Внешние факторы, влияющие на удельное сопротивление диэлектриков.

Влияние влажности окружающей среды. Воздух, окружающий изоляцию, всегда содержит пары воды. Влажность воздуха характеризуется относительной величиной ф=А/М*100(%), где А - содержание водяных паров в единице объема, а М - максимальное количество паров, которое может быть растворено в единице объема воздуха при заданной температуре. Нормальная влажность воздуха ф =65% (закрытые отапливаемые помещения), повышенная влажность ф =80% (закрытые неотапливаемые помещения), высокая влажность ф =100% (работа на открытом воздухе).Вода, осаждаясь на поверхности диэлектрика, проникает в его толщу и вызывает резкое снижение удельного сопротивления, иногда более чем в 10 в 6раз. Это объясняется тем, что вода сама по себе имеет достаточно высокую проводимость, 10 в 3 - 10 в 6 Ом-м, кроме того, она способствует диссоциации примесей на ионы. Влияние температуры. При нагревании диссоциация примесей усиливается, число свободных ионов возрастает и удельное сопротивление диэлектрика резко снижается. Этот процесс описывается эмпирическим уравнением: р_t=р₂₀-β(t-20) , где для неорганической изоляции β= 0,01-0,02, а для органической порядка 0,03-0,04. Приняв β=0,03, находим, что при нагреве до t=120°C р снизится в 1000 раз по сравнению с его значением при 20°С. Колебания температуры в пределах 15-25°С могут изменять р примерно в 2 раза. Задача создания изоляции, работающей при высоких температурах, требует использования диэлектриков с очень большими значениями р.

Потери в магнитных материалах. В магнитных материалах явление гистерезиса связано с внутренним трением в материале при повороте атомов – элементарных магнетиков под действием внешнего магнитного поля. Это явление связано с трением и сопровождается потерями энергии, называемыми потерями на гистерезис. Если магнитный сердечник находится в переменном магнитном поле, то его пронизывает магнитный поток и индуцирует в нем ЭДС. Под действием ЭДС возникают вихревые токи, которые замыкаются в толще металла и вызывают потери энергии. Потери на гистерезис пропорциональны площади петли гистерезиса, а потому будут тем меньше чем меньше коэрцитивная сила. Потери на вихревые токи будут тем меньше чем больше удельное сопротивление материала. Потери на гистерезис проп-ны первой степени частоты, а на вихр. токи – второй степени. P=k₁f+k₂f².

Билет 5.

Сопротивление изоляции. Сопротивление изоляции - характеристика изоляции в машинах и аппаратах, представляющая собой сопротивление постоянному току между изолированными проводами или между изолированным проводом и корпусом. Величина R измеряется в килоомах, мегаомах, тераомах (10¹²Ом). Прибор для измерения R изоляции, по сути, является генератором постоянного напряжения, в цепь которого включен миллиамперметр, шкала которого проградуирована в единицах сопротивления по закону Ома.

Индукционные плавильные печи со стальным сердечником.

И х работа аналогична работе трансформатора в режиме кз. На одном стержне

магнитопровода – индуктор (сетевая обмотка), а на другом – кольцевой канал

из огнеупорного материала, в котором плавится металл. Такая конструкция

неэкономична из-за большого потока рассеяния. Более совершенные: на

одном стержень – индуктор и кольцевой канал (+изоляция). Такие печи

применяются для плавки цветных металлов и сплавов. Питание

плавильных печей с железным наконечником проводится током промышленной частоты с напряжением 220—1000 В через автотрансформаторы, позволяющие регулировать подводимую к печи мощность. Для повышения cos ф в схему питания включают конденсаторы. Для уменьшения потерь перешли к канальным печам с вертикально расположенными каналами.

Достоинства этих печей состоят в простоте конструкции, малом угаре металла.

Если рассматривать эту печь как трансформатор с первичной обмоткой-индуктором, то канал играет роль одновитковой вторичной обмотки. Тепловыделение происходит в металле, находящемся в канале. Расплавленный металл вследствие разности плотностей, а также возникающих в нем электродинамических усилий циркулирует между каналом и шахтой печи, отдавая тепло, находящемуся в ней металлу. В индукционных печах с железным сердечником необходимо при сливе расплавленного металла часть его (20— 30 % массы расплава) оставлять в печи с тем, чтобы канал был заполнен жидким металлом, т. е. чтобы была замкнута вторичная обмотка. Этот остаток называют «болото» и загрузку твердой шихты ведут порциями на поверхность расплава; постепенно весь металл, загруженный в рабочую емкость, расплавляется. Иначе нагреть шихту до плавления невозможно.

Обстоятельства, объясняющие ферромагнитные свойства металлов. Во-первых, атом металла должен обладать магнитным моментом, т.е. являться элементарным магнитиком. Во-вторых, кристаллическая структура металла должна удовлетворять определенным требованиям. При изменении структуры (например, при нагреве выше точки Кюри), несмотря на наличие магнитного момента у атомов металла, его ферромагнитные свойства исчезают. Магнитное поле атома обусловлено вращением электронов вокруг собственной оси - «спином». Магнитный момент вращения носит название «магнетона». Обычно на каждой электронной орбите атома имеется равное число электронов с противоположными спинами (с вращением в противоположных направлениях), и их моменты взаимно компенсируются. Поэтому магнитный момент атома появляется не у каждого металла, а только у некоторых, обладающих искажениями структуры, в результате чего у них создаются некомпенсированные спины. Обозначим расстояние между атомами в кристаллической решетке материала L и диаметр электронной оболочки, содержащей нескомпенсированные спины, D. Отношение L/D должно быть не менее 1,5 чтобы проявились ферромагнитные свойства. При этом возникают особые "силы обмена", которые удерживают поля некомпенсированных спинов в положении, параллельном друг другу. Это объясняет возникновение доменов, областей, где атомы - элементарные магнитики ориентированы параллельно друг другу. Процесс намагничивания сводится к процессу смещения границ доменов.

Билет 6.

Практическое значение величины удельного сопротивления диэлектрика. Эта характеристика показывает пригодность материала для работы на постоянном напряжении: чем выше р, тем лучше изоляция. Однако р не дает представления о поведении изоляции при переменном напряжении.

Теория диэлектрического нагрева.

Диэлектрический нагрев применяется при термической обработке, сушке диэлектриков и полупроводников, дерева, бумаги, ткани, картона. Для электронагрева таких материалов применяются установки, использующие способность полупроводников и диэлектриков нагреваться при воздействии переменного электрического поля. Конденсатор включается под переменное напряжение и нагревается за счёт трёх факторов: за счет сквозного тока утечки, за счет частичных разрядов, дипольная поляризация.

Сущность диэлектрического нагрева: материал перемещают между электродами, к которым подводится напряжение большой частоты от лампового генератора и при этом образуется конденсатор, в котором диэлектриком, разделяющим электроды, является нагреваемый материал. Нагрев возникает потому, что часть энергии электрического поля идет на смещение эл.зарядов в атомах и молекулах, которое вызывается воздействием переменного эл.поля. Такое колебательное движение эл.зарядов в диэлектрике вызывает его нагрев.

Преимущества:1. Чистый бесконтактный метод, позволяющий проводить разогрев в вакууме, защитном газе и т.п.2. Высокая скорость разогрева. 3. Выделение тепла идет во всем объеме заготовки, что важно для диэлектриков, обладающих плохой теплопроводностью.

Недостатки: 1. Сложность оборудования обычно более высока по сравнению с оборудованием для других методов нагрева. Ремонт и настройка требует квалифицированного персонала. 2.Необходима электроэнергия, отсутствующая в полевых условиях.

Классификация магнитных материалов. Магнитные материалы можно разделить на две основные группы. Магнитомягкие материалы. Из них изготавливают магнитопроводы для магнитного потока, созданного током в обмотках (магнитные цепи электрических машин, трансформаторов, катушек индуктивности, реле, электромагнитов и т. п.). Магнитные материалы этого типа должны иметь высокие значения µ (в слабых полях), большое насыщение в сильных полях и малые потери энергии. Для этого у них должно быть высокое р и малая коэрцитивная сила Нс. Обычно для этих материалов Нс < 10^-2 А/м. К магнитомягким материалам относятся: чистое железо, сплавы железа с кремнием, магнитомягкие сплавы железа с никелем и кобальтом, прессованные высокочастотные материалы, магнитомягкие ферриты. Магнитотвердые материалы. Эти материалы, будучи раз намагничены, в дальнейшем сами являются источниками постоянного магнитного потока. Их применяют для изготовления постоянных магнитов. Материалы этого типа должны иметь высокие значения остаточной индукции Вг и коэрцитивной силы Нс и большую стабильность этих свойств во времени при нагреве и механических воздействиях. Для этих материалов Hс> 500*10 ^-2 А/м.К магнитотвердым материалам относятся: углеродистая сталь, специальные магнитные стали (вольфрамовая, хромистая, кобальтовая), высококоэрцитивные сплавы железа с никелем и кобальтом, специальные высококоэрцитивные материалы.