Giáo trình Vật liệu điện: Phần 2 - Nguyễn Thành Nam

Phần 2 Giáo trình Vật liệu điện trình bày các nội dung của vật liệu dẫn từ. Giáo trình được biên soạn dành cho sinh viên cao đẳng nghề Điện học tập, đồng thời là tài liệu tham khảo hữu ích cho những ai quan tâm đến vấn đề trên. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam CHNG III : VẬT LIỆU DẪN TỪ 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 dẫn từ (còn gọi vật liệu sắr từ ) Để sử dụng có hiệu vật liệu dẫn từ phải am hiểu khái niệm, tính chất, đặc tính vật liệu dẫn từ công dụng loại vật liệu dẫn từ Nội dung học nhằm trang bị cho người học kiến thức vật liệu dẫn từ để sử sụng chúng cách có hiệu tốt Bài 3.1: KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU DẪN TỪ 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 dẫn từ (còn gọi vật liệu sắr từ ) Kim loại chủ yếu có từ tính sắt cacbon, niken hợp kim chúng, bên cạnh có côban gọi chất sắt từ qua q trình tinh luyện Tính chất vật liệu dẫn từ Các ngun tố có tính chất sắt từ là: sắt cacbon, niken hợp kim chúng, bên cạnh có cơban gọi chất sắt từ Nguyên nhân chủ yếu gây nên từ tính vật liệu điện tích ln chuyển động nằm theo quỹ đạo kín, tạo nên dòng điện vòng quay điện tử xung quanh trục quay theo quỷ đạo điện tử nguyên tử Hiện tượng sắt từ số vật liệu nhiệt độ thấp nhiệt độ định phân thành vùng mà vùng điện tử định hướng song song với Các vùng gọi đơmen tử Như tính chất đặc trưng cho trạng thái sắt từ chất có độ nhiễm từ tự phát khơng có từ trường ngồi Mặc dù chất sắt từ có vùng từ hóa tự phát mơmen từ đơmen lại có hướng khác Các chất sắt từ đơn tinh thể có khả từ hóa dị hướng nghĩa theo trục khác mức từ hóa khó hay dễ khác Trong trường hợp chất sắt từ đa tinh thể có tính dị hướng thể rõ người ta gọi chất có cấu tạo thớ từ tính Tạo thớ từ theo ý muốn có ý nghĩa lớn, sử dụng kỹ Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 76c Gi¸o Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam thut nõng cao đặc tính từ vật liệu theo hướng xác định Q trình từ hóa vật liệu sắt từ ảnh hưởng từ trường bên ngồi gồm có tượng sau: + Tăng thể tích đơmen có mơmen từ tạo với hướng từ trường góc nhỏ giảm kích thước đơmen khác (q trình chuyển dịch mặt phân cách đơmen) + Quay véc tơ mơmen từ hóa theo hướng từ trường ngồI (q trình định hướng) Các đặc tính vật liệu dẫn từ Q trình từ hóa vật liệu sắt từ đặc trưng đường cong từ hóa B = f(H), có dạng tương tự với tất vật liệu sắt từ Khi từ hóa chất sắt từ đơn tinh thể kích thước chúng có thay đổi Q trình từ hố lại vật liệu sắt từ từ trường biến đổi có tổn hao lượng dạng nhiệt tổn hao từ trễ tổn hao động học Tổn hao động học dòng điện xốy cảm ứng khối sắt từ phần hiệu ứng gọi hậu từ hoá hay độ nhớt từ Tổn hao dòng điện xốy phụ thuộc vào điện trở Điện trở suất chất sắt từ cao tổn hao dòng điện xốy nhỏ Cơng suất tổn hao dòng điện xốy tính theo cơng thức: Pf   f Bmax V Trong đó:  : 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 Chú ý đến tổn hao có liên quan tới hậu từ hoá chất sắt từ làm việc chế độ xung Đường cong từ hoá Độ từ thẩm tỉ số đại lượng cảm ứng từ B cường độ từ trường H điểm xác đường cong từ hóa Trong hệ SI số 0 = 4.10-7H/m 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 Việc tính đổi trị số cảm ứng từ cường độ từ trường từ thứ nguyên hệ đơn vị sang hệ đơn vị khác đơn giản Khoa Điện - Điện tử Trường Cao ng ngh Nam nh 77c Giáo Trình Vật liệu Điện Ngun Thµnh Nam T G B 1.2 1200 800 0.8 100000  max 400 0.4 5000 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 init H 16 32 ơcstet a) H 48 64 80 96 A/m b) Hình 3.1 : Đường cong từ hóa đường cong cường độ trường thấm từ số vật liệu từ a) Đường cong từ hóa b) Đường cong cường độ trường thấm từ Sắt đặc biệt tinh khiết Sắt tinh khiết (99,98%Fe) Sắt kỹ thuật tinh khiết (99,92%Fe) Pécmalôi (78%Ni) Niken Hợp kim sắt - Niken (26%Ni) Độ từ thẩm bđ H = gọi độ từ thẩm ban đầu, trị số trường yếu khoảng 0,001 ơcstet Giá trị lớn độ từ thẩm gọi độ từ thẩm cực đại ký hiệu max từ trường mạnh, vùng bảo hòa từ độ từ thẩm tiến tới Hệ số từ thẩm động  đại lượng đặc trưng cho vật liệu sắt từ từ trường xoay chiều, tỉ số biên độ cảm ứng từ với biên độ cường độ từ trường:   B max H max Với tăng tần số từ trường xoay chiều, độ từ thẩm động giảm qn tính q trình từ Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 78c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam Nu tiến hành từ hóa vật liệu sắt từ từ trường ngồi, sau bắt đầu điểm đương cong từ hóa bản, giảm cường độ từ trường cảm ứng từ giảm, khơng theo đường từ hóa mà giảm chậm tượng từ trễ Khi tăng từ trường theo chiều ngược lại mẫu vật liệu bị khử tứau lại từ hóa lại, đổi chiều từ trường cảm ứng từ lại quay lại điểm ban đầu Ta có đường cong kín đặc trưng cho tình trạng từ hóa mẫu, vòng từ trễ chu trình từ hóa Ở giai đoạn đầu tăng dòng điện từ hóa 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 bảo hòa, hệ số giảm dần đến cường độ từ trường H đủ lớn từ cảm B khơng tăng Giai đoạn bảo hòa từ hệ số tiến tới Hệ số từ thẩm chất sắt từ số Quan hệ từ cảm B cường độ từ trường H đường thẳng Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam nh 79c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam BÀI 3.2: MẠCH TỪ VÀ TÍNH TỐN MẠCH TỪ Mạch từ gồm lõi sắt từ có hay khơng có khe khơng khí từ thơng đóng kín qua chúng Việc sử dụng vật liệu sắt từ nhằm mục đích thu từ trở cực tiểu, từ trở này, sức từ động cần thiết để đảm bảo cảm ứng từ hay từ thông mong muốn có giá trị nhỏ Mạch từ đơn giản bao gồm lõi cuộn dây hình xuyến (hình 4.2) người ta dùng mạch từ nối tiếp hay rẽ nhánh mà đoạn thực vật liệu khác nhau, hay vật liệu chất (hình 4.4) Tính tốn mạch từ tức xác định sức từ động theo giá trị từ thơng cho, kích thước mạch chất vật liệu sử dụng Các cơng thức Khi tính tốn mạch từ, áp dụng định luật mạch điện chúng tồn tương tự qua lại a, Định luật Kirchooffe 1: áp dụng cho mạch từ phát biểu sau Đối với nút mạch từ, tổng từ thơng vào (có chiều phía điểm nút) (có chiều khỏi điểm nút) zero n  i (4.1) 0 i 1 b, Định luật Kirchooffe 2: phát biểu sau: mạch vòng khép kín mạch từ, tổng từ áp rơi mạch vòng sức từ động zéro n m  Fi    K Rmk  i 1 (4.2) k 1 c, Định luật Ohm phát biểu sau: nhánh mạch từ tích số từ thơng chảy qua tổng trở từ từ áp rơi hai đầu nhánh (4.3)  i Z mi  U mi Trong công thức trên: - i : từ thông chảy qua nhánh mạch từ (wb) R - Fi : sức từ động nhánh từ tương ứng (A.t) R1 R2 - Rmk : từ trở nhánh từ tương ứng (1/H) - Zmi : tổng trở từ nhánh (1/H) - Umi : từ áp rơi nhánh từ (A) Hình 4.2: Cuộn dây hình xuyến Khoa Điện - Điện tử Trường Cao ng ngh Nam nh 80c Giáo Trình Vật liệu §iƯn Ngun Thµnh Nam Tổng trở Zmi nhánh từ bao gồm hai thành phần từ trở Rmi từ kháng Xmi, chúng có quan hệ tam giác vuông Z mi  R mi2  X mi (4.4) Đối với mạch từ chiều (DC) không tồn thành phần từ kháng Xmi bao gồm thành phần từ trở Rmi Rmi  li i Si (4.5) Trong đó: - I1 : chiều dài nhánh từ tương ứng (m) - S1: tiết diện nhánh từ (m2) - I : từ thẩm vật liệu từ nhánh từ tương ứng (H/m) Ví dụ: Mạch từ trình bày (hình 4.1) Lõi làm từ vật liệu từ có độ từ thẩm  lớn nhiều với từ thẩm chân không 0 với: 0 = 4.10-7 (H/m) Lõi có tiết diện khơng đổi kích từ cuộn dây có N vòng dây, chảy dòng điện I (A) Cuộn dây N sinh từ trường lõi thép nh biểu diễn (hình 4.1)  i iN S Hình 3.2: Mạch từ Từ thông  qua bề mặt S tích phân mặt thành phần pháp tuyến từ cảm B Như    B.dS (4.6) Trong hệ đo lờng SI, từ thông  có thứ nguyên weber (wb) Khi từ cảm đồng bên mặt cắt lõi thép, phương trình biểu diễn: (4.7)  i  Bi S i Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 81c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam Trong ú: - i : từ thông lõi thép - Bi : từ cảm - Si : tiết diện lõi thép Từ phương trình  H dL   J dS , quan hệ sức từ động cường độ từ c S trương H biểu diễn:   F  NI   H dl (4.8a) Lõi thép có độ dài trung bình chiều dài khép kín đường sức từ li Kết tích phân đường (4.8) trở thành tích đại lượng vơ hướng Hi , li Từ phương trình (4.8a) viết lại: (4.8b) F  NI  H i Li Với Hi giá trị trung bình phần thực véctơ H lõi thép Chiều Hi lõi thép xác định theo quy tắc bàn tay phải, biểu diễn hai cách tương tự nh Hãy hình dung có vật dẫn điên đặt bàn tay phải, ngón tay chiều từ trường Hi Hoàn tồn tương tự cuộn dây hình vẽ (hình 4.3) nắm bàn tay phải, ngón tay chiều dòng điện ngón tay chiều từ trường Trong nhánh từ mạch từ, quan hệ từ cảm Bi (T) cường độ từ trường Hi (A/m) biểu diễn đường cong từ hóa B = f(H) vật liệu từ nhận từ thực nghiệm Đẩi với vật liệu phi từ tính đồng nhơm, đồng v.v…, vật liệu cách điện Fibre, bakelite v.v… khơng khí, quan hệ biểu diễn sau: B = 0.H (4.9) Với 0 từ thẩm chân không (H/m) Trong mạch từ ta phân biệt từ thông sau:  Từ thông làm việc lv từ thơng qua khe hở khơng khí mạch từ  Từ thơng rò  từ thơng khơng qua khe hở khơng khí mạch từ mà khép kín theo đường khác  Từ thông tổng 0, tổng hai từ thông lv  thường qua phần gông mạch từ (hình 4.3) Khoa Điện - Điện tử Trường Cao ng ngh Nam nh 82c Giáo Trình Vật liệu Điện Ngun Thµnh Nam Tỷ số từ thơng tổng từ thông làm việc định nghĩa hệ số rò  mạch từ cho trước:    lv       1   lv  lv  lv (4.10) Khi tính tốn mạch từ thường gặp hai dạng tốn sau  Bài toán thuận: với nội dung sau Cho trước từ thông  từ cảm B hình dạng, kích thước mạch từ, cần xác định sức từ động cần thiết để sinh từ thơng  Bài tốn nghịch: phát biểu sau Cho trước sức từ động hình dạng, kích thước vật liệu mạch từ, cần xác định giá trị từ thông mạch từ Trong thực tế, gặp dạng tốn mạch từ khác chút ví dụ như: cho trước giá trị lực hút điện từ tác động lên phần ứng vị trí xác định khe hở khơng khí  ( khoảng cách nắp lõi mạch từ) cho trước đặc tính lực hút điện từ P= f() điều kiện phụ hình dáng, kích thước vật liệu mạch từ, cần xác định từ thông giá trị sức từ động cần thiết Những toán mạch từ tựu chung đưa dạng hai toán nêu Bài tốn thuận giải qut sau: nhánh từ mạch từ, xem từ cảm ứng từ B khơng đổi tồn chiều dài nhánh đó, ta xác định giá trị cường độ từ trường H tương ứng dựa quan hệ B = .H (4.11) Trong hệ đo lường SI, B đo weber/m hay đượcgọi tesla (T),  đo weber/A (H/m) Từ thẩm sắt từ biểu diễn  = r - 0 với giá trị phổ biến r vật liệu từ dùng để chế tạo thiết bị điện nằm khoảng từ 2000 đến 80000, dựa quan hệ đường cong từ hóa vật liệu cho trước Tích cường độ từ trường chiều dài nhánh từ giá trị sức từ động cần thiết Fi = Hi li Sức từ động cần thiết toàn mạch từ tổng sức từ động nhánh nằm mạch vòng khép kín n F   Fi (4.12) i 1 Dạng toán thứ hai thường khó giải Để nhận từ thông sinh từ sức từ động cho trước, có thể thực tốn theo phương pháp lặp sau: ta chọn cách tùy ý, số giá trị từ thông , sau theo Khoa Điện - Điện tử Trường Cao ng ngh Nam nh 83c Giáo Trình Vật liệu Điện Ngun Thµnh Nam cách giải tốn thuận ta xác định giá trị tương ứng sức từ động Kết nhận cho phép xây dựng đường biểu diễn quan hệ:  = f(Fi ), từ ứng với sức từ động ban đầu ta tra giá trị từ thông cần thiết Sơ đồ thay mạch từ Rn Nắp R2 R1 R lõi Rl2 iN Gơng a) Rl1 Rg b) Hình 3.3: a Mạch từ b Sơ đồ thay Sự tương tự mạch từ mạch điện cho phép ta xây dựng sơ đồ thay mạch từ Trong sức từ động mạch từ tương ứng với sức điện động mạch điện, từ thông  tổng tương tự với cường độ dòng điện I, từ trở Rm tương tự với điện trở R, tổng trở từ Zm tương tự với tổng trở điện Z …v.v Cùng với sơ đồ thay đựơc biểu diễn hình (hình 4.4), Rn từ trở nắp mạch từ; R từ trở khe hở khơng khí , thường biểu diễn sơ đồ thay giá trị nghịch đảo gọi từ đảo gọi từ dẫn khe hở khơng khí G; Rl từ trở lõi mạch từ Rg từ trở gông mạch từ không biểu diễn bề dày mạch từ, mà mạch từ thực tế ln tồn tại, cần phảI hiểu tất phần mạch từ nắp, gông, lõi phải kể đến tiết diện chúng Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 84c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam i với mạch từ xoay chiều (AC) có xuất tổn hao lõi thép ( tổn hao từ trễ dòng điện Foucault) nên thay từ trở Rn, Rl, Rg ta phải biểu diễn tổng trở từ tương ứng Zn, Zl, Zg Ngoài để tránh loại ký hiệu chồng chéo lên nhau, biểu diễn đại lượng từ sơ đồ thay ta cố ý bỏ ký hiệu mạch biểu diễn công thức Mạch từ xoay chiều a) Mạch từ xoay chiều (ac), không xét tới từ trở lõi thép Mạch từ xoay chiều có đặc điểm khác mạch từ chiều:  Dòng điện cuộn dây xoay chiều phụ thuộc tổng trở I U Z (4.13) Với: Z  r  L 2 Trong đó: - r: điện trở cuộn dây () - : Tần số góc nguồn điện (s-1) - L: Hệ số tự cảm cuộn dây (H) L  N G L L IN G IN g.l    g.l  N G   I 3I 3   I   lv    I (4.14 a) (4.14 b) (4.14 c) Trong đó: N: số vòng dây cuộn dây G: Từ dẫn mạch từ (H) : Từ thơng móc vòng I: Dòng điện Khi khơng xét đến từ trở lõi thép thì: G  G. I U  .N S  (4.15) Trong đó: S: tiết diện lõi từ (m2) Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 85c Gi¸o Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam + Thộp ng hướng: có tính từ tính tốt thường dùng làm lõi thép máy biến áp + Thép vô hướng: thường dùng máy điện quay c Giải thích ký hiệu Nếu thép kỹ thuật điện có hàm lượng C< 0,4% tạp chất < 0,6% ta gọi sắt kỹ thuật Thép silic: có ký hiệu chữ  số Ví dụ +  11,  12,  13 +  21,  22 +  31,  32 +  41,  42,  43,  44,  45,  46,  47,  48 +  31O,  320,  330,  330A,  340,  370,  380 +  110O,  1200,  1300,  3100,  3200 Trong đó:  Con số thứ hàm lượng gần silíc theo phần trăm; tăng hàm lượng silíc, khối lượng riêng giảm điện trở suất tăng lên  Con số thứ hai đặc trưng cho tính chất điện từ thép + Các số 1, 2, đảm bảo suất tổn hao xác định từ hoá lại tần số Pécmaloi50Hz) cảm ứng từ từ trường mạnh + Chữ A ký hiệu suất tổn hao thấp + Số cho biết thép định mức tổn hao từ hóa tần số 400Hz cảm ứng từ từ trường trung bình + Thép có ký hiệu số 5, dùng từ trường yếu từ (0,002 0,008)A/cm trị số bđ chúng đảm bảo + Con số 7, đặc điểm chủ yếu độ từ thẩm cường độ từ trường trung bình từ (0,03 10)A/cm + Con số thứ thép cán nguội (thép có thớ) + Có hai số liên tiếp thép cán nguội thớ Bảng 3.2: Sự phụ thuộc khối lượng riêng điện trở suất thép kỹ thuật điện vào hàm lượng silíc Con số thứ Mức hợp kim hóa silíc thép Hàm lượng Khối lượng Si, % riêng, g/cm3 Nhãn hiệu Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 94c Điện trở suất .mm2/m Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam thộp Hợp kim hóa yếu 0,8 - 1,8 7,80 0,25 Hợp kim hóa trung bình 1,8 - 2,8 7,75 0,40 Hợp kim hóa tăng cao 2,8 - 3,8 7,65 0,50 Hợp kim hóa cao 3,8 - 4,8 7,55 0,60 d Công dụng Thép với hàm lượng silic cao chủ yếu dùng để làm lỏi thép máy biến áp mà ta thường gọi tơn silic Thép có thớ đẳng hướng: có tính từ tính tốt thường dùng làm lõi thép máy biến áp Sử dụng thép làm máy biến áp điện lực giảm trọng lượng kích thước Thép có thớ vơ hướng: thường dùng máy điện quay Các kích thước thường dùng thép kỹ thuật điện cho bảng Bảng 3.3: Kích thước thường dùng thép kỹ thuật điện Kích thước Đơn vị đo Trị số thường dùng Dày Mm 0,1; 0,2; 0,35; 0,5, Rộng M 0,24; 0,6; 0,7; 0,75; 0,86; Dài M 0,72; 1,2; 1,34; 1,5; 1,75; Các tiêu chuẩn quy định tính chất điện từ nhãn hiệu thép kỹ thuật điện là: Cảm ứng từ (ký hiệu chữ B với số cường độ từ trường tương ứng tính theo A/cm); Tổng suất tổn hao cơng suất dòng điện xoay chiều tính W 1kg thép đặt từ trường xoay chiều, ký hiệu chữ P với số dạng phân số; tử số giá trị biên độ cảm ứng từ tính theo kilơgam, mẫu số tần số tính héc Bảng 3.4: Giá trị giới hạn cảm ứng từ suất tổn hao thép kỹ thuật điện Nhãn hiệu Bề dày B25 – B300 P10/50 – P15/50, Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 95c B5 B25 P7,5 + P10/400, Giáo Trình Vật liệu §iƯn thép (mm)  11-  43A Ngun Thµnh Nam k.gauss, không nhỏ W/kg, không W/kg, không lớn k.gauss, không nhỏ 0,35 – 14,4 – 20 0,9 – 14,4 – – 0,5 14,8 – 20 1,5 – 7,5 – – 17,5 – 20 0,5 – 2,45 – – – – 11,9 – 17 – 19 lớn (Cán nóng)  1100 3200  310-  330A 0,35 – 0,5  44 -  430 0,1 – 0,35 Pécmaloi: (permallois) hợp kim sắt - niken có độ từ thẩm ban đầu lớn từ trường yếu, chúng khơng có tượng dị hướng từ giảo Pécmalôi chia làm loại: + Loại nhiều niken: (7280)%Ni dùng làm lỏi cuộn cảm có kích thước từ nhỏ, mạch từ máy biến áp âm tần nhỏ, mạch từ máy biến áp xung máy khuếch đại từ + Loại niken: (4050)%Ni có cường độ từ cảm bảo hòa lớn gấp lần loại có nhiều niken Được dùng làm mạch từ cho máy biến áp điện lực, lõi cuộn cảm dụng cụ có mật độ từ thơng cao Các tính chất Pécmaloi cho bảng 4.6 Bảng 3.5: Tính chất loại Pécmaloi Các hợp chất Nhãn hiệu Đặc tính hợp kim Bề dày (mm) bđ Pécmaloi nhiều niken 79HM 88HXC Hợp kim có độ từ thẩm cao điện trở suất cao 0,02 đến 2,5 14000 đến 50000 60000 đến 300000 Pécmaloi niken 45H, 50H, Hợp kim có độ từ thẩm đươc nâng cao, từ cảm bảo hòa, điện 0,02 đến 2,5 400 đến 3200 12000 đến 100000 50H, Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 96c nax Hk ơcstet Bmax k.gaus s .mm2/ 0,01 đến 0,06 đến 7,5 0,55 đến 0,63 0,1 đến 0,45 9,5 đến 15 0,25 đến 0,9 , m Giáo Trình Vật liệu Điện 60H, 38HC, 42HC,50 HCX Alusife - Ngun Thµnh Nam trở suất nâng cao cao Hợp kim giòn, độ từ thẩm cao điện trở suất cao - 20000 117000 0,022 11 0,81 Alusife: Hợp kim sắt với silíc nhơm có tên gọi alusife Thành phần tốt alusife 9,5% Si, 5,6% Al lại Fe Hợp kim có đặc tính cứng giòn, chế tạo dạng đúc định hình Các tính chất cho bảng 4.5 Các sản phẩm chế từ alusife như: từ, thân dụng cụ… v.v chế tạo phương pháp đúc với thành chi tiết khơng mỏng (2-3) mm hợp kim giòn Điều làm hạn chế nhiều sử dụng vật liệu Vf vật liệu giòn nên nghiền thành bột để sản xuất lõi ép cao tần Ferit: vật liệu sắt từ bột oxýt sắt, kẻm số vật liệu dạng mịn, định dạng theo ý muốn thơng qua cơng nghệ kết dính dồn kết dính bột kim loại Ferit có điện trở suất lớn nên dòng điện xốy chạy nhỏ Dùng làm mạch từ cuộn dây máy móc điện tử, máy khuếch đại tần số II 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 Tùy theo thành phần trạng thái phương pháp chế tạo vật liệu sắt từ cứng chia làm nhiều loại: - Thép hợp kim hóa, tơi đến trạng thái máctenxít - Các hợp kim từ cứng alni, alnisi, alnico, macnico - Các nam châm dạng bột Là loại có độ dẫn từ thấp hơn, có từ dư lớn, có khả luyện từ, chủ yếu dùng để chế tạo nam chậm vĩnh cửu máy điện, cấu đo Vật liệu chủ yếu thép cácbon, thép crom, thép vonfram, thép cơban Thép hợp kim hóa tơi đến trạng thái mactenxít Khoa Điện - Điện tử Trng Cao ng ngh Nam nh 97c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam L loi thộp c hp kim hố với chất như: vonfram, crơm, molipden, cơban Loại thép vật liệu đơn giản dễ kiếm để làm nam châm vĩnh cửu Thành phần tính chất thép cho bảng Các tính chất cho bảng (bảng4.6.) đảm bảo thép mactenxít sau nhiệt luyện đặc biệt loại sau ổn định nước sôi Các hợp kim từ cứng Thường gọi hợp kim aluni: (Al - Ni - Fe) Loại có lượng từ lớn Nếu cho thêm cơban silic tính chất từ hợp kim tăng lên Hợp kim aluni, cho thêm silic gọi alunisi, cho thêm côban gọi alunico Nếu hợp kim alunico có hàm lượng côban lớn ta gọi macnico Bảng 3.6: Thành phần tính chất thép mactenxít làm nam châm vĩnh cửu Thành phần hóa học % Cáctính chất từ (không nhỏ hơn) Lực Cảm ứng kháng từ dư Bd từ Hk k.gauss ơcstet 9,0 58 Nhãn hiệu C Cr VV Co Mo EX 0,95 đến 1,10 - - - EX3 0,90 đến 1,10 - - - 9,5 60 E7B6 0,68 đến 0,78 - 10,0 62 0,90 đến 1,05 5,20 đến 6,20 - - EX5K5 1,30 đến 1,60 2,80 đến 3,60 0,30 đến 0,50 5,50 đến 6,50 5,50 đến 6,5 - 8,5 100 Khoa Điện - Điện tử Trường Cao ng ngh Nam nh 98c Giáo Trình Vật liệu Điện EX9K15M 0,90 đến 1,05 8,0 đến 10,0 Ngun Thµnh Nam - 13,5 đến 16,5 1,20 đến 1,70 8,0 170 Tất hợp kim có khuyết điểm khó chế tạo thành chi tiết có kích thước xác hợp kim có tính chất cứng giòn Nên gia cơng phương pháp mài Tùy theo thành phần phương pháp gia công mà tính chất từ thay đổi Nam châm hợp kim manicô nhẹ nam châm aluni lượng lần nhẹ nam châm thép crôm thông thường 22 lần Các nam châm dạng bột Chế tạo nam châm vĩnh cửu phương pháp luyện kim bột đề hợp kim đúc sắt – niken – nhôm chế tạo sản phẩm nhỏ có kích thước chinh xác Chúng ta cần phân biệt hai loại nam châm bột kim loại gốm nam châm bột có hạt gắn chất kết dính (nam châm kim loại dẻo) Loại thứ chế tạo cách ép bột nghiền từ hợp kim từ cứng, sau đố thiêu kết nhiệt độ cao Các chi tiết nhỏ chế tạo cơng nghệ có kích thước tương đối xác, không cần gia công thêm Loại thứ hai chế tạo phương pháp ép giống ép chi tiết chất dẻo chất độn nghiền từ hợp kim từ cứng Vì chất độn cứng nên cần áp suất riêng để ép cao ( /cm2) Nam châm kim loại bột kinh tế sản xuất tự động hóa hàng loạt nam châm có cấu tạo phức tạp kích hước khơng lớn Cơng nghệ hợp kim dẻo chế tạo nam châm có lõi Tính chất từ nam châm kim loại dẻo nhiều, lực kháng từ giảm (10  15)%, từ dư giảm (35  50)%, lượng tích lũy giảm (40  60)% so với nam châm đúc Nam châm kim loại dẻo có điện trở cao, sử dụng thiết bị có trường biến đổi tần số cao III Các vật liệu từ có cơng dụng đặc biệt Các chất sắt từ mềm đặc biệt Các vật liệu từ mềm chia thành nhóm dựa vào tính chất từ đặc biệt chúng là: a Các hợp kim có đặc tính độ từ thẩm thay đổi cường độ từ trường khơng đổi: Loại hợp kim thuộc nhóm có tên gọi pecminva, hợp kim ba nguyên tố: Fe – Ni – Co với hàm lượng thành phần 25; 45 30% Hợp kim ủ nhiệt độ 10000C, sau giữ nhiệt độ (400  500)0C làm nguội chậm Khoa Điện - Điện tử Trng Cao ng ngh Nam nh 99c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam Pecminva cú lc khỏng t nhỏ, độ từ thẩm ban đầu 300 giữ không đổi khoảng cường độ trường đến ơcstet với cảm ứng từ 1000 gauss Pecminva ổn định từ kém, nhạy cảm với nhiệt độ ứng suất b, Các hợp kim có độ từ thẩm phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ: Là hợp kim nhiệt từ gồm: Ni – Cu; Fe – Ni; Fe – Ni – Cr Các hợp kim dùng để bù sai số nhiệt độ thiết bị, sai số gây biến đôi từ cảm nam châm vĩnh cửu hay điện trở dây dẫn dụng cụ điện nhiệt độ môi trường khác với nhiệt đọ lúc khắc độ Để có độ từ thẩm phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, ngưòi ta sử dụng tính chất chất sắt từ cảm ứng từ giảm tăng nhiệt độ đến gần điểm Quyri Đối với chất sắt từ điểm Quyri nằm khoảng đến 1000C tùy thuộc vào nguyên tố hợp kim hóa phụ Hợp kim Ni – Cu với hàm lượng 30% Cu bù sai số giới hạn từ (20 đến 80)0C; với 40% Cu từ (- 50 đến 10)0C c, Các hợp kim có độ từ giảo cao Là hợp kim Fe – Cr; Fe – Co Fe – Al Các hợp kim dùng làm lõi máy phát dao động âm tần số âm siêu âm Độ từ giảo hợp kim có dấu dương Để chế tạo vật liệu dùng niken mỏng tinh khiết với độ từ giảo âm d, Các hợp kim có độ từ giảo bảo hòa cao Là hợp kim Fe – Co có từ cảm bảo hòa từ cao đến 24000 gauss Điện trở hợp kim khơng lớn Hợp kim có tên gọi Pecmenđuyara với hàm lượng côban từ 50 đên 70% Pecmenđuyara có giá thành cao nên dùng thiết bị đặc biệt, phận loa động, màng ống điện thoại, dao động ký v.v Ferít Ferít gốm từ có điện dẫn điện tử khơng đáng kể, xếp vào loại bán dẫn điện tử Trị số điện trở suất lớn lượng tổn hao vùng tần săotng cao cao tương đối nhỏ với tính chất từ tương đối tốt làm cho ferít dùng rộng rãi tần số cao Người ta chia ferít thành loại: a, Ferít từ mềm Loại ferít từ mềm có từ cảm lớn (hơn 3000gauss) lực kháng từ nhỏ khoảng 0,2 ơcstet Ferít với trị số  lớn có trị số tổn hao lớn tăng nhanh tần số tăng Ferít có số điện mơi tương đối lớn, trị số phụ thuộc vào tần số thành phần ferít Khi tần số tăng số điện môi giảm Tang góc tổn hao ferít Khoa Điện - Điện tử Trng Cao ng ngh Nam nh 100c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam t 0,005 n 0,1 Ferớt có tượng từ giảo ferít khác hiệu ứng khác Đặc tính vật liệu Ferít cho bảng sau: (bảng 4.8) Bảng 3.7: Các đặc tính vật liệu Ferít Mật Nhiệt dung riêng J(g.độ) độ Nhiệt dẫn riêng W(cm.độ) Hệ số giãn nở nhiệt theo chiều dài l.độ 0,7 35 5 102 Điện trở suất , .cm -1 10-5 10  107 Hiện người ta thường sử dụng nhóm ferít hỗn hợp như: mangan – kẽm; niken – kẽm, liti – kẽm b, Ferít từ cao tần Ngồi ferít từ mềm, tần số cao dùng thép kỹ thuật điện pecmalôi cán nguội điện môi từ Bề dày thép đạt tới (25-30)m Các tính chất từ vật liệu cán mỏng gần giống với chưa cán giá thành chúng cao công nghệ lắp ghép mạch từ vật liệu mỏng phức tạp Vật liệu điện môi từ chế tạo cách nén bột sắt từ có chất kết dính cách điện hữu hay vơ Các chất sắt từ thường dùng sắt cácbonyl, pécmalôi, alusife v.v Chất dính kêt cách điện nhưa fenol – fcmalđêhyt, polistirol, thủy tinh v.v Các chất sắt từ cần phải có từ tính cao, chất kết dính phải tạo thành lớp cách điện liên tục không gián đoạn hạt ferít Các lớp cần có bề dày đồng độ bền kết dính hạt với c, Ferít có vòng từ trễ chữ nhật Ferít có vòng từ trễ chữ nhật đặc biệt ý kỹ thuật máy tính để làm nhớ Vật liệu sản phẩm có loạt yêu cầu đặc biệt Để đặc trưng cho chúng thường dùng vài tham số phụ Trong số phải kể đến tham số hệ số chữ nhật Kcn chu trình từ trễ, tỉ số cảm ứng từ dư Bdư cảm ứng từ lớn Bmax K cn  Bdu Bmax Khoa Điện - Điện tử Trường Cao ng ngh Nam nh 101c Giáo Trình Vật liệu §iƯn Ngun Thµnh Nam Để xác định Bmax thường đo trị số Hmax= 5Hk Hệ số Kcn gần tới tốt Ferít từ trễ chữ nhật sử dụng cần ý đến thay đổi tính chất chúng theo nhiệt độ Ví dụ nhiệt độ biến đổi từ -200C đến 600C lực kháng từ giảm (1,5  2) lần, cảm ứng từ giảm (5  35)% CÂU HỎI CHƯƠNG III 3.1 Trình bày khái niệm vật liệu từ? Nêu đặc tính chủa vật liệu dẫn từ? 3.2 Thế đường cong từ hóa? Trình bày đường cong từ hóa số vật liệu từ điển hình? 3.3 Trình bày khái niệm mạch từ? Nêu cách tính tốn số mạch từ đơn giản? 3.4 Nêu định luật mạch từ? Thế toán thuận, toán nghịch? 3.5 Từ mạch từ vẽ sơ đồ thay nêu đại lượng có sơ đồ? 3.6 Cho biết hư hỏng thường xẩy mạch từ? 3.7 Thế vật liệu từ mềm, từ cứng vật liệu từ có cơng dụng từ đặc biệt? 3.8 Nêu tính chất thép kỹ thuật điện? Cách phân loại giải thích ký hiệu thép kỹ thuật điện? 3.9 Nêu tính chất cơng dụng loại vật liệu từ học? tập 3.10 Mạch từ hình vẽ (hình BT: 4.1) có kích thước S = S = cm ,  = 0,050 cm, LC = 30cm N = 500 vòng Giả sử sắt r = 70000 a Hãy xác định từ trở RC R Giả sử mạch từ làm việc BC = 0,1T b Hãy xác định từ thơng  dòng điện I lC Hinh BT: Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 102c Gi¸o Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam 3.11 i vi mạch từ (hình BT: 4.1) Hãy xác định: a Tự cảm L b Năng lượng dự trữ w BC =1T c Điện áp cảm ưng e Cho tần số f = 60Hz, BC = 1,0 sint với  = 2/60=377 3.12 Cho vật liệu lõi thép (hìnhBT: 4.1) có đường từ hóa hình (hình BT: 4.2) Hãy xác định dòng điện I Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam nh 103c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam Hình BT: Thép kỹ thuật điện - đúc chân không ủ 9000C Thép kết cấu mác 10 Thép bon Gang cán mác 00,  11 dày 0,5mm, Thép kỹ thuật điện cán nguội 330 dày 0,35mm Thép cán nguội định hướng  380 dày 0,5mm Thép kỹ thuật điện mác  41 dày 0,35mm Thép kỹ thuật điện mác  48, có độ từ thẩm tăng cường dày 0,35mm Thép kỹ thuật điện mác 10 Hợp kim mác 50H 11 Pécmaloi Khoa Điện - Điện tử Trường Cao ng ngh Nam nh 104c Giáo Trình Vật liệu §iƯn Ngun Thµnh Nam THỰC HÀNH TẠI LỚP Cho học viên quan sát nhận biệt số loại vật liệu dẫn từ thường dùng Cho học viên quan sát loại mơ hình sử dụng hoc yêu cầu : Viết tên nêu đặc điểm công dụng loại vật liệu dẫn từ quan sát Liệt kê loại vật liệu dẫn từ sử dụng mô hình quan sát nêu nhận xét xem người ta sử dụng loại vật liệu sử dụng phù hợp chưa, có cần thiết phải thay đổi khơng ? Nếu thay đổi chọn loại vật liệu ? v.v… Nêu tính chất đặc điểm vật liệu dẫn từ quan sát từ mô hình Phân loại vật liệu quan sát theo nhóm như: + Nhóm vật liệu dẫn từ mềm + Nhóm vật liệu dẫn từ cứng + Nhóm vật liệu dẫn từ có cơng dụng từ đặc biệt.v.v… Xác định hư hỏng, cho biết nguyên nhân gây hư hỏng Sửa chữa, thay vật liệu hư hỏng thiết bị Làm tập lớp Gợi ý cho học viên làm tập theo giáo trình từ 4.1 đến 4.3 Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng ngh Nam nh 105c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thµnh Nam Các thuật ngữ từ viết tắt GDKT-DN VTEP Dự án Giáo dục kỹ thuật Dạy nghề Vocational and Technical Education Project TCVN IEC 158-1 Tiêu chuẩn Việt Nam Tiêu chuẩn quốc tế (IEC: International Electrotechnical ẹ Commission) Nung thép đến nhiệt độ định, giữ nhiệt thời gian cho tổ chức bên vật liệu đồng sau Ram đoa làm nguội châm Ram kim loại: ram phương phỏp nhiệt luyện nhằm khử ứng suất nõng cao tớnh vật liệu Khoa Điện - Điện tử Trng Cao ng ngh Nam nh 106c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam TI LIU THAM KHO Nguyễn Xuân Phú:Vật liệu điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1998 Nguyễn Xuân Phú: Khí cụ Điện - Kết cấu, sử dụng sửa chữa, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội , 1998 Trần Khánh Hà: Máy điện 1, 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 TS Nguyễn Trọng Thắng: Cơng nghệ chế tạo tính tốn sửa chữa máy điện 1, 2, 3, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1995 Nguyễn Xuân Phú (chủ biên): Quấn dây, sử dụng sửa chữa động điện xoay chiều chiều thông dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 Đặng Văn Đào: Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1999 Nguyễn Chu Hùng - Tôn Thất Cảnh Hưng: Kỹ Thuật Điện 1, Trường đại học bách khoa TP.HCM.1995 Nguyễn Đình Thắng: Giáo trình Vật liệu điện, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2004 Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam nh 107c Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam MỤC LỤC TT Nội dung Trang Lời nói đầu Bài mở đầu: Khái niệm vật liệu điện I : Khái niệm vật liệu điện II: Phân loại vật liệu điện Chương I: Vật liệu cách điện 13 Bài 1.1: Khái niệm phân loại vật liệu cách điện 13 Bài 1.2: Tính chất chung vật liệu cách điện 15 Bài 1.3: Một số vật liệu cách điện thông dụng 22 Chương II: Vật liệu dẫn điện 44 10 Bài 2.1: Khái niệm tính chất vật liệu dẫn điện 44 11 Bài 2.2: Tính chất chung kim loại hợp kim 49 12 Bài 2.3: Những hư hỏng thường gặp cách chọn vật liệu dẫn điện 52 13 Bài 2.4: Một số vật liệu dẫn điện thông dụng 56 14 Chương III: Vật liệu dẫn từ 78 15 Bài 3.1: Khái niệm tính chất vật liệu dẫn từ 78 16 Bài 3.2: Mạch từ tính tốn mạch từ 81 17 Bài 3.3: Một số vật liệu dẫn từ thông dụng 94 18 Các thuật ngữ từ viết tắt 109 19 Tài liệu tham khảo 110 Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 108c ... (A/m) Giáo Trình Vật liệu Điện St thi Nguyễn Thành Nam 0, 02 0,06 25 0 7000 64 0, 02 0,01 600 15000 28 Sắt cacbonyl 0,005 0,005 3300 21 000 6,4 Sắt điện phân nóng chảy chân khơng 0,01 - - 61000 7 ,2 Sắt... đẳng ngh Nam nh 94c in tr sut .mm2/m Giáo Trình Vật liệu Điện Nguyễn Thành Nam thộp Hp kim hóa yếu 0,8 - 1,8 7,80 0 ,25 Hợp kim hóa trung bình 1,8 - 2, 8 7,75 0,40 Hợp kim hóa tăng cao 2, 8 - 3,8 7,65... đến 1,10 - - - EX3 0,90 đến 1,10 - - - 9,5 60 E7B6 0,68 đến 0,78 - 10,0 62 0,90 đến 1,05 5 ,20 đến 6 ,20 - - EX5K5 1,30 đến 1,60 2, 80 đến 3,60 0,30 đến 0,50 5,50 đến 6,50 5,50 đến 6,5 - 8,5 100