Elektrik malzemeleri, özellikleri ve uygulamaları

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Elektrik makinelerinin ve tesisatlarının verimli ve dayanıklı çalışması, doğrudan elektrik malzemelerinin kullanıldığı yalıtımın durumuna bağlıdır. Elektromanyetik bir alana yerleştirildiğinde bir dizi belirli özellik ile karakterize edilirler ve bu göstergeler dikkate alınarak cihazlara kurulurlar.

Elektrik malzemelerinin sınıflandırılması, temel ürünlerle tamamlanan ayrı elektriksel yalıtkan, yarı iletken, iletken ve manyetik malzeme gruplarına ayırmamızı sağlar: kapasitörler, teller, yalıtkanlar ve bitmiş yarı iletken elemanlar.

Malzemeler belirli özelliklere sahip ayrı manyetik veya elektrik alanlarında çalışır ve aynı anda birkaç radyasyona maruz kalırlar. Manyetik malzemeler şartlı olarak mıknatıslara ve zayıf manyetik maddelere ayrılır. Elektrik mühendisliğinde en yaygın olarak yüksek manyetik malzemeler kullanılır.

Bilimmalzemeler

Bir malzeme, diğer nesnelerden farklı olan moleküllerin ve atomların kimyasal bileşimi, özellikleri ve yapısı ile karakterize edilen bir maddedir. Madde dört halden birindedir: gaz, katı, plazma veya sıvı. Elektrik ve yapısal malzemeler kurulumda çeşitli işlevleri yerine getirir.

İletken malzemeler elektron akışının iletimini gerçekleştirir, dielektrik bileşenler yalıtım sağlar. Dirençli elemanların kullanılması elektrik enerjisini termal enerjiye dönüştürür, yapısal malzemeler örneğin kasanın şeklini korur. Elektrik ve yapısal malzemeler mutlaka bir değil, birkaç ilgili işlevi yerine getirir, örneğin, bir elektrik tesisatının çalışmasındaki dielektrik, onu yapısal malzemelere yaklaştıran yüklere maruz kalır.

Elektroteknik malzeme bilimi, özelliklerin belirlenmesi, bir maddenin elektriğe, ısıya, dona, manyetik alana vb. makineler, cihazlar ve tesisatlar.

İletkenler

Bunlar, ana göstergesi elektrik akımının belirgin iletkenliği olan elektrik malzemelerini içerir. Bunun nedeni, elektronların maddenin kütlesinde sürekli olarak bulunması, çekirdeğe zayıf bir şekilde bağlı olması ve serbest yük taşıyıcıları olmasıdır. Bir molekülün yörüngesinden diğerine hareket ederler ve bir akım oluştururlar. Ana iletken malzemeleri bakır, alüminyumdur.

İletkenler, elektrik direncine sahip elemanlar içerir ρ < 10^-5, mükemmel bir iletken ise 10^{-8 göstergeli bir malzemedirOhmm. Tüm metaller akımı iyi iletir, tablodaki 105 elementten sadece 25'i metal değildir ve bu heterojen gruptan 12 malzeme elektrik akımını iletir ve yarı iletken olarak kabul edilir.}

Elektrik malzemelerinin fiziği, gaz ve sıvı halde iletken olarak kullanılmalarına izin verir. Normal sıcaklıkta sıvı bir metal olarak, sadece bunun doğal bir durum olduğu cıva kullanılır. Kalan metaller, yalnızca ısıtıldıklarında sıvı iletkenler olarak kullanılır. İletkenler için elektrolit gibi iletken sıvılar da kullanılır. İletkenlerin, elektriksel iletkenlik derecesi ile ayırt edilmelerini sağlayan önemli özellikleri, termal iletkenlik özellikleri ve termal üretim yeteneğidir.

Dielektrik malzemeler

İletkenlerin aksine, dielektriklerin kütlesi az sayıda serbest uzun elektron içerir. Bir maddenin ana özelliği, bir elektrik alanının etkisi altında polarite elde etme yeteneğidir. Bu fenomen, elektriğin etkisi altında, bağlı yüklerin hareket eden kuvvetlere doğru hareket etmesiyle açıklanır. Yer değiştirme mesafesi ne kadar büyükse, elektrik alan gücü o kadar yüksek olur.

Yalıtkan elektrik malzemeleri ideale ne kadar yakınsa, o kadar azözgül iletkenliğin bir göstergesi ve daha az belirgin olan polarizasyon derecesi, termal enerjinin yayılımını ve salınımını yargılamayı mümkün kılar. Bir dielektrikin iletkenliği, alan yönünde değişen az sayıda serbest dipolün hareketine dayanır. Polarizasyondan sonra dielektrik, farklı polariteye sahip bir madde oluşturur, yani yüzeyde iki farklı yük işareti oluşur.

Elementin aktif ve pasif özellikleri kullanıldığından, dielektriklerin kullanımı en çok elektrik mühendisliğinde kullanılır.

Yönetilebilir özelliklere sahip aktif malzemeler şunları içerir:

• piroelektrik;
• elektrofosforlar;
• piezoelektrik;
• ferroelektrik;
• elektretler;
• Lazer yayıcılar için malzemeler.

Ana elektrik malzemeleri - pasif özelliklere sahip dielektrikler, normal tipte yalıtım malzemeleri ve kapasitörler olarak kullanılır. Elektrik devresinin iki bölümünü birbirinden ayırabilir ve elektrik yüklerinin akışını engelleyebilirler. Onların yardımıyla elektrik enerjisinin yere veya kasaya gitmemesi için akım taşıyan parçalar yalıtılır.

Dielektrik ayırma

Dielektrikler, kimyasal bileşime bağlı olarak organik ve inorganik malzemelere ayrılır. Organik formlarda ana element olarak karbon bulunurken, inorganik dielektrikler bileşimlerinde karbon içermez. seramik gibi inorganik maddeler,mika, yüksek derecede ısınmaya sahiptir.

Elektroteknik malzemeler elde edilme yöntemine göre doğal ve yapay dielektrik olarak ikiye ayrılır. Sentetik malzemelerin yaygın olarak kullanılması, üretimin malzemeye istenen özellikleri vermenizi sağlamasına dayanmaktadır.

Moleküllerin yapısına ve moleküler kafese göre, dielektrikler polar ve polar olmayan olarak ayrılır. İkincisi de nötr olarak adlandırılır. Aradaki fark, elektrik akımı üzerlerine etki etmeye başlamadan önce, atomların ve moleküllerin elektrik yüküne sahip olması veya olmamasıdır. Nötr grup floroplastik, polietilen, mika, kuvars vb. içerir. Polar dielektrikler pozitif veya negatif yüklü moleküllerden oluşur, bir örnek polivinil klorür, bakalittir.

Dielektriklerin özellikleri

Dielektrikler gaz, sıvı ve katı olarak ikiye ayrılır. En yaygın olarak kullanılan katı elektrik malzemeleri. Özellikleri ve uygulamaları, göstergeler ve özellikler kullanılarak değerlendirilir:

• hacim direnci;
• dielektrik sabiti;
• yüzey direnci;
• termal geçirgenlik katsayısı;
• açının tanjantı olarak ifade edilen dielektrik kayıplar;
• elektrik etkisi altındaki malzemenin gücü.

Hacim özdirenci, bir malzemenin içinden geçen sabit akımın akışına direnme yeteneğine bağlıdır. Direncin karşılıklılığına hacme özgü deniriletkenlik.

Yüzey direnci, bir malzemenin yüzeyinden geçen doğru akıma direnme yeteneğidir. Yüzey iletkenliği önceki değerin tersidir.

Termal geçirgenlik katsayısı, bir maddenin sıcaklığını artırdıktan sonra özdirençteki değişimin derecesini yansıtır. Genellikle sıcaklık arttıkça direnç azalır, bu nedenle katsayının değeri negatif olur.

Dielektrik sabiti, malzemenin elektrik kapasitansı oluşturma yeteneğine göre elektrik malzemelerinin kullanımını belirler. Dielektrikin bağıl geçirgenliğinin göstergesi, mutlak geçirgenlik kavramına dahildir. Yalıtımın kapasitansındaki değişiklik, sıcaklıktaki bir değişiklikle aynı anda kapasitansta bir artış veya azalma gösteren önceki termal geçirgenlik katsayısı ile gösterilir.

Dielektrik kayıp tanjantı, elektriksel bir alternatif akıma maruz kalan dielektrik malzemeye göre bir devredeki güç kaybı miktarını yansıtır.

Elektrik malzemeleri, bir maddenin stresin etkisi altında tahrip olma olasılığını belirleyen bir elektrik gücü göstergesi ile karakterize edilir. Mekanik mukavemeti belirlerken, sıkıştırma, çekme, eğilme, burulma, darbe ve yarmada nihai mukavemetin bir göstergesini oluşturmak için bir dizi test vardır.

Dielektriklerin fiziksel ve kimyasal özellikleri

Dielektrikler belirli bir sayı içerirsalınan asitler. 1 g maddedeki safsızlıklardan kurtulmak için gerekli olan miligram cinsinden kostik potasyum miktarına asit sayısı denir. Asitler organik malzemeleri yok eder, yalıtım özelliklerini olumsuz etkiler.

Elektrik malzemelerinin özelliği, bir maddenin akışkanlık derecesini gösteren bir viskozite veya sürtünme katsayısı ile desteklenir. Viskozite koşullu ve kinematik olarak ikiye ayrılır.

Su emme derecesi, belirli bir sıcaklıkta suda bir gün kaldıktan sonra test boyutundaki element tarafından emilen suyun kütlesine bağlı olarak belirlenir. Bu özellik malzemenin gözenekliliğini gösterir, değerin artması yalıtım özelliklerini bozar.

Manyetik malzemeler

Manyetik özellikleri değerlendirmek için göstergelere manyetik özellikler denir:

• manyetik mutlak geçirgenlik;
• manyetik bağıl geçirgenlik;
• termal manyetik geçirgenlik;
• maksimum manyetik alanın enerjisi.

Manyetik malzemeler sert ve yumuşak olarak ikiye ayrılır. Yumuşak elemanlar, vücudun manyetizasyonunun büyüklüğü, hareket eden manyetik alanın gerisinde kaldığında küçük kayıplarla karakterize edilir. Manyetik dalgalara karşı daha geçirgendirler, küçük bir zorlayıcı güce ve artan endüktif doygunluğa sahiptirler. Düşük enerjili manyetizasyonun gerekli olduğu transformatörler, elektromanyetik makine ve mekanizmalar, manyetik ekranlar ve diğer cihazların yapımında kullanılırlar.ihmaller. Bunlara saf elektrolit demir, demir - armco, permalloy, elektrikli çelik saclar, nikel-demir alaşımları dahildir.

Katı malzemeler, manyetizasyon derecesi harici bir manyetik alanın gerisinde kaldığında önemli kayıplarla karakterize edilir. Bir kez manyetik darbeler alan bu tür elektrik malzemeleri ve ürünleri manyetize olur ve biriken enerjiyi uzun süre korur. Büyük bir zorlayıcı güce ve büyük bir artık indüksiyon kapasitesine sahiptirler. Bu özelliklere sahip elemanlar, sabit mıknatısların imalatında kullanılır. Elementler demir bazlı alaşımlar, alüminyum, nikel, kob alt, silikon bileşenlerle temsil edilir.

Manyetodielektrikler

Bunlar %75-80 manyetik toz içeren karışık malzemelerdir, kütlenin geri kalanı organik bir yüksek polimer dielektrik ile doldurulur. Ferritler ve manyetodielektrikler, yüksek frekans teknolojisinde kullanılmalarına izin veren yüksek hacim direnci değerlerine, küçük girdap akımı kayıplarına sahiptir. Ferritler, çeşitli frekans alanlarında istikrarlı performansa sahiptir.

Ferromanyetlerin kullanım alanı

En etkili şekilde transformatör bobinlerinin çekirdeklerini oluşturmak için kullanılırlar. Malzemenin kullanımı, mevcut okumaları değiştirmeden transformatörün manyetik alanını büyük ölçüde artırmanıza izin verir. Ferritlerden yapılan bu tür ekler, cihazın çalışması sırasında elektrik tüketiminden tasarruf etmenizi sağlar. Elektrikli malzeme ve ekipman, harici manyetik etkiyi kapattıktan sonra korurmanyetik göstergeler ve bitişik alandaki alanı korur.

Elementer akımlar, mıknatıs kapatıldıktan sonra geçmez, böylece kulaklıklarda, telefonlarda, ölçü aletlerinde, pusulalarda, ses kaydedicilerde etkin bir şekilde çalışan standart bir kalıcı mıknatıs oluşturur. Elektriği iletmeyen kalıcı mıknatıslar uygulamada çok popülerdir. Demir oksitleri çeşitli diğer oksitlerle birleştirerek elde edilirler. Manyetik demir cevheri bir ferrittir.

Yarı iletken malzemeler

Bunlar, iletkenler ve dielektrikler için bu göstergenin aralığında bir iletkenlik değerine sahip elemanlardır. Bu malzemelerin iletkenliği doğrudan kütledeki safsızlıkların tezahürüne, dış etki yönlerine ve iç kusurlara bağlıdır.

Yarı iletken grubunun elektrik malzemelerinin özellikleri, yapısal kafes, bileşim, özelliklerde birbirinden elementler arasında önemli bir fark olduğunu gösterir. Belirtilen parametrelere bağlı olarak malzemeler 4 türe ayrılır:

1. Aynı tür atomlar içeren elementler: silisyum, fosfor, bor, selenyum, indiyum, germanyum, galyum vb.
2. Metal oksit içeren malzemeler - bakır, kadmiyum oksit, çinko oksit, vb.
3. Antimonid grubunda birleştirilen malzemeler.
4. Organik malzemeler - naftalin, antrasen vb.

Kristal örgüye bağlı olarak yarı iletkenler polikristal malzemeler ve monokristal olarak ikiye ayrılır.elementler. Elektrik malzemelerinin özelliği, manyetik olmayan ve zayıf manyetik olarak ayrılmalarına izin verir. Manyetik bileşenler arasında yarı iletkenler, iletkenler ve iletken olmayan elemanlar ayırt edilir. Birçok malzeme değişen koşullar altında farklı davrandığından net bir dağılım yapmak zordur. Örneğin bazı yarı iletkenlerin düşük sıcaklıklarda çalışması yalıtkanların çalışmasına benzetilebilir. Aynı dielektrikler, ısıtıldıklarında yarı iletkenler gibi çalışırlar.

Kompozit malzemeler

Fonksiyona göre değil, bileşime göre ayrılan malzemelere kompozit malzemeler denir, bunlar da elektrik malzemeleridir. Özellikleri ve uygulamaları, imalatta kullanılan malzemelerin kombinasyonundan kaynaklanmaktadır. Örnekler, levha cam elyaf bileşenleri, cam elyafı, elektriksel olarak iletken ve ateşe dayanıklı metallerin karışımlarıdır. Eşdeğer karışımların kullanılması, malzemenin güçlü yönlerini belirlemenize ve bunları amaçlanan amaçlarına göre uygulamanıza olanak tanır. Bazen kompozitlerin bir kombinasyonu, farklı özelliklere sahip tamamen yeni bir elementle sonuçlanır.

Film Malzemeleri

Elektrik malzemeleri olarak film ve bantlar, elektrik mühendisliğinde geniş bir uygulama alanı kazanmıştır. Özellikleri, esneklik, yeterli mekanik mukavemet ve mükemmel yalıtım özellikleri bakımından diğer dielektriklerden farklıdır. Ürünlerin kalınlığı malzemeye göre değişir:

• filmler 6-255 mikron kalınlığında yapılır, bantlar 0.2-3.1 mm'de üretilir;
• polistren ürünler 20-110 mikron kalınlığında bant ve film şeklinde üretilmektedir;
• polietilen bantlar, 35-200 mikron kalınlığında, 250 ila 1500 mm genişliğinde yapılır;
• floroplastik filmler 5 ila 40 mikron kalınlığında, 10-210 mm genişliğinde yapılır.

Filmden elektrik malzemelerinin sınıflandırılması, iki türü ayırt etmemizi sağlar: yönlendirilmiş ve yönlendirilmemiş filmler. İlk malzeme en sık kullanılır.

Elektrik yalıtımı için cilalar ve emayeler

Katılaşma sırasında film oluşturan maddelerin çözeltileri modern elektrik malzemeleridir. Bu grup, bitüm, kuruyan yağlar, reçineler, selüloz eterler veya bu bileşenlerin bileşikleri ve kombinasyonlarını içerir. Viskoz bir bileşenin bir yalıtkana dönüşümü, uygulanan çözücünün kütlesinden buharlaşmadan ve yoğun bir film oluşumundan sonra gerçekleşir. Uygulama yöntemine göre filmler yapıştırıcı, emprenye ve kaplama olarak ikiye ayrılır.

Isı iletkenlik katsayısını ve neme karşı direnci arttırmak için elektrik tesisatlarının sargılarında emprenye vernikleri kullanılır. Kaplama vernikleri, sargıların, plastiklerin, yalıtımın yüzeyi için neme, dona, yağa karşı üst koruyucu bir kaplama oluşturur. Yapışkan bileşenler, mika plakalarını diğer malzemelere yapıştırabilir.

Elektrik yalıtımı için bileşikler

Bu malzemeler, kullanım anında sıvı bir çözelti olarak sunulur, ardından katılaşma ve sertleşme gelir. Maddeler, çözücü içermemeleri ile karakterize edilir. Bileşikler ayrıca "elektroteknik malzemeler" grubuna aittir. Çeşitleri dolgu ve emprenye edicidir. İlk tip kablo manşonlarındaki boşlukları doldurmak için, ikinci grup ise motor sargılarını emprenye etmek için kullanılır.

Bileşikler termoplastik olarak üretilirler, artan sıcaklıklarda yumuşarlar ve kürlenme şeklini sıkıca koruyan termosetlerdir.

Emdirilmemiş lifli elektrik yalıtım malzemeleri

Bu tür malzemelerin üretimi için organik lifler ve yapay olarak oluşturulmuş bileşenler kullanılır. Doğal ipek, keten, ahşabın doğal bitki lifleri, organik kökenli malzemelere (lif, kumaş, karton) dönüştürülür. Bu tür yalıtkanların nemi %6-10 arasında değişir.

Organik sentetik malzemeler (kapron) sadece %3 ila 5 nem içerir, nem ve inorganik lifler (cam elyafı) ile aynı doygunluk. İnorganik malzemeler, önemli ölçüde ısıtıldıklarında tutuşmamaları ile karakterize edilir. Malzemeler emaye veya vernik ile emprenye edilirse, yanıcılık artar. Elektrikli makine ve cihazların üretimi için bir işletmeye elektrik malzemelerinin tedariği yapılır.

Letheroid

İnce elyaf levhalar halinde üretilir ve nakliye için rulo haline getirilir. Yalıtım contaları, şekilli dielektrikler, rondelaların imalatında malzeme olarak kullanılır. Asbest emdirilmiş kağıt ve asbestli karton, krizolit asbestten liflere ayrılarak yapılır. Asbest, alkali ortamlara dayanıklıdır ancak asidik ortamlarda yok olur.

Sonuç olarak, elektrikli cihazların yalıtımı için modern malzemelerin kullanılmasıyla hizmet ömürlerinin önemli ölçüde arttığına dikkat edilmelidir. Tesisatların gövdelerinde seçilen özelliklere sahip malzemeler kullanılmaktadır, bu da performansı artırılmış yeni fonksiyonel ekipmanların üretilmesini mümkün kılmaktadır.