magnit bo'lmagan va zaif magnitlarga bo'lish imkonini beradi. Magnit komponentlar orasida yarimo'tkazgichlar, o'tkazgichlar va o'tkazuvchan bo'lmagan elementlar ajralib turadi. Aniq taqsimlashni amalga oshirish qiyin, chunki ko'plab materiallar o'zgaruvchan sharoitlarda boshqacha harakat qiladi. Masalan, ba'zi yarim o'tkazgichlarning past haroratlarda ishlashini izolyatorlarning ishlashi bilan taqqoslash mumkin. Xuddi shu dielektriklar qizdirilganda yarimo'tkazgich kabi ishlaydi.

Kompozit materiallar

Funksiyaga koʻra emas, balki tarkibiga koʻra boʻlinmaydigan materiallarga kompozit materiallar deyiladi, ular ham elektr materiallardir. Ularning xususiyatlari va qo'llanilishi ishlab chiqarishda ishlatiladigan materiallarning kombinatsiyasi bilan bog'liq. Misollar, shisha tolali komponentlar, shisha tolalar, elektr o'tkazuvchan va o'tga chidamli metallarning aralashmalari. Ekvivalent aralashmalardan foydalanish materialning kuchli tomonlarini aniqlash va ularni mo'ljallangan maqsadlarda qo'llash imkonini beradi. Ba'zan kompozitlarning kombinatsiyasi natijasida turli xil xususiyatlarga ega butunlay yangi element paydo bo'ladi.

Film materiallari

Elektr materiallari sifatida plyonkalar va lentalar elektrotexnikada keng qo'llanilishini qo'lga kiritdi. Ularning xossalari boshqa dielektriklardan egiluvchanlik, etarli mexanik kuch va mukammal izolyatsiyalash xususiyatlari bilan ajralib turadi. Mahsulotlarning qalinligi materialga qarab o'zgaradi:

• plyonkalar qalinligi 6-255 mikron, lentalar 0,2-3,1 mm ishlab chiqariladi;
• polistirol mahsulotlari lenta va plyonka shaklida 20-110 mikron qalinlikda ishlab chiqariladi;
• polietilen lentalar qalinligi 35-200 mikron, kengligi 250 dan 1500 mm gacha;
• ftoroplastik plyonkalar qalinligi 5 dan 40 mikrongacha, kengligi 10-210 mm.

Plenkadan elektr materiallarini tasniflash bizga ikkita turni ajratish imkonini beradi: yo'n altirilgan va yo'n altirilmagan plyonkalar. Ko'pincha birinchi material ishlatiladi.

Elektr izolyatsiyasi uchun laklar va emallar

Qattiqlashuv jarayonida plyonka hosil qiluvchi moddalarning eritmalari zamonaviy elektr materiallari hisoblanadi. Ushbu guruhga bitum, quritish moylari, qatronlar, tsellyuloza efirlari yoki aralashmalari va ushbu komponentlarning birikmalari kiradi. Yopishqoq komponentning izolyatorga aylanishi qo'llaniladigan erituvchi massasidan bug'langandan va zich plyonka hosil bo'lgandan keyin sodir bo'ladi. Qo'llash usuliga ko'ra, plyonkalar yopishtiruvchi, emdiruvchi va qoplamaga bo'linadi.

Emdiruvchi laklar issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientini va namlikka chidamliligini oshirish uchun elektr inshootlarini o'rash uchun ishlatiladi. Qoplama laklari o'rash yuzasi, plastmassalar, izolyatsiyalash uchun namlik, sovuq, yog'ga qarshi yuqori himoya qoplamasini yaratadi. Yopishtiruvchi komponentlar slyuda plitalarini boshqa materiallarga yopishtirishga qodir.

Elektr izolyatsiyasi uchun aralashmalar

Ushbu materiallar foydalanish vaqtida suyuq eritma sifatida taqdim etiladi, keyin esa qotib qoladi va qattiqlashadi. Moddalar tarkibida erituvchilar yo'qligi bilan ajralib turadi. Aralashmalar "elektrotexnik materiallar" guruhiga ham kiradi. Ularning turlari plomba va emdirishdir. Birinchi turdagi kabel gilzalaridagi bo'shliqlarni to'ldirish uchun, ikkinchi guruh esa motor o'rashlarini singdirish uchun ishlatiladi.

Murakkablar termoplastik boʻlib ishlab chiqariladi, ular harorat koʻtarilgandan keyin yumshaydi va termoset boʻlib, qattiqlashuv shaklini mustahkam saqlaydi.

Tolali singdirilmagan elektr izolyatsion materiallar

Bunday materiallarni ishlab chiqarish uchun organik tolalar va sun'iy ravishda yaratilgan komponentlar qo'llaniladi. Tabiiy ipak, zig'ir, yog'ochning tabiiy o'simlik tolalari organik kelib chiqishi (tola, mato, karton) materiallariga aylantiriladi. Bunday izolyatorlarning namligi 6-10% oralig'ida.

Organik sintetik materiallar (kapron) faqat 3 dan 5% gacha namlikni o'z ichiga oladi, namlik va noorganik tolalar (shisha tolasi) bilan bir xil to'yinganlik. Noorganik materiallar sezilarli darajada qizdirilganda yonib keta olmasligi bilan tavsiflanadi. Agar materiallar emal yoki laklar bilan singdirilgan bo'lsa, u holda yonuvchanlik oshadi. Elektr materiallarini etkazib berish elektr mashinalari va qurilmalarini ishlab chiqaruvchi korxonaga amalga oshiriladi.

Letheroid

Yupqa tolalar qatlamlarda ishlab chiqariladi va tashish uchun rulonga o'raladi. U izolyatsiyalash qistirmalari, shaklli dielektriklar, yuvish vositalarini ishlab chiqarish uchun material sifatida ishlatiladi. Asbest bilan singdirilgan qog'oz va asbest karton xrizolit asbestdan tayyorlanadi, uni tolalarga bo'linadi. Asbest ishqoriy muhitga chidamli, ammo kislotali muhitda yo'q qilinadi.

Xulosa qilib shuni ta'kidlash kerakki, elektr jihozlarini izolyatsiyalash uchun zamonaviy materiallardan foydalanish bilan ularning xizmat qilish muddati sezilarli darajada oshdi. O'rnatish korpuslari uchun tanlangan xususiyatlarga ega materiallardan foydalaniladi, bu esa unumdorligi yaxshilangan yangi funktsional uskunalarni ishlab chiqarish imkonini beradi.