- •Содержание.
- •4.5. Полупроводниковые материалы. 32
- •5.4. Проводниковые материалы. 33
- •Значение электротехнических материалов.
- •Классификация материалов.
- •Диэлектрики.
- •Характерные особенности диэлектриков.
- •Области применения диэлектриков.
- •Электрические характеристики диэлектриков.
- •Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая прочность.
- •Виды поляризаций.
- •Зависимость ε от некоторых факторов.
- •Определение диэлектрической проницаемости.
- •Электропроводность диэлектриков.
- •Диэлектрические потери.
- •Параллельная схема замещения и векторная диаграмма реального конденсатора.
- •Пробой диэлектрика.
- •Электрический пробой газов.
- •Экспериментальный закон Пашена.
- •Пробой жидких диэлектриков.
- •Пробой твёрдых диэлектриков.
- •Физико-механические и химические свойства диэлектриков.
- •Механические свойства диэлектрика.
- •Тепловые характеристики диэлектриков.
- •Влагостойкость диэлектрика.
- •Распределение влаги внутри диэлектрика.
- •Другие характеристики диэлектриков.
- •Электроизоляционные материалы.
- •Газообразные диэлектрики.
- •Жидкие диэлектрики.
- •Твёрдые органические диэлектрики.
- •Неорганические диэлектрики.
- •Магнитные материалы.
- •Характерные особенности магнитных материалов.
- •Области применения магнитных материалов.
- •Характеристики магнитных материалов.
- •Магнитомягкие магнитные материалы.
- •Материалы с большой μн.
- •Магнитные материалы с большой индукцией насыщения.
- •Марки электротехнической стали.
- •М Рисунок 3.19 агнитотвёрдые материалы.
- •Энергетическая диаграмма чистого полупроводника.
- •Примесная электропроводность.
- •Структурная схема чистого кремния.
- •Вольт-Амперная характеристика p-n переходва .
- •Характеристики проводников.
- •Проводниковые материалы.
- •Проводниковые материалы Классификация и основные свойства проводниковых материалов
- •1 Ом· м ═ 10·10 мкОм· м ═ 10· 10 Ом· мм²/м.
-
Магнитные материалы.
По магнитным свойствам все вещества подразделяются на магнитные и немагнитные.
Магнитные: ферромагнетики (низкочастотные, μ>>1, μ=f(H), Fe, Ni, Co и их сплавы) и ферримагнетики/ферриты/ (высокочастотные, керамика из Fe2O3+MeO).
Немагнитные: диамагнетики (μ≈1, μ<1 и не зависит от напряжённости магнитного поля Н), парамагнетики (μ≈1,μ≥1 и не зависит от Н).
-
Характерные особенности магнитных материалов.
-
наличие доменной структуры
-
μ>>1, μ=f(H)
-
малое магнитное сопротивление
-
свойство намагничиваться
Домены – макрообласти, обладающие магнитным моментом , образованные некомпенсированными спинами.
Спин – вращение электрона вокруг своей оси.
– магнитные моменты доменов – при направлены хаотично, и результирующий магнитный момент вещества .
При H>0 происходит ориентация магнитных моментов в направлении Н – намагничивание.
Намагничивание – это процесс ориентации магнитных доменов в направлении внешнего магнитного поля.
Намагничивание характеризуется ориентацией:
-
изменение размеров и границ доменов в слабых полях () увеличиваются размеры доменов, у которых магнитный момент совпадает с внешним магнитным полем, и уменьшаются, у которых магнитный момент противоположен с внешнему магнитному полю.
-
поворот магнитного момента в направлении внешнего магнитного поля.
Магнитное насыщение – это полное намагничивание, т.е. все магнитные моменты сориентированы в направлении внешнего магнитного поля, в этом случае – индукция насыщения.
-
Области применения магнитных материалов.
-
Для изготовления магнитопроводов (сердечников в различных устройствах, трансформаторах, электродвигателях, генераторах и др.), в которых концентрируется магнитный поток Φ.
, где F – магнитодвижущая сила.
Уменьшаются потоки рассеивания – часть магнитного потока, созданного в первичной обмотке, не пересекающая площадь витков вторичной обмотки w2 рассеивается.
-
Для увеличения XL=ωL.
L=μμ0w2S=μL0, где S – площадь сечения сердечника, а w – число витков катушки.
При этом в √μ уменьшается число витков w1 и w2 (уменьшается расход меди).
-
Для изготовления постоянных магнитов (магнитотвёрдых магнитных материалов). Они являются источниками постоянного магнитного поля и применяются в магнито-электронных измерительных приборах, электронно-лучевых трубках, отклоняющих системах и т.д.
-
Характеристики магнитных материалов.
Основная зависимость .
– индукция вне магнитного материала (в воздухе).
μ0=4π∙10-7 Гн/м – абсолютная магнитная проницаемость вакуума – магнитная постоянная.
В соответствии с законом полного тока , с другой стороны – МДС на единицу длины.
; ; – индукция за счёт намагничивания.
-
Н
Рисунок 3.1
КН – начальная кривая намагничивания – это B=f(H), которая снимается в постоянном магнитном поле с предварительно размагниченного материала. -
ОКН – основная кривая намагничивания – зависимость B=f(H), соединяющая вершины петель гистерезиса, полученных в постоянном магнитном поле при различных значениях Н.
2’. ДКН – динамическая кривая намагничивания – Bm=f(H) – соединяет вершины петель гистерезиса, полученных в переменном магнитном поле.
-
Предельная петля гистерезиса. Соответствует полному циклу намагничивания – насыщению.
BS – индукция насыщения – наибольшее значение В, соответствующее полному намагничиванию.
Br – остаточная индукция (при Н=0).
НС – коэрцитивная сила – напряжённость магнитного поля при Br=0. необходимая для уменьшения Br до нуля (задерживающая сила, препятствующая намагничиванию).
Потери на намагничивание пропорциональны площади петли гистерезиса (HCBr).
Абсолютная магнитная проницаемость μа=μμ0(Гн/м).
О
Рисунок
3.16
μmax – наибольшее значение μ.
При насыщении μа→μ0, μ→1, LLo, XLXLo.
, , , l – средняя длинна магнитной силовой линии.
Потери в магнитном материале – это энергия, теряемая в магнитном материале, находящимся в магнитном поле.
-
Потери на гистерезис (на намагничивание): Pr=krBmnfV, где f – частота, V – объём магнитного материала, 2>n>1 для электротехнической стали (Fe+Si<5%) n=1.7.
-
Потери на вихревые токи: , где h – толщина пластинки, ρ – удельное электрическое сопротивление магнитного материала сердечника.
-
Потери на магнитное последействие (резонансные потери).
Способы уменьшения потерь в сердечнике.
-
Шихтовка – набор сердечника из тонких пластин толщиной h, которые покрыты лаком или другим диэлектриком (только на низких частотах).
-
у
Рисунок 3.17
величение ρ магнитного материала сердечника (на высокой частоте). Применяют высокочастотные магнитные материалы (магнитодиэлектрики): порошок магнитного материала в смеси с диэлектриком, ферриты (Fe2O3), Fe2O3+NiO+ZnO2.
ρFe2O3>106ρFe.