Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электротехническое материаловедение. Сборник практических заданий. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1513 14 15 > Следующая >>>

Вторая – содержание кремния:

0 – до 0

1 –

2 –

3 –

4 –

5 –

Третья – группу по основной нормируемой характеристике

0 – удельные потери при магнитной индукции В = 1 f = 50 Гц

1 – удельные потери при магнитной индукции В = 1 f = 50 Гц

2 – удельные потери при магнитной индукции В = 1 f = 400 Гц

4 – удельные потери при магнитной индукции В = 0 те f = 3000 Гц

,4% (нелегированная); (0,4…0,8) %; (0,8…1,8) %; (1,8…2,8) %; (2,8…3,8) %; (3,8…4,8) %.

,7 Тл и частоте

;

,5 Тл и частоте

;

,0 Тл и частоте

;

,5 Тл и часто-

;

6 – магнитная индукция в слабых полях при напряженности поля

Н = 0

,4 А/м;

7 – магнитная индукция в средних полях при напряженности поля

Н = 10 А/м

Четвёртая – Таким образом

зуются следующим образом

порядковый номер типа стали.

, заданные электротехнические стали характери-

1511 – горячекатаная изотропная сталь, с содержанием кремния

(3,8…4,8) %, удельные потери нормируются при магнитной индукции

,5 Тл и частоте f = 50 Гц, тип стали 1.

В = 1

1521 – эта сталь отличается от предыдущей только тем, что

удельные потери нормируются при магнитной индукции В = 1 частоте f = 400 Гц

Эти стали поставляются в виде листов толщиной 0

шириной 500…1000 мм и длиной 600…2000 мм

,0 Тл и

,1…1,0 мм,

Физические и механические свойства указанных марок сталей

представлены в табл

. 1.

Электротехнические кремнистые стали применяются для изготовления магнитопроводов двигателей и генераторов форматоров на постоянном

, электромагнитных механизмов и реле, работающих как

, так и на переменном токе различной частоты.

, дросселей и транс-

121

Физические и механические свойства сталей марок 1511 и 1521

№

Наименование

п/п

свойства

1 Плотность 7,55 Мг/м3

Удельное сопротивление при 20 ºС

Температурный коэффициент удельного сопротивления

Коэффициент теплопроводности

Условный предел текучести вдоль/поперёк

Предел прочности (при растяжении) вдоль/поперёк

Относительное удлинение вдоль/поперёк

Модуль упругости вдоль/поперёк

Значение Источник Определение

[3, табл. 2.6,

Масса единицы объёма

с. 20]

–6

Ом·м

0,6·10

Сопротивление 1 м риала, измеренное в плоскопараллельном поле [1]

–3 К–1

0,7·10

Относительное изменение удельного сопротивления при увеличении температуры на 1 К [1]

16 Вт/м·К

Удельный тепловой поток, направленный перпендику-

лярно поверхности при градиенте температуры

1 К/м [1]

420/490 МПа

[3, табл. 2.6,

стр. 20]

Нормальное напряжение, при разгрузке от которого в образце впервые обнаруживается остаточная пластическая деформация, составляющая 0,2 %) [1]

490/600 МПа

Предельное нормальное напряжение, после которого относительное удлине-

ние образца проходит при снижении нормального напряжения; предельное напряжение, выдерживаемое образцом [1]

1,5/2 %

Отношение абсолютного остаточного удлинения

образца после разрыва к начальной расчётной длине [2]

158/197 ГПа

Коэффициент пропорциональности между нормаль-

ным напряжением и относительным удлинением. Определяется в упругой области (закон Гука) [1, 2]

Таблица 1

мате-

122

Нормированные характеристики сталей рассматриваемых марок

приведены в табл

Нормированные характеристики сталей марок 1511 и 1521

[3, табл. 2.5, табл. 2.6] (выбраны стали с одинаковой

. 2.

Таблица 2

толщиной листа – 0,35 мм)

Марка

1511 1521

Удельные потери,

Вт/кг, при индукции,

Тл, равной

0,75 1 1,5 500 1000 2500 5000 10000 30000

1,35 3,0 1,30 1,46 1,57 1,70 1,90

10,75 19,5 1,21 1,30 1,44

Магнитная индукция, Тл, при напряжённости

магнитного поля, А/м, равной

4. Решение

В соответствии с маркой стали магнитные потери для стали 1521 нормируются при магнитной индукции В = 1 f = 400 Гц и составляют 19

,5 Вт/кг (табл. 2). При напряжённости

,0 Тл и частоте

внешнего магнитного поля 2500 А/м индукция в стали 1521 составляет 1

,44 Тл (см. табл. 2). Следовательно, нормированные потери необ-

ходимо привести к условиям задания

, приближённо можно считать, что основная доля потерь – это

кая потери на вихревые токи на вихревые токи

норм норм норм

Р Bf

. Поэтому воспользуемся формулой потери

, искомые потери:

. Поскольку сталь магнитомяг-

Bf 

1,44 50

Для стали 1521

В f



РР



норм

1,44 5 0

22 22

В f



норм норм

19,5 0,632 Вт/кг.



1, 4 4 50

1 400

Для стали 1511 потери нормируются при индукции 1

,5 Тл. По-

скольку у этой стали при напряжённости поля 2500 А индукция со-

ставляет 1

= 1

,056 раза, т. е. составят 3 Вт/кг · 1,056 = 3,168 Вт/кг.

,46 Тл, нормируемые потери увеличатся в ,/,

15 146 =

123

5. Вывод

Если сталь 1521 400 Гц

т меньше

, применять в условиях, аналогичных применению стали 1511,

. е. при частоте 50 Гц, то магнитные потери в стали 1521 будут

, чем в стали 1511.

, предназначенную для работы при частоте

Использованная литература

Целебровский Ю.В. Материаловедение для электриков в вопро-

сах и ответах Изд-во НГТУ

Физические величины: справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушки-

на

, А.М. Братковский и др.; под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихо. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.

ва

Справочник по электротехническим материалам / под ред.

.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева. – Т. 3. – 3-е изд., пере-

. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 728 с.: ил.

раб

: учеб. пособие / Ю.В. Целебровский. – Новосибирск:

, 2010. – 64 с.

4.1.5. РАСЧЁТ НАГРЕВА ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПОТЕРЯМИ

1. Задание 5-61

Опишите новомикалекс и церезин. Определите, нагрев какого ма-

териала может стать причиной расплавления церезина в следующей конструкции рых имеет толщину 4 мм конструкция имеет начальную температуру 60 ºС кулярно слоям приложено переменное напряжение

: между двумя листами новомикалекса, каждый из кото-

, находится слой церезина толщиной 2 мм;

, и к ней перпенди-

2. Определение величин, необходимых для выполнения задания

Очевидно ческие потери ше

: новомикалекс или церезин. Представим, что к многослойной кон-

струкции приложено напряжение U частотой

, что причиной расплавления церезина будут диэлектри-

. Следует, однако, определить, что нагревается боль-

ω. По отношению к

каждому из диэлектриков это напряжение распределится в соответствии с системой уравнений

124

d Е dU









нм нм ц ц



 





нм





цнм



Здесь

новомикалекса и церезина

новомикалекса ческие проницаемости новомикалекса и церезина

показывает му падения напряжения в новомикалексе

жения в слое церезина

нм

– соответственно напряжённости поля в слоях

;

– суммарная толщина двух пластин

нм

;

– толщина слоя церезина;

нм

– диэлектри-

. Первое уравнение

, что приложенное напряжение представляет собой сум-

(

). Второе уравнение говорит о постоян-

цц

) и падения напря-

нм нм

стве потока электрического смещения в этих материалах при перпендикулярности силовых линий поверхности пластин

Решая эту систему уравнений каждом из материалов

ЕЕ

нм ц





нм ц

, находим напряжённости поля в

;



нм ц



нм ц



нм

(D = Еε0).



Удельные диэлектрические потери в каждом из материалов составят

нм,уд нм 0 нм нм ц,уд ц 0 цц

      

Найдем отношение удельных диэлектрических потерь

нм,уд



ц,уд ц ц

Таким образом

, для выполнения задания нам необходимо знать

tg ; tg .РЕ РЕ



 

 



нм ц



нм



нм ц







нм нм



нм





значения диэлектрических проницаемостей и тангенса угла диэлектрических потерь новомикалекса и церезина при 60 ºС

125

Угол диэлектрических потерь δ (дельта) – это угол, дополняю-

щий до 90 градусов угол сдвига между током и напряжением в диэлектрике

Диэлектрическая проницаемость ε – это мера ослабления поля в

веществе по сравнению с внешним полем

; её значение показывает во

сколько раз поле в веществе слабее поля от того же источника в вакууме

[1].

3. Описание материалов

Новомикалекс, равно как и микалекс, относится к материалам

высокой нагревостойкости териалы

с. 210].

, состоящие из стекла с нагревостойкими наполнителями [2,

У новомикалекса в качестве наполнителя применяется искусственная слюда – фторфлогопит могут быть использованы более тугоплавкие стёкла нагревостойкость материала бочую температуру 600 ºС ли новомикалекса приведены в табл

Электрические и механические показатели новомикалекса

[2, с. 289–290]. Это композиционные ма-

. При изготовлении новомикалекса

, что повышает

. Новомикалекс имеет длительную ра-

. Электрические и механические показате-

. 1 [2, c. 289, табл. 25.45].

Таблица 1

Наименование показателя

Удельное объёмное сопротивление

Электрическая прочность Епр, МВ/м 30 14 6 Предел прочности при

изгибе

Обозначение,

размерность

, Ом · м 1011…10

, МПа 60…100 – 50…70

Значения при температурах

20 ºС 500 ºС 600 ºС

12 1010

(при 300 ºС)106…10

Удельное объёмное сопротивление ρ – это параметр вещества,

численно равный измеренному в плоскопараллельном поле сопротивле-

нию образца длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1

Электрическая прочность

электрического поля

, при которой происходит электрический пробой.

– это средняя напряженность

пр

Электрическим пробоем диэлектрика называют скачкообразное увеличение электропроводности материала электропроводящего плазменного канала ного напряжения

126

(вплоть до образования

) при воздействии определен-

Предел прочности при изгибе

– предельная сила, отнесённая к

площади поперечного сечения образца и направленная параллельно се-

, после приложения которой изгиб образца проходит при сни-

чению жении этой силы

Значения диэлектрической проницаемости электрических потерь на рис

. 1. На этом же рисунке показано изменение удельного объёмно-

tg δ в зависимости от температуры показаны

го сопротивления при повышении температуры

ε и тангенса угла ди-

[2, с. 289, рис. 25.21].

Из приведённых температурных зависимостей можно опреде-

, что при 60 ºС у новомикалекса тангенс угла диэлектрических

лить потерь

tg δ = 0,05, а диэлектрическая проницаемость ε = 4.

Рис. 1. Температурные зависимости для новомикалекса

(1, 3 – испытания в вакууме; 2, 4 – испытания в воздухе)

Церезин представляет собой смесь твёрдых углеводородов с эм-

пирической формулой от

СН

39 80

лучают кислотно-контактной очисткой парафинистой пробки

до

СН

53 108

[3, с. 208]. Церезин по-

, ко-

торая является осадком парафинистой нефти на стенках буровых скважин ские свойства для изготовления электроизоляционных восковых композиций

, на дне резервуаров. Церезин имеет хорошие диэлектриче-

. Его применяют в кабельном производстве, а также

. Изве-

стен также синтетический церезин – воскообразный диэлектрик светло-жёлтого цвета щий собой смесь твёрдых углеводородов метанового ряда свойства церезинов приведены в табл

, кристаллической структуры, представляю-

. Основные

. 2.

127

Показатели церезинов [3, стр. 209, табл. 7.2 и 7.3]

Таблица 2

Показатель

Температура каплепадания, ºС 65…85 100 Глубина проникновения иглы при

25 ºС и нагрузке 0,98 Н, не более, мм Кислотное число, мг КОН на 1 г цере-

зина Удельное объёмное сопротивление при

100 ºС, Ом·м, не менее Тангенс угла диэлектрических потерь

при 100 ºС и частоте 1000 Гц, не более

Природный

церезин

3 1

0,1 0,02

0,003 –

Синтетический

церезин

Кислотное число – количество щёлочи, необходимое для нейтра-

лизации кислоты до рН = 7

Угол диэлектрических потерь и диэлектрическая проницаемость церезина существенно зависят от температуры показаны на рис

. 2.

. Эти зависимости

Рис. 2. Температурные зависимости для церезина

Из приведённых температурных зависимостей можно опреде-

лить

, что при 60 ºС у церезина тангенс угла диэлектрических потерь

tg δ = 0,003, а диэлектрическая проницаемость ε = 2,1.

128

4. Решение



Подставляем необходимые данные в полученное в п. 2 выражение:





нм



40,05



2,1 0, 003





нм нм



8, 75







нм,уд

ц,уд ц ц

 

 

нм ц



нм



нм ц



2,1



8 мм 2 мм

 





8 мм 2 мм

 



2,1

5. Вывод

Удельные диэлектрические потери в новомикалексе в 8,75 раз вы-

, чем в церезине. Это связано в первую очередь с меньшими значе-

ше ниями диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь в церезине главным образом новомикалекса

. Таким образом, церезин будет плавиться от нагрева

Использованная литература

1. Целебровский Ю.В. Материаловедение для электриков в вопро-

сах и ответах Изд-во НГТУ

. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 2 /

под редакцией Ю атомиздат

. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 1 /

под ред дат

. Ю.В. Корицкого и др. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиз-

, 1986. – 368 с.: ил.

: учеб. пособие / Ю.В. Целебровский. – Новосибирск:

, 2010. – 64 с.

.В. Корицкого и др. – 3-е изд., перераб. – М.: Энерго-

, 1987. – 464 с.: ил.

129

4.1.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ВОЗДУШНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ



1. Задание 6-61

Между двумя листами полиэтилена высокой плотности, хлориро-

ванного в 25 %-м растворе хлора дится воздушная прослойка неизвестной толщины дывается переменное напряжение рого

, равном 4732 В, в воздушной прослойке возникают частичные

разряды

. Определите толщину воздушной прослойки.

, толщиной каждый по 2 мм, нахо-

. К листам прикла-

, при действующем значении кото-

2. Определение величин, необходимых для выполнения задания

Схема эксперимента с необходимыми обозначениями показана на

рис

. 1. Здесь

;

на

– неизвестная толщина воздушной прослойки.

– толщина пластин из хлорированного полиэтиле-

ХПЭ

Рис. 1. Схема эксперимента

ХПЭ

Распределение напряжённостей поля Е в материалах обратно

пропорционально диэлектрическим проницаемостям этих материалов

ԑ (в частности воздуха –

системе уравнений

, которая для момента возникновения частичных

и полиэтилена –

) и подчиняется

ХПЭ

разрядов запишется как

Е d Е dU



ХПЭ ХПЭ пр.вв чр





ХПЭ

 



пр.в ХПЭ

В этой системе уравнений





U – напряжение возникновения ча-

чр

стичных разрядов, которые появляются на амплитуде переменного напряжения. Следовательно,

чр

кВ.

7324, 2U 

– напряжён-

ХПЭ

ность электрического поля в хлорированном полиэтилене при возникновении частичных разрядов в воздушной прослойке, когда напряжён-

130

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1513 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]