Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ВСЕ(почти) ответы на електооборудование.docx
Скачиваний:
18
Добавлен:
17.09.2019
Размер:
1.48 Mб
Скачать

1.)1.- 1. Провідникові матеріали

1.1. Загальні відомості

В якості провідників електричного струму можуть бути використані як тверді тіла, так і рідини, а при відповідних умовах і гази. До провідниковим матеріалами в електротехніці відносяться метали, їх сплави, контактні металокерамічні композиції і електротехнічний вугілля. Найважливішими практично застосовуваними в електротехніці твердими провідникові матеріали є метали і їх сплави, характеризуються електронною провідністю; основний параметр для них - питомий електричний опір в функції температури.

Діапазон питомих опорів металевих провідників досить вузький і становить від 0,016 мкОм 0 м для срібла до 1,6 мкОм 0 м для жаростійких железохромоалюмініевих сплавів. Електричний опір графіту з збільшенням температури проходить через мінімум з наступним поступовим підвищенням.

За родом застосування провідникові матеріали поділяються на групи:

провідники з високою провідністю - метали для проводів ліній електропередачі і для виготовлення кабелів, обмотувальних та монтажних проводів для обмоток трансформаторів, електричних машин, апаратури тощо;

конструкційні матеріали - бронзи, латуні, алюмінієві сплави і т.д., які застосовують для виготовлення різних струмоведучих частин;

сплави високого опору - призначені для виготовлення додаткових опорів до вимірювальних приладів, зразкових опорів і магазинів опорів, реостатів і елементів нагрівальних приладів, а також сплави для термопар, компенсаційних проводів і т.п.;

контактні матеріали - застосовувані для пар нероз'ємних, розривних і ковзних контактів;

матеріали для пайки всіх видів провідникових матеріалів.

Механізм проходження струму в металах зумовлений рухом (дрейфом) вільних електронів під впливом електричного поля; тому метали називають провідниками з електронною електропровідністю або провідниками першого роду.

Електричний опір провідників

Електричний опір обумовлено тим, що вільні електрони при дрейфі взаємодіють з позитивними іонами кристалічної решітки металу. При підвищенні температури частішають зіткнення електронів з іонами, тому опір провідників залежить від температури. Опір провідників залежить від матеріалу провідника, тобто будова його кристалічної решітки. Для однорідного циліндричного провідника довжиною l і площею поперечного перерізу S опір визначається за формулою

R = ρ 0 l / S (1.)

де ρ = RS / l - питомий опір провідника (опір однорідного циліндричного провідника, що має одиничну довжину і одиничну площа поперечного перерізу).

Одиниця опору - Ом.

1 Ом: Ом - опір провідника, по якому при напрузі 1 В тече струм 1 Ом = 1 В / А.

Величина σ = 1 / ρ, зворотній питомому опору, називається питомою електричною провідністю провідника.

Одиниця електричної провідності - сіменс (См).

Сіменс - електрична провідність провідника опором 1 Ом, тобто 1 Див = 1 Ом - ¹. З формули (1.1) випливає, що одиницею питомого опору є Ом-метр (Ом 0 м).

Таблиця 1.1 Питомий опір найбільш поширених провідників

Матеріал ρ, 10 -   Ом ∙ м Характеристика матеріалу

Срібло 1,6 Найкращий провідник

Мідь 1,7 Застосовується найбільш часто

Алюміній 2,9 Застосовується часто

Залізо 9,8 Застосовується рідко



Питомий електричний опір провідника залежить не тільки від роду речовини, але і від його стану. Залежність питомого опору ρ від температури виражається формулою

ρ = ρ 0 (1 + α t), (1.2)

де ρ 0 - питомий опір при 0 ° C; t - температура (за шкалою Цельсія); α - температурний коефіцієнт опору, що характеризує відносну зміну опору провідника при нагріванні його на 1 ° C або 1 K:

α = (ρ-ρ 0) / ρ 0 t. (1.3)

Температурні коефіцієнти опору речовин різні при різних температурах. Однак для багатьох металів зміна α з температурою не дуже велике. Для всіх чистих металів α ≈ 1 / 273 K - ¹ (або ° C - ¹).

Залежність опору металів від температури покладена в основу будови термометрів опору. Вони використовуються як при дуже високих, так і при дуже низьких температурах, коли застосування рідинних термометрів неможливо.

З поняття про провідності провідника випливає, що чим менше опір провідника, тим більше його провідність. При нагріванні чистих металів їх опір збільшується, а при охолодженні - зменшується.

У 1911 р. голландський фізик Камерлінг-Оннес провів досліди з ртуттю, яку можна отримати у чистому вигляді. Він зіткнувся з новим, зовсім несподіваним явищем. Питомий опір ртуті при температурі 4,2 K (близько -269 ° C) різко впало до такої малої величини, що його практично стало неможливо виміряти. Це явище звернення електричного опору в нуль Камерлінг-Оннес назвав надпровідністю.

В даний час надпровідність виявлена ​​у більш ніж 25 металевих елементів, великого числа сплавів, деяких напівпровідників і полімерів. Температура T кр переходу провідника в надпровідний стан для чистих металів лежить в межах від 0,14 K для іридію до 9,22 K для ніобію.

Рух електронів в металі, що перебуває у стані надпровідності, є настільки впорядкованим, що електрони, переміщаючись по провіднику, майже не зазнають зіткнень з атомами та іонами решітки. Повне пояснення явища надпровідності можна дати з позицій квантової механіки.

Крім суто електротехнічних властивостей, для проведення необхідної технологічної обробки і забезпечення заданих термінів служби в експлуатації, провідникові матеріали повинні мати достатню нагревостойкость, механічною міцністю пластичністю.

Основні визначення і класифікація діелектриків

Електроізоляційними матеріалами або діелектриками називаються речовини, за допомогою яких здійснюється ізоляція елементів або частин електроустаткування, що знаходяться під різними електричними потенціалами. У порівнянні з провідникові матеріали діелектрики володіють значно великим електричним опором. Характерною властивістю діелектриків є можливість створення в них сильних електричних полів і накопичення електричної енергії. Це властивість діелектриків використовується в електричних конденсаторах і інших пристроях.

Згідно агрегатному стану діелектрики діляться на газоподібні, рідкі та тверді. Особливо великою є група твердих діелектриків (високополімера, пластмасикераміка та ін.)

Згідно хімічним складом діелектрики діляться на органічні і неорганічні. Основним елементом у молекулах всіх органічних діелектриків є вуглець. У неорганічних діелектриках вуглецю не міститься.Найбільшою нагревостойкость володіють неорганічні діелектрики (слюда, кераміка та ін.)

За способом отримання діелектрики діляться на природні (природні) і синтетичні. Найбільш численною є група синтетичних ізоляційних матеріалів.

Численну групу твердих діелектриків зазвичай ділять на ряд підгруп в залежності від їх складу, структури та технологічних особливостей цих матеріалів. Так, виділяють керамічні діелектрики, воскоподібні, плівкові, мінеральні та ін

Всі діелектрики, хоча і в незначній мірі, володіють електропровідністю. На відміну від провідників у діелектриків спостерігається зміна струму з часом внаслідок спадання струму абсорбції. З деякого моменту під впливом постійного струму в діелектрику встановлюється тільки струм провідності. Величина останнього визначає провідність діелектрика.

При напруженості електричного поля, яка перевершує межу електричної міцності діелектрика, настає пробій. Пробій являє собою процес руйнування діелектрика, в результаті чого діелектрик втрачає електроізоляційні властивості в місці пробою.

Величину напруги, при якому відбувається пробій діелектрика, називають пробивним напругою U пр, а відповідне значення напруженості електричного поля називається електричною міцністю діелектрика E пр.

Пробій твердих діелектриків являє собою або чисто електричний процес (електрична форма пробою), або теплової процес (теплова форма пробою). В основі електричного пробою лежать явища, в результаті яких у твердих діелектриках має місце лавинне зростання електронного струму.

Характерними ознаками електричного пробою твердих діелектриків є:

незалежність або дуже слабка залежність електричної міцності діелектрика від температури і тривалості прикладеної напруги;

електрична міцність твердого діелектрика в однорідному полі не залежить від товщини діелектрика (до товщин 10 -   - 10 -   см);

електрична міцність твердих діелектриків знаходиться в порівняно вузьких межах: 10   -10   В / см; причому вона більше, ніж при тепловій формі пробою;

перед пробоєм струм у твердому діелектрику збільшується за експоненціальним законом, а безпосередньо перед настанням пробою спостерігається стрибкоподібне зростання струму;

за наявності неоднорідного поля електричний пробій відбувається в місці найбільшої напруженості поля (крайовий ефект).

Тепловий пробій має місце при підвищеній провідності твердих діелектриків і великих діелектричних втрати, а також при підігріві діелектрика сторонніми джерелами тепла або при поганому теплоотводе.Внаслідок неоднорідності складу окремі частини обсягу діелектрика володіють підвищеною провідністю. Вони представляють собою тонкі канали, що проходять через всю товщина діелектрика. Внаслідок підвищеної щільності струму в одному з таких каналів будуть виділятись значна кількість тепла. Це спричинить за собою ще більше наростання струму внаслідок різкого зменшення опору цієї ділянки в діелектрику. Процес наростання тепла буде тривати до тих пір, поки не відбудеться теплове руйнування матеріалу (розплавлення, коксування) по всій його товщині - по ослабленому місцем.

Характерними ознаками теплового пробою твердих діелектриків є:

пробою спостерігається в місці найгіршого тепловідведення від діелектрика в навколишнє середовище;

пробивну напругу діелектрика знижується з підвищенням температури навколишнього середовища;

пробивна напруга знижується зі збільшенням тривалості прикладеної напруги;

електрична міцність зменшується зі збільшенням товщини діелектрика;

електрична міцність твердого діелектрика зменшується із зростанням частоти прикладеної змінної напруги.

При пробої твердих діелектриків часто спостерігаються випадки, коли до певної температури має місце електричний пробій, а потім у зв'язку з додатковим нагріванням діелектрика настає процес теплового пробою діелектрика.

1.2

Основне призначення стартерної акумуляторної батареї — надійний пуск двигуна та забезпечення роботи споживачів за непрацюючого або ж працюючого з малою частотою обертання колінчастого вала двигуна. Із хімічного погляду акумуляторна батарея належить до вторинних хімічних джерел струму, які є оборотними джерелами енергії: після розрядження їхню працездатність можна відновити завдяки їхньому зарядженню. Для цього слід через батарею пропустити електричний струм у напрямі, зворотному тому, в якому він протікав під час розрядження. У процесі зарядження утворені під час розрядження речовини перетворюються на початкові активні речовини. Активними речовинами зарядженого свинцевого акумулятора, які беруть участь у струмоутворювальному процесі, є: на позитивному електроді — діоксид (перекис) свинцю PbO2 (темно-коричневого кольору); на негативному електроді — губчастий свинець Pb (сірого кольору); електроліт — водний розчин сірчаної кислоти H2SO4. Не вникаючи в хімію, внаслідок розряду акумулятора, активні речовини позитивного й негативного електродів перетворюються в сульфат свинцю PbSO4. Під час утворення сульфату свинцю витрачається сірчана кислота й утворюється вода, що призводить до зниження крутості електроліту в момент його розрядження. Під час зарядження акумулятора під впливом напруги джерела постійного струму в зовнішньому ланцюгу встановлюється напрям руху електронів до виводу “–” акумулятора. Як наслідок, на негативному електроді утворюється (відновлюється) губчастий свинець, на позитивному електроді утворюється діоксид свинцю — при цьому утворюється сірчана кислота, внаслідок чого крутість електроліту підвищується. Коли процеси перетворення речовин на активні маси позитивного й негативного електродів закінчуються, крутість електроліту перестає змінюватися, що є ознакою закінчення зарядження акумулятора. За подальшого зарядження відбувається так званий вторинний процес — електролітичне розкладання води на кисень і водень. Виокремлюючись із електроліту у вигляді бульбашок газу, вони створюють ефект його інтенсивного кипіння, що теж служить ознакою закінчення процесу зарядження. Номінальною ємністю акумулятора називається кількість електроенергії, яку може віддати повністю заряджений акумулятор у разі розрядження струмом 20-годинного режиму за температури електроліту 30°С та початкової крутості 1,285 г/см3 до напруги 1,7 В. Ємність виражається в ампер-годинах (А·год) і залежить від кількості й розміру паралельно з’єднаних електродів (пластин), сили розрядного струму, а також температури електроліту. Кожний акумулятор складається з просторово розділених різнойменних електродів, занурених у розчин електроліту й розміщених у міцному корпусі, стійкому до хімічної дії електроліту, механічних навантажень і температурних коливань. Розрізняють кілька виконань батарей.

Класичне (традиційне)  виконання  Акумуляторну батарею збирають в одному багатокамерному корпусі — моноблоці (рис. 1) з кислотостійкої пластмаси (ебоніт, наповнений поліетилен, поліпропілен), розділеному перегородками на окремі камери (комірки). Кількість камер дорівнює кількості акумуляторів у батареї. На дні кожної камери вмонтовано по чотири призми, на які спирається електродний блок. Простір, обмежений призмами, служить для нагромадження шламу — осаду, який утворюється під час експлуатації батареї внаслідок осипання активної маси позитивних пластин, що запобігає замиканню шламом різнойменних електродів. Акумулятор складається з півблоків позитивних і негативних пластин, ізольованих одна від одної сепараторами, які виготовлено з пористих пластмас. Півблоки з позитивними й негативними пластинами складають у блок так, що позитивні пластини розміщують між негативними, тому останніх завжди на одну більше. Це дає змогу краще використати активну масу позитивних пластин і захищає крайні з них від жолоблення та руйнування. Кожний акумулятор після встановлення електродного блока в камеру моноблока накривають окремою кришкою, виготовленою з ебоніту або пластмаси. У кожній кришці зроблено по два отвори із залитими у них свинцевими втулками, через які під час збирання проходять вивідні штирі електродного блока. Між ними розміщено нарізні отвори для заливання електроліту та обслуговування акумулятора. Після заливання електроліту нарізні отвори закупорюють пробкою. У пробках заливних отворів (або безпосередньо в кришці) передбачено вентиляційні отвори для виходу газів. Електродний блок, встановлений в окремій камері, є окремим акумулятором з номінальною напругою 2 В. З’єднують акумулятори в батарею за допомогою міжелементних з’єднань у вигляді свинцевих перемичок, які містяться над кришкою. Для послідовного з’єднання акумуляторів у батарею один кінець перемички приварюють до вивідного штиря одного акумулятора, привареного до баретки, що з’єднує позитивні пластини, а інший її кінець приварюють до вивідного штиря сусіднього акумулятора, що приварений до баретки, яка з’єднує негативні пластини й так далі. До вивідних штирів крайніх акумуляторів приварюють полюсні штирі для під’єднання споживачів, які позначені, відповідно, “+” і “–”. Щоб унеможливити неправильне вмикання батареї у мережу, діаметр плюсового штиря роблять дещо більшим. Герметизацію акумуляторів у місцях з’єднання кришок зі стінками та перегородками моноблока здійснюють за допомогою бітумної заливної мастики. На корпусні деталі у батарей з окремими кришками і мастикою припадає від 15 до 20% маси батареї. Крім того, ебоніт — матеріал із відносно низькою механічною міцністю, тому стінки ебонітових моноблоків можуть мати товщину до 12 мм. У разі заміни ебоніту на сополімер поліпропілену з етиленом удається зменшити товщину стінок удвічі та зменшити масу корпусних деталей без погіршення їхньої міцності. Крім того, властивості термопластичної пластмаси дали змогу внести низку істотних технологічних і конструктивних удосконалень. Відтак з’явилися батареї із загальною кришкою.

Устройство обслуживаемой АКБ: 1 – корпус; 2 – отрицательный электрод (пластина); 3 – сепаратор; 4 – положительный электрод (пластина); 5 – баретка; 6 – опорные призмы; 7 – крышка; 8 – пробка заливного отверстия; 9 – положительный вывод; 10 – межэлементная перемычка (соедините-льный мостик); 11 – отрицательный вывод      

Активная масса - положительных пластин щелочных аккумуляторов состоит в основном из гидрата окиси никеля, к которому добавляют для увеличения электропроводности 16 - 18 % графита и активирующую добавку - гидрат окиси бария. Гидрат окиси бария вводят из расчета 1 7 - 2 3 % по весу. Эта добавка повышает коэффициент использования положительной активной массы и увеличивает срок службы пластин. [1]

Активная масса для отрицательной пластины никель-железных аккумуляторов в основном состоят из порошкового железа я его окислов с добавкой небольшого количества сернокислого никеля и сернистого железа. Железосодержащая масса получается восстановлением предварительно обогащенной и очищенной железной руды, а также восстановлением в трубчатых печах окиси железа, полученной из сульфата железа. [2]

Активная масса у положительных пластин делается главным образом из свинцового сурика РЬзО4, у отрицательных пластин из свинцового глета РЬО. [3]

Активная масса состоит у положительных пластин - из смеси гидрата окиси никеля и графита, у отрицательных пластин - из специально приготовленного железного порошка. [4]

Активная масса приготовляется из свинцовых окислов: для положительных пластин используется свинцовый сурик РЬ3О4, а для отрицательных-свинцовый глет РЬО. В результате такой обработки на положительной пластине активная масса превращается в перекись свинца РЬО2, имеющую темно-коричневый цвет, а на отрицательной пластине выделяется губчатый металлический свинец РЬ серого цвета. Пластины после обработки могут быть либо частично заряженными, либо полностью разряженными. Аккумуляторы, изготовленные из таких пластин, называют сухо-заряженными или сухоразряжепными. [5]

Активная масса заряженных1 электродов аккумулятора при разряде превращается в сульфат свинца. Сульфат свинца при определенных условиях может становиться труднорастворимым или нерастворимым и не преобразовываться при заряде обратно в двуокись свинца на положительном и в свинец на отрицательном электродах. Это явление называют сульфатацией. [6]

Активная масса положит, электродов может быть регенерирована - отработанные пластины отмывают от щелочи, обжигают при 500 - 700 С и размалывают. [7]

Активная масса ( паста) после промывки водой имеет состав, %: 73 5 РЬ; 16 7 SC4; 0 3 Sb. Основными компонентами в ней являются РЬОа и РЬ8О4, а также РЬО-РЬ5О4, РЬ2О3, РЬ и др. Ее количество достигает 45 - 50 % массы аккумуляторного лома, без учета кислоты. [8]

Активная масса для отрицательных электродов получена путем восстановления железной руды в атмосфере водорода. Из этой массы после введения активизирующих добавок были изготовлены электроды методом прокатки. Отрицательный электрод выполнен толщиной 1 25 мм. [9]

Активная масса для приготовления ламельных электродов состоит в основном из FesCU. Оксид железа восстанавливают до магнетита либо водородом, либо сажей, либо железным порошком

2.)1.- Электри́ческий ток — упорядоченное нескомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы ианионы), в газах - ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях - электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).

Электрический ток широко используется в энергетике для передачи энергии на расстоянии.

В медицине электрический ток используют в реанимации, электростимуляции определённых областей головного мозга. Электрические разряды применяются для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, также для электрофорезаВодитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии.

2.- Кроме механических аккумуляторов, есть еще электрические, называемые также поляризационными, или вторичными, элементами. Это — копилки электрической энергии, приобретающие в настоящее время с каждым днем все большее значение и представляющие злобу дня современного электротехника. Аккумулятор не что иное, как гальванический элемент, только отличающийся от обыкновенного элемента, как его до сих пор употребляли, особенностью, которую французы назвали "обратимостью". Обратимость аккумулятора состоит в том, что после каждого разряжения не нужно возобновлять его химических материалов, как это приходится делать в обыкновенном элементе, но можно зарядить его, пропуская через него ток от другого источника электричества. Ток, проходя через аккумулятор, разлагает вещества, образовавшиеся во время химической реакции, обусловливавшей разряжение, и когда они совсем разложены, аккумулятор получается в том же виде, в каком он был до разряжения; тогда говорят, что аккумулятор заряжен. Обратимость аккумулятора обусловливает его значение. Он может служить для той же цели, как и механический, т. е. с его помощью можно копить энергию хотя бы от небольшого источника электричества, и накопленный запас энергии, количество которого зависит: 1) от силы источника, 2) длительности копления или заряжения и 3) емкости самой копилки — аккумулятора (одного или целой батареи), можно затем расходовать сразу. (Электричество в аккумуляторе накапливается, как можно заключить из вышесказанного, не прямо, как, напр., в лейденской банке, но через посредство химических реакций, производимых током; при соединении проводником полюсов заряженного аккумулятора, который с этого момента действует как простой гальванический элемент, разложенные вещества вступают в реакцию между собою, и энергия последней проявляется в виде электричества). Планте, изобретатель аккумулятора, делал крайне интересные опыты в этом отношении: с помощью двух элементов Бунзена он заряжал долгое время батарею из 800 аккумуляторов, соединенных при заряжении параллельно, и накапливал таким образом огромный запас энергии; количество электричества этой батареи, расходуемое в несколько часов действия ее, можно было бы получить только от громадной динамо-машины. Аккумулятор может служить вообще как трансформатор (см. это сл.) и обратно, если имеется большой источник электричества и требуется распределить его энергию, т. е. пользоваться ею по частям или в разных местах, как это часто приходится на практике. Для этого можно зарядить батарею аккумуляторов и затем распределять их как угодно, по одному, по два и т. д., переносить и перевозить их, пользуясь их портативностью. В Париже и в других городах существует абонемент аккумуляторов. С завода, где заряжаются аккумуляторы динамо-машинами, они развозятся по городу для разных домашних потребностей, как, напр., для электрического освещения, для приведения в действие двигателей к швейным и др. машинам и т. п.

Особенное значение аккумулятор имеет как копилка даровой силы, которой столько пропадает в природе (как, напр., течения рек, падение водопадов, сила ветра и т. д.). В настоящее время подобного рода попытки утилизировать эти силы увенчались полным успехом, и нужно думать, что в будущем, когда запас топлива станет иссякать, аккумуляторы окажут громадную услугу человечеству: турбины и ветряные мельницы будут приводить в движение динамо-машины, электричество можно будет запасать в аккумуляторы и, когда потребуется, посылать по проволокам или развозить куда угодно, тем более, что уже ныне существуют электрические железные дороги, на которых поезда приводятся в движение аккумуляторами. В настоящее время употребляются аккумуляторы преимущественно свинцовые. В 1859 году Гастон Планте устроил первый свинцовый аккумулятор. Его прибор состоял из двух свинцовых листов, отделенных изолирующим веществом (резиной), свернутых в трубку и погруженных в 10 % раствор серной кислоты. При пропускании тока от другой гальванической батареи один лист покрывался черной перекисью свинца (PbO2), другой же восстановлялся водородом и становился серым и губчатым. При замыкании проводником после заряжения обоих листов, играющих роль электродов элемента, появлялся ток, но очень кратковременный, так как листы только с поверхности неглубоко изменялись при заряжении. Планте стал заряжать и разряжать многократно свой аккумулятор, меняя при этом направление тока, электроды разрыхлились, стали губчатыми, емкость аккумулятора с каждым новым заряжением стала увеличиваться, и он стал давать довольно долговременный ток. Этот процесс Планте назвал формированием аккумулятора. Его прибор получил название "поверхностного аккумулятора". Чтобы сократить процесс формирования, Фор вскоре после открытия Планте предложил покрывать электроды слоем сурика (Pb2O4). При заряжении сурик на одном электроде окисляется, как и в приборе Планте, в перекись свинца (PbO2), на другом же восстановляется в губчатый свинец. Прибор Фора назван был массовым аккумулятором. Превосходя поверхностный отсутствием долгого формирования, он уступает ему в прочности, так как окислы свинца легко отваливаются и портят аккумулятор.