Materialer anvendt i elektroteknik

Denne artikel beskriver de fire vigtige kategorier af materialer, der anvendes i elektroteknik. Kategorierne er: 1. Materialer anvendt i elektroteknik 2. Materialer anvendt til at udføre elektricitet 3. Isoleringsmaterialer 4. Materialer anvendt til styrkelse af magnetfelter.

Elektroteknik: Kategori # 1. Materialer anvendt i elektroteknik:

Materialerne i brug i elektroteknik kan opdeles i fire vigtige kategorier, alt efter deres brug:

a) materialer, der anvendes til at føre elektricitet

b) materialer, der anvendes til isolering,

(c) Materialer anvendt til at styrke magnetfelter,

(d) Materialer til fremstilling af understøtninger, hylstre og andre mekaniske dele samt møntfremstilling.

De materialer, der skal anvendes i elektrisk udstyr, bør være sådan, at der udfører elektricitet og også nogle, der isolerer. Elektrisk strøm kan strømme effektivt kun gennem en sti, der er lavet til det, fra materialer, der leder elektricitet godt. Et elektrisk kredsløb kan kun styres, hvis strømmen er begrænset til den ledende vej gennem effektiv isolering.

Det meste af den elektriske kraft, der leveres til en kulminde eller siges i en anden industri, anvendes i udstyr som motorer, transformatorer, relæer, klokker osv., Som faktisk fungerer via den elektriske strøms magnetiske virkning.

Effektiviteten af ​​sådant apparat afhænger i vid udstrækning af brugen af ​​materialer til kerner og polstykker, der styrker de magnetiske felter, der opstår, når strøm strømmer i udstyrets viklinger.

Det er en kendsgerning, at næsten alt elektrisk udstyr er indesluttet på en eller anden måde, selv om kabinettet er forskelligt fra hinanden. Det kan helt sikkert ikke være, at alle kabinetter vil være de samme. Faktisk afhænger design af kabinettet af brugen af ​​udstyret og også miljøet, hvor det vil blive installeret.

Udover dette er der i motorer og koblingsanordninger mange bevægelige dele, der kræver specielt udvalgte materialer i betragtning af designelementerne i den pågældende komponent. Derfor kan vi se, at valget af materialer til elektrisk udstyr skal laves med stor omhu og tanke og beregning.

Elektroteknik: Kategori # 2. Materialer anvendt til at udføre elektricitet:

De materialer, som elektriske kredsløb er lavet til, vælges primært for den lethed, hvormed de fører elektricitet. Let ledning er imidlertid ikke den eneste overvejelse. Mange dele af et kredsløb skal have mekaniske egenskaber såsom trækstyrke eller slidstyrke, eller duktilitet eller kompressionsstyrke mv.

Visse typer apparater vil kræve ledende materialer, som reagerer på strømmenes passage, såsom filamenterne, der anvendes i elektriske lamper. Andre materialer vælges, fordi de giver modstandsdygtighed over for strømmen, f.eks. De der bruges til at fremstille modstande og reostater, som styrer strømmen i et kredsløb. Nogle af de mest anvendelige ledende materialer, der findes blandt de metaller, der anvendes i elektrisk udstyr, er angivet nedenfor.

Kobber:

Dette materiale anvendes mest til dannelse af nuværende stier i elektriske kredsløb. Det fører meget nemt til elektricitet, og dets fysiske egenskaber gør det muligt at bruge det på mange måder. Det er et blødt metal, så det kan trækkes ud i stænger og ledninger, det kan også bøjes og formes efter behov. Den kan slås sammen ved lodning, lodning, boltning eller svejsning.

Kobber bruges til viklinger af elektromagnetiske apparater, fx motorer, generatorer, transformatorer og relæer. De fleste spoler er fremstillet af kobbertråd, men vikling beregnet til at bære tunge strømme kan være dannet af formede kobberstænger. De ledende segmenter af kommutator er normalt lavet af kobber, men er af særlig design og form, der er nødvendige for at bære den særlige nominelle strøm.

Igen ser vi kobber i forskellige former, ligesom tråde anvendes i centrum af kabler, der bærer strøm. Her er også spørgsmålet om den nuværende bæreevne vigtig. Ved design af kablerne skal en designer tænke med stor omhu og beregning.

Nu, hvis vi ser på busbars design og skifter kontakter, ser vi igen, hvordan en vigtig del kobber spiller som en strømbærende leder. Nogle gange skal disse kontakter bære strøm i området på få tusinde ampere, og for disse kontakter og busbars er tværsnit og formularer lavet af det krævede tværsnit i henhold til designet.

Messing:

Dette materiale, som faktisk er en legering af kobber og zink, anvendes også i vid udstrækning i elektrisk udstyr, selv om vi ved, at messing ikke fører elektricitet såvel som kobber, men det er sværere end kobber og kan lettere modstå slid og beskadigelse .

Som kobber kan dette også trækkes ud i ledninger, stænger og specialformer til brug i forskellige applikationer. Dette kan også tilsluttes ved lodning, lodning, boltning og nitning. Den bruges til stik, stikkontakter, forbindelsesstænger, terminaler, bøsningskontakter i kontaktorer med mindre rating og til bolte og møtrikker til levende komponenter.

Aluminium:

Aluminium er også en god leder af elektricitet. Aluminium er faktisk et letmetal, og er ikke så stærkt som kobber. Problem med dette metal er, at sammenføjning er af stor vanskelighed, selvom det er lykkedes at forbinde boltning og endog lodning ved speciel argonbuesvejsning.

Den bruges mest i tilfælde af støbte rotorer af egernburmotorer. Det bruges også i overheadledninger og underjordiske kabler. Som kobber kan aluminium også udtrækkes i form af stænger, stænger og enhver speciel form, der skal anvendes i forskellige elektriske apparater.

Ved anvendelse i kulminer er forbud mod anvendelse af aluminium eller legeringer af aluminium som et materiale til ethvert elektrisk udstyr til underjordisk brug, såsom boremaskiner, belysningsarmaturer osv. På grund af risikoen for gnistdannelse, hvis udstyr bliver ramt af et skarpt slag af noget andet meget hårdere materiale eller udstyr som stålbue, rørskinne eller andre hårdere materialer.

Constantan (Eureka) og Magnanin:

Konstantan er en legering af kobber og nikkel, og manganin er en legering af kobber, nikkel og mangan. Begge disse legeringer giver en højere modstandsdygtighed over for elektrisk strøm end de fleste andre metaller, der anvendes som ledere, og deres primære brug er ved konstruktion af modstand og reostater, der anvendes som primært varmeelementer.

Wolfram:

Dette metal anvendes primært til filamenterne af elektriske lyspærer. Det har et højt smeltepunkt og kan ved strømmen af ​​en elektrisk strøm opvarmes (i et gasfyldt glasrør) til den temperatur, ved hvilken den vil udstråle stærkt lys.

Zink, bly, jern og nikkel:

Disse metaller anvendes i elektroderne i primære og sekundære batterier.

Kviksølv:

Et flydende metal, der anvendes som leder i mange typer kviksølvafbryder, automatiske udskæringer og kviksølvbue-ensretter. Ovenfor har vi diskuteret de metallledere, der fører elektricitet, men der er også ikke-metalliske ledere, som udfører elektricitet lige så godt, og de anvendes meget i elteknik.

Kulstof:

Til sammenligning med metaller giver kulstof en høj modstandsdygtighed over for elektrisk strøm. Det har en vigtig egenskab, idet den er selvsmørende (grafit, en form for kulstof, bruges som smøremiddel i nogle maskiner). Kulstof er derfor det materiale, der oftest anvendes i motor- og generatorbørster.

Carbon børster kan faktisk holde en fast, men glat kontakt med en roterende kommutator eller slipring uden at forårsage overopvarmning eller hurtig slitage.

Dette er faktisk en fantastisk egenskab af kulstof, en ikke-metallisk leder, som ingen metallisk leder kan svare til. Faktisk ville ingen metallisk kontakt have arbejdet i stedet for carbon brushes, der blev brugt i slipring eller commutator.

Kulbørster indeholder dog normalt en lille mængde kobber for at forbedre deres ledningsevne. Carbon er også fundet yderst nyttigt til fremstilling af faste og variable modstande og også som elektroder til primære batterier.

Væsker:

Vi kender fra teori og praksis, at ikke-metalliske væsker, der fører elektricitet, gør det faktisk ved elektrolyseprocessen. Sammenlignet med metaller giver de en høj modstandsdygtighed over for elektrisk strøm. Elektrolytter af primære og sekundære celler, der anvendes i batterier, er væsker, der udføres ved elektrolyse.

Og disse væsker omfatter fortyndet svovlsyre og opløsninger af sal ammoniak (ammoniumchlorid) og kaliumhydroxid. En ledende væske bruges også nogle gange som en tung modstandsdygtighed til at starte motorer med høj rating. Faktisk giver en opløsning af vaske soda i vand for eksempel modstandselementet i flydende forretter til motorer.

Elektroteknik: Kategori # 3. Isoleringsmaterialer:

Isoleringsmaterialer bruges til at begrænse eller styre elektriske strømme til kredsløbet, som de er designet til at flyde. Hvis der ikke var nogen isolering, ville strømmen straks finde sin nærmeste vej til jorden og bringe hele systemet i fare.

Faktisk afhænger effektiviteten og effektiviteten af ​​isoleringsmaterialer ikke kun på det effektive udførelse af det elektriske udstyr og den elektriske installation som helhed, men også sikkerheden for livet for de mennesker, der arbejder med det.

Faktisk isolering er en livreddende vagt både for udstyret og for de mennesker, der bruger dette elektriske udstyr. Derfor er valg af klasse og klasse af isolering til udstyr en primær opgave for en elektroingeniør, der skal designe udstyrets anvendelse til industrien, uanset om det er en kulminde eller en stålmølle.

I dag ved at øge isoleringsklassen og dermed øge isoleringens kapacitet til at modstå den meget højere temperatur uden forringelse af isoleringsmaterialerne, øges vurderingen af ​​det elektriske udstyr som motorer og transformatorer, koblingsudstyr og også busstænger utroligt i samme ramme af udstyret.

Imidlertid er mange forskellige isoleringsmaterialer i brug. Valget af det bestemte isoleringsmateriale til et bestemt formål bestemmes af spændingen af ​​kredsløbet, der skal isoleres, og udstyrets fysiske krav og miljø. Materialer, som isolerer en levende leder fra jorden, eller som isolerer en levende leder fra en anden, har en potentiel forskel anvendt på tværs af den.

Selv om strømmen ikke strømmer gennem isoleringsmaterialerne, udsættes materialet for enorm belastning, som er kendt som den dielektriske stamme. Hvis den potentielle forskel er forøget, stiger denne dielektriske belastning, og en potentiel forskel kan nås, når belastningen bliver for stor.

Isoleringen bryder derefter ned og en strøm passerer på tværs af den. Og når isolationen er gået ned, er dens isolerende egenskaber permanent forringet. Isoleringsmaterialer, der kan modstå høje spændinger, har en høj dielektrisk styrke og er afgørende for isolering af høj- og mediumspændingsledninger.

I lavspændings- og signalkredsløb er dielektrisk styrke ikke så vigtig, og isoleringsmaterialer kan primært vælges for deres lette fremstilling eller tilpasningsevne eller sikker håndtering af udstyret, da selv et lille elektrisk stød kan blive livsfarligt.

Udover isolerende egenskaber skal der tages hensyn til andre egenskaber ved materialerne. For nogle formål, f.eks. Isolering af kabler, skal materialer være fleksible, og de bør ikke miste deres isolerende egenskaber, når de strækkes eller forvrænges.

Mekanisk styrke er også meget vigtig for mange formål, især for motor, der anvendes til godstransport, hvor sommetider motorens hastighed når næsten dobbelt så høj hastighed.

I sådanne tilfælde, hvis det mekaniske styrke af isoleringsmaterialet ikke er stærkt nok, kan ledningerne og endda ledere (som er bundet af isoleringsmaterialer) flyve ud og forårsage alvorlig skade ikke kun for motoren, men også for installationen.

Derfor er mekanisk styrke vigtig til mange formål, da dielektrisk styrke kan blive svækket, hvis dele af isoleringsmaterialet knækker eller bryder væk. Mekanisk skade på isolering er årsag til elektrisk nedbrydning. Nogle gange, hvis denne mekaniske skade ikke mærkes i tide, kan valgafbrydelsen blive af meget alvorlig karakter.

Og derfor er det et must at regelmæssigt og grundigt inspicere isoleringen for at kontrollere, om den er begyndt at forværres, eller aldring eller revnedannelse, eller dens IR-værdi er faldet langt under den tilladte grænse for bestemte anvendelser. Faktisk bestemmer isolationslivet livet for et elektrisk udstyr. Derfor foregår der en regelmæssig undersøgelse vedrørende forbedring af isolering (se tabel 2.2).

Typer af isolering:

Tør luft:

Tør luft er faktisk en vigtig og effektiv isolator. For eksempel ved vi, to levende barre ledere adskilles af luft og isoleres effektivt fra hinanden. Bedste eksempel herpå er busbars på kontrolpanel og motor og transformer til terminaler. Men luftisoleringen har en grænse i betragtning af dens dielektriske styrke.

Derfor, hvis der er overskredet højspænding end nominel spænding over disse terminaler, vil den dielektriske styrke briste og dermed forårsage en sammenbrud. Derfor skal en designer, når man designer busbjørnekammeret og terminalboksen, gå efter den standard, der er bevist, mellem to bare levende stænger, som fastsat i indisk eller britisk standardspecifikation, der er lavet i henhold til erfaring og teori.

I virkeligheden ioniserer luften mellem de to levende barer faktisk, og der udvikler en bue over det mellemliggende rum, der kaldes linje til linje og derefter til jord, dvs. total kortslutning. Et andet stort eksempel på nedbrydning af luftisolering er forekomsten af ​​lyn.

Gummi:

Dette er også en isolator, men det er ikke i stand til at modstå for høj temperatur. Som et fleksibelt materiale anvendes dette hovedsageligt til indvendig belægning af kabelledere i forskellige størrelser. Faktisk spiller gummierede forbindelser en vigtig rolle i fremstillingen af ​​kabler.

Vulkaniseret gummi:

Denne forarbejdede gummi er faktisk meget mere hård end den rene gummi, selv om den har en lav dielektrisk styrke.

Plast:

Plast i alle sine mange forskellige former bruges mere og mere til isoleringsmaterialer.

Disse er for mange til at nævne individuelt i denne bog, men som en nyttig vejledning er følgende nogle af de materialer, der erstatter gummi som isoleringsmedium til ledninger og kabler:

a) PVC (Polyvinylchlorid)

b) Neopron

c) butylgummi

d) EPR (Ethylin-Propylen Rubber)

e) CSP (chlorosulfonatpolyethen)

Bomuld og lak, glasfiber osv .:

I de tidligere designs blev ledere af motorer og transformatorer primært isoleret med bomuld og lakker. I dag er disse imidlertid i de fleste tilfælde blevet erstattet af mere effektive og modemisolerende materialer såsom harpiksbaserede emaljer, glasfiber, asbest osv.

I dag er harpiksbaserede isoleringsfilm tendens til at erstatte bomuld og lak til isolering af viklinger. Faktisk er disse film lettere anvendt, og er også mere effektivt modstandsdygtig over for fugt. Før du bruger disse isoleringsfilm, skal viklingerne dog perfekt bages for at slippe af med fugt.

Olieimprægneret Papir:

Papir imprægneret med isolerende olie har også en høj dielektrisk styrke, der almindeligvis anvendes til isolering af ledere af højspændingskabler, som ikke skal være fleksible. Papiret absorberer fugt meget let, så det kun kan bruges i udstyr, der er designet til at forhindre fugt i at komme ind, som blybeklædt kabler.

Af den grund, når et papirisoleret kabel er skåret, skal enden forsegles omgående for at beskytte den mod fugt.

Isolerende olie:

Isoleringsolie har en høj dielektrisk styrke og bruges derfor til at isolere visse typer højspændingsudstyr. Transformatorer og kondensatorer forbundet til højspændingskredsløb bliver normalt nedsænket i isoleringsolie. Olien bruges ofte som kølemedium såvel som en isolering.

Derfor har den to vigtige funktioner i det elektriske udstyr. Anvendelse af isolerende olie i transformer er et godt eksempel. Kontakten fra nogle højspændingsbrydere fungerer i isoleringsolie, som foruden isolering hjælper med at slukke den udbøjede bue. Når kontaktdelene er isolerende olie tynd og meget brandfarlig.

Den fordamper, når den opvarmes, og da dampene indeholder brint, skal oliefyldt udstyr være godt beskyttet mod eksplosionsfaren.

Pyrochlor:

Denne type isolerende væske anvendes i dag. Denne væske er faktisk tungere og har mere dielektrisk styrke end regelmæssigt anvendt transformerolie. Men vanskeligheden med denne væske er regelmæssig håndtering, da den bliver tyk, når den er kold og bliver tyndere med en temperaturstigning. Denne type væske bruges mest i Rusland.

Porcelæn:

Porcelæn har en meget høj dielektrisk styrke og bruges derfor som en isolator i højspændingskredsløb. At være en form for lertøj, skal formes til den form, der kræves under fremstillingen, og når den fyres, kan den ikke arbejdes.

Den anvendes primært til isolatorer, der understøtter baseledere, f.eks. Understøtninger til busstænger og de ledende dele af jernklapsknap og forbindelseskasser. Isolatorer til udendørs linjer er også lavet af porcelæn.

Mica:

Et hårdskørt mineralstof, der anvendes som en spalteisolering til motorviklinger og til isolering mellem segmenterne af kommutatorer. Det tåler høje temperaturer og er uigennemtrængelig for fugt. Andre former for slotisolering består af materialer som lakeret papir, glasfibre, asbestlaminat og seneste millinex.

Isolerende bord:

Der er forskellige typer af isoleringskort og støbte isoleringer. Tryk pahn, tuffnol og letheroid er almindeligt anvendt i elektrisk udstyrs. Deres anvendelser omfatter klemmer, formere til spoler, spalteisolering til motor- og transformatorviklinger, og isolerende børster og spændeskiver.

Ebonite:

En form for meget hårdt vulkaniseret gummi, der ligner træbenet i udseende. Dens anvendelse omfatter terminal bord, og isolerende børster og skiver.

Permali træ:

Dette er en særlig type træ med bedre dielektrisk styrke end almindeligt træ. Disse har mere fugtbestandig styrke. Disse anvendes generelt til kontaktbrætter, separatorer, bøsningsterminaler.

Isolerende tape:

Isoleringstape bruges til indpakning af spoler eller baseledere indenfor kabinetter, fx inden for koblingsudstyr og motorhuse. Det bruges nogle gange til at reparere eller udskifte skadet isolering. Tape er lavet af vulkaniserede fibre (fx Elephantide), af lakeret bomuld, silke eller glasfiberdug (f.eks. Empire tape) eller fra bundet glimmer (Micanite).

Plastbånd (PVC) eller nylonbånd af elektrisk ejendom bruges i dag til en lang række lav-, mellem- og højspændingsledninger.

Isolerende forbindelse:

Isoleringsforbindelse bruges til påfyldning af kabelforbindelsesbokse, tilsluttede forbindelsesenheder og klemmeindkapslinger. Mange forbindelser er baseret på bitumen og skal opvarmes og hældes i indeslutningen, der skal fyldes straks, mens de er varme. Koldhærdende forbindelser bestående af en mineral eller syntetisk olie med en hærder anvendes nu mere bredt.

Elektroteknik: Kategori nr. 4. Materialer til styrkelse af magnetiske felter:

Motorer, transformatorer, relæer, som er i virkeligheden elektromagnetisk udstyr har deres spoler viklet på kerner. Materialerne, som disse kerner er fremstillet af, vælges for deres evne til at producere et stærkt magnetfelt, når de magnetiseres af en strøm, der strømmer i viklingen. Sådanne materialer beskrives som at have høj magnetisk permeabilitet.

Imidlertid er høj magnetisk permeabilitet ikke det eneste krav til kernematerialer. Materialerne skal være i stand til at blive magnetiseret meget hurtigt og af at miste deres magnetisme så hurtigt som muligt efter at magnetiseringsstrømmen stopper at strømme.

Dette krav er især vigtigt i vekselstrømsapparater, såsom transformatorer, hvor kernerne magnetiseres og demagnetiseres hundrede gange pr. Sekund. Forsinkelse ved at reagere på ændringer i magnetiseringsstrømmen kaldes hysteriserer, alle magnetiske materialer er underlagt hysteriser, selv om denne faktor i nogle er meget lille.

Et andet vigtigt krav til kernemateriale er, at de bør bibeholde så lidt magnetisme som muligt, når magnetiseringsstrømmen holder op med at strømme. Alle magnetiske materialer bevarer en vis magnetisme, når de er placeret i et magnetfelt, men materialer varierer meget i mængden, de beholder. Lav retention er forbundet med lav hysteris og vice versa.

En permanent magnet har for eksempel en ekstremt høj hysteriseringsfaktor og er derfor vanskelig at magnetisere, når magnetiseringsstrømmen stopper. Kernematerialer magnetiseres imidlertid let og bevarer en knap detekterbar mængde magnetisme, når magnetiseringsstrømmen ophører.

Gode ​​kerne materialer er derfor dem, der har en høj magnetisk permeabilitet og en lav hysterese. Faktisk blødt jern opfylder disse krav og på et tidspunkt blev anvendt i vid udstrækning til elektromagnetiske kerner.

Visse legeringer af jern har imidlertid vist sig at være meget mere effektive. Blandt legeringerne, der nu er til fælles brug, er legeringer af silicium og jern (fx Lohys og Stalloys), kobolt og jern (Permendur) legeringer og legeringer af nikkel og jern (Permalloy).

Kerner af induktive viklinger som transformatorer, motorer og generatorer er altid opbygget af tynde lag af metaller (tykkelse på .005 til .007) kaldet laminer, som er isoleret fra hinanden (ved tynde lag af .002 film af lak) og boltet tæt sammen. Denne konstruktionsteknik er vedtaget for at forhindre eddystrømme i at cirkulere i kernen.

Kernematerialerne, der hovedsageligt er et jernholdigt metal, er imidlertid en leder inden for magnetfeltet, således at emf genereres i det, når der er nogen ændring i feltets styrke. Hvis kernen var fast, ville der eksistere en lav modstandsvej, der tillader tunge strømme at cirkulere.

Hvis det tillades at cirkulere, ville eddystrømmene skabe et magnetfelt i modsætning til det, der blev skabt af magnetiseringsstrømmen, hvorved overophedningen var alvorlig. Isoleringen mellem lamineringen forhindrer hvirvelstrømmene i at strømme, lamineringen lægges i retning af magnetfeltet, således at effekten på selve feltets styrke minimeres.

Rammer, huse:

Støbejern, støbejern og støbt stål er langt de mest almindelige materialer til rammer og boliger til elektrisk udstyr, der anvendes i minedrift. Hårdstøbt plast anvendes til nogle mekaniske dele, og epoxyharpiks anvendes nu til nogle formål. Elektriske lysarmaturer og kontrolvinduer bruger tungt pansret glas. Stål af høj kvalitet anvendes til motoraksler og bærende overflader.