Giáo trình mh 10 giáo trình vật liệu điện đcn 2022

UBND TỈNH BẮC NINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP BẮC NINH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC 10: VẬT LIỆU ĐIỆN NGÀNH: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số 433a/QĐ-CĐCN ngày 12 tháng 10 năm 2022 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp Bắc Ninh Bắc Ninh, năm 2022 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 LỜI GIỚI THIỆU Tài liệu Vật liệu điện thực xây dựng tham gia giảng viên trường Cao đẳng Công nghiệp Bắc Ninh dựa sở chương trình khung đào tạo, nhằm phục vụ cho cơng tác giảng dạy Giáo trình thiết kế theo môn học thuộc hệ thống môn h ọ c / mơ đun chương trình đào tạo ngành Điện cơng nghiệp cấp trình độ Cao đẳng, trung cấp dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo Mơn học thiết kế gồm chương: Chương 1: Khái niệm vật liệu điện Chương 2: Vật liệu cách điện Chương 3: Vật liệu dẫn điện Chương 4: Vật liệu dẫn từ Mặc dù cố gắng, song sai sót khó tránh Nhóm tác giả mong nhận ý kiến phê bình, nhận xét bạn đọc để giáo trình hồn thiện Bắc Ninh, ngày tháng năm 2022 Tham gia biên soạn Ngô Thị Thúy Lê Thị Hiền Thân Văn Dũng MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: VẬT LIỆU ĐIỆN Mã mơn học: MH 10 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí học sau mơn học An toàn lao động học song song với mơn học, mơ đun chun ngành khác - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở, thuộc môn học đào tạo bắt buộc Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Nhận dạng loại vật liệu điện thông dụng + Phân loại loại vật liệu điện thơng 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 tự chủ trách nhiệm: Rèn luyện cho sinh viên thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập thực công việc Nội dung môn học: Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN Mục tiêu: - Nêu bật khái niệm cấu tạo vật liệu dẫn điện - Phân loại xác chức vật liệu cụ thể - Rèn luyện được tính chủ động và nghiêm túc cơng việc Nội dung chính: Khái niệm vật liệu điện 1.1 Khái niệm Những vật liệu dùng để chế tạo dây dẫn điện, đồ dùng điện, máy điện,… gọi vật liệu kỹ thuật điện Vật liệu kỹ thuật điện chia làm nhóm: vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện (điện môi) vật liệu dẫn từ 1.2 Cấu tạo nguyên tử vật liệu Như biết, vật liệu (vật chất) cấu tạo từ nguyên tử phân tử Nguyên tử phần tử vật chất Theo Bor, nguyên tử cấu tạo hạt nhân mang điện tích dương điện tử (êlêctrone) mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo định Hạt nhân nguyên tử tạo nên từ hạt prôton nơtoron Nơtron hạt khơng mang điện tích, cịn prơton có điện tích dương với số lượng Z.q Trong đó: Z - số lượng điện tử nguyên tử đồng thời số thứ tự nguyên tố ngun tử bảng tuần hồn Menđilêép q - điện tích điện tử e (q e = 1,601.10-19 culơng) Prơton có khối lượng = 1,67.10-27kg, electron (e) có khối lượng = 9,1.10-31kg Để có khái niệm lượng điện tử, ta xét nguyên tử hiđrô, nguyên tử cấu tạo từ prôton điện tử Khi điện tử chuyển động quỹ đạo trịn bán kính r xung quanh hạt nhân điện tử chịu lực hút hạt nhân f xác định công thức sau: (1) Lực hút f1 cân với lực ly tâm chuyển động f2: (2) m: khối lượng điện tử v: tốc độ chuyển động điện tử Từ (1) (2) ta có: f1 = f2 hay (3) Trong trình chuyển động điện tử có 01 động Và nên lượng điện tử bằng: (4) Biểu thức (4) chứng tỏ điện tử nguyên tử có 01 mức lượng định, lượng tỉ lệ nghịch với bán kính quỹ đạo chuyển động điện tử Để di chuyển điện tử từ quỹ đạo chuyển động bán kính r xa vơ cần phải cung cấp cho 01 lượng lớn Năng lượng tối thiểu cung cấp cho điện tử để điện tử tách rời khỏi nguyên tử trở tành điện tử tự người ta gọi lượng ion hoá (Wi) Khi bị ion hoá (bị điện tử), nguyên tử trở thành ion dương Quá trình biến ngun tử trung hồ thành ion dương điện tử tự gọi q trình ion hố 1.3 Cấu tạo phân tử Phân tử tạo nên từ nguyên tử thông qua lien kết phân tử Trong vật chất tồn 04 loại liên kết sau đây: 1.3.1 Liên kết đồng hoá trị Liên kết đồng hoá trị đặc trưng dung chung điện tử nguyên tử phân tử Khi mật độ đám mây điện tử hạt nhân trở thành bão hoà, liên kết phân tử bền vững - Tuỳ thuộc vào cấu trúc đối xứng hay không đối xứng mà phân tử liên kết đồng hố trị trung tính hay cực tính (lưỡng cực) - Phân tử có trọng tâm điện tích dương âm trùng phân tử trung tính Các chất tạo nên từ phân tử trung tính gọi chất trung tính - Phân tử có trọng tâm điện tích dương điện tích âm khơng trùng nhau, cách khoảng cách “a” gọi phân tử cực tính hay cịn gọi lưỡng cực Phân tử cực tính đặc trưng mơmen lưỡng cực m = q.a Dựa vào trị số mômen lưỡng cực phân tử người ta chia thành chất cực tính yếu cực tính mạnh Liên kết đồng hố trị cịn thấy chất rắn vơ có mạng tinh thể cấu tạo từ nguyên tử, ví dụ kim cương 1.3.2 Liên kêt ion Liên kêt ion xác lập lực hút ion dương ion âm phân tử Liên kết ion liên kết bền vững Do vật rắn có cấu tạo ion đặc trưng độ bền học nhiệt độ nóng chảy cao Ví dụ điển hình tinh thể ion muối halogen kim loại kiềm Khả tạo nên chất hợp chất mang khơng gian phụ thuộc chủ yếu vào kích thước ngun tử hình dáng lớp điện tử hố trị ngồi 1.3.3 Liên kết kim loại Dạng liên kết tạo nên tinh thể vật rắn, kim loại xem hệ thống cấu tạo từ ion dương nằm môi trường điện tử tự do,(hình vẽ) Sơ đồ cấu tạo kim loại: Lực hút ion dương điện tử tạo nên tính nguyên khối kim loại Chính liên kết kim loại liên kết bền vững, kim loại có độ bền học nhiệt độ nóng chảy cao Sự tồn điện tử tự làm cho kim loại có tính ánh kim tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao Tính dẻo kim loại giải thích dịch chuyển trượt lớp ion, kim loại dễ cán kéo thành lớp mỏng 1.3.4 Liên kết Vandec-vanx Liên kết dạng liên kết yếu, cấu trúc mang tinh thể phân tử không vững Do chất liên kết phân tử liên kết vandec-vanx có nhiệt độ nóng chảy độ bền học thấp Ví dụ “Parafin” 1.4 Khuyết tật cấu tạo vật rắn Các tinh thể vật rắn có kết cấu đồng Sự phá huỷ kết cấu đồng tạo nên khuyết tật vật rắn thường gặp nhiều thực tế Khuyết tật vật rắn tượng phá vỡ tính chất chu kỳ trường tĩnh điện mang tinh thể như: phá vỡ thành phần hợp thức; có mặt tạp chất lạ; áp lực học; lượng tử dao động đàn hồi – phônôn; mặt tinh thể phụ đoạn tầng; khê rãnh, lỗ xốp… Khuyết tật làm thay đổi đặc tính học, lý học, hố học tính chất điện vật liệu Khuyết tật tạo nên tính đặc biệt tốt, (ví dụ: vi mạch IC….) làm cho tính chất vật liệu (ví dụ: vật liệu CĐ có lẫn kim loại) 1.5 Lý thuyết phân vùng lượng vật rắn Có thể sử dụng ly phân vùng lượng để giải thích, phân loại vật liệu thành nhóm vật liệu dẫn điện, bán dẫn điện môi (cách điện) Khi nguyên tử trạng thái bình thường khơng bị kích thích, số mức lượng điện tử lấp đầy, mức lượng khác điện tử có mặt nguyên tử nhận lượng, từ bên tác động (trạng thái kích thích) Ngun tử ln có xu hướng quay trạng thái ổn định Khi điện tử chuyển từ mức lượng kích thích sang mức lượng nguyên tử nhỏ nhất, nguyên tử phát phần lượng dư thừa Những điều nói đặc trưng biểu đồ lượng vẽ hình dới Khi chất khí hố lỏng sau tạo nên mạng tinh thể vật rắn, nguyên tử nằm sát nhau, tất mức lượng nguyên tử bị dịch chuyển nhẹ tác động nguyên tử bên cạnh tạo nên giải lượng hay cịn gọi vùng mức lượng Do khơng có lượng chuyển động nhiệt nên vùng lượng bình thường ngun tử vị trí thấp gọ vùng hố trị hay cịn gọi vùng đầy 0oK điện tử hoá trị nguyên tử lấp đầy vùng Những điện tử tự có mức lượng hoạt tính cao hơn, dải lượng chúng tập hợp thành vùng tự hay vùng điện dẫn (phần sơ đồ hình vẽ sau) Vật dẫn Bán dẫn Điện môi Vùng đầy điện tử Vùng mức lượng tự Vùng cấm Hình vẽ: Sơ đồ phân bố vùng lượng vật rắn nhiệt độ 0ok - Độ bền cơ: tuỳ vào trình làm việc thiết bị mà chọn vật liệu có độ bền thích hợp, ví dụ: để tăng độ bền kéo cho dây dẫn người ta dùng dây có lõi thép, tiếp điểm dùng đồng thau, đồng - Độ bền chống ăn mòn: vào điều kiện môi trường làm việc chi tiết, phận hay thiết bị điện mà người ta chọn vật liệu có tính chống ăn mịn thích hợp Ví dụ: mối tiếp xúc cố định người ta không dùng kim loại có điện hố học khác để tránh kim loại bị ăn mịn điện hố Một số vật liệu dẫn điện thông dụng 4.1 Đồng hợp kim đồng 4.1.1 Đồng (Cu) a) Tầm quan trọng đồng kĩ thuật điện: Đồng loại vật liệu quan trọng tất loại vật liệu dẫn điện dùng kỹ thuật điện Nó có điễn dẫn suất lớn đứng sau bạc Đồng USE rộng rãi làm vật liệu dẫn điện có ưu điểm sau: - Điện trở suất nhỏ (trong tất kim loại có Bạc thiếc có điện trở suất nhỏ lơn đồng ít) - Độ bền tương đối cao - Trong trường hợp đồng có tính chất chống ăn mịn tốt (đồng bị ơxi hóa tương đối chậm so với sắt có độ ẩm cao - Khả gia công tốt, đồng cán thành thanh, kéo thành sợi, độ nhỏ dây đạt tới % milimet - Hàn gắn tương đối dễ dàng b) Phân loại: Đồng USE kỹ thuật đồng tinh chế, phân loại sở tạp chất có lẫn đồng tức mức độ tinh khiết hay không tinh khiết - Đồng tinh chế: Được cho bảng sau: Ký hiệu Cu E Cu Cu5 Cu %Cu Hướng dẫn sử dụng (tối thiểu) 99,95 - Đồng điện phân, dây dẫn điện Hợp kim nguyên chất mịn - Dây dẫn điện, hợp kim mịn dễ lát mỏng, bán thành phẩm 99,90 với yêu cầu đặc biệt - Bán thành phẩm (ống thanh, dùng sản xuất đồng 99,50 thau với tỷ lệ chứa 60% đồng - Hợp kim với nguyên tố khác với tỷ lệ chứa 60% 99,00 đồng dùng để dát mỏng vá rót Những chi tiết đúc từ đồng - Đồng điện phân: Trong Kim loại đồng người ta sử dụng đồng điện phân Cu E Cu 4.1.2 Hợp kim đồng Có hai loại hợp kim đồng thường sử dụng đồng thau, đồng + Đồng thau : Là hợp kim đồng với kẽm, thành phần kẽm chứa đồng thau không 46% thành phần kẽm chứa 25% đồng thau có độ dẻo độ bền giảm Nếu thành phần kẽm chứa nhiều 25% đồng thau có độ bền tăng giảm độ dẻo Theo thành phần việc sử dụng hợp kim đồng thau người ta chia thành: - Đồng thau dùng để đúc - Đồng thau dùng để cán mỏng - Đồng thau dùng hàn gắn (dính kết) Đồng thau sử dụng nhiều nghành điện để gia cơng chi tiết dẫn dịng điện như: đầu cực, bảng phân phối, đầu nối đến hệ thống tiếp đất, móc giữ, mối nối nhánh, đầu để gắn cầu chì, lưỡi ngàm cầu dao v.v + Đồng Là hợp kim đồng với nguyên tố kim loại khác trừ kẽm Nếu đồng có hai ngun tố kim loại ta gọi đồng nhị nguyên, có nhiều hai nguyên tố kim loại gọi đồng đa ngun Đồng có đặc tính dễ cắt gọt tính chống ăn mịn cao, số đồng cịn có tính chống mài mịn làm hợp kim đỡ sát, chế tạo ổ trục Đồng có tính đúc tốt, với thành phần thích hợp có tính chất học tốt đồng, điện trở suất đồng cao đồng tinh khiết sử dụng rộng rãi để chế tạo lò xo dẫn điện, làm tiếp điểm đặc biệt tiếp điểm trượt 4.2 Nhôm hợp kim nhôm 4.2.1 Nhôm (Al) a) Tầm quan trọng Nhôm kỹ thuật điện: Sau đồng, Nhôm vật liệu quan trọng thứ hai sử dụng kỹ thuật điện, nhơm có độ dẫn suất cao (chỉ thua bạc, đồng thiếc) Trọng lượng riêng giảm, tính chất vật lý hóa học cho ta khả dùng làm dây dẫn điện Nhơm có màu bạc trắng kim loại tiêu biểu cho kim loại nhẹ + Ưu điểm: - Giá thành thấp nhiều lần so với đồng - Trọng lượng nhẹ không, cáp để có điện trở nhỏ, đường kính dây phải lớn để giảm tượng phóng điện vầng quang + Nhược điểm: - Sức bền khí tương đối bé gặp khó khăn việc thực tiếp xúc nối với - Khó hàn nối đồng Khi cho nhôm đồng tiếp xúc với nhau, bị ẩm hình thành pin cục với trị số suất điện động cao, dẫn điện từ nhôm sang đồng phá hủy mối tiếp xúc nhanh b) Phân loại: Nhơm có ký hiệu: AB1: có khơng nhỏ 99,90% Al Nhơm có ký hiệu: AB2: có khơng nhỏ 99,85% Al Nhơm có ký hiệu: A-00: có khơng nhỏ 99,70% Al Nhơm có ký hiệu: A-0: có khơng nhỏ 99,60% Al Nhơm có ký hiệu: A-1: có khơng nhỏ 99,50% Al Nhơm có ký hiệu: A-2: có khơng nhỏ 99,00% Al Nhơm có ký hiệu: A-3: có khơng nhỏ 98,00% Al Các tạp chất có nhơm chiếm từ 0,10% từ nhơm có kí hiệu AB1 đến 2% nhơm có ký hiệu A -3 tạp chất chủ yếu là: Fe,Si, Cu Fe + Si Nhôm tinh khiết có kí hiệu AB00 (khơng q 0,03% tạp chất) sử dụng để sản xuất nhôm lá, điện cực vo tụ điện điện phân Nhôm tinh khiết cao AB000 có tạp chất không 0,004% 4.2.2 Hợp kim nhôm Hợp kim nhôm hợp kim nhôm với nguyên tố kim loại khác đồng, silic, mangan, magie, kẽm… Tùy theo thành phần đặc tính cơng nghệ hợp kim nhơm nên chia làm nhóm: - Nhóm hợp kim nhôm biến dạng:Được dùng để chế tạo nhôm, băng, dây nhôm chi tiết rèn ép Điển hình nhóm hợp kim Al biến dạng Đura Đura hợp kim nhôm với đồng, magie mangan Magie đồng làm tăng độ bền, mangan làm tăng tính chịu ăn mịn Đura Đura ký hiệu kèm theo số số hiệu đura đura 1, đura 6, đura 16… Nhóm hợp kim Al đúc: Dùng để sản xuất chi tiết đúc, điển hình nhóm hợp kim AL đúc silumin (là hợp kim nhơm với silic) 4.3 Chì hợp kim chì 4.3.1 Chì (Pb) Đặc tính: Chì kim loại có màu tro sáng ngà, xanh da trời kim loại cơng nghiệp mềm Người ta uốn cong dễ dàng cắt dao công nghiệp Chì có điện trở suất cao (0,205 – 0,222 mm2/m nhiệt độ 200 C) - Nó khơng bị tác dụng axit clohydric, axit sunpuric… - Sự bay chì độc - Chì kim loại dễ dát mỏng, dát kéo thành mỏng - Chì dễ cháy lỏng (327,30C) - Ở nhiệt độ cao chì dễ bị nứt có lực va đập (dao động) 4.3.2 Hợp kim chì Hợp kim chì thiếc: chất hàn mềm có nhiệt độ nóng chảy 4000C - Ưu điểm chì hợp kim chì: Chì hợp kim chì dùng để làm lớp vỏ bảo vẹ cáp điện nhằm chống lại ẩm ướt - Đôi lớp vỏ cáp sử dụng dây dẫn thứ (ví dụ: trường hợ cáp cớ dây dẫn vỏ dây sử dụng làm dây nguội) - Chì cịn dùng chế tạo ăcquy điện có chì - Một ưu điểm quan trọng chì tham gia vào hợp kim 4.4 Sắt (thép) Thép hợp kim quan trọng sắt với cacbon với hàm lượng cacbon không 2,14% Thép kim loại rẻ tiền dễ kiếm có độ bền cao nên đôi lúc dùng làm vật dẫn Sắt tinh khiết có điện trở suất lơn nhiều so với đồng nhôm (khoảng 0,1 điện trở mm2/m) Thép dùng làm dây dẫn đường dây tải điện không với công suất tương đối nhỏ, trường hợp sử dụng thép có lợi trị số điện động nhỏ, tiết diện dây không xác định theo điện trở mà theo đọ bền Nhược điểm: Khả chống ăn mịn nhiệt độ bình thường đặc biệt độ ẩm cao thép bị gỉ nhanh, nhiệt độ cao tốc độ ăn mịn mạnh Vì vậy, bề mặt dây thép thường mạ kẽm để bảo vệ thép khỏi bị gỉ 4.5 Wonfram (còn gọi Tungstene) kí hiệu: W Là vật liệu chủ yếu làm dây tóc bóng đèn Điện trở suất (0,0530 /0,0612) Ωmm2/m ( 1Ωcm = 104Ω.mm2/m = 106MΩ.cm = 10-2Ωm) Nhiệt độ nóng chảy 33800C (cao kim loại) Hệ số nhiệt độ: (0,0040 ÷ 0,0052) Là kim loại rắn, nặng, có màu xám Wonfram dùng làm tiếp điểm, làm điện trở phát nóng cho lị điện 4.5.1 Ưu điểm - Ổn định làm việc Độ mài mịn nhỏ vật liệu có độ cứng cao - Có khả chống tác dụng hồ quang, khơng làm dính tiếp điểm khó nóng chảy - Độ ăn mịn bề mặt nhỏ nghĩa ăn mòn điện tạo thành vết rỗ gờ bị làm nóng cục 4.5.2 Nhược điểm - Khó gia cơng - Ở điều kiện khí tạo thành màng ơxit Cần có áp lực lớn để giảm điệ trở tiếp xúc 4.6 Kẽm * Sản xuất chế tạo: - Kẽm tìm thấy tự nhiên dạng hợp chất ZnS, bonat kẽm(ZnCO 3), Silicat(Zn2SiO4) - Các phương pháp lấy kẽm từ hợp chất là: + Phương pháp lấy kẽm cách làm khô thông qua sàn lọc lưới nhiệt độ 850- 9000C làm giảm oxýt nhờ giúp đỡ cácbon 1300-1500 0C phịng kín để ngăn cản oxýt hoá + Phương pháp lấy kẽm thơng qua điện phân từ mỏ calci có sunfat chịu điện phân ZnSO4 bình gỗ bọc chì * Đặc tính: - Kẽm kim loại có màu tro xám ngả màu trắng Nó có tính chiếu sáng sau thời gian trở lên màu mờ đục tác dụng khơng khí - Kẽm có cấu trúc tinh thể Ơ nhiệt độ bình thường chịu dát mỏng, nung nóng nhiệt độ 100-1500C tính dễ dát mopngr tăng lên người ta dát mỏng, rèn thành sợi Ơ nhiệt độ 200-2500C kẽm trở nên giịn, người ta đập vỡ thành bột - Dễ bị tác dụng axit chất kiềm trở thành chất độc - Kẽm có điện dẫn suất đứng sau bạc, đồng, nhơm, magiê Vì kẽm khơng dùng phổ biến để làm dây dẫn điện - Điện trở dây dẫn kẽm lớn khoảng gấp lần điện trở dây dẫn đồng gấp lần dây dẫn nhôm *Ứng dụng: - Dây dẫn kẽm thêm thành phần đồng hay nhôm vào, dùng thay cho dây dẫn đồng hay nhôm - Dây dẫn ZnAl-1 cho phẩm chất tốt khơng tạo nên đường nứt nẻ - Các góp kẽm cho phép áp suất 20-50 kG/cm3 - Các điện cực dùng cho phần tử galvani - Các kẽm dùng làm cầu chì nóng chảy, sản xuất theo phương pháp điện phân - Bọc kẽm dây thép 4.7 Kim loại dùng làm tiếp điểm cổ góp * Vật liệu dùng làm tiếp điển điện cần phải thoả mãm điều kiện sau: - Có sức bền khí độ rắn tốt - Có điện trở suất nhỏ dẫn nhiệt tốt khơng bị nung nóng q nhiệt độ cho phép tiếp điểm có dịng điện định mức lâu dài qua - Có sức bền mịn tác nhân bên ngồi - Có nhiệt độ nóng chảy hố cao - Oxít phải có điện dẫn suất lớn 1/ (tức ρ nhỏ) - Có thể gia cơng dễ dàng - Giá thành hạ Bên cạnh điều kiện vật liệu làm tiếp điểm phải thoả mãn với điều kiện khác tuỳ thuộc vào dạng tiếp điểm như: + Đối với tiếp điểm cố định + Đối với tiếp điểm di động + Đối với tiếp điểm trượt * Sức bền yếu tố ảnh hưởng đến sức bền tiếp điểm: (khơng cháy, khơng dính, phá hỏng lực điện động) * Phân loại vật liệu làm tiếp điểm điện: có ba dạng tiếp điểm : tiếp điểm cố định, tiếp điểm di động, tiếp điểm trượt 4.8 Hợp kim có điện trở cao chịu nhiệt 4.8.1 Khái niệm: hợp kim điện trở cao hợp kim có điện trở suất tương đối lớn nên có tính chất cản trở dòng điện cao gây toả nhiệt dây điện trở 4.8.2 Đặc tính: - Điện trở suất tương đối lớn nên hạn chế chiều dài dây dẫn - Chịu nhiệt độ cao - Có độ bền cao - Hệ số nhiệt độ thấp - Chống oxy hoá 4.8.3 Một số hợp kim thường sử dụng: - Mai xo: sử dụng làm dây điện trở bếp điện dùng làm điện trở không toả nhiệt biến trở khởi động, biến trở điều tốc… - Sắt – Niken –Crome: hợp kim điện trở chủ yếu làm điện trở toả nhiệt bàn ủi, bếp điện, mỏ hàn điện Vì đặc tính điện trở RMC chịu t o vận hành cao đến 900oc - Niken – Crome: hợp kim có đặc tính chịu t o vận hành cao(1100oc)… Ngồi có: constautan… 4.9 Lưỡng kim * Định nghĩa: Người ta gọi sản phẩm dùng vật liệu lưỡng kim sản phẩm kỹ thuật chế tạo nhiều cách để tạo thành khố liên hệ chặt chẽ hai kim loại - Dây dẫn lưỡng kim thép - đồng: người ta chế tạo lõi dây dẫn thép tiết kiệm đồng (kim loại màu) mà không làm ảnh hưởng tới điện trở dịng điện xoay chiều Đồng thời làm tăng sức bền cho dây dẫn lớp đồng bên lớp bảo vệ tốt ăn mịn mơi trường Do người ta dùng dây dẫn vật liệu lưỡng kim đồng thép đường dây thơng tin có đường kính từ (1 – 4)mm - Nhiệt lưỡng kim: ghép nối từ hai dải băng hẹp có chiều dày kim loại hay hợp kim có hệ số giãn nở theo chiều dài khác nhau, chúng chế tạo phương pháp dát mỏng nóng, tỉ lệ trọng lượng 1:1 Khi nung nóng lưỡng kim loại cong lên tác động lên chi tiết để mở rơle nhiệt hay nhiều thiết bị tự động CÂU HỎI ƠN TẬP Em trình bày khái niệm tính chất vật liệu dẫn điện? Em trình bày tác nhân mơi trường ảnh hưởng đến tính dẫn điện vật liệu? Em trình bày tính chất vật liệu dẫn điện? Em trình bày yêu cầu chọn vật liệu dẫn điện? Trình bày đặc điểm vật liệu “đồng”? Trình bày đặc điểm đồng hợp kim đồng Trình bày đặc điểm nhơm hợp kim nhơm Trình bày đặc điểm vật liệu làm tiếp điểm cổ góp Chương 4: VẬT LIỆU DẪN TỪ Mục tiêu: - Nhận dạng, phân loại xác loại vật liệu dẫn từ dùng công 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 luyện được tính cẩn thận, chính xác, chủ động cơng việc Nội dung chính: Khái niệm tính chất vật liệu dẫn từ 1.1 Khái niệm Một tác dụng dòng điện tác dụng từ Đó sở để chế tạo loại máy điện Để truyền tải lượng từ trường cần phải có vật liệu có từ tính, nhóm vật liệu từ (cịn gọi vật liệu sắt từ) Kim loại chủ yếu có từ tính sắt cacbon, niken hợp kim chúng, bên cạnh cịn có cơban gọi chất sắt từ qua trình tinh luyện 1.2 Tính chất vật liệu dẫn từ Bao gồm: - Các đặc tính vật liệu dẫn từ - Đường cong từ hố - Mạch từ tính tốn mạch từ 1.3 Các đặc tính vật liệu dẫn từ Hiện tượng sắt từ số vật liệu t o thấp to định phân thành vùng mà vùng điện tử định hướng song song với Các vùng gọi đômen từ Như tính chất đặc trưng cho trạng thái sắt từ chất có độ nhiễm từ tự phát khơng có từ trường ngồi Q trình từ hoá lại vật liệu sắt từ từ trường biển đổi có tổn hao lượng dạng nhiệt tổn hao từ trễ tổn hao động học Tổn hao động học dòng điện xoáy cảm ứng khối sắt từ phần hiệu ứng gọi hậu từ hoá hay độ nhớt từ Tổn hao dẫn điện xoáy phụ thuộc vào điện trở Điện trở suất chất sắt từ cao tổn hao dịng điện xốy nhỏ Cơng suất tổn hao dẫn điện xốy tính theo cơng thức: Pf = ξ f2 B2max V Trong đó: ξ: hệ số phụ thuộc vào loại chất sắt từ (trong phụ thuộc vào điện trở suất hình dáng f: tần số dòng điện Bmax: cảm ứng từ lớn đạt chu trình V: thể tích chất sắt từ 1.4 Đường cong từ hố Sắt đặc biệt tinh khiết Sắt kỹ thuật tinh khiết (99.92% Fe) Niken Sắt tinh khiết (99,98% Fe) Pécmalôi (78% Ni) Hợp kim sắt – Niken (26% Ni) Trên hình vẽ trục dọc bên trái đặt giá trị cảm ứng từ tính theo gaus Bên phải tính theo hệ SI – tesla (T) 1gaus = 10-4 T Trên trục ngang cường độ từ trường H đơn vị ơcstet theo hệ SI A/m 1ơcstet = 79,6 A/m ≈ 80 A/m Ở giai đoạn đầu tăng dịng điện từ hố cuộn dây cường độ từ trường H tăng cảm ứng từ B tăng tỉ lệ thuận Sau ta tăng H B tăng Giai đoạn gần lớn từ cảm B khơng tăng Giai đoạn bão hoà từ hệ số tiến tới Những hư hỏng thường gặp cách chọn vật liệu dẫn từ 2.1 Những hư hỏng thường gặp 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 khơng chúng gây ngắn mạch thép mà làm giảm khả dẫn từ thép Để loại trừ bavia dùng cách: + Cán bavia trục cán thép Chú ý: áp suất cán không kg/cm + 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 tơn Việc mài có ảnh hưởng đến độ dẫn từ tổn hao riêng tôn Mức ảnh hưởng 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 tôn sau gia công khí nhiệt độ 790 8300 c Với chiều rộng tơn rộng 400mm từ cảm 1,8T ủ hồn tồn khơng có tác dụng e Ảnh hưởng va đập, uốn,bẻ Trong trình chế tạo bẻ tơn góc 90 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 q trình lắp rắp vận chuyện tránh quăng quật, va đập, để nặng lên tôn 2.2 Cách chọn vật liệu dẫn từ Một số vật liệu dẫn từ thông dụng 3.1.Vật liệu sắt từ mềm Vật liệu sắt từ mềm có độ từ thẩm cao, lực kháng từ tổn hao từ trễ nhỏ Được dùng để chế tạo mạch từ thiết bị điện, đồ dùng điện Đặc điểm loại vật liệu độ dẫn từ lớn, tổn hao bé Các vật liệu chín là: sắt (thép cacbon thấp), thép kỹ thuật điện, thép silic, pécmalôi (permallois) hợp kim sắt niken… 3.2 Vật liệu sắt từ cứng Các vật liệu sắt từ cứng thường có tổn hao từ trễ lớn, cường độ từ trường khử từ cao, độ từ thẩm nhỏ so với vật liệu sắt từ mềm Tuy theo thành phần trạng thái phương pháp chế tạo vật liệu sắt từ cứng chia thành nhiều loại: loại có độ dẫn từ thấp hơn, có từ dư lớn, có khả luyện từ, chủ yếu dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu mạch điện, cấu đo Vật liệu chủ yếu thép cacbon, thép crom, thép vonfram, thép côban 3.3 Các vật liệu sắt từ có cơng dụng đặc biệt - Các hợp kim có đặc tính độ từ thẩm thay đổi cường độ từ trường khơng đổ (Fe, Ni, Co) - Các hợp kim có độ từ thẩm phụ thuộc nhiều vào t o hợp kim nhiệt từ gồm: Ni – Cu; Fe – Ni; Fe – Ni – Cr * Perit: gốm từ có điện dẫn điện tử khơng đáng kể có thê xếp vào loại bán dẫn điện tử - Perit từ mềm - Perit từ cao tần - Perit có vịng từ trễ chữ nhật TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Xuân Phú, Vật liệu điện, NXB Khoa học Kỹ thuật 2004 [2] Nguyễn Đình Thắng, Giáo trình vật liệu điện, NXB giáo dục (tái lần 3) 2007 [3] Nguyễn Xuân Phú, Khí cụ điện – Kết cấu, sử dụng sửa chữa, NXB Khoa học Kỹ thuật 1998