Vật liệu điện - Chương 7 potx

Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 51 Dễ Khó Trung bình Tinh thể sắt Chơng VII: Vật liệu dẫn từ I. Tính chất chung của vật liệu dẫn từ 1. Nguyên nhân gây ra tính chất từ của vật liệu dẫn từ. Nguyên nhân chủ yếu là dong chuyển động trong của các điện tử quay xung quanh trục của nó gọi là Spin điện từ và chuyển động xung quanh hạt nhân. Chuyển động đó tạo ra dòng điện vòng và gây ra mômen từ. Trong trạng thái cờng độ điện trờng bằng 0 thì tổng mômen từ trong vật liệu sắt từ bằng 0. 2. Sự từ hoá vật liệu sắt từ Sự từ hoá vật liệu sắt từ phụ thuộc vào kết cấu của vật liệu và phụ thộc vào phơng từ hoá đối với vật kiệu sắt từ đó. Ví dụ: Đối với tinh thể sắt thì: Từ hoá theo các cạnh của khối thì dễ dàng hơn so với chiều đờng chéo của khối. Còn từ hoá theo chiều đờng chéo của bề mặt thì trung bình. 3. Quá trình từ hoá vật liệu sắt từ Dới tác dụng của điện trờng ngoài sẽ làm cho các mômen từ xoay theo phơng của từ trờng ngoài. Hiện tợng bo hoà từ trong vật liệu sắt từ xảy ra khi các miền từ hoá không còn phụ thuộc vào từ tròng ngoài và cac mômen từ của tất cả các miền đều đ xoay theo hớng của từ trờng ngoài. Quá trình từ hoá của vật liệu từ đợc đánh giá bằng đờng cong từ hoá B = f(H). H là đờng cong từ trờng. Đờng (1) ứng với loại sắt đặc biệt hay là sắt nguyên chất. Đờng (2) ứng với sắt chiếm 99,98% . Đờng (3) ứng với loại có 99,92% là sắt. H = 0 H yếu H mạnh H rất mạnh bo hoà Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 52 B Bmax B = B 0 H = H C H (1) (2) (3) Qua đờng cong từ hoá ngời ta xác định đợc độ thẩm từ à. Độ thẩm từ là tỷ số của đờng cảm ứng từ B và cờng độ từ trờng H. H B à = Nếu từ hoá ứng với từ trờng xoay chiều ta sẽ đợc chu trình từ trễ. Trên chu trình từ trễ có những điểm đáng chú ý: Điểm 1 có H = 0; B =B 0 Điểm 2 có H = H C ; B = 0 (H C gọi là lực khử từ) Khi từ hoá với từ trờng xoay chiều vật liệu sắt từ có tổn hao do từ hoá gồm hai phần: Tổn hao từ trễ và tổn hao do dòng điện xoáy. Nh trên: Tổn hao từ trễ do khi vật liệu sắt từ từ hoá ở trong trờng xoay chiều sẽ có tổn hao từ trễ và tổn hao động chủ yếu là do dòng điện xoay chiều gây nên bởi sự cảm ứng trong vật liệu sắt từ đối với loại vậ liệu mà tổn hao do dòng điện xoáy thì phụ thuộc vào điện trở suất, nếu điện trở suất của vật liệu sắt từ càng cao thì dòng điện xoáy càng nhỏ. II. Các loại vật liệu sắt từ Trong kỹ thuật điện (KTĐ) vật liệu sắt từ đợc chia làm 3 nhóm: 1. Vật liệu sắt từ có tần số thấp Loại này có à lớn, lực khử từ nhỏ và tổn hao từ trễ nhỏ, nó đợc dùng làm lõi MBA, làm nam châm điện. Để giảm tổn hao dòng điện xoáy, trong các MBA thờng dùng loại vật liệu sắt từ mềm có điện trở lơn. Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 53 a) Sắt kỹ thuật Tỷ lệ % sắt chiếm khá cao ngoài ra còn có một số tạp chất khác nh: Cacbon, Lu huỳnh, Mangan, Silic, và các nguyên tố khác làm xấu tính chất từ của nó. Loại này có điện trở tơng đối thấp nên sử dụng ít. Công dụng: Làm mạch từ có từ thông không đổi b) Thép lá kỹ thuật điện ( KTĐ) Loại này chủ yếu dùng trong KTĐ, thành phần chủ yếu là sắt, ngoài ra còn có Silic, Silic chiếm 5%, sự có mặt của Silic sẽ khử đợc oxy hoá, loại này có suất tổn hao nhỏ, điện trở suất cao và tuỳ theo phơng pháp cán nóng hay cán nguội mà có các loại thép khác nhau. c) Pecmalôi Là hợp kim của sắt và Niken, tuỳ theo hàm lợng của Niken mà chia Pecmalôi ra làm hai loại sau: Pecmalôi nhiều Niken, Ni = 72 ữ 80% Công dụng: Làm lõi cuộn cảm có kích thớc nhỏ , làm MBA âm tần nhỏ và các MBA xung và trong khuếch đại từ. Pecmalôi ít Niken, Ni = 40 ữ 50%, có cảm ứng từ bo hoà lớn gấp đôi so với loại nhiều Ni. Do đó nó đợc dùng làm lõi MBA lực, làm lõi cuộn cảm và các dụng cụ cần có mật độ từ thông cao. Đa thành phần của Pecmalôi các tạp chất nh Đồng, Mangan, Polipđen thì tác dụng củâ Mangan nâng cao điện trở suất của Pecmalôi. Tác dụng của Polipđen làm cho Pecmalôi chịu đợc biến dạng. Tác dụng của Đồng làm cho độ thẩm từ trong phạ vi từ trờng bé. 2. Vật liệu sắt từ mềm tần số cao a) Từ môi Là vật liệu do ép bột của chất liên kết hữu cơ hay vô cơ với vật liệu sắt từ. Thành phần cơ bản gồm Cácbon, Pecmalôi, và Alsife. Yêu cầu phải có tính từ tốt, chất liên kết phải có khả năng để tạon nên màn cách điện chắc chắn giữa các hạt và gắn kiền các hạt với nhau và có cùng một độ dày. Từ môi cần cơ tổn hao điện môi bé, có độ từ thẩm à ổn định với thời gian và khi nhiệt độ thay đổi. Vật liệu này dùng làm lõi các cuộn cảm của bộ lọc Máy phát điện. b) Ferit Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 54 Là loại vật liệu có điện dẫn điện từ bé, điện trở suất của nó lớn hơn vạt liệu sắt từ (từ 10 11 ữ 10 16 ) lần, do đó năng lợng tổn hao ở cùng tấn số cao rất bé. Cộng dụng: Đợc dùng nhiều trong kỹ thuật vô tuyến điện từ, Ferit là hệ thống gồm có oxyt sắt và oxyt kim loại, Ferit chia làm 4 loại: - Ferit mềm - Ferit cao tần - Ferit có đờng từ trễ hẹp - Ferit từ cứng. Ferit từ mềm: Là hợp kim của Niken và Kẽm có cảm ứng từ B đạt 0,3Tesla. Lực khử từ đạt H C = 0,2 ơtsxtet Dùng làm cuộn dây của bộ lọc, dùng làm màn từ, dùng làm mõi MBA xung, lõi MBA quét mành trong vô tuyến truyến hình. *Ferit cao tần: Là loại Ferit có chứa nhiều oxyt Mangan, nó đợc dùng trong phạm vi tần số cao, khu dùng trong tần số cao nó sẽ xuất hiện nhiều tính chất đặc biệt có thể điều khiển đợc bằng cách cho trờng tác dụng thay đổi. Công dụng: Dùng để chết tạo phần tử điều khiển và dẫn sóng, chế tạo các đổi nối. *Ferit có đờng từ trễ hẹp: Có cảm ứng từ d B 0 lớn gần bằng trị số cảm ứng từ B max . Lực khử từ H C bé. Từ hoá nó đợc dùng ở trạng thái từ hoá với cảm ứng từ +B 0 và -B 0 . Công dụng: Dùng làm các phân tử đổi nối với hai trạng thái ổn định và các phần tử nhớ trong máy tính điện tử. * Ferit cứng: Là vật liệu cứng. 3. Vật liệu cứng Loại này có lực khử từ H C lớn, đờng cong từ trễ lớn. Công dụng: Dùng làm nam châm vĩnh cửu. Đặc trng của nó là cho năng lợng ra bên ngoài lớn. Vật liệu dùng làm nam châm vĩnh cửu đơn giản nhất là thép chứa Silic, Vonfram, Crôm, Molipđen, ngoài ra còn có các hợp kim (gồm Al, Ni, Fe). Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 55 MC LC Li núi u CHơNG I: S PHN CC CA IN MễI I. cấu tạo vật chất 4 1. Các dạng liên kết vật chất. 4 2. Thuyết miền năng lợng 5 II. sự phân cực của điện môi 6 1. Hiện tợng phân cực 6 2. Hệ số điện môi ( ) 7 III. Các dạng phân cực của điện môi 8 1. Theo các loại phần tử tích điện tham gia vào quá trình phân cực. 8 2. Theo các dạng tác dụng có các dạng sau: 9 3. Theo vận tốc phân cực 9 4. Sơ đồ đẳng trị của điện môi 10 IV. hệ số điện môi của các loại môi chất 11 1. Hằng số điện môi của điện môi khí 11 2. Hằng số điện môi của chất lỏng 11 3. Hằng số điện môi của chất rắn 12 CHơNG II: TNH DN IN CA IN MễI I. Đặc điểm của điện môi trong điện trờng 14 II. Khái niệm chung về điện dẫn của điện môi 14 1. Điện dẫn điện tử (dòng chuyển dịch) 15 2. Điện dẫn ion 15 3. Điện dẫn di (dòng điện dò) 15 III. điện dẫn của các điện môi khí 16 IV. điện dẫn của các điện môi lỏng 17 1. Điện dẫn ion của các điện môi lỏng 17 2. Điện dẫn điện di 17 V. Điện dẫn của các điện môi rắn 18 CHơNG III: S PHểNG IN TRONG IN MễI KH I. khái niệm chung 19 I. Sự phóng điện trong điện môi khí 19 II. Các dạng phóng điện trong điện môi khí 19 Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 56 1. Phóng điện toả sáng 19 2. Phóng điện tia lửa 20 3. Phóng điện hồ quang 20 4. Phóng điện vầng quang 20 II. Hiện tợng ion hoá kích thích kết hợp khuếch tán 20 1. Hiện tợng ion hoá 20 2. Hiện tợng kích thích 21 3. Hiện tợng kết hợp 21 4. Hiện tợng khuếch tán 21 III. các dạng ion hoá - các hệ số 22 1. Các dạng ion hoá 22 1.1. Ion hoá bề mặt 22 1.2. Ion hoá thể tích 22 2. Các hệ số ion hoá 23 2.1. Hệ số ion hoá do điện tử va chạm (hệ số Taoxen 1 Ký hiệu ) 24 2.2. Hệ số ion hoá do ion dơng va chạm (hệ số Taoxen 2 Ký hiệu ) 24 2.3. Hệ số ion hoá mật (hệ số Taoxen 3 Ký hiệu ) 24 CHơNG IV: ĐặC TíNH Cơ Lí HOá CA đIệN MôI I. đặc tính vật lý của điện môi 25 1. Tính hút ẩm và tính thấm nớc của vật liệu cách điện 25 1.1. Tính hút ẩm 25 1.2. Tính thấm nớc của điện môi (tính hấp thụ) 26 2. Đặc tính nhiệt của điện môi 26 2.1. Tính chịu nhiệt của điện môi 26 2.2. Điểm chớp cháy và điểm cháy 27 2.3. Độ nhớt 27 2.4. Nhiệt dẫn của điện môi 28 2.5. Dn nở nhiệt 28 ii. Đặc tính cơ giới của điện môi 28 1. Sức bền chịu kéo, nén, uốn của vật liệu 28 2. Độ giòn 29 3. Độ cứng 29 III. đặc tính hoá học của điện môi 29 CHơNG V: VậT LIệU CáCH đIệN I. Vật liệu cách điện thể khí 30 1. Không khí: 30 2. Khí Êlêgazơ (SP6) và Frêon (CCL2F2): 30 3. Khí Hyđrô (H 2 ) 30 II. Vật liệu cách điện thể lỏng 31 1. Dầu mỏ cách điện 31 2. Điện môi lỏng tổng hợp 33 2.1. Dầu Xôvôn C 12 H 5 Cl 5 : 33 Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 57 2.2. Dầu xốp tôn (C 6 H 3 Cl 3 ) 34 3. Dầu gai và dầu thầu dầu: 34 3.1. Dầu gai (dầu khô) 34 3.2. Dầu thực vật 34 III. Vật liệu cách điện rắn hữu cơ 34 1. Nhựa cách điện 34 1.1. Nhựa thiên nhiên 35 1.2. Nhựa nhân tạo 36 1.3. Bitum 37 2. Vật liệu sợi 37 2.1. Gỗ 38 2.2. Giấy 38 2.3. Cát tông 39 2.4. Vật liệu dệt 39 3. Cao su 39 3.1. Cao su mềm 40 3.2. Cao su cứng (Êbonit) 40 IV. Sơn 40 1. Sơn tẩm 41 2. Sơn bảo vệ (sơn bọc) 41 3. Sơn dán 41 V. điện môi sáp và hỗn hợp cách điện 41 1. Điện môi sáp 41 1.1.Parafin 41 1.2. Xêrêzin 42 1.3. Vazelin 42 2. Hỗn hợp cách điện 42 2.1. Loại để tẩm 42 2.2. Loại để ngâm 42 V. Vật liệu cách điện rắn vô cơ thỷ tinh vật liệu gốm mi ca 43 1. Vật liệu gốm 43 2. Thuỷ tinh 44 3. Mica 44 CHơNG VI: VậT LIệU DẫN đIệN I. Tính chất cơ bản của vật liệu dẫn điện 46 1. Khái niệm 46 2. Các tính chất cơ bản 46 II. Vật liệu có điện dẫn cao 48 1. Đồng 48 2. Nhôm 49 3. Sắt 49 III. Vật liệu dẫn điện có điện trở cao 49 Giáo trình Vật liệu điện http://www.ebook.edu.vn Biên soạn: Đỗ Nh Trởng 58 1. Manganin 50 2. Constantan 50 3. Hợp kim Crôm - Niken 50 4. Hợp kim Crôm - Nhôm 50 CHơNG VII: VậT LIệU DẫN T I. Tính chất chung của vật liệu dẫn từ 51 1. Nguyên nhân gây ra tính chất từ của vật liệu dẫn từ. 51 2. Sự từ hoá vật liệu sắt từ 51 3. Quá trình từ hoá vật liệu sắt từ 51 II. Các loại vật liệu sắt từ 52 1. Vật liệu sắt từ có tần số thấp 52 2. Vật liệu sắt từ mềm tần số cao 53 3. Vật liệu cứng 54 . V. Vật liệu cách điện rắn vô cơ thỷ tinh vật liệu gốm mi ca 43 1. Vật liệu gốm 43 2. Thuỷ tinh 44 3. Mica 44 CHơNG VI: VậT LIệU DẫN đIệN I. Tính chất cơ bản của vật liệu dẫn điện 46 . về điện dẫn của điện môi 14 1. Điện dẫn điện tử (dòng chuyển dịch) 15 2. Điện dẫn ion 15 3. Điện dẫn di (dòng điện dò) 15 III. điện dẫn của các điện môi khí 16 IV. điện dẫn của các điện. hoá vật liệu sắt từ 51 3. Quá trình từ hoá vật liệu sắt từ 51 II. Các loại vật liệu sắt từ 52 1. Vật liệu sắt từ có tần số thấp 52 2. Vật liệu sắt từ mềm tần số cao 53 3. Vật liệu cứng