Учебное пособие для профессиональной подготовки электромонтеров по ремонту и обслуживанию электрооборудования
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» Отдел по подготовке персонала Электротехнические материалы Учебное пособие для профессиональной подготовки электромонтеров по ремонту и обслуживанию электрооборудования
2015 г. Содержание
Назначение и классификация электротехнических материалов Для производства электрических машин, аппаратов и другого электрооборудования используют специальные материалы, обладающие определенными электрическими или магнитными свойствами. В зависимости от этого электротехнические материалы, по способности пропускания электрического тока, разделяют на четыре группы: проводниковые, полупроводниковые, магнитные и электроизоляционные. Проводниковые материалы отличаются большой удельной электрической проводимостью и используются в электрических устройствах в качестве проводников электрического тока: обмотки и контакты в электрических машинах, аппаратах и приборах, провода и кабели для передачи и распределения электрической энергии. Полупроводниковые материалы занимают по удельной проводимости промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Магнитные материалы отличаются способностью усиливать магнитное поле, в которое их помещают, т. е. обладают большой магнитной проводимостью. Они используются для изготовления магнитопроводов в электрических машинах и трансформаторах, для экранирования магнитного поля и других целей. Электроизоляционные материалы (диэлектрики) отличаются очень малой удельной электрической проводимостью. В диэлектриках преобладают электростатические явления, характеризующиеся наличием электрического поля.Диэлектрики служат для изоляции друг от друга различных токопроводящих деталей, находящихся под разными потенциалами. Глава I ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ Проводниками электрического тока могут служить материалы различного агрегатного состояния - твердые тела, жидкости, а при соответствующих условиях и газы. Твердыми проводниками являются металлы, металлические сплавы и некоторые модификации углерода. К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Как правило, температура плавления металлов высока, за исключением ртути. Поэтому при нормальной температуре в качестве жидкого металлического проводника может быть применена только ртуть. Другие металлы являются жидкими проводниками лишь при повышенных или высоких температурах. Механизм прохождения тока по металлам в твердом и жидком состояниях обусловлен движением свободных электронов, вследствие чего их называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода.У проводников I рода проводимость с ростом температуры уменьшается. Электролитами, или проводниками второго рода, являются растворы (в основном водные) кислот, щелочей и солей, а также расплавы ионных соединений. Прохождение тока через такие проводники связано с переносом вместе с электрическими зарядами частей молекул (ионов), в результате чего состав электролита постепенно изменяется, а на электродах выделяются продукты электролиза.У проводников II рода проводимость с ростом температуры увеличивается. Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Однако, если напряженность поля выше некоторого критического значения, обеспечивающего начало ударной и фотоионизации, то газ может стать проводником, обладающим электронной и ионной электропроводностями. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов и положительных ионов в единице объема представляет собой особую равновесную проводящую среду, называемую плазмой. Наибольшей проводимостью обладают чистые металлы (табл. 1). Исключением является ртуть, у которой удельное сопротивление велико. Любые примеси повышают удельное сопротивление. Примесь другого металла, имеющего меньшее удельное сопротивление, чем основной, повышает его сопротивление. Это объясняется искажением кристаллической решетки основного металла даже небольшим количеством примеси. Кристаллическая решетка металлов искажается не только введением примесей, но и в результате механических деформаций. В связи с этим обработка металла, приводящая к пластической деформации, вызывает увеличение его удельного сопротивления. В частности, это имеет место в процессе изготовления проводов при прокатке и волочении. В зависимости от удельного электрического сопротивления проводниковые материалы разделяют на группы: 1) металлы и сплавы высокой проводимости, 2) сплавы с высоким удельным сопротивлением, 3)угольно-графитные проводники. Удельное электрическое сопротивление ряда чистых металлов,применяемых в электрооборудовании, приведено в табл. 1, основныхсплавов – в табл. 2. Т а б л и ц а 1 . Удельное электрическое сопротивление чистых металловпри 20 °С
Т а б л и ц а 2 . Удельное электрическое сопротивление ряда электротехнических сплавов при 20 °С
По назначению и применениюпроводниковые материалы высокой проводимости подразделяют на: 1) основные материалы высокой проводимости 2)тугоплавкие металлы 3) благородные металлы 4) металлы и сплавы различного назначения 1.1. Материалы высокой проводимости К основным материалам высокой проводимости относятся медь и ее сплавы (бронза, латунь), алюминий и его сплавы (дюралюминий, альдрей), железо и стали. Они применяются в качестве монтажных и обмоточных проводов, соединительных, силовых кабелей (КЛ) и высоковольтных воздушных линий (ВЛ), проводящих элементов радиодеталей и узлов электронной аппаратуры. Медь(Cu) Медь имеет красновато-оранжевый цвет и обладает температурой плавления 1083 °С. Широкое применение меди обусловлено ее высокой электропроводностью, хорошей теплопроводностью, высокими механическими свойствами, стойкость по отношению к коррозии. Легко подвергается механической обработке, т.к. обладает высокой пластичностью. Относительная легкость пайки и сварки (важно для электромонтажных работ). Медь применяют для изготовления проводов и различных токопроводящих деталей электрических машин и аппаратов. Медные провода и шины получают прокаткой и протяжкой, при этом медь приобретает высокую механическую прочность и твердость (медь марки МП). Такую твердотянутую медь используют для изготовления коллекторных пластин, неизолированных проводов, распределительных шин и пр. При термической обработке твердотянутой меди (отжиге при температуре 330÷350 °С) получают мягкую медь марки ММ, обладающую большой гибкостью и способностью сильно вытягиваться; электропроводность ее также увеличивается. Мягкую медь используют для изготовления изолированных проводов, кабелей и пр. Бронза – сплавы меди с некоторыми металлами. Различают следующие бронзы: оловянные, алюминиевые, свинцовые, кремниевые, марганцевые, бериллиевые, кадмиевые и др. Применение бронз: · кадмиевые – для контактов и коллекторных пластин; · фосфористая – для пружин в приборах и аппаратах; · бериллиевая – для токоведущих пружин, щеткодержателей, скользящих контактов, электродов, зажимов; · оловянистая – ее называют телефонной т.к. из нее изготовляют проволоку для телефонных кабелей. Латунь – медно–цинковый сплав. Удельное сопротивление латуни больше удельного сопротивления меди ⍴лат>⍴меди. Она способна удлиняться, сохраняя более высокую прочность, чем медь. Поэтому она находит широкое применение в качестве конструкционного и проводникового материала. Из нее изготовляют проводниковые детали резисторов, конденсаторов, катушек, монтажные элементы схем. Алюминий(Al) Алюминий - металл серебристо-белого цвета. Температура плавления 658 °С. Стоит на втором месте после Cu по применению в электро- и радиотехнике. Плотность Al в 3,5 меньше плотности Cu (т.е. легче), а удельное сопротивление в 1,68 раза больше, чем у Cu. Алюминий легко окисляется на воздухе. Оксидная пленка на поверхности алюминия защищает его от дальнейшего окисления (пассивация). Промышленное оксидирование алюминия создает антикоррозийное и электроизоляционное покрытие, которое часто сочетают с окраской и полировкой для улучшения внешнего вида. Соединение алюминиевых проводов и других деталей производят обычно сваркой или заклепками, так как из-за высокой температуры плавления окиси алюминия, покрывающей поверхность алюминиевых деталей (примерно 2000 °С), и быстрого окисления зачищенной поверхности пайка алюминия обычным способом затруднена. Для увеличения прочности, иулучшения механических свойств к алюминию иногда прибавляют Cu, Mg, Mn и Si, таким путем получают различные алюминиевые сплавы (силумин— сплав алюминия с кремнием, дюралюминий— основными легирующими элементами являются медь, магний и марганец,остальное — алюминий). Применяются данные конструкционныематериалы в авиации и космонавтике, а также в других областях машиностроения с высокими требованиями к весовой отдаче. |