49. Диэлектрические материалы. Процесс саморазряда изоляции. Диэлектрическими материалами считают класс электротехнических материалов, предназначенных для использования их диэлектрических свойств, а именно большого сопротивления прохождению электрического тока и способности поляризоваться. При длительной работе диэлектрика под напряжением ток через жидкие и твердые диэлектрики может уменьшаться или увеличиваться. В случае уменьшения тока происходит так называемая электрическая очистка образца, т.к. слабозакрепленные ионы примесей осаждаются на электродах и сквозной ток, поэтому уменьшается. Увеличение тока идет вследствие старения материала; процесс этот необратим и в конце концов может привести к пробою. Произведение сопротивления изоляции диэлектрика конденсатора и его емкости называют постоянной времени саморазряда конденсатора. | 50. Диэлектрические материалы. Диэлектрические потери. Тангенс угла диэлектрических потерь. Диэлектрическими материалами считают класс электротехнических материалов, предназначенных для использования их диэлектрических свойств, а именно большого сопротивления прохождению электрического тока и способности поляризоваться. Диэлектрические потери — это электрическая мощность, затрачиваемая на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле. Виды диэлектрических потерь 1) Потери на электропроводность. Обнаруживаются в диэлектриках, имеющих заметную электропроводность, объемную или поверхностную. 2) Релаксационные потери. Обусловлены активными составляющими поляризационных токов. Характерны для диэлектриков, обладающих замедленными видами поляризации, и проявляются в области достаточно больших частот, когда сказывается отставание поляризации от изменения поля. Релаксационные потери наблюдаются и у линейных диэлектриков с ионно-релаксационным и электронно-релаксационным механизмами поляризации. Потери, обусловленные миграционной поляризацией, имеются в материалах со случайными примесями или отдельными компонентами, намеренно введенными в диэлектрик для требуемого изменения его свойств. Случайными примесями в диэлектрике могут быть, в частности, полупроводящие вещества, например, восстановленные оксиды, образовавшиеся в диэлектрике или попавшие в него в процессе изготовления. 3) Ионизационные потери. Свойственны диэлектрикам в газообразном состоянии. 4) Резонансные потери. Наблюдаются в некоторых газах при строго определенной частоте и выражаются в интенсивном поглощении энергии электромагнитного поля. Резонансные потери возможны и в твердых телах, если частота вынужденных колебаний, вызываемая электрическим полем, совпадает с частотой собственных колебаний частиц твердого вещества. Когда структурные единицы вещества (молекулы) полярны, внешнее электрическое поле совершает работу по повороту диполей по полю, и, как следствие, энергия поля вновь рассеивается в материале. | 51. Диэлектрические материалы. Электрическая прочность диэлектриков. Виды пробоя диэлектриков. Диэлектрическими материалами считают класс электротехнических материалов, предназначенных для использования их диэлектрических свойств, а именно большого сопротивления прохождению электрического тока и способности поляризоваться. Диэлектрик, находясь в электрическом поле, может потерять свойства электроизоляционного материала, если напряженность поля превысит некоторое критическое значение, когда разрушаются молекулярные связи. Это явление носит название ПРОБОЯ диэлектрика или нарушения его электрической прочности; значение напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика, называется ПРОБИВНЫМ напряжением, а значение напряженности электрического поля, соответствующее пробивному напряжению, - ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ диэлектрика. Пробой (длительный или кратковременный) диэлектрика приводит к потере диэлектрических свойств и образованию канала с высокой электрической проводимостью. Электрическая прочность диэлектрика определяется пробивным напряжением, отнесенным к толщине диэлектрика в месте пробоя. Как правило, пробивное напряжение измеряется в киловольтах. |
52.Нагревостойкость, классы нагревостойкости. Холодостойкость диэлектриков. Нагревостойкость - это способность электроизоляционного материала длительно выдерживать предельно допустимую температуру без признаков разрушения. Для электроизоляционных материалов, применяемых в электрических машинах и аппаратах, установлено семь классов нагревостойкости.
К классу Y относятся органические диэлектрики: полистирол, полиэтилен; волокнистые непропитаные материалы: картоны, бумаги, хлопчатобумажные ткани, натуральный шелк и др. К классу A относятся пропитаные (лаками и другими составами) хлопчатобумажные и шелковые ткани (лакоткани), а также многие пластмассы-гетинакс, текстолит и др. К классу B относятся такие материалы, как лавсановые электроизоляционные пленки, стеклотекстолит на бакелитовой смоле и др. К классу E относятся все клееные слюдяные материалы (миканиты) и материалы на основе стекловолокна, в которых применены клеящие составы класса нагревостойкости А или Е (бакелитовые смолы, лаки на основе этих и других смол). К классу F относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, склееные или пропитанные лаками повышенной нагревостойкости (эпоксидными и др.). К классу Н относятся кремнийорганические лаки, а также композиционные материалы, состоящие из слюды, стеклянных волокон, склееных при помощи кремнийорганических смол и лаков. К классу С относятся преимущественно диэлетрики неорганического происхождения (электрокерамика, стекла, слюда без клеящих или пропиточных составов органического происхождения и др.). Холодостойкость позволяет оценить способность материалов противостоять действию низких температур. Известно, что при низких температурах электроизоляционые материалы (ризины, пластмассы, лаковые пленки и др.) растрескиваются или теряют гибкость. У жидких диэлектриков холодостойкость определяют температурой застывания, при которой они превращаются в твердое тело. | 53.Светостойкость и тропикостойкость диэлектриков. Важной характеристикой диэлектрических материалов является их химическая, радиационная и световая стойкость, а для материалов, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности и температуры, еще и стойкость к плесени — тропикостойкостъ. Тропикостойкость характеризует работоспособность диэлектрических материалов в районах с тропическим климатом. При длительной работе электроустановок во влажном воздухе (fв = 98—100 %) электрические характеристики многих органических материалов существенно ухудшаются. Светостойкость — это стойкость электроизоляционных материалов к действию ультрафиолетовых лучей. Под действием светового облучения некоторые материалы (например, резины) утрачивают эластичность, необходимую механическую прочность, в них появляются трещины, лаковые покрытия отстают от подложек. | 54.Нефтяное трансформаторное масло. Классификация. Трансформаторное масло, служащее в трансформаторах как теплоотводящая среда и составная часть изоляции, изготовляется из нефти. Электроизоляционные свойства масел определяются в основном тангенсом угла диэлектрических потерь. Диэлектрическая прочность трансформаторных масел в основном определяется наличием волокон и воды, поэтому механические примеси и вода в маслах должны полностью отсутствовать. Низкая температура застывания масел (-45 °С и ниже) необходима для сохранения их подвижности в условиях низких температур. Для обеспечения эффективного отвода тепла трансформаторные масла должны обладать наименьшей вязкостью при температуре вспышки не ниже 95, 125, 135 и 150 °С для разных марок. Стандарт предусматривает три класса трансформаторных масел:I - для южных районов (с температурой застывания не выше -30 °С), |
55.Классификация материалов по поведению в магнитном поле. Все вещества являются магнетиками и намагничиваются во внешнем магнитном поле. По магнитным свойствам материалы подразделяются на слабомагнитные (диамагнетики и парамагнетики) и сильномагнитные (ферромагнетики и ферримагнетики). Диамагнетики – вещества с магнитной проницаемостью μr < 1, значение которой не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Диамагнетиками являются вещества, атомы (молекулы) которых в отсутствие намагничивающего поля имеют магнитный момент равный нулю: водород, инертные газы, большинство органических соединений и некоторые металлы (Cu, Zn, Ag, Au, Hg), а также Вi, Gа, Sb. Парамагнетики – вещества с магнитной проницаемостью μr > 1, которая в слабых полях не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. К парамагнетикам относятся вещества, атомы (молекулы) которых в отсутствие намагничивающего поля обладают магнитным моментом отличным от нуля: кислород, оксид азота, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов, щелочные металлы, алюминий, платина. У диамагнетиков и парамагнетиков магнитная проницаемость μr близка к единице. Применение в технике в качестве магнитных материалов носит ограниченный характер. У сильномагнитных материалов магнитная проницаемость значительно больше единицы (μr >> 1) и зависит от напряженности магнитного поля. К ним относятся: железо, никель, кобальт и их сплавы, а также сплавы хрома и марганца, гадолиний, ферриты различного состава.
| 56.Основные характеристики магнитных материалов. Магнитодвижущая сила, магнитное сопротивление, напряженность магнитного поля, магнитная индукция.
| 57.Магнитные материалы. Основная кривая намагничивания.
|
58.Магнитные материалы. Процессы при намагничивании ферромагнетиков(петля гистерезиса) Весь процесс намагничивания ферромагнетика во внешнем поле можно разделить на несколько этапов (рис. 7.17). Рассмотрим кратко эти этапы. 1. В слабых полях наблюдается увеличение объема «выгодно» расположенных относительно внешнего поля доменов за счет доменов с «невыгодной» ориентацией (рис. 7.17, б). Если внешнее поле снять, то домены восстановят исходную форму и размеры. Эти процессы называют обратимым смещением границ доменов. На кривой зависимости намагниченности от напряженности поля (рис. 7.17, г) этот участок приблизительно соответствует пологой части I кривой намагничивания. 2. Если внешнее поле 3. В области высоких полей намагничивание происходит за счет поворота намагниченности доменов по направлению поля (рис. 7.17, в). При этом намагниченность выходит на насыщение (техническое). Это процесс вращения, отмеченный на рис. 7.17, г римской цифрой III. 4. После этого наблюдается очень медленный рост намагниченности, т. к. при T» 0 К тепловое движение не дает всем спинам доменов ориентироваться строго параллельно. В сильных полях наблюдается так называемый парапроцесс, который заключается в достижении параллельной ориентации спинов (на рис. 7.17, г это область IV). Если после достижения намагниченности насыщения отключить внешнее поле ( Полный цикл перемагничивания ферромагнитного образца представляется петлей гистерезиса (рис. 7.3). Характерной особенностью этой кривой является то, что она наглядно показывает отставание процесса размагничивания от уменьшающегося намагничивающего поля. Это отставание показывает, что энергия, приобретенная ферромагнетиком при намагничивании, не полностью отдается при размагничивании, а часть ее теряется. Величина магнитной энергии, потерянной в течение полного цикла, пропорциональна площади, охватываемой петлей гистерезиса. Потери магнитной энергии связаны, главным образом, с преодолением препятствий движению доменных границ, т. е. с величиной коэрцитивной силы Hc, которая чрезвычайно структурно-чувствительна: она резко возрастает с уменьшением размера зерна, при наличии искажений решетки, дислокаций, частиц других фаз и других факторов, препятствующих смещению доменных границ. Величина коэрцитивной силы Hc может меняться от сотен тысяч до нескольких единиц ампер на метр. Таким образом, кривая, описывающая зависимость намагниченности от напряженности поля
| 59.Магнитные материалы. Виды потерь в ферромагнитных материалов.
| 60.Магнитострикция. Материалы. Области применения. Свойства. Кривые намагничивания могут очень резко изменять свою форму, если ферромагнетик подвергнут действию внешних напряжений (эффект Виллари). Например, в некоторых ферромагнетиках одностороннее растяжение увеличивает проницаемость в слабых полях и приводит к более быстрому достижению магнитного насыщения, чем в растянутом образце. В никеле (Ni) такое растяжение производит обратное действие. В железе (Fe) растяжение увеличивает проницаемость в слабых полях и уменьшает ее в более сильных. Такая зависимость свойств ферромагнетиков от напряжений есть следствие магнитострикции. Магнитострикция [нем. Magnetostriction < греч. magnetis + лат. strictio – сжатие, cужение] – изменение формы и размеров тела при намагничивании. Явление магнитострикции было открыто Дж. Джоулем в 1842 г. В ферро- и ферримагнетиках (Fe, Ni, Со, Gd, Tb и других, в ряде сплавов, в ферритах) магнитострикция достигает значительной величины (относительное удлинение порядка 10–6–10–2). В антиферромагнетиках, парамагнетиках и диамагнетиках магнитострикция очень мала. Обратное по отношению к магнитострикции явление – изменение намагниченности ферромагнитного образца при деформации – называется магнитоупругим эффектом, иногда – эффектом Виллари. В современной теории магнетизма магнитострикцию рассматривают как результат проявления основных типов взаимодействий в ферромагнитных телах: электрического обменного взаимодействия и магнитного взаимодействия. В соответствии с этим возможны 2 вида различных по природе магнитострикционных деформаций – кристаллические решётки – за счёт изменения магнитных сил (диполь-дипольных и спин-орбитальных) и за счёт изменения обменных сил. При намагничивании ферро- и ферримагнетиков магнитные силы действуют в интервале полей от 0 до поля напряжённостью Hs, в котором образец достигает технического магнитного насыщения Js. Намагничивание в этом интервале полей обусловлено процессами смещения границ между доменами и вращением магнитных моментов доменов. Оба эти процесса изменяют энергетическое состояние кристаллической решётки, что проявляется в изменении равновесных расстояний между её узлами. В результате атомы смещаются, происходит магнитострикционная деформация решётки. Магнитострикция этого вида носит анизотропный характер (зависит от направления и величины намагниченности J) и проявляется в основном в изменении формы кристалла почти без изменения его объёма (линейная магнитострикция). Магнитострикция, обусловленная обменными силами, в ферромагнетиках наблюдается в области намагничивания выше технического насыщения, где магнитные моменты доменов полностью ориентированы в направлении поля и происходит только рост абсолютной величины Js (парапроцесс, или истинное намагничивание). Магнитострикция за счёт обменных сил в кубических кристаллах изотропна, то есть проявляется в изменении объёма тела. В гексагональных кристаллах (например, гадолинии) эта магнитострикция анизотропна. Магнитострикция за счёт парапроцесса в большинстве ферромагнетиков при комнатных температурах мала, она мала и вблизи точки Кюри, где парапроцесс почти полностью определяет ферромагнитные свойства вещества. Однако в некоторых сплавах с малым коэффициентом теплового расширения (инварные магнитные сплавы) магнитострикция велика. С магнитострикционными эффектами связаны аномалии теплового расширения ферро-, ферри- и антиферромагнитных тел. Эти аномалии объясняются тем, что магнитострикционные деформации, вызываемые обменными (а в общем случае и магнитными) силами в решётке, проявляются не только при помещении указанных тел в магнитное поле, но также при нагревании их в отсутствии поля (термострикция). Изменение объёма тел вследствие термострикции особенно значительно при магнитных фазовых переходах (в точках Кюри). Наложение этих изменений объёма на обычное тепловое расширение (обусловленное тепловыми колебаниями атомов в решётке) иногда приводит к аномально малому значению коэффициента теплового расширения у некоторых материалов. С магнитострикцией связаны различные аномалии упругости в ферро-, ферри- и антиферромагнетиках. Резкие аномалии модулей упругости и внутреннего трения, наблюдаемые в указанных веществах в районе точек Кюри и других фазовых магнитных переходов, объясняются влиянием магнитострикции, возникающей при нагреве. Кроме того, при воздействии на ферро- и ферримагнитные тела упругих напряжений в них, даже при отсутствии внешнего магнитного поля, происходит перераспределение магнитных моментов доменов (в общем случае изменяется и абсолютная величина самопроизвольной намагниченности домена). Эти процессы сопровождаются дополнительной деформацией тела магнитострикционной природы – механострикцией, которая приводит к отклонениям от закона Гука. Магнитострикция нашла широкое применение в технике. На этом явлении основано действие магнитострикционных преобразователей (датчики) и реле, излучателей и приёмников ультразвука, фильтров и стабилизаторов частоты в радиотехнических устройствах, магнитострикционных линий задержки и т. д.
|
Дата добавления: 2015-09-30; просмотров: 127 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
продолжает увеличиваться, то происходят необратимые процессы, которые возникают за счет препятствий, создаваемых дефектами кристаллической структуры. Чтобы преодолеть их действие, граница домена должна получить от внешнего поля достаточно большую энергию. Если снять внешнее поле, то дефекты помешают границам домена вернуться в исходное положение. Этот этап носит название необратимого смещения и на рис. 7.16, г он отвечает участку кривой II.
), то ферромагнетик не размагничивается полностью, а сохраняет остаточную намагниченность 
. Для достижения нулевой намагниченности требуется приложить размагничивающее поле Hc, называемое коэрцитивной силой.
, является весьма важной характеристикой магнитных материалов, поскольку она позволяет рассчитать энергетические потери в устройствах, где эти материалы используются. По виду этой петли все ферромагнетики подразделяются на две группы: ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса и низкой коэрцитивной силой ( 
) относятся к магнитомягким материалам. Ферромагнетики, имеющие высокую коэрцитивную силу ( 
) и широкую петлю гистерезиса, называются магнитотвердыми. При необходимости максимального снижения магнитных потерь коэрцитивная сила Hc не должна превышать нескольких десятков ампер на метр. Магнитомягкие ферромагнетики применяют для изготовления сердечников трансформаторов. Магнитотвердые – для получения постоянных магнитов. В зависимости от химического и фазового составов магнитных материалов и технологии их изготовления петли гистерезиса могут иметь различную форму (рис. 7.18). Материалы с прямоугольной и квадратной формой петли гистерезиса используют в элементах памяти электронных схем.
