Основные электроматериалы (стр. 5 из 6)
Ра = U2 / R. (2.8.)
Если же потери в конденсаторе обусловлены главным образом сопротивлением подводящих и соединительных проводов, а также сопротивлением самих электродов (обкладок), например, тонким слоем серебра в слюдяном или керамическом конденсаторе, то рассеиваемая мощность в нем возрастает с частотой пропорционально квадрату частоты:
Ра = U2 ω С tg = U2 ω2 С2 ·r. (2.9.)
Из выражения (2.9.) можно сделать весьма важный практический вывод: конденсаторы, предназначенные для работы на высокой частоте, должны иметь по возможности малое сопротивление, как электродов, так и соединительных проводов и переходных контактов.
В большинстве случаев механизм потерь в конденсаторе сложный и его нельзя свести только к потерям от сквозной электропроводности или к потерям в контакте. Поэтому параметры конденсатора необходимо определять при той частоте, при которой он будет использован.
Диэлектрические потери, отнесенные к единице объема диэлектрика, называют удельными потерями. Их можно рассчитать по формуле
где V – объем диэлектрика между плоскими электродами, м3; Е – напряженность электрического поля, В/м.
Произведение εtg = ε" называют коэффициентом диэлектрических потерь.
Из выражения (2.10.) следует, что при заданной частоте и напряженности электрического поля удельные диэлектрические потери в материале пропорциональны коэффициенту потерь.
3. Синтетические и искусственные волокна. Их свойства и области применения в электропромышленности
СИНТЕТИЧЕСКИЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ ВОЛОКНА.
В электротехнике весьма широко применяются волокнистые материалы, т.е. материалы, которые состоят преимущественно (или целиком) из частиц удлиненной формы – волокон. Преимущества многих волокнистых материалов: дешевизна, довольно большая механическая прочность и гибкость, удобство обработки. Недостатками их являются невысокие электрическая прочность и теплопроводность (из-за наличия промежутков между волокнами, заполненными воздухом); гигроскопичность – более высокая, чем у массивного материала того же химического состава (так как развитая поверхность волокон легко поглощает влагу, проникающую в промежутки между ними). Свойства волокнистых материалов могут быть существенно улучшены путем пропитки, почему эти материалы в электрической изоляции обычно применяют в пропитанном состоянии.
3.1.Синтетические волокна.
Из синтетических волокнистых материалов следует отметить полиэтилентнререфталатные (лавсан, терилен, терен, дакрон, и др.), полиамидные (капрон, дедерон, найлон, анид и пр.), полиэтиленовые, полистирольные, поливинилхлоридные (хлорин и др.) и политетрафторэтиленовые. Материалы из синтетического волокна - это линейные полимеры с высокой молекулярной массой. Многие синтетические волокна, например полиамидные, после изготовления подвергаются вытяжке для дополнительной ориентации линейных молекул вдоль волокон и улучшения механических свойств волокна; при этом, очевидно, увеличивается и длина волокна, и оно становится тоньше. Из синтетических волокон в электроизоляционной технике большое применение имеет капрон. Использование капрона вместо натурального шелка и хлопчатобумажной пряжи высоких номеров в производстве обмоточных проводов дает большой экономический эффект, ибо капрон не только много дешевле, чем шелк и тонкая хлопчатобумажная пряжа, и легко доступен, но и дает большую длину нити того же сечения из единицы массы, так как плотность капрона сравнительно невелика.
Полиамидное волокно энант превосходит капрон и найлон по нагревостойкости и механической прочности. Нитрон (орлон) – это полимер акрилнитрила, молекула его имеет строение -
Он характеризуется большой механической прочностью и нагревостойкостью (температура размягчения его выше 2350С). Электрическая прочность непропитанных текстильных материалов определяется электрической прочностью воздуха в сквозных отверстиях между нитями, а потому весьма мала. Путем пропитки лаком можно закрыть эти отверстия лаковой пленкой и этим резко повысить электрическую прочность ткани и ее влагостойкость.
Искусственные волокна.
Основные типы этих волокон – вискозный и ацетатный шелк, получаемые из эфиров целлюлозы. В отличие от исходной целлюлозы ее эфиры обладают растворимостью в подходящих по составу растворителях и позволяют изготовлять из них тонкие нити при вытекании растворов сквозь отверстия (фильеры) малого диаметра.
Вискозный шелк изготовляют переработкой целлюлозы с последующим переводом вытянутых из прядильного раствора волокон в вещество, близкое по своей химической природе к исходной целлюлозе. Ацетатный шелк по составу представляет собой уксуснокислый эфир целлюлозы (ацетат целлюлозы). По внешнему виду оба эти типа искусственного шелка напоминают натуральный шелк, но пряжа из них такой же толщины, что и хлопчатобумажная. По электроизоляционным свойствам вискозный шелк не имеет преимуществ перед хлопчатобумажным волокном (он даже несколько более гигроскопичен, чем хлопчатобумажное волокно), но ацетатный шелк превосходит как хлопчатобумажную пряжу, так и натуральный шелк. Возможно и поверхностное ацетилирование хлопчатобумажной пряжи, подвергнутая такой обработке пряжа обладает меньшей гигроскопичностью, чем у исходной хлопчатобумажной пряжи.
4. Описать следующие материалы: вольфрам, золото, серебро, платину, никель, кобальт, свинец
Главнейшие усредненные физические свойства металлов при 200 (кроме столбцов 2 и 3)
| Металл | Температура плавления, 0С | Температура кипения, 0С | Плотность, Мг/м3 |
| Вольфрам W | 3380 | 5500 | 19,3 |
| Золото Au | 1063 | 2600 | 19,3 |
| Серебро Ag | 961 | 1950 | 10,5 |
| Платина Pt | 1770 | 4240 | 21,4 |
| Никель Ni | 1455 | 2900 | 8,90 |
| Кобальт Co | 1492 | 2900 | 8,71 |
| Свинец Pb | 327 | 1620 | 11,4 |
| Металл | Удельная теплоемкость, Дж/(кг·К) | Теплопроводность, Вт/(м·К) | ТК линейного расширения × 104, К-1 |
| Вольфрам W | 218 | 168 | 4,4 |
| Золото Au | 126 | 293 | 14 |
| Серебро Ag | 234 | 415 | 19 |
| Платина Pt | 134 | 71 | 0,0 |
| Никель Ni | 444 | 95 | 13 |
| Кобальт Co | 435 | 79 | 12 |
| Свинец Pb | 130 | 35 | 29 |
| Металл | Удельное сопротивление, мк Ом·м | ТК удельного сопротивления, К-1 | Работа выходов электронов, эВ |
| Вольфрам W | 0,055 | 0,0046 | 4,5 |
| Золото Au | 0,024 | 0,0038 | 4,8 |
| Серебро Ag | 0,016 | 0,0040 | 4,4 |
| Платина Pt | 0,105 | - | - |
| Никель Ni | 0,073 | 0,0065 | 5,0 |
| Кобальт Co | 0,062 | 0,0060 | - |
| Свинец Pb | 0,21 | 0,0037 | - |
| Металл | Абсолютная удельная термо-Э.Д.С. мкВ К-1 | Температура перехода в сверхпроводящее состояние, К | Магнитные свойства |
| Вольфрам W | +2,0 | 0,01 | Парамагнитный |
| Золото Au | +1,5 | - | Диамагнитный |
| Серебро Ag | +1,5 | - | Диамагнитный |
| Платина Pt | -5,1 | - | Парамагнитный |
| Никель Ni | -19,3 | - | Ферромагнитный 358 |
| Кобальт Co | -20,1 | - | Ферромагнитный1131 |
| Свинец Pb | -1,2 | 7,2 | Диамагнитный |
5. Трубка из поливинилхлорида имеет размеры: внутренний диаметр d1=1,45 мм и внешний диаметр d2=4,5 мм. Построить графики зависимости диэлектрических потерь в температурном диапазоне от Т1=-200 С до Т2=600С: а) при постоянном напряжении U=1,5 кВ; б) при переменном напряжении U=1,5 кВ (действующее значение) частотой 50 Гц
Решение задачи:
Так как трубка из поливинилхлорида как правило используется для изоляции токоведущих проводников, примем что внутри трубки расположен круглый провод диаметром dвн, а снаружи трубка также окружена проводящей средой. В этом случае трубку можно рассматривать как диэлектрик конденсатора и применить для решения известные формулы.
Размеры трубки: dвн.=1,5 мм; dнар.=4,5 мм; h=10 мм
Температурный режим – от Т=-200С до +600С
Напряжение U=1,5 кВ; Частота ƒ=50 Гц.
Материал – поливинилхлорид.
Основные электрические параметры поливинилхлорида в зависимости от температуры.
| T0C | εr | tgδ | ρv |
| -20 | 3,0 | 7·10-3 | 2·1012 |
| 0 | 3,1 | 9·10-3 | 2,25·1012 |
| 20 | 3,4 | 2·10-2 | 2,5·1012 |
| 40 | 3,9 | 4·10-2 | 2,75·1012 |
| 60 | 4,9 | 5·10-2 | 3·1012 |
Rиз= ρv· h/S;