Цахилгаан материал, тэдгээрийн шинж чанар, хэрэглээ

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Цахилгаан машин, суурилуулалтын үр ашигтай, удаан эдэлгээтэй байх нь цахилгаан материалыг ашигласан тусгаарлагчийн төлөв байдлаас шууд хамаарна. Тэдгээрийг цахилгаан соронзон орон дээр байрлуулахдаа тодорхой шинж чанаруудаар тодорхойлогддог бөгөөд эдгээр үзүүлэлтүүдийг харгалзан төхөөрөмжид суулгадаг.

Цахилгаан материалын ангилал нь цахилгаан тусгаарлагч, хагас дамжуулагч, дамжуулагч, соронзон материалыг тусад нь бүлэгт хуваах боломжийг олгодог бөгөөд эдгээр нь конденсатор, утас, тусгаарлагч, хагас дамжуулагчийн эцсийн элементүүдээр бүрддэг.

Материал нь тодорхой шинж чанартай тусдаа соронзон эсвэл цахилгаан талбайд хоёуланд нь ажилладаг бөгөөд хэд хэдэн цацрагт нэгэн зэрэг өртдөг. Соронзон материалыг нөхцөлт байдлаар соронзон ба сул соронзон бодис гэж хуваадаг. Цахилгааны инженерчлэлд өндөр соронзон материалыг хамгийн өргөнөөр ашигладаг.

Шинжлэх ухаанматериал

Материал гэдэг нь химийн найрлага, молекул, атомын шинж чанар, бүтцээрээ бусад объектоос ялгаатай бодис юм. Бодис нь хий, хатуу, плазм эсвэл шингэн гэсэн дөрвөн төлөвийн аль нэгэнд байдаг. Цахилгаан болон бүтцийн материал нь угсралтын явцад олон төрлийн үүрэг гүйцэтгэдэг.

Дамжуулагч материалууд нь электрон урсгалыг дамжуулж, диэлектрик бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь тусгаарлагч болдог. Эсэргүүцэх элементүүдийг ашиглах нь цахилгаан энергийг дулааны энерги болгон хувиргадаг, бүтцийн материал нь бүтээгдэхүүний хэлбэрийг хадгалдаг, жишээлбэл, кейс. Цахилгаан ба бүтцийн материал нь заавал нэг биш, хэд хэдэн холбогдох функцийг гүйцэтгэх ёстой, жишээлбэл, цахилгаан угсралтын ажлын диэлектрик нь ачааллыг мэдэрдэг бөгөөд энэ нь түүнийг бүтцийн материалд ойртуулдаг.

Цахилгаан техникийн материалын шинжлэх ухаан нь шинж чанарыг тодорхойлох, цахилгаан, дулаан, хяруу, соронзон орны нөлөөллийн үед бодисын төлөв байдлыг судлах шинжлэх ухаан юм. Шинжлэх ухаан нь цахилгааныг бий болгоход шаардлагатай тодорхой шинж чанаруудыг судалдаг. машин, төхөөрөмж болон суурилуулалт.

Дамжуулагч

Эдгээрт цахилгаан материалууд багтдаг бөгөөд гол үзүүлэлт нь цахилгаан гүйдлийн тод дамжуулалт юм. Энэ нь электронууд нь материйн массад байнга оршдог, цөмтэй сул холбогддог, чөлөөт цэнэг зөөгч байдагтай холбоотой юм. Тэд нэг молекулын тойрог замаас нөгөөд шилжиж, гүйдэл үүсгэдэг. Гол дамжуулагч материал нь зэс, хөнгөн цагаан юм.

Дамжуулагчид ρ < 10^-5 цахилгаан эсэргүүцэлтэй элементүүд багтдаг бол маш сайн дамжуулагч нь 10^{-8 үзүүлэлттэй материал юм. Омм. Бүх металууд гүйдэл сайн дамжуулдаг, хүснэгтийн 105 элементээс зөвхөн 25 нь металл биш бөгөөд энэ нэг төрлийн бус бүлгийн 12 материал нь цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг бөгөөд хагас дамжуулагч гэж тооцогддог.}

Цахилгаан материалын физик нь тэдгээрийг хий болон шингэн төлөвт дамжуулагч болгон ашиглах боломжийг олгодог. Хэвийн температуртай шингэн металлын хувьд зөвхөн мөнгөн ус хэрэглэдэг бөгөөд энэ нь байгалийн байдал юм. Үлдсэн металлыг зөвхөн халах үед шингэн дамжуулагч болгон ашигладаг. Дамжуулагчийн хувьд электролит гэх мэт дамжуулагч шингэнийг бас ашигладаг. Дамжуулагчийн чухал шинж чанарууд нь тэдгээрийг цахилгаан дамжуулалтын түвшингээр нь ялгах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь дулаан дамжилтын шинж чанар ба дулаан үүсгэх чадвар юм.

Диэлектрик материал

Дамжуулагчаас ялгаатай нь диэлектрикийн масс нь цөөн тооны чөлөөт сунасан электронуудыг агуулдаг. Бодисын гол шинж чанар нь цахилгаан орны нөлөөн дор туйлшрал олж авах чадвар юм. Энэ үзэгдлийг цахилгаан гүйдлийн нөлөөн дор холбогдсон цэнэгүүд ажиллаж буй хүчнүүд рүү шилждэгтэй холбон тайлбарладаг. Шилжилтийн зай их байх тусам цахилгаан орны хүч өндөр болно.

Тусгаарлагч цахилгаан материалууд нь хамгийн тохиромжтойд ойртох тусам бага байдагтусгай дамжуулалтын үзүүлэлт ба туйлшралын зэрэг нь бага байх бөгөөд энэ нь дулааны энергийн тархалт, ялгаралтыг шүүх боломжтой болгодог. Диэлектрикийн дамжуулах чанар нь талбайн чиглэлд шилжих цөөн тооны чөлөөт диполуудын үйлчлэлд суурилдаг. Туйлшралын дараа диэлектрик нь өөр өөр туйлтай бодис үүсгэдэг, өөрөөр хэлбэл гадаргуу дээр хоёр өөр цэнэгийн шинж тэмдэг үүснэ.

Элементийн идэвхтэй болон идэвхгүй шинж чанарыг ашигладаг тул диэлектрикийн хэрэглээ нь цахилгаан инженерчлэлд хамгийн өргөн хүрээтэй байдаг.

Удирдах шинж чанартай идэвхтэй материалууд орно:

• пироэлектрик;
• электрофосфор;
• пьезоэлектрик;
• төмөр цахилгаан;
• электретс;
• лазер ялгаруулагчийн материал.

Цахилгааны үндсэн материалууд болох идэвхгүй шинж чанартай диэлектрикийг тусгаарлагч материал, ердийн төрлийн конденсатор болгон ашигладаг. Тэд цахилгаан хэлхээний хоёр хэсгийг бие биенээсээ салгаж, цахилгаан цэнэгийн урсгалаас сэргийлж чаддаг. Тэдгээрийн тусламжтайгаар гүйдэл дамжуулах хэсгүүдийг тусгаарлаж, цахилгаан эрчим хүчийг газар эсвэл хайрцаг руу оруулахгүй.

Диэлектрик тусгаарлалт

Диэлектрикийг химийн найрлагаар нь органик болон органик бус материал гэж хуваадаг. Органик бус диэлектрик нь найрлагадаа нүүрстөрөгч агуулаагүй бол органик хэлбэрт нүүрстөрөгч гол элемент болдог. керамик зэрэг органик бус бодисууд,гялтгануур, өндөр халаалттай.

Цахилгаан техникийн материалыг олж авах аргын дагуу байгалийн ба хиймэл диэлектрик гэж хуваадаг. Синтетик материалын өргөн хэрэглээ нь үйлдвэрлэл нь материалыг хүссэн шинж чанарыг нь өгөх боломжийг олгодог явдал юм.

Молекулуудын бүтэц, молекулын торны дагуу диэлектрикийг туйлтай ба туйл биш гэж хуваадаг. Сүүлийнх нь мөн төвийг сахисан гэж нэрлэдэг. Ялгаа нь цахилгаан гүйдэл тэдэнд нөлөөлж эхлэхээс өмнө атом, молекулууд нь цахилгаан цэнэгтэй эсвэл байхгүй байдагт оршино. Төвийг сахисан бүлэгт фторопластик, полиэтилен, гялтгануур, кварц гэх мэт орно. Туйлын диэлектрик нь эерэг эсвэл сөрөг цэнэгтэй молекулуудаас тогтдог ба жишээ нь поливинил хлорид, бакелит юм.

Диэлектрикийн шинж чанарууд

Диэлектрикийг хий, шингэн, хатуу гэж хуваадаг. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг хатуу цахилгаан материалууд. Тэдгээрийн шинж чанар, хэрэглээг үзүүлэлт, шинж чанарыг ашиглан үнэлдэг:

• эзэлхүүний эсэргүүцэл;
• диэлектрик тогтмол;
• гадаргуугийн эсэргүүцэл;
• дулаан нэвтрүүлэх коэффициент;
• диэлектрик алдагдлыг өнцгийн тангенсээр илэрхийлсэн;
• цахилгаан гүйдлийн нөлөөн дэх материалын бат бэх.

Эзэлхүүний эсэргүүцэл нь материалаар дамжин өнгөрөх тогтмол гүйдлийн урсгалыг эсэргүүцэх чадвараас хамаарна. Эсэргүүцлийн харилцан хамаарлыг эзэлхүүний өвөрмөц гэж нэрлэдэгдамжуулалт.

Гадаргуугийн эсэргүүцэл гэдэг нь тухайн материалын гадаргуу дээгүүр урсах шууд гүйдлийг эсэргүүцэх чадварыг хэлнэ. Гадаргуугийн дамжуулалт нь өмнөх утгын эсрэг утгатай байна.

Дулаан нэвчих чадварын коэффициент нь бодисын температурыг нэмэгдүүлсний дараа эсэргүүцлийн өөрчлөлтийн зэргийг илэрхийлдэг. Ихэвчлэн температур нэмэгдэхийн хэрээр эсэргүүцэл буурдаг тул коэффициентийн утга сөрөг болдог.

Диэлектрик тогтмол нь тухайн материалын цахилгаан багтаамж үүсгэх чадварын дагуу цахилгаан материалын хэрэглээг тодорхойлдог. Диэлектрикийн харьцангуй нэвчилтийн үзүүлэлтийг үнэмлэхүй нэвчилтийн тухай ойлголтод оруулсан болно. Тусгаарлагчийн багтаамжийн өөрчлөлтийг өмнөх дулаан нэвчих чадварын илтгэлцүүрээр харуулсан ба энэ нь температурын өөрчлөлттэй зэрэгцэн багтаамжийн өсөлт, бууралтыг харуулдаг.

Диэлектрик алдагдлын тангенс нь цахилгаан хувьсах гүйдлийн нөлөөлөлд өртсөн диэлектрик материалтай харьцуулахад хэлхээний эрчим хүчний алдагдлын хэмжээг илэрхийлдэг.

Цахилгаан материалууд нь стрессийн нөлөөн дор бодисыг устгах боломжийг тодорхойлдог цахилгаан бат бэхийн үзүүлэлтээр тодорхойлогддог. Механик бат бөх чанарыг тодорхойлохдоо шахалт, суналт, гулзайлтын, мушгирах, цохилт, хуваагдал зэрэгт дээд зэргийн бат бэхийн үзүүлэлтийг тогтоох хэд хэдэн туршилтууд байдаг.

Диэлектрикийн физик, химийн шинж чанар

Диэлектрикууд нь тодорхой тоотой байдагсуллагдсан хүчил. 1 г бодис дахь хольцыг арилгахад шаардагдах калийн идэмхий калийн хэмжээг миллиграммаар хүчиллэг тоо гэнэ. Хүчил нь органик материалыг устгаж, тусгаарлагч шинж чанарт сөргөөр нөлөөлдөг.

Цахилгаан материалын шинж чанар нь бодисын шингэний зэргийг харуулсан зуурамтгай чанар эсвэл үрэлтийн коэффициентээр нэмэгддэг. Зуурамтгай чанарыг нөхцөлт болон кинематик гэж хуваана.

Өгөгдсөн температурт усанд байх өдрийн дараа туршилтын хэмжээтэй элементийн шингээж авсан усны массаас хамаарч ус шингээлтийн зэргийг тодорхойлно. Энэ шинж чанар нь материалын сүвэрхэг чанарыг илтгэж, утгыг нэмэгдүүлэх нь тусгаарлагч шинж чанарыг бууруулдаг.

Соронзон материал

Соронзон шинж чанарыг үнэлэх үзүүлэлтүүдийг соронзон шинж чанар гэж нэрлэдэг:

• соронзон үнэмлэхүй нэвчилт;
• соронзон харьцангуй нэвчилт;
• дулааны соронзон нэвчилт;
• хамгийн их соронзон орны энерги.

Соронзон материалыг хатуу, зөөлөн гэж хуваадаг. Зөөлөн элементүүд нь биеийн соронзлолын хэмжээ нь ажиллаж буй соронзон орны ард хоцрох үед бага хэмжээний алдагдалтай байдаг. Тэд соронзон долгионыг илүү нэвчих чадвартай, бага хэмжээний албадлагын хүч, индуктив ханасан байдлыг нэмэгдүүлдэг. Эдгээрийг трансформатор, цахилгаан соронзон машин, механизм, соронзон дэлгэц болон бага эрчим хүчээр соронзлох шаардлагатай бусад төхөөрөмжийг барихад ашигладаг.орхигдуулсан. Үүнд цэвэр электролитийн төмөр, төмөр - армко, пермаллой, цахилгаан ган хуудас, никель-төмрийн хайлш орно.

Хатуу материал нь соронзлолын зэрэг нь гадаад соронзон орныхоос хоцрох үед их хэмжээний алдагдалтай байдаг. Соронзон импульсийг нэг удаа хүлээн авснаар ийм цахилгаан материал, бүтээгдэхүүн нь соронзон болж, хуримтлагдсан энергийг удаан хугацаанд хадгалдаг. Тэд их хэмжээний албадлагын хүч, том үлдэгдэл индукцийн багтаамжтай байдаг. Эдгээр шинж чанаруудтай элементүүдийг суурин соронз үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Элементүүдийг төмрийн суурьтай хайлш, хөнгөн цагаан, никель, кобальт, цахиурын бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр төлөөлдөг.

Соронзондиэлектрик

Эдгээр нь 75-80% соронзон нунтаг агуулсан холимог материал бөгөөд үлдсэн хэсэг нь органик өндөр полимер диэлектрикээр дүүргэгдсэн байдаг. Феррит ба соронзодиэлектрикууд нь эзэлхүүний эсэргүүцлийн өндөр утгатай, эргүүлэг гүйдлийн алдагдал багатай байдаг нь тэдгээрийг өндөр давтамжийн технологид ашиглах боломжийг олгодог. Феррит нь янз бүрийн давтамжийн талбарт тогтвортой гүйцэтгэлтэй байдаг.

Ферромагнетийн ашиглалтын талбар

Тэдгээрийг трансформаторын ороомгийн цөмийг бүтээхэд хамгийн үр дүнтэй ашигладаг. Материалыг ашиглах нь одоогийн уншилтыг өөрчлөхгүйгээр трансформаторын соронзон орныг ихээхэн нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Ферритээр хийсэн ийм оруулга нь төхөөрөмжийг ажиллуулах явцад цахилгааны хэрэглээг хэмнэх боломжийг олгодог. Гадны соронзон нөлөөг унтраасны дараа цахилгаан материал, тоног төхөөрөмж хадгалагданасоронзон индикаторууд ба зэргэлдээ орон зайд талбарыг хадгалдаг.

Соронзыг унтраасны дараа элементийн гүйдэл өнгөрөхгүй тул чихэвч, утас, хэмжих хэрэгсэл, луужин, дуу хураагч зэрэгт үр дүнтэй ажилладаг стандарт байнгын соронз бий болно. Цахилгаан гүйдэл дамжуулдаггүй байнгын соронзон нь хэрэглээнд маш их алдартай байдаг. Тэдгээрийг төмрийн ислийг бусад янз бүрийн оксидуудтай нэгтгэх замаар олж авдаг. Соронзон төмрийн хүдэр нь феррит юм.

Хагас дамжуулагч материал

Эдгээр нь дамжуулагч ба диэлектрикийн хувьд энэ үзүүлэлтийн хязгаарт багтах дамжуулах чанарын утгатай элементүүд юм. Эдгээр материалын цахилгаан дамжуулах чанар нь масс дахь хольцын илрэл, нөлөөллийн гадаад чиглэл, дотоод согогоос шууд хамаардаг.

Хагас дамжуулагч бүлгийн цахилгаан материалын шинж чанар нь бүтцийн тор, найрлага, шинж чанараараа бие биенээсээ элементүүдийн хооронд мэдэгдэхүйц ялгаа байгааг харуулж байна. Заасан параметрүүдээс хамааран материалыг 4 төрөлд хуваадаг:

1. Ижил төрлийн атом агуулсан элементүүд: цахиур, фосфор, бор, селен, индий, германий, галли гэх мэт.
2. Металлын исэл агуулсан материал - зэс, кадми исэл, цайрын исэл гэх мэт.
3. Антимонидын бүлэгт нэгтгэсэн материал.
4. Органик материал - нафталин, антрацен гэх мэт

Болор торноос хамааран хагас дамжуулагчийг поликристал материал ба монокристалл гэж хуваадаг.элементүүд. Цахилгаан материалын шинж чанар нь тэдгээрийг соронзон бус, сул соронзон гэж хуваах боломжийг олгодог. Соронзон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дунд хагас дамжуулагч, дамжуулагч, дамжуулагч бус элементүүдийг ялгадаг. Олон материал нь өөрчлөгдөж буй нөхцөлд өөр өөрөөр ажилладаг тул тодорхой хуваарилалт хийхэд хэцүү байдаг. Жишээлбэл, бага температурт зарим хагас дамжуулагчийн ажиллагааг тусгаарлагчийн ажиллагаатай харьцуулж болно. Халах үед ижил диэлектрикүүд хагас дамжуулагч шиг ажилладаг.

Нийлмэл материал

Үйл ажиллагаагаар нь бус, найрлагаар нь хуваадаг материалыг нийлмэл материал гэж нэрлэдэг ба эдгээр нь мөн цахилгаан материал юм. Тэдний шинж чанар, хэрэглээ нь үйлдвэрлэлд ашигласан материалын хослолтой холбоотой юм. Жишээ нь, шилэн шилэн бүрдэл хэсгүүд, шилэн утас, цахилгаан дамжуулагч ба галд тэсвэртэй металлын холимог юм. Ижил төрлийн хольцыг ашиглах нь материалын хүч чадлыг тодорхойлж, зориулалтын дагуу ашиглах боломжийг олгодог. Заримдаа нийлмэл хольцын үр дүнд өөр өөр шинж чанартай цоо шинэ элемент гарч ирдэг.

Киноны материал

Цахилгаан материалын хувьд кино, соронзон хальснууд нь цахилгааны инженерчлэлд өргөн хүрээг хамарсан. Тэдний шинж чанар нь бусад диэлектрикүүдээс уян хатан чанар, хангалттай механик хүч чадал, маш сайн тусгаарлагч шинж чанараараа ялгаатай байдаг. Бүтээгдэхүүний зузаан нь материалаас хамаарч өөр өөр байна:

• хальсыг 6-255 микрон зузаантай, туузыг 0.2-3.1 мм-ээр хийдэг;
• полистирол бүтээгдэхүүнийг соронзон хальс, хальс хэлбэрээр 20-110 микрон зузаантай үйлдвэрлэдэг;
• полиэтилен туузыг 35-200 микрон зузаантай, 250-1500 мм өргөнтэй;
• фторопластик хальсыг 5-аас 40 микрон зузаантай, 10-210 мм-ийн өргөнтэй хийдэг.

Цахилгаан материалын ангилал нь чиглүүлсэн ба чиг баримжаагүй хальс гэсэн хоёр төрлийг ялгах боломжийг олгодог. Эхний материалыг ихэвчлэн ашигладаг.

Цахилгаан тусгаарлагчийн лак, паалан

Хатуурах явцад хальс үүсгэдэг бодисуудын уусмал нь орчин үеийн цахилгаан материал юм. Энэ бүлэгт битум, хатаах тос, давирхай, целлюлозын эфир эсвэл нэгдлүүд, эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хослолууд орно. Наалдамхай бүрэлдэхүүн хэсгийг тусгаарлагч болгон хувиргах нь хэрэглэсэн уусгагчийн массаас ууршиж, өтгөн хальс үүссэний дараа үүсдэг. Хэрэглэх аргын дагуу хальсыг наалдамхай, шингээгч, бүрэх гэж хуваана.

Нэвчих лак нь дулаан дамжилтын илтгэлцүүр, чийгэнд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлэх зорилгоор цахилгаан байгууламжийн ороомогт ашиглагддаг. Бүрхүүлтэй лак нь чийг, хяруу, ороомгийн гадаргуу, хуванцар, дулаалгын гадаргуугийн тосноос хамгаалах дээд давхаргыг бий болгодог. Наалдамхай бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь гялтгануур хавтанг бусад материалтай холбох чадвартай.

Цахилгаан тусгаарлагчийн нэгдлүүд

Эдгээр материалыг хэрэглэх үед шингэн уусмал хэлбэрээр үзүүлж, дараа нь хатууруулж, хатууруулдаг. Бодис нь уусгагч агуулаагүй гэдгээрээ онцлог юм. Нэгдлүүд нь "цахилгаан техникийн материал" бүлэгт багтдаг. Тэдний төрөл нь дүүргэх, шингээх явдал юм. Эхний төрөл нь кабелийн ханцуйны хөндийг дүүргэхэд, хоёр дахь бүлэг нь моторын ороомгийг шингээхэд ашиглагддаг.

Нэгдлүүд нь термопластикаар хийгдсэн бөгөөд температур нэмэгдсэний дараа зөөлөрч, хатуурсан хэлбэрээ бат хадгалдаг термостат.

Шилэн шингээгүй цахилгаан тусгаарлагч материал

Ийм материалыг үйлдвэрлэхэд органик утас, зохиомлоор үүсгэсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигладаг. Байгалийн торго, маалинган даавуу, модны байгалийн ургамлын утас нь органик гаралтай материал (эслэг, даавуу, картон) болж хувирдаг. Ийм тусгаарлагчийн чийгшил 6-10% хооронд хэлбэлздэг.

Органик синтетик материал (капрон) нь зөвхөн 3-5% чийгийг агуулдаг бөгөөд чийг ба органик бус утас (шилэн эслэг) -тэй ижил ханасан байдаг. Органик бус материалууд нь ихээхэн халах үед гал асаах чадваргүй байдаг. Хэрэв материалыг паалан эсвэл лакаар шингээсэн бол шатамхай чанар нэмэгддэг. Цахилгаан машин, төхөөрөмж үйлдвэрлэх аж ахуйн нэгжид цахилгаан материалын нийлүүлэлт хийдэг.

Летероид

Нимгэн эслэгийг хуудас хэлбэрээр үйлдвэрлэж, өнхрүүлэн өнхрүүлэн тээвэрлэнэ. Энэ нь тусгаарлагч жийргэвч, хэлбэрийн диэлектрик, угаагч үйлдвэрлэх материал болгон ашигладаг. Асбест шингээсэн цаас, асбест картоныг хризолит асбестоор хийж, утас болгон хуваадаг. Асбест нь шүлтлэг орчинд тэсвэртэй боловч хүчиллэг орчинд устдаг.

Эцэст нь хэлэхэд цахилгаан хэрэгслийн дулаалгын орчин үеийн материалыг ашигласнаар ашиглалтын хугацаа мэдэгдэхүйц нэмэгдсэнийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Сонгосон шинж чанар бүхий материалыг угсралтын биед ашигладаг бөгөөд энэ нь гүйцэтгэлийг сайжруулсан шинэ функциональ тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.