(NB) Giáo trình Vật liệu điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm về vật liệu điện; Vật liệu cách điện; Vật liệu dẫn điện; Vật liệu dẫn từ. Mời các bạn cùng tham khảo!
TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 215/QĐ-CĐDK ngày tháng năm 2022 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Trang LỜI GIỚI THIỆU Đất nước Việt Nam công cơng nghiệp hố - đại hố, nềnkinh tế đà phát triển Yêu cầu sử dụng điện thiết bị điện ngày càngtăng Việc trang bị kiến thức hệ thống điện nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt người, cung cấp điện cho thiết bị khu vực kinh thế, khu chế xuất, xí nghiệp cần thiết Với vai trò quan trọng xuất phát từ u cầu, kế hoạch đào tạo, chương trình mơn học Trường Cao Đẳng Dấu Khí Chúng tơi biên soạn giáo trình Vật liệu điện gồm chương với nội dung sau: - Bài mở đầu: Khái niệm vật liệu điện - Chương 1: Vật liệu cách điện - Chương 2: Vật liệu dẫn điện - Chương 3: Vật liệu dẫn từ Giáo trình Vật liệu điện biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy giáo viên tài liệu học tập học sinh Do chuyên môn thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi thiết sót,vậy mong nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp bạn đọc để sách đạt chất lượng cao Bà Rịa - Vũng Tàu, tháng năm 2022 Tham gia biên soạn Chủ biên: Phan Kim Ngân Lê Thị Thu Hường Nguyễn Xuân Thịnh Trang MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN 12 CHƯƠNG VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 24 CHƯƠNG VẬT LIỆU DẪN TỪ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 Trang DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 0.1 Cấu tạo nguyên tử 13 Hình 0.2 Liên kết đồng hóa trị 15 Hình 0.3 Liên kết kim loại 16 Hình 0.4 Mạng lập phương tâm khối 16 Hình 0.5 Mạng lập phương tâm mặt 17 Hình 0.6 Mạng lục giác xếp chặt 17 Hình 0.7 Lý thuyết vùng lượng 18 Trang DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Phân cấp vật liệu cách điện theo độ bền chịu nóng 40 Bảng So sánh đặc tính khơng khí với chất khí 42 Bảng Điện trở suất hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ số kim loại 60 Bảng Tính chất lý công dụng đồng thiếc 70 Bảng 5Tính chất lý đồng nhôm 70 Trang GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN Tên môn học: Vật liệu điện Mã môn học: ELET62064 Thời gian thực môn học: 30 giờ; (Lý thuyết: 28 giờ; Thực hành: giờ; kiểm tra: giờ) Số tín chỉ: 02 Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí học sau mơn học An tồn lao động học song song với môn học Vẽ điện, Khí cụ điện Tính chất: Mơn học trang bị kiến thức, kỹ an toàn vệ sinh lao động nơi làm việc Mục tiêu môn học: - - Về kiến thức: + Nhận dạng loại vật liệu điện thông dụng + Phân loại loại vật liệu điện thông dụng + Trình bày đặc tính loại vật liệu điện Về kỹ năng: + Xác định dạng nguyên nhân gây hư hỏng vật liệu điện Về lực tực chủ trách nhiệm: + Rèn luyê ̣n đươc̣ tính cẩ n thâ ̣n, chính xác, chủ đô ̣ng công việc Nội dung môn học: 5.1 Chương trình khung: Thời gian đào tạo (giờ) Thực Kiểm Tín hành, tra Lý Tổng thí nghiệm, số thuyết thảo luận, LT TH tập Mã MH, MĐ Tên môn học, mô đun I Các môn học chung/đại cương 23 465 180 260 17 COMP64002 Giáo dục trị 75 41 29 COMP62004 Pháp luật 30 18 10 COMP62008 Giáo dục thể chất 60 51 COMP62010 Giáo dục quốc phòng An ninh 75 36 35 2 COMP63006 Tin học 75 15 58 FORL66001 Tiếng Anh 120 42 72 Trang Thời gian đào tạo (giờ) Thực Kiểm Tín hành, tra Lý Tổng thí nghiệm, số thuyết thảo luận, LT TH tập Mã MH, MĐ Tên mơn học, mơ đun SAEN52001 An tồn vệ sinh lao động 30 26 2 Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề 70 1755 435 1241 30 49 Môn học, mô đun sở 11 240 84 145 ELEI53132 Mạch điện 60 28 29 ELET51165 Vẽ điện 30 29 ELET62064 Vật liệu điện 30 28 ELEI53117 Khí cụ điện 75 14 58 Điện tử 45 14 29 1 Môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề 59 1515 351 1096 24 44 Điều khiển điện nén 60 28 29 ELEI53115 Đo lường điện 75 14 58 ELEI56135 Máy điện 150 28 116 ELEI6509 Cung cấp điện 90 56 29 ELET55157 Trang bị điện 120 28 87 ELEI62158 Trang bị điện 2 45 14 29 1 PLC 75 14 58 ELEI55138 Thí nghiệm điện 75 14 58 ELEI62139 Thí nghiệm điện 2 45 14 29 1 ELEI55124 Kỹ thuật lắp đặt điện 120 28 87 ELEI54123 Kỹ thuật lạnh 90 28 58 2 ELEI54148 Thiết bị điện gia dụng 90 28 58 2 ELEI6412 Bảo dưỡng sửa chữa thiết bị điện 90 28 58 2 ELEI6317 Bảo vệ rơ le 75 14 58 II II.1 AUTM62103 II.2 AUTM63114 AUTM64116 Trang Thời gian đào tạo (giờ) Mã MH, MĐ Tên mơn học, mơ đun Thực Kiểm Tín hành, tra Lý Tổng thí nghiệm, số thuyết thảo luận, LT TH tập ELEI54152 Thực tập sản xuất 180 15 155 10 ELEI63119 Khóa luận tốt nghiệp 135 129 93 2220 615 1501 47 57 Tổng cộng 5.2 Số TT Chương trình khung chi tiết: Nội dung tổng quát Bài mở đầu: Khái niệm vật liệu điện Chương 1: Vật liệu cách điện Chương 2: Vật liệu dẫn điện Chương 3: Vật liệu dẫn từ Cộng: Tổng số Thời gian (giờ) Thực hành, thí Kiểm tra Lý nghiệm, thuyết thảo luận, LT TH tập 2 0 10 30 9 28 0 0 1 0 0 Điều kiện thực môn học: - - Phịng học chun mơn hóa, nhà xưởng: Trang thiết bị máy móc: Bộ đồ nghề điện, khí cầm tay Tủ sấy điều khiển nhiệt độ Các mơ hình dàn trải thiết bị, hoạt động được: Thiết bị cấp nhiệt: Nồi cơm điện, bàn ủi, máy nước nóng, lị nướng Tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ Thiết bị gia dụng: Quạt điện, máy bơm nước, survolteur, ổn áp tự động VOM, Mêgômmet Thiết bị thử độ bền cách điện Biến áp tự ngẫu: điều chỉnh tinh, điện áp vào 220V, điện áp (0 ÷ 400)V Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Bảng gắn loại khí cụ điện Dây dẫn điện Đầu cốt cỡ Trang - Các trạm nối dây Giấy, ghen cách điện, sứ, thuỷ tinh cách điện loại Chì hàn, nhựa thơng, giấy nhám loại Hóa chất dùng để tẩm sấy máy biến áp (chất keo đóng rắn, vẹc-ni cánh điện) Các điều kiện khác: PC, phần mềm chuyên dùng Projector, overhead Máy chiếu vật thể ba chiều Video, vẽ, tranh mô tả thiết bị Phương pháp nội dung đánh giá: 7.1 - - Về kiến thức: Nhận dạng loại vật liệu điện thông dụng Phân loại loại vật liệu điện thông dụng Trình bày đặc tính loại vật liệu điện Về kỹ năng: Xác định dạng nguyên nhân gây hư hỏng vật liệu điện Về lực tực chủ trách nhiệm: Rèn luyê ̣n đươc̣ tính cẩ n thâ ̣n, chính xác, chủ đô ̣ng công việc 7.2 - Nội dung: Phương pháp: Kiểm tra định kỳ đánh giá hình thức trắc nghiệm tự luận + Bài kiểm tra số 1: Nội dung mở đầu chương + Bài kiểm tra số 2: Nội dung chương 2,3 - Kiểm tra hết môn đánh giá hình thức trắc nghiệm Hướng dẫn thực mơn học: 8.1 Phạm vi áp dụng chương trình: Chương trình mơn học sử dụng để giảng dạy cho trình độ Cao đẳng nghề 8.2 Hướng dẫn số điểm phương pháp giảng dạy mơn học: - Đối với giáo viên, giảng viên: - Trước giảng dạy, giáo viên cần vào nội dung học để chuẩn bị đầy đủ điều kiện cần thiết nhằm đảm bảo chất lượng giảng dạy Nên áp dụng phương pháp đàm thoại để sinh viên ghi nhớ kỹ Nên bố trí Thời gian đào tạo (giờ) giải tập, nhận dạng loại vật liệu, hướng dẫn sửa sai chỗ cho sinh viên Cần lưu ý kỹ đặc tính nhóm vật liệu Đối với người học: Trang 10 Ngồi cịn có phương pháp đơn giản đốt dây cần thử lửa đèn cồn, có khói trắng bốc lên Molipđen Hiện tượng giải thích ơxy hố Molipđen bắt đầu nhiệt độ gần 400 C xảy mạnh 600 -7000C 2.4.2.3 Vàng Vàng kim loại có màu sáng chói, có tính dẻo cao, giới hạn bền kéo 15kG/mm2, độ giản nở tương đối đứt 40% Trong kỹ thuật điện vàng dùng vật liệu tiếp xúc để làm lớp mạ chống ăn mòn, điện cực tế bào quang điện công việc khác Vàng vật liệu quý hiếm, đắt tiền nên kỹ thuật sử dụng cần thiết 3.4.2.4 Bạc Bạc kim loại trắng không bị ô xy hố điều kiện nhiệt độ bình thường Bạc có trị số điện trở suất nhỏ kim loại Giới hạn bền kéo dây bạc gần 20kG/mm2, độ giãn dài đứt khoảng 50% Bạc dùng để sản xuất tiếp điểm có dịng điện nhỏ Bạc làm cực sản xuất tụ gốm, tụ mica… Nhược điểm bạc môi trường xung quanh có độ ẩm nhiệt độ cao, bạc có khuynh hướng chui vào bên điện mơi mà có gắn vào Độ bền hố học bạc thấp so với số kim loại khác 2.4.2.5 Bạch kim ( Platin ) Bạch kim kim loại không kết hợp vối ôxy bền vững thuốc thử hoá học Bạch kim dễ gia cơng khí, kéo thành sợi mảnh mỏng Giới hạn bền kéo sau ủ khoảng 15kG/mm2; độ giản nở dài tương đối đứt khoảng 30 -35% Bạch kim dùng để sản xuất cặp điện nhiệt độ làm việc đến 16000C (trong cặp có hợp kim Platinorodi) Sợi Platin đặc biệt mảnh, đường kính gần 0,001 mm, dùng để treo hệ thống động đồng hồ điện dụng cụ đo tốc độ nhạy cao Do độ cứng thấp, paratin tinh khiết dùng làm tiếp điểm, hợp kim lại dùng nhiều để làm tiếp điểm; phổ biến palatin – inđi, khơng bị ơxyhóa, có độ cứng cao, bị ăn mịn học, cho phép đóng ngắt với tần số lớn Nhưng nhược điểm đắt tiền, dùng trường hợp quan trọng 2.4.2.6 Niken Trang 74 Ni ken kim loại ánh bạc trắng có khối lượng riêng đồng, sử dụng nhiều kỹ thuật điện, chân không dễ điều chế tinh khiết 2.4.2.7 Chì Chì kim loại màu xám, vết cắt có màu kim loại sáng, mờ nhanh ơxy hóa bề mặt Chì có điện trở suất cao Chì chuyển sang trạng thái siêu dẫn Ưu điểm chì khả chống ăm mịn cao, bền vững tác dụng nước, axit clohydric, axit sunfuric số hóa chất khác Tuy nhiên axit nitơric axit axetic, chất hữu mục nát vôi vài hợp chất khác lại phá hủy chì Chì hợp chất thường dùng làm vỏ bọc bảo vệ cách điện cáp để chống ẩm, ngồi cịn dùng để sản xuất cầu chì, phiến chì acquy chì vv… Chì dùng làm vật liệu hấp thụ tia Rơnghen Trong kỹ thuật cáp điện người ta dùng chì nhãn hiệu C -2 v C – với tạp chất không 0,08% 0.14% Chì hợp chất độc Hiện vỏ chì sản phẩm cáp thay chất dẻo poliviniclorua 2.4.2.8 Thiếc Thiếc kim loại màu bạc trắng có cấu tạo tinh thể rõ rệt, thiếc mềm, dễ vuốt kéo thành mỏng Giới hạn bền kéo thiếc trắng dao động từ 1,6 đến 3,8kG/mm2 thiếc dùng làm vỏ bọc bảo vệ kim loại, có thành phần đồng hợp kim dùng để hàn Lá thiếc mỏng dùng để sản xuất loại tụ điện thường có thêm số chất phụ gia với gần 15% chì, 1% atimon để dễ cán tăng cường độ bền Lá thiếc dày 20 - 40µm dùng để làm cực tụ điện bàng mica 2.4.2.9 Kẽm Kẽm kim loại màu sáng điều chế phương pháp luyện kim làm dung dịch điện phân Kẽm dùng làm lớp mạ bảo vệ, có thành phần đồng thau điện cực pin Ngoài kẽm sử dụng tế bào quang điện, giấy kim loại tụ Trang 75 điện kích thước nhỏ Đưa lớp kim loại lên giấy cách cho kẽm khuếch tán chân không nhiêt độ khoảng 6000C 2.4.2.10 Thủy ngân Thủy ngân kim loại trạng thái lỏng nhiệt độ bình thường Thủy ngân dùng làm catốt lỏng chỉnh lưu thủy ngân, đèn thủy ngân dụng cụ phóng điện chứa khí, đèn chiếu sáng ban ngày Thủy ngân dùng làm tiếp điểm rơle, làm điện cực thủy ngân đo tính chất điện điện mơi rắn nhiều trường thí nghiệm Thủy ngân hợp chất độc, thủy ngân độc, sử dụng sản xuất thiết bị cần ý đến an toàn 2.4.2.11 Chất hàn Chất hàn hợp kim đặc biệt dùng hàn Hàn nhằm mục đích tạo chỗ nối có độ bền hay để có độ kín, để có tiếp xúc điện với điện trở nhỏ Chất hàn chia làm nhóm: mềm cứng, chất hàn mềm có nhiệt độ nóng chảy đến 400oC Chất hàn cứng có nhiệt độ nóng chảy 5000C Chất hàn mềm hợp kim chì – thiếc có từ 18% -19%, điện dẫn suất đồng tinh khiết, hệ số dãn nở dày (26 -27).10-6 độ -1 Chất hàn mềm có chất phụ nhơm, bạc Để chất hàn dễ nóng chảy thành phần có thêm chất bismut cađmi, dùng để hàn nhiệt độ thấp Độ bền yếu; chất hàn bismut có độ giịn lớn Chất hàn cứng phổ biến đồng – kẽm bạc 2.4.2.12 Chất giúp chảy Vật liệu phụ để mối hàn đảm bảo gọi chất giúp chảy, chúng cần phải: Hòa tan, khử ôxit chất bẩn bề mặt kim loại hàn; - Bảo vệ bề mặt kim loại q trình hàn, chất hàn nóng chảy khỏi bị ơxy hóa; Giảm lực căng mặt ngồi chất hàn nóng chảy Cải thiện tính chảy dính chất hàn với bề mặt hàn Tùy theo tác dụng kim loại hàn, chất giúp chảy chia thành số nhóm sau: *Chất giúp chảy hoạt tính hay chất giúp chảy axit: Thành phần chúng chất hoạt tính, axit clohyđric, hợp chất florua clorua kim loại vv… Các chất giúp chảy hòa tan mạnh lớp màng ơxit bề mặt kim loại, Trang 76 đảm bảo dính bám tốt, mối hàn có độ bền cao Nhược điểm chất giúp chảy phần cịn sót lại sau hàn gây mòn mạnh chất hàn kim loại hàn Vì sử dụng trường hợp có khả rửa thật loại bỏ hồn tồn phần cịn sót lại chất giúp chảy * Chất giúp chảy khơng có axit: Loại có nhựa thơng chất giúp chảy gốc nhựa thông với chất phụ không hoạt tính cồn, glyxerin * Chất giúp chảy hoạt hóa: Gồm chất giúp chảy mà thành phần chủ yếu nhựa thơng chất hoạt hóa phụ lượng nhỏ axit nitơric … Nhờ hoạt tính cao, chất giúp chảy hoạt hóa cho phép hàn sau khử hết dầu mỡ mà không cần khử ôxi * Chất giúp chống gỉ: Thành phần chủ yếu axit phophoric, với hợp chất hữu dung mơi phụ khác nhau, có chất chống gỉ thành phần chủ yếu axit hữu Phần sót lại chất giúp chảy khơng gây ăn mòn 2.4.2.13 Than kỹ thuật điện: Chổi quét máy điện, điện cực đèn chiếu, điện cực lò điện bề điện phân, cực dương pin vv… sản xuất từ than Bột than cịn dùng ống nói để tạo điện trở biến đổi theo áp lực âm Từ than dùng làm điện trở có trị số cao, cầu phóng điện cho mạng thơng tin, kỹ thuật điện chân khơng TĨM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG 2: 2.1 Khái niệm tính chất vật liệu dẫn điện 2.2 Tính chất chung kim loại hợp kim 2.3 Những hư hỏng thường gặp cách chọn vật liệu dẫn điện 2.4 Một số vật liệu dẫn điện thông dụng CÂU HỎI CỦNG CỐ CHƯƠNG 2: Câu Trình bày khái niệm vật liệu dẫn điện? Nêu tính chất vật liệu dẫn điện? Trình bày điện trở điện trở suất? Cho biết nhiệt độ ảnh hưởng đến điện trở vật liệu? Câu Các tác nhân môi trường ảnh hưởng đến vật liệu dẫn điện? Trang 77 a.Thế hiệu điện tiếp xúc sức nhiêt động? b Nêu tính chất chung kim loại hợp kim? Câu Nêu hư hỏng thường gặp vật liệu dẫn điện, nguyên nhân biện pháp khắc phục? Câu Nêu tính chất, đặc điểm công dụng đồng hợp kim đơng, nhơm hợp kim nhơm, chì hợp kim chi? Câu Trình bày yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc độ bền tiếp điểm ? Cho biết vật liệu dùng làm tiếp điểm? Câu Nêu hợp kim có điện trở cao chịu nhiệt? Nêu số hợp kim điển hình? Câu Thế lưỡng kim, nhiệt lưỡng kim trình bày cho vài ví dụ minh họa Trang 78 CHƯƠNG VẬT LIỆU DẪN TỪ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 3: Chương giới thiệu nội dung vật liệu dẫn từ để người học có kiến thức tảng dễ dàng tiếp cận nội dung môn học chương MỤC TIÊU CHƯƠNG 3: Sau học xong chương 3, người học có khả năng: - Nhận dạng, phân loại xác loại vật liệu dẫn từ dùng cơng nghiệp dân dụng - Trình bày đặc tính số loại vật liệu dẫn từ thường dùng - Sử dụng phù hợp loại vật liệu dẫn từ theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể - Xác định nguyên nhân gây hư hỏng có phương án thay khả thi loại vật liệu dẫn từ thường dùng - Rèn luyê ̣n đươc̣ tính cẩ n thâ ̣n, chính xác, chủ đô ̣ng công việc PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 3: - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực câu hỏi thảo luận tập chương (cá nhân nhóm) - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 3) trước buổi học; hồn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận tập tình mở đầu theo cá nhân nhóm nộp lại cho người dạy thời gian quy định ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 3: - Phòng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng học lý thuyết - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, tài liệu liên quan - Các điều kiện khác: Khơng có KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 3: - Nội dung: Kiến thức: Kiểm tra đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức Kỹ năng: khơng có Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập - Phương pháp: Điểm kiểm tra thường xun: khơng có Kiểm tra định kỳ lý thuyết: khơng có NỘI DUNG CHƯƠNG 3: Trang 79 3.1 Khái niệm tính chất vật liệu dẫn từ: Vật liệu từ tính sử dụng kỹ thuật điện điện tử sắt từ hợp chất sắt từ (ferit) Vật chất sắt từ thể chủ yếu phân cực từ tự phát khơng có từ trường đặt bên ngồi Dịng từ thơng vật thể đặt bên ngồi khơng gian khơng Trong thực tế q trình từ hóa mơ tả với hỗ trợ đường cong từ hóa (quan hệ B-H) đường cong thể đặc tính với tất sắt từ Độ thẩm từ tỷ số cảm ứng từ B cường độ từ trường H Tại H gần không gọi độ thẩm từ ban đầu (bđ) Độ thấm từ cao gọi độ thấm từ cực đại max Độ thấm từ động học: Đại lượng đặc trưng cho vật liệu sắt từ từ trường xoay chiều, biên độ cảm ứng từ với biên độ lực từ hóa ~ =Bm/Hm Mật độ dịng B trì vật mẫu trình khử từ hóa sau loại bỏ lực từ H, mà lực từ H trước đư vật mẫu đến bão hòa từ gọi cảm ứng từ dư độ từ dư (Br) Để giảm mật độ dịng từ dư Br xuống đến cần lực từ hóa đảo Hc (gọi lực kháng từ) Những vật liệu có lực kháng từ thấp độ thấm từ cao gọi vật liệu có tính kháng từ thấp vật liệu từ mềm Những vật liệu có lực kháng từ cao độ thấp từ thấp gọi vật liệu có tính kháng từ cao vật liệu từ cứng 3.2 Mạch từ, tính tốn mạch từ: 3.2.1 Khái niệm: Các thiế t bi ̣ điê ̣n rơle, công tắ c tơ, khởi đô ̣ng từ, áp tô mát, đề u có bô ̣ phâ ̣n làm nhiê ̣m vu ̣ biế n đổ i từ điê ̣n Bô ̣ phâ ̣n này gồ m có cuô ̣n dây và ma ̣ch từ go ̣i chung là cấ u điê ̣n từ, chia làm hai loa ̣i xoay chiề u và mô ̣t chiề u Để nắ m đươc̣ những quy luâ ̣t điê ̣n từ ta xét ma ̣ch từ và phương pháp tính toán ma ̣ch từ Trang 80 Hình 9Kết cấu mạch từ Ma ̣ch từ đươc̣ chia làm các phầ n: - Thân ma ̣ch từ - Nắ p ma ̣ch từ - Khe hở không khí chính và khe hở phu ̣ p - Khi cho dòng điê ̣n cha ̣y vào cuô ̣n dây thì cuô ̣n dây có từ thông qua, từ thông này cũng chia làm ba phầ n : a) Từ thông chính là thành phầ n qua khe hở không khí go ̣i là từ thông làm viê ̣c lv b) Từ thông tả̉n t là thành phầ n ngoài khe hở không khí xung quanh c) Từ thông rò r là thành phầ n không qua khe hở không khí chính mà khép kín không gian giữa lõi và thân ma ̣ch từ 3.2.2 Tính toán ma ̣ch từ Tính toán ma ̣ch từ thực chấ t là giải hai bài toán: a Bài toán thuận : Biế t từ thông tính sức từ đô ̣ng F = IW loa ̣i này gă ̣p thiế t kế mô ̣t cấ u điê ̣n từ mới b Bài toán nghich: ̣ biế t sức từ đô ̣ng F = IW cầ n tìm từ thông (gă ̣p kiể m nghiệm các cấ u điê ̣n từ có sẵn) Để giải quyế t đươc̣ hai bài toán cầ n phải dựa vào các sở lí thuyế t sau: - Biế t đường cong từ hóa của vâ ̣t liê ̣u sắ t từ - Nắ m vững các đinh ̣ luâ ̣t bản về ma ̣ch từ - Biế t đươc̣ từ dẫn khe hở 3.3 Một số vật liệu dẫn từ thông dụng: 3.3.1 Vật liệu từ mềm: Vật liệu từ mềm: có hệ số từ thẩm lớn Được sử dụng làm lõi thép mạch từ Trang 81 thiết bị điện từ, làm lõi máy biến áp, nam châm Để giảm dịng xốy người ta phủ lớp mỏng lên vật liệu từ mềm có sơn cách điện để tăng điện trở suất a Sắt (thép cácbon thấp) Sắt thỏi chứa lượng tạp nhỏ nguyên tố C, Si nguyên tố khác Thường dùng làm lõi từ sản xuất theo nhiều cấp độ khác Thép điện cacbon thấp điện, loại khác thép thỏi không chứa 0.04 cacbon không 0.6 nguyên tố khác sắt đặc biệt khiết chứa 0.05 tạp chất sắt đúc có chức giống anơt Những thép mềm trụ lõm có vai trị catơt Các tính chất từ Tạp chất Độ thấm từ Lực Vật liệu khán Lớn Ban đầu g từ C O2 Hc (init) ( max) (A/m) Sắt thỏi 0,02 0,06 250 7000 64 Sắt điện phân 0,02 0,01 600 15000 28 Sắt cacbonyl 0,005 0,005 3300 21000 6,4 Sắt điện phân nóng chảy lại 0,01 61000 7,2 chân không Sắt tinh chế hyđrô 0,005 0,003 6000 200000 3,2 Sắt tinh chế cao hyđrô 20000 340000 2,4 Tinh đơn sắt tinh khiết 1430000 0,8 ủ ram hyđrô b Thép điện: Là vật liệu từ mềm 11; 12; 13; 21; 22; 31; 32; 41; 43; 44; 45; 46; 47; 48; 310; 320; 330; 340; 370; 380; 1100; 1200; 3100; 3200 Kí tự Nga xác định loại thép Số đầu tiên: phần trăm gần Si Số thứ 2: đặc trưng tính chất điện từ Nếu số 1,2,3: tổn thất công suất riêng định mức Số cho biết tỷ lệ tổn thất đảo ngược từ hóa 400 Hz Số 5, trọng cho việc phục vụ từ trường yếu Số 7, cho thấy thép tỷ lệ với độ thấm từ trường mạnh trung Trang 82 bình Số thứ 3: số thép cán nguội, 00 thép cán nguội có kết cấu thấp Chữ A tổn thất thành phần thấp + Đặc tính: Cảm ứng từ (B) với số đặc trưng cường độ trường từ (có đơn vị KA/m) Tổng tổn thất lượng đơn vị trọng lượng (wat/kilogam) thép dát mỏng sơn vecni đặt từ trường xoay chiều (Kí hiệu chữ P) + Một số thép kỹ thuật điện dùng để chế tạo máy biến áp: 41; 42; 43A;44;310; 320; 330A Đây kim loại đa tinh thể gồm nhiều tinh thể dạng khối tạo thành Tùy theo chế độ cán mà cấu trúc tinh thể chúng khác Cấu trúc tinh thể thép cán nóng khơng có quy luật nên từ trở theo phương pháp nhau, thép cán nguội kết cấu tinh thể xếp theo quy luật hướng theo chiều cán có từ trở nhỏ nhất, hướng vng góc với chiều cán có từ trở trung bình hướng chéo 55o có từ trở lớn Trong trình làm việc máy biến áp thép kỹ thuật điện bị già hóa, già hóa đánh giá hệ số già hóa tính % tổn hao riêng c Những hợp kim có độ từ thẩm cao: * Hợp kim kháng từ thấp: *Permaloi: hợp kim sắt- nikel có độ từ thẩm cao vùng trường yếu có lực kháng từ nhỏ - Hợp kim niken cao chứa 72 - Hợp kim niken thấp chứa 40 80% Niken 50% Niken Hệ số từ thẩm khởi đầu μH hệ số từ thẩm cực đại μmaxđạt cực đại hợp kim chứa 78,5% Ni Tính chất từ hợp kim sắt với Niken (Permaloi) nhay cảm với lực học bên ngồi tác động, phụ thuộc vào thành phần hóa học, lượng tạp chất có hợp kim thay đổi mạnh vào chế độ gia nhiệt vật liệu Để tạo nên hợp kim có tính chất cần thiết thành phần hợp kim có thêm phụ gia Môlipđen, Crôm chúng làm tăng điện trở suất hệ số từ thẩm khởi đầu làm giảm ảnh hưởng lực học Tuy nhiên làm giảm từ cảm bão hòa Đồng làm tăng μ khoảng hẹp, tăng độ ổn định nhiệt điện trở suất đồng thời gia công dễ dàng hơn,còn Silic Mangan làm tăng điện trở suất Trang 83 *Ứng dụng: Hợp kim niken thấp khơng có phụ gia chế tạo lõi máy biến áp cỡ nhỏ, cuộn kháng, rơle Hợp kim niken cao có phụ gia dùng máy biến áp xung, khuếch đại từ, rơle khơng tiếp điểm nhớ máy tính Alsifer: Là hợp kim ba thành phần sắt, silic nhơm 9,5% Si, 5,6% Al, cịn lại sắt, loại hợp kim có độ cứng giịn Tính chất Alsifer sau: μ = 35400; μmax = 117000; Hc = 1,8A/m; ρ= 0,8μ Ω m Nó có tính chất không thua permaloi cao Nikel Các sản phẩm chế từ Alsifer - từ, thân dụng cụ v.v… chế tạo phương pháp đúc với thành chi tiết khơng mỏng 2mm – 3mm hợp kim giòn Điều làm hạn chế nhiều sử dụng vật liệu alsifer Do tính giịn alsifer nghiền nhỏ thành bột dùng với sắt cacbon để sản xuất lõi ép cao tần 3.3.2 Vật liệu từ cứng: Vật liệu từ cứng: có tích số lượng từ (B.H)max lớn Được sử dụng làm nam châm vĩnh cửu Vật liệu từ cứng vật liệu có lực kháng từ Hc cao Nó bị từ hóa cường độ từ trường cao Vật liệu từ mềm qui ước có Hc < 800A/m, vật liệu từ cứng Hc >4kA/m Gồm: Thép hợp kim cứng, hợp kim đúc, nam châm dạng bột, ferit từ cứng, hợp kim biến dạng đàn hồi băng từ a Thép hợp kim cứng + Đặc điểm: Tính chất từ tính thấp, dễ gia cơng, giá thành rẻ + Ứng dụng: Sản xuất nam châm vĩnh cửu b Hợp kim nam châm cứng - đúc Đặc điểm: Là hợp kim nguyên tố: Nhôm – Niken – Sắt gọi alni, có lượng từ lớn Tính chất từ tính phụ thuộc vào kết cấu tinh thể kết cấu từ Hợp kim giịn cứng khơng gia cơng khí hồn thiện sản phẩm cách đúc mài mịn Ứng dụng: sản xuất nam châm vĩnh cửu c Nam châm bột: có loại + Loại 1: Nam châm gốm kim loại nam châm có kết dính Trang 84 + Loại 2: Nam châm nhựa kim loại nam châm khơng có kết dính trường từ có tần số cao Ferit nam châm cứng: Có điện trở suất cao hàng triệu lần điện trở suất hợp kim cứng, cường độ học thấp tính giịn cao, tính chất phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ + Ứng dụng: Dùng thiết bị có tần số cao d Băng từ hợp kim biến dạng dẻo Dùng chế tạo thép nam châm cứng hợp kim tạo thành băng từ ghi chép băng ghi âm dây kim loại Khi hợp kim khơng thể hình thành băng hay sợi kim loại tạo thành băng chất dẻo 3.1.2.3 Nam châm điện: Khi lõi thép đặt cuộn dây có dịng điện chạy qua (mạch từ hở) lõi thép trở thành nam châm hút tác động lực điện từ bên cuộn dây Vậy nam châm điện thiết bị gồm có cuộn dây từ hóa mạch từ, phần động gọi nêm từ kéo phần mạch từ với lực: F= 4.105 B2S Với: F lực xác định N B cảm ứng từ tính T S diện tích cực tính m2 Trong trường hợp mạch từ nam châm điện lam việc trạng thái không bão hòa, biến đổi dòng điện cho phép làm thay đổi cảm ứng từ làm biến đổi lực kéo nam châm + Nam châm điện ứng dụng rộng rãi ví dụ: Để cố định chi tiết gia công máy công cụ, rơle, cấu phanh… Ví dụ: Xác định lực kéo F nam châm điện, cảm ứng từ B=1.2T tiết diện cực 200cm2 Bài giải: Ta có F= 4.105 B2S Thay số F=4.105 1,22.0.,02 =1.15 104 3.3.3 Các vật liệu dẫn từ đặc biệt: a Các sắt từ sử dụng đặc biệt + Nhóm 1: Sắt 25%, Niken 45%, Crơm 30% hợp chất có lực kháng từ nhỏ Trang 85 nhạy với biến đổi nhiệt độ , biến dạng học + Nhóm 2: Niken, đồng sắt-niken crơm + Nhóm 3: Sắt – Cơban sắt – Platin b Ferit + Đặc điểm: Điện trở suất cao khơng chịu ảnh hưởng dịng điện xốy tần số cao Tính chất từ tốt + Ứng dụng: Dùng tần số cao làm lõi máy biến áp, lõi cuộn dây, nam châm, chuyển mạch, nhớ máy tính tốc độ cao (ferit có vịng trễ hình chữ nhật) 3.3.4 Ảnh hưởng tác động học nhiệt độ đến tính dẫn từ thép kỹ thuật điện: a Ảnh hưởng cắt dập lỗ Trong trình cắt đột dập lỗ có tác động khí, kết cấu thép mép cắt đột bị biến cứng dẫn đến làm giảm từ cảm thép làm tăng tổn hao riêng Hiện tượng biến cứng xảy mép cắt nơi phải chịu ứng suất khí mạnh nên mức độ giảm chất lượng thép phụ thuộc vào chiều dài mép cắt, chất lượng dụng cụ cắt Vùng chịu ảnh hưởng xấu tính từ mép dập sâu vào từ 0,5 4mm Nếu chày cối dao cắt sắc biến cứng phạm vi ảnh hưởng xấu thu hẹp Khi đột cắt cần phải cho độ via thấp (nhỏ hai lần chiều dày lớp sơn thép) Nếu bavia qua lớn chúng gây ngắn mạch thép mà cịn làm giảm khả dẫn từ thép Để loại trừ bavia dùng cách: + Cán bavia trục cán thép Chú ý: áp suất cán không kg/cm2 + Mài bavia b Ảnh hưởng việc ép mạch từ Khi ép mạch từ đặc biệt tôn cán nguội cần phải xác định lực ép tối ưu Nếu lực ép không đủ kết cấu mạch từ lỏng, dễ biến dạng cần phải đảo lật, nâng hạ dịch chuyển Dẫn đến làm xê dịch, thay đổi vị trí chi tiết máy trí làm lớn tính dẫn từ thep cán nguội giảm tổn hao dịng khơng tải Nếu mạch từ ép bulông lực ép tác dụng mạnh cục xung quanh bu long, lực kéo uốn xẩy hai bu long làm giảm tính dẫn từ vật liệu c Ảnh hưởng việc mài bề mặt tôn Việc mài có ảnh hưởng đến độ dẫn từ tổn hao riêng tơn Mức ảnh hưởng Trang 86 phụ thuộc vào góc mài so với hướng cán tôn (tôn cán nguội) Chú ý: Không mài dọc theo hướng cán mà phải mài theo góc (55 900) so với hướng cán d Ảnh hưởng nhiệt Hiện tượng biến cứng làm giảm tính dẫn từ thép kỹ thuật điện, thường khắc phục cách ủ tơn sau gia cơng khí nhiệt độ 790 8300 c Với chiều rộng tôn rộng 400mm từ cảm 1,8T ủ hồn tồn khơng có tác dụng e Ảnh hưởng va đập, uốn,bẻ Trong q trình chế tạo bẻ tơn góc 900 làm tăng tổn hao trung bình ÷ 10%, dịng từ hóa tăng 40% Khi ghép lõi thép dùng búa thép để gõ đập làm tăng tổn hao dịng khơng tải Vì trình lắp rắp vận chuyện tránh quăng quật, va đập, để nặng lên tơn TĨM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG 3: 3.1 Khái niệm tính chất vật liệu dẫn từ 3.2 Mạch từ tính tốn mạch từ 3.3 Một số vật liệu dẫn từ thông dụng CÂU HỎI CỦNG CỐ CHƯƠNG 3: Câu Trình bày khái niệm vật liệu từ? Nêu đặc tính chủa vật liệu dẫn từ? Câu Thế đường cong từ hóa? Trình bày đường cong từ hóa số vật liệu từ điển hình? Câu Trình bày khái niệm mạch từ? Nêu cách tính tốn số mạch từ đơn giản? Câu Nêu định luật mạch từ? Thế toán thuận, toán nghịch? Câu Từ mạch từ vẽ sơ đồ thay nêu đại lượng có sơ đồ? Câu Cho biết hư hỏng thường xẩy mạch từ? Câu Thế vật liệu từ mềm, từ cứng vật liệu từ có cơng dụng từ đặc biệt? Câu Nêu tính chất thép kỹ thuật điện? Cách phân loại giải thích ký hiệu thép kỹ thuật điện? Câu Nêu tính chất công dụng loại vật liệu từ học? Trang 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Xuân Phú:VẬT LIỆU ĐIỆN, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1998 [2] Nguyễn Xuân Phú: KHÍ CỤ ĐIỆN - KẾT CẤU, SỬ DỤNG VÀ SỬA CHỮA, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội , 1998 [3] Trần Khánh Hà: MÁY ĐIỆN 1, 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 [4] TS Nguyễn Trọng Thắng: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ TÍNH TỐN SỬA CHỮA MÁY ĐIỆN 1, 2, 3, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1995 [5] Nguyễn Xuân Phú (chủ biên): QUẤN DÂY, SỬ DỤNG VÀ SỬA CHỮA ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU THÔNG DỤNG, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 [6] Đặng Văn Đào: KỸ THUẬT ĐIỆN, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1999 [7] Nguyễn Chu Hùng - Tôn Thất Cảnh Hưng: KỸ THUẬT ĐIỆN 1, Trường đại học bách khoa TP.HCM.1995 [8] Nguyễn Đình Thắng: GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2004 Trang 88 ... dung sau: - Bài mở đầu: Khái niệm vật liệu điện - Chương 1: Vật liệu cách điện - Chương 2: Vật liệu dẫn điện - Chương 3: Vật liệu dẫn từ Giáo trình Vật liệu điện biên soạn phục vụ cho công tác... GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN 12 CHƯƠNG VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 24 CHƯƠNG VẬT LIỆU DẪN TỪ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO... chứa bọt khí, tổn hao điện mơi ion hóa chất khí Sự ion hóa mãnh liệt điện áp cao tần số cao Do chế tạo thiết bị điện cao áp cần phải loại trừ bọt khí bên vật liệu cách điện g Sự phóng điện điện mơi: