Класификация на електротехническите материали (copy)

1. Електротехнически материали - материали, чиито специфични електрически или магнитни свойства им позволяват да изпълняват определени функции в електрическа или радиоелектронна апаратура под въздействие на елетрически или магнитни полета.

2. Видове според специфичните си свойства

   а) проводници

   б) диелектрици

   в) полупроводници

   г) магнитни материали

3. Класификация според специфичното им съпротивление

   а) проводници

   10^-8 - 10⁰ (Ω.m)

   б) полупроводници

   10⁰ - 10⁶ (Ω.m)

   в) диелектрици

   10⁶ - 10¹⁶ (Ω.m)

4. Диелектрици

   О: Материали ,възпрепятстващи преминаването на електрически ток , къдет това е вредно за съоръжението или опасно за хората.Електрическите им заряди са здраво свързани във връзки и не са в състояние да провеждат електрически ток. За това и специфичното им съпротивление p_v е толкова високо.

5. Основни видове диелектрици

   а) Пасивни диелектрици ( електроизолационни материали) - притежават линейна зависимост на диелектрична проницаемост от интензитета на електрическото поле

   б) Активни диелектрици (пизо- , пиро- електрици, електрооптични материали) - притежават нелинейна зависимост на диелектричната проницаемост от интензитета на електрическото поле (хистерезис)

6. Видове диелектрици според агрегатното им състояние

   а) газообразни - въздух, азот, водород, въглероден диоксид

   б) течни - вода, трансформаторно масло

   в) твърди - керамика, слюда , полиетилен

7. Видове диелектрици според произхода и свойствата си

   а) органични - елегаз, трансформаторно масло, поливинилхлорид

   б) неорганични - водород , въглероден диоксид, слюда, керамика

8. Видове диелектрици според начина на получаване

   а) природни - въздух, азот, вода, трансформаторно масло

   б) синтетични - елегаз, поливинилхлорид, полиетилен

9. Видове диелектрици според промяната на свойствата си при топлинно въздействие

   а) термопластични - при загряванр се деформират, но могат да се върнат в първоначалната си форма (Пр. полиетилен, полипропилен, поливинилхлорид)

   б) термореактивни - при загряване се деформират , но не могат да се върнат в пурвоначалната си форма (Пр. гетинакс, текстолит, полиестерни смоли)

10. Видове диелектрици според размерите на електрическия момент на молекулите

    а) неполярни (при тях центърът на тежестта на отрицателните заряди съвпада с центъра на тежестта на положителните заряди) - полиетилен, полипропилен, слюда

    б) слабо полярни (при тях центърът на тежестта на отрицателните заряди несъвпада с центъра на тежестта на положителните заряди )- трансфроматорно масло, поливинилхлорид

    в) силно полярни - вода, етилов алкохол

11. Приложение на диелектриците

    Активните диелектрици се използват за :

• активни елементи на електрическата верига

• за генериране , усилване, модулация и преобразуване на електрически сигнали

• лазери

• мазери

• пизоелектрици

• сегнетоелектрици

• пироелектрици

• електрети

• електропични материали

• нелинейнооптични материали

12. Проводници

    О: Проводниците са електротехнически материали, които служат да провеждат електричен ток .

13. Видове проводници според специфичното им електрическо съпротивление

    а) проводници с висока електропроодимост (p_v = 10^-8 Ω.m) - мед, алуминий, сребро, злато

    б) проводници с висока електропроводимост (p_v = 10^-7 - 10 Ω.m) - сплави на желязо, мед и алуминий

    в) свръхпроводници и киропроводници - при ниски (криогенни ) тенператури имат почти нулево специфично съпротивление

14. Полупроводници

    О: По електрически свойства заемат междинно положение между диелектриците и проводниците . Проводимостта , обусловена от примесите , може да бъде управлявана посредством интензитет на електрическо или магнитно поле, осветеност , температура и тн.

15. Видове полупроводници според химичния си състав

    а) химични елементи - силиций (Si) , германий (Ge) ,селен (Se)

    б) химични съединения - силициев карбид (SiC) ,галиев арсенид (GaAs), цинков сулфид (ZnS)

16. Магнитни материали

    О: Магнитните материали служат да канализират магнитния поток и да съхраняват енергията на магнитното поле

17. Видове магнитни материали

    а) магнитномеки материали - имат високи стойности за магнитна проницаемост и малък коерцитивен интензитет

    б) магнитнотвърди материали - имат висок коерцитивен интензитет и съхраняват продължително време енергията на магнитното поле

18. Видове магнитномеки материали

    а) магнитномеки материали за постоянни и нискочестотни магнитни полета

    б) магнитномеки материали за високочестотни магнитни полета

    в) магнитномеки материали със специфични свойства - правоъгълен хистерезисен цикъл, висока индукция на насищане, магнитнострикция и др.

Свойства на електротехническите материали свързани с топлината и влагата. Степени на защита от проникване на влага и твърди тела

1. Свойства на електротехническите материали свързани с топлината

   а) Топлопроводност

   О: Топлопроводността характеризира способността на електротехническите материали да провеждат топлина .Мощността (топлината) пренесена през образец от даден материал е:

P = Л_т . (Т₂ - Т₁) / h . S . t

Където :

• Л_т - коефициент на топлопроводност

• Т₁ и Т₂ - абсолютни температури

• h - дебелина на образеца

• S - площ на образеца

• t - време

  б) Топлинно разширение

  О: Топлинното разширение се оценява с температурните коефициенти на разширение - линейно или обемно. Коефициента на линейно разширение се определя с израза:

• α_l = 1/l . dl/dT

  В температурния обхват от 20 до 100 градуса , температурния коефициент на линейно разширение запазва почти постоянни стойности.

  в) Клас на топлоустойчивост

  О: Устойчивостта на топлинно стареене на различните електроизолационни матеруали се определя от техния клас на топлоустойчивост. Той предствалява най-голямата допустима работна температура в условията на нормална експлоатация, при която електроизолационните материали запазват изолационните си свойства в допустими граници не по-малко от 2000 часа.

2. Свойства на електротехническите материали свързани с влагата

   а) Водопроницаемост

   О: Водопроницаемостта характеризира способнстта ба дадьедн материал да пропуска вода (влага) . Измерва се с количество вода (m) преминало за определени време (t) през площта (S) под действие на разликата на наляганията p₁ и p₂ от двете страни на диелектрика с дебелина (h).

• m = k_в . ((p₁ - p₂).S / h ) . t (k_в - коегициент на водопроницаемост)

  б) Мокряемост

  О: Мокряемостта е способността на диелектриците да се мокрят. Тя се определя от контактния ъгъл между водната капка и повърхността на диелектрика .Ако контактния ъгъл между капката и повърхността на диелектрика е по-малък от 90 градуса, то материала е немокрещ се. Ако ъгълът е по-голям от 90 градуса, то материалът е мокрещ се.

  в) Водопоглъщаемост (хигроскопичност)

  О: Водопоглъщаемост (хигроскопичност) се нарича свойството на диелектриците да абсорбират в обема си вода (влага) от околната среда.

3. Степени на защита от проникване на твърди тела и влага

   • Всички електрически съоръжения и радиоелектронна апаратура трябва да има определена и означена степен на защита (IP) - International Protection ,срещу проникване на (условно означена с първа цифра) и срещу проникване от вода ( означена с втора цифра)

4. Степени на защита от проникване на твърди тела

   Степените на защита срещу проникване на твърди тела в електротехническа и радиоелектронна апаратура са 7 на брой.

5. Степени на защита от проникване на вода

   Степените на защита срещу проникване на вода са 9

Поляризация на диелектриците. Видове поляризации. Зависимост на отноцителната диелектрична проницаемост от честотата и температурата.

1. Поляризация

   • Във всяко вещество, независимо от това дали в него има или отсъстват свободни електрически заряди, има свързани електрически заряди. Това са електронните слоеве на атома, атомните ядра, йоните в кристални решетки. При внасяне на веществото във външно електрическо поле, свързаните електрически заряди се изместват от своите равновесни състояния.

     О: Поляризация на диелектрик се нарича ограниченото и обратимо преместване или ориентиране на свързани електрически заряди под действие на външно електрическо поле. В резултат на поляризацията във всяка молекула или атом се появява електрически момент.

2. Относителна диелектрична проницаемост ε_r

   а) диелектрична константа ε_о

   • ε_{о = 8,85 . 10 ^-12 F/m}

     O: Относителна диелектрична проницаемост представлява отношението на заряда на кондензатор Q при дадено напрежение ,с диелектрик между електродите, към заряда на същия кондензатор Q₀ при същото напрежение , но когато между електродите му има вакуум.Можем да го определим като число , което показва колко пъти ще се повиши капацитетът на един вакуумен кондензатор, когато между електродите му се постави диелектрик.

3. Видове поляризации

   а) Бързи поляризации (поляризации на деформацията) - характерно за тях е ,че електрическия момент се образува при внасянето на диелектрика в електричното поле и след изключване на полето електрическия момент изчезва. При този тип поляризации , липсва загуба на електрическа енергия.

   • Електронна поляризация - във външното електрическо поле се преместват само електроните. В електрическото поле става разтягане на елетронния облак относно ядрото.Характерно за този тип поляризация е ,че протича във всички диелектрици без изключение и е най-бързата такава, защото електроните са най-малките от всички частици , които участват в нея.При електронната поляризация е характерна също слаба зависимост на относителната диелектрична проницаемост от температурата и изключително малки диелектрични загуби.

     • Йонна поляризация - йоните са електрически заредени частици и се преместват в електрическо поле от равновесното си полжение, което води до индуциране на електрически диполен момент. При малкото отклонение на йоните възниква еластична сила , която след изключване на полето връща йоните в изходно положение. характерно за този вид полярзация е ,че не се наблюдава във всички диелктрици , а само в тези с плътна опаковка на йонна кристална решетка. Отнема доста по-голямо време за протичане .(10^-14-10^-15 s)

б) Бавни (релаксационни) поляризации (ориентационни поляризации) - характерни са за полярните диелектрици, молекулите на които имат електрически моменти. При внасяне в електрическо поле , диполите се ориентират по посока на полето.

• Диполно-релаксационна поляризация - при внасяне на електрическо поле диполите се ориентират по посока на полето . Колкото по-голям е интензитетът на приложеното поле, толкова по-голяма част от диполите се ориентират и поляризацията е по-силна. Време за протичане (10^-6-10^-10s)

• Електронно-релаксационна поляризация - ако при определен вид структурен дефект има слабо свързани електрони или дупки,които имат две равностойни устойчиви положения, при внасяне на външно електрическо поле двете състояния са неравностойни, вследствие на което възниква електрически момент и поляризация. Време за протичане (10^-2-10^-7s)

• Йонно-релаксационна поляризация - характерна е за твърдите аморфни диелектрици (ситали, стъкла , керамики). При внасяне на външно електрическо поле става изменение в разпределението на йонните заряди, такова че се появява електрически момент и поляризация. Времето за протичане варира според температурата и структурата на диелектрика но обикновенно (10^-4-10^-8s)

• Миграционна поляризация - характерна за нееднородните диекетрици. Състои се в преместване (миграция) на електрическите заряди до границите им на струпване на заряд. Миграционната поляризация може да продължи секунди, минути ,дори и часове.

  в) Остатъчна поляризация - създава в някои твърди диелектрици електретно състояние. Електретите са способни дълго време да запазват поляризованото си състояние , създавайки около себе си електрическо поле.

  г) Спонтанна поляризация - характерна само за сегнетоелектриците. Електрическия им момент съществува без на;ичието на външно електрическо поле.

3. Зависимост на относителната диелектрична проницаемост от температурата

   

а) електронна - с увеличаването на температурата, намалява броят на поляризиращите се части и ОДП монотонно намалява

б) йонна - при промяна на агрегатното състояние тя изчезва, защото тя е характерна за твърдите диелектрици. При увеличаване на температурата, силата на връзките между йпните намалява и те се изместват на по-големи разстояния.

в) диполно-релаксационна - повишаването на температурата води до отслабването на силите на триене,като така облекчава ориентирането на диполите (ОДП се увеличава), но при високи температури се увеличава енергията на топлинното им движение (ОДП намалява)

4. Зависимост на диелектричната проницаемост от честотата

а) Комплексна относителна диелектрична проницаемост

ε_r - реална съставяща на ОДП , отразяваща нарастването на капацитивния ток при поляризация

ε′′_r - фактор на диелектричните загуби и тчита на протичането на активен ток през диелектрика, който необратимо се превръща в топлина

б) неполярни диелектрици

При електронна и йонна поляризация се наблюдава анормално изменение на ОДП около собствените резонансни честоти на електроните и йоните. Това изменение се описва с резонансна поляризация.Резонанс наблюдаваме при следните честоти:

• електронна - 10¹⁵÷10¹⁷ Hz

• йонна - 10¹⁴÷10¹⁵ Hz

При резонан силно се увеличава поглъщането на енергия и затова в честотните зависимости на фактора на диелектричните загуби ε_r’’ се наблюдава максимум.

в) полярни диелектрици

При ниски честоти всички поляризации успяват да следват изменението на външното електрическо поле. При увеличаване на честотата, над собствената си честота за всяка поляризация, ОДП намалява. Това явление се нарича дисперсия.

Електропроводимост на диелектриците. Зависимост на електропроводимостта от примесите и температурата. Токове през диелектрика в постоянно и променливо електрическо поле.

1. Електропроводимост

   а) Електропроводимост на газове

   • Електропроводимостта на газовете е обусловена от наличието на определено количество свободни електрически заряди - свободни електрони и йони. Те възникват под действие на различни външни фактори като :

     • радиация на земната кора

     • ултравиолетови лъчи

     • ретгенови лъчи

     • топлинно движение на молекулите

     • ударна йонизация

       Когато електропроводимостта на газовете е обисловена от външните йонизиращи фактори се нарича несамостоятелна, а електропроводимостта вследствие на ударната йонизация се нарича самостоятелна.

     • 

Интензитет над 10⁶V/m - критичен интензитет

б) Електропроводимост на течностите

• Електропроводимостта на течните диелектрици е обусловена от йони , които се образуват при дисоциация на молекулите на течностите или примесите.Дисоциацията на молекули става по-лесно в полярните течности (силни - дестилирана вода, етилов спирт, ацетон ρ_v =10³-10⁵Ωm) ,(слаби - совол ρ_v =10⁸-10¹⁰Ωm), от колкото в неполярните (бензол, трансформаторно масло ρ_v =10¹⁰-10¹³Ω.m). При увеличаване на температурата нараства и подвижността на йоните поради намаляване на вискозитета и се увеличава степента на дисоциация. Тези два процеса водят до увеличаване на електропроводимостта.

• Y_v = k / n Y - електропроводимост ; n - вискозитет на течност

в) Електропроводимост на твърдите диелектрици

• Тъй като съпротивлението на твърдите диелектрици е твърде високо , то трябва да се отчита и повърхностния ток или токът който протича през един диелектрик ( сума от обемния ток I_v и повърхностния ток I_s)

• Проводимостта на диелектрика G = I/U е сума на обемната G_v = I_v/U_v и повърхностната проводимост G_s = I_s/U_s e G = G_v + G_s

• Съпротивлението на изолацията е

  

2. Характеристики на електропроводимостта

   а) Специфично обемно съпротивление (СОС)

   • Бележим го с p_v и е равно на куб с ръб 1м от диелектрика, ако токът протича от едната стена към противоположната. Пресмятаме го чрез :

     

За обемното съпротивление R_v се получава:

б) Специфично повърхнстно съпротивление (СПС)

• Бележим го с p_s и е равно на съпротивлението на квадрат (със всякакви размери) от повърхността на диелектрика, ако токът протича през този квадрат от едната стена към противоположната. Пресмятаме го чрез формулата:

  

3. Видове електропроводимост

   а) Обемна електропроводимост - придвижването на собствени йони и йони от налични примеси в материала ( за полярни диелектрици) и от йони на примеси ( за неполярни диелектрици). Върху този тип електропроводимост влияят : примеси, температура, механични напрежения.

4. Зависимост на електропроводимостта от температурата

   

С увеличаване на температурата , електропроводимостта на диелектриците нараства, защото се увеличава броят на свободните йони. !!!

5. Зависимост на съпротивлението от температурата

!!! Съпротивлението е обратнопропорционално на електропроводимостта. От това следва ,че с увеличаване на температурата ,съпротивлението на диелектриците намалява, защото се увеличава броят на свободните йони.!!!

6. Зависимост на електропроводимостта от примесите

   

Зависимостта на логаритъма на специфичната електропроводимост от реципрочната стойност на температурата с различна концентрация на примесите n₁, n₂ ,n₃ , има два праволинейни участъка с различен наклон. При температури по-високи от смяната на наклона , електропроводимостта се определя основно от йоните на самия материал. Тази област е със собствена проводимост . При по-ниски температури, електропроводимостта се определя от примесените йони и областта се нарича област на примесна проводимост.

7. Токове през диелектрика

   а) Токове през диелетрика при постоянно поле

   Ток на зареждане на кондензатор - когато между електродите му има вакуум и ток от електронна и йонна поляризация

   Ток на абсорбция - породен от релаксационните поляризации, включително и миграционната.

   Ток на проводимостта - определя се от концентрацията и подвижността на свободните носители на заряд.Този ток остава неизменим във времето.

   б) Токове пред диелектрика при променливо поле

Диелектрични загуби - същност и видове

Заместващи схеми

1. Същност

   О: Диелектричните загуби представляват активната електрическа мощност, отделена в диелектрика, подложен на действието на електрическото поле в необратимо превърната топлина.

   • Диелектричните загуби се причиняват през активните токове, които протичат през диелектрика : тока на проводимост и активния ток причине от бавните поляризации.

   • Диелектричните загуби в електроизолационните материали могат да се характеризират с отделената мощност в единица ибем или така наречените специфични диелектрични загуби.

     

• За характеризиране на способността на диелектрика да разсейва електрическата енергия, се въвежда тангенс от ъгъла на диелектричните загуби tgδ. Този ъгъл е допълващ до 90 градуса на фазовия ъгъл φ.

• При идеален диелектрик , през който не протича активен ток Ia , векторът на тока ще изпреварва напрежението на ъгъл φ = 90° и тогава ъгъл δ=0°.

• В реалните диелектрици освен капацитивен ток протича и активен ток, който е във фаза с напрежението. Пълният ток протичащ през диелектрика е сума от капацитивния и активния ток. Фазовият ъгъл между векторите на напрежението и тока φ < 90°. Допълващият го до 90° ъгъл е ъгълът δ. Колкото по-голяма е отделената мощност в диелектрика , превръщаща се в топлина , толкова е по-малък фазовият ъгъл и толкова по-голям е ъгълът на диелектричните загуби δ и неговия тангенс.

2. Видове диелектрични загуби

   а) ДЗ от електропроводимост

   • Характерни за диелектрици с високи стойности за обемната и повътхностната електропроводимост. Тези загуби не зависят от честотата, но нарастват по експоненциален закон при повишаване на температурата, поради повишаването на електропроводимостта.

б) ДЗ от поляризация

• Причиняват се само от активната съставяща на тока на бавните поляризации в диелектриците с диполна структура и в йонните диелектрици с неплътна опаковка на кристална решетка. При ориентиране на свързаните електрически заряди вслядствие на триенето се отделя топлина в диелектриците.Диелектричните загуби от поляризация зависят от честотата и температурата и имат максимум при опредлени такива.

  в) ДЗ от йонизация

• Характерни са за газообразните диелектрици и за твърди диелектрици с газиво включвания. При високи напрежения и преди всичко в нехомогенно електрическо поле, когато интензитетът на полето е по-висок от критичния интензитет, започва процес на ударна йонизация, вследствие на което се увеличават диелектричните загуби.

  г) ДЗ от нееднородност в материала

• Характерни са за диелектрици с нееднородна структура като импрегнирани хартии и тъкани, полимерни композиционни материали с пълнители, пореста керамика, миканити, микалекси.

3. Заместващи схеми

а) Последователна заместваща схема

• Реалният кондензатор с диелектрик се замества с идеален кондензатор C_s и последователно свързано а него активно съпротивление r .

  

б) Паралелна заместваща схема

• Паралелната заместваша схема се състои от идеален кондензатор C_p и паралелно свързано на него активно съпротивление R .

  

4. Формула за диелектрични загуби

Зависимост на тангенс от ъгъла на диелектричните загуби и диелектричните загуби от честотата и температурата.

1. Зависимост при променсливо електрическо поле

   

а) съставящи

• Диелектрични загуби от електропроводимост

  

• Диелектрични загуби т релаксационните поляризации

  

б) Специфични диелектрички загуби

2. Зависимост на тангенса от ъгъла на диелектричните загуби и диелектричните загуби от честотата

   

За неполярни диелектрици ε_r, ε₀, γ_v не зависят от честотата. При нарастване на честотата tgδI намалява хиперболично, а tgδII = 0 , тъй като ε_r”= 0

За полярни диелектрици , първата съставяща tgδI намалява както при неполярните диелектрици, а изменението на втората съставяща tgδII се определя от изменението на 𝜀_𝑟” ,тъй като изменението на 𝜀_𝑟 не зависи от честотата.

Изменението на tgδ от честотата е сума от двете съставящи tgδI и tgδII.(за полярни диелектрици)

Пълните диелектрични загуби за полярните диелектрици е сума от диелектричните загуби от електропроводимост p_I и релаксационните поляризации p_II.

За неполярните диелектрици има само загуби от електропроводимост p_I.

Диелектричните загуби за неполярни диелектрици остават постоянни в целия честотен диапазон.

3. Зависимост на тангенса от ъгъла на диелектричните загуби и диелектричните загуби от температурата.

   

• За неполярни диелектрици tgδII=0 и pII=0, тъй като при тях няма релаксационни поляризации.

  => Електропроводимостта нараства с увеличаване на температурата.

• За полярните диелектрици съществуват и двете съставящи на tgδ и p. При много ниски и много високи температури ε_r”→0 и следователно tgδII и pII също клонят към нула.

  => Общата зависимост на tgδ и p притежава по-силно и по-слабо изразен максимум в зависимост от изменението на Δε_r, зависещо от полярността на материала.

Пробив в твърди, течни и газообразни диелектрици.

Влияние на различни фактори върху електрическата якост.

1. Пробив в диелектриците

   а) О: Процес, при който се образува проводящ канал в диелектрика под действие на силно електрическо поле се нарича пробив.

   б) Пробивно напрежение - Минималната стойнст на приложеното напрежение, при което настъпва пробив, се нарича пробивно напрежение и го бележим с U_пр ( V ). Неговата стойност зависи от дебелината на диелектрика и хомогенността на електрическото поле, която се определя както от конфигурацията на електродите, така и от самия диелектрик.

   в) Електрическа якост - Минималния интензитет в хомогенно поле, при който настъпва пробив в диелектрика

   

2. Пробив в газообразни диелектрици

   • Пробивът е нетраен, поради голямата подвижност на молекулите и бързото възстановяване на свойствата в пробития участък.

   • Чисто електрически пробив и се отчита максимална стойност на пробивното напрежение.

   • Дължи се на ударната йонизация

   • В някои газивве като кислород, водни пари, въглероден диоксид, електронът ,който се отделя при ударната йонизация, се присъединява към неутралната молекула , превръщайки я в електроотрицателен йон с голяма маса и малка подвижност, забавящо развитието на ударната йонизация, следователно тези газове имат повишена електрическа якост.

     

3. Пробив в течни диелектрици

   • Нетраен пробив

   • При пробив в течните диелектрици участие имат топлинните процеси и се отчита ефективна стойност на пробивното напрежение.

   • Дължи се на ударна йонизация и електронна емисия.(пречистени течни диелектрици)

   • Високата им електрическа якост се обеснява с по-високата им плътност и малък среден свободен пробег.

   • При замърсени и технически чисти диелектрици пробивът се дължи на движението и преразпределението на примесите.

   • Пробивът на течностите протича в нехомогенно поле и това намалява електрическата якост.

   • Снижаване на електрическата якост се наблюдава при наличието на органични примеси (сажди, влакна).

   • Най-чест срещан примес в течните диелектрици - трансформаторно масло с вода.

   • Притежава емулсионно и молекулно разтворено състояние.

   • Емулсионната вода рязко понижава електрическата якост на течните диелектрици.

   • При стайна температура - вид на емулсия; много по-ниска ел. якост от якостта на сухо масло

   • При по-висока температура - молекулно разтворено състояние; слабо влияние върху ел.якостта

   • При температура близка до Т на кипене - образуване на мехурчета; ел.якостта намалява

   • При отрицателни температури - вид на лед; висока ел.якост; висок пробивен интензитет

     

4. Пробив в твърди диелектрици

   а) Електрически пробив в еднородни диелектрици

   • Обусловен от ударна йонизация под действие на ел. поле

   • Кратък период на развиване (10^-7 - 10^-8 s)

   • Ел.якостта зависи от вида на диелектрика, а не толкова от външни фактори

б) Електрически пробив в нееднородни диелектрици

в) Електротоплинен пробив

• Настъпва при нарушаване на топлинното равновесие в диелектрика.

  Топлинно равновесие - топлината ,отделяща се вследствие на диелектричните загуби P е равна на топлината P’, която се разсейва в околното пространство.

• При прегряване диелектрикът може да се разруши

  

• Работно напрежение на диелектрика :

  

• Пробивно напрежение:

  

г) Електрохимичен пробив

• При експлоатация на диелектриците при висока температура и влажност на въздуха

• Наблюдава се при постоянно поле или нискочестотно променливо поле

• Стареене на диелектрик в ел. поле - когато в материала под действие на поле протичат електрохимични процеси, намаляващи неговото съпротивление е електрическа якост, увеличаващи диелектричните загуби

д) Повърностен пробив

• Наблюдава се при експлоатация на твърди диелектрици с висока електрическа якост

• Пробив на течен или газообразен диелектрик, близо до повърхността на твърдия диелектрик

• Стойността на повърхностното пробивно напрежение се определя от формата на електродите ,габаритите на твърдия диелектрик и др.

• Ако пробивът протича във въздух , то повърхностното пробивно напрежение зависи от налягането , влажността и температурата.

  

5. Влияние на различните фактори върху електрическата якост

   а) Разстояние между електродите и хомогенност на полето

   • Зависимост на разрядното напрежение от разстоянието и вида на електродите за газообразен диелектрик

     

• Зависимост на електрическата якост от разстоянието и вида на електродите за газообразен диелектрик

  

б) Влияние на температурата

• Зависимост на пробивното напрежение от температурата при електротоплинен пробив на порцелан ( I участък - чисто електрически; II участък - електротоплинен№

  

в) Влияние на налягането

• Зависимост на пробивното напрежение от произведението на налягането и разстоянието между електродите (закон на Пашен)

  

Газообразни и течни диелектрици

1. Газообразни диелектрици

   • Газовете се характеризират с ниски стойности за ОДП (ε_r≈1), голямо специфично съпротивление и малък тангенс от ъгъла на диелектричните загуби , при нормално налягане и температура , в отсъствие на външни йонизиращи източници и малки интензитети на ел. полета.

   • Ниска електрическа пробивна якост

а) Предимства

• Възтановяване на изолационните им свойства след електрически пробив

• Липса на стареене

• Неизменни свойства с течение на времето

2. Газообразни диелектрици с нормална електрическа якост

   а) Въздух

   • Смес от 78.03 обемни % азот (N₂) ; 20,93% кислород (O₂) ; 0,03% въглероден диоксид (CO₂) ; следи от неон, аргон и др.

   • При нормални условия в отсъствие на йонизиращи източници и замърсявания притежава:

     • ε_r= 1,00059

     • ρ_v = 10¹⁷ ÷ 10²³ Ω.m

     • Ер = 3,07 MV/m

• Предимства:

  • Достъпен

  • Отличен диелектрик за интензитети до йонизационния

  • Възстановява диелектричната си якост след пробив

• Недостатъци:

  • Малък интензитет на началото на ударна йонизация

  • Малка топлопроводност, топлопоглъщане и топлоотдаване

  • Вредно влияние на кислорода и озона от въздуха върху диелектрици и проводници (стареене, окисление)

  • Създава условия за пожар и взрив

• Приложение:

  • Газообразни изолации

    б) Азот

• ε_г = 1,00058

• Ер = 3,07 MV/m

• Предимства:

  • Неутрален газ ,не гори и не поддържа горенето

• Приложение:

  • Под налягане в кабели за високо напрежение, при нормално налягане в кондензатори и за изолиране на нефтени масла от въздуха

в) Въглероден окис

• ε_г= 1,00096

• Ер = 2,77 MV/m

• Приложение:

  • Под налягане за кондензатори с високи напрежения

г) Водород

• ε_г= 1,00027

• Ер = 1,82 MV/m

• Приложение:

  • При мощни генератори за охлаждане на въртящия се индуктор

3. Газообразни диелектрици с повишена електрическа якост

   С повишена електрическа якост биват електроотрицателните газове. Това са газове, молекулите на които притежават способността да захващат свобосни електрони и да се превръщат в относително слабоподвижни отрицателни йони. Към електроотрицателните газове се отнасят тези, в чиято молекула влизар флуор, хлор, бром и други електроотрицателни атоми.

а) Серен хексафлуорид (елегаз) - SF₆

• Ер = 7,67 MV/m

• Λ_T = 0,0136 W/m.K

• Предимства:

  • Негорящ

  • Химично инертен газ, без цвят, мирис и вкус

  • Не се разлага под действие на вода, киселини и основи

  • Има плътност 6,7 kg/m³

  • Допустима работна температура - 150°С

  • Позволява сгъстяване до 2MPa без да се втечнява

  • С увеличение на нехомогенността на електрическото поле , пробивната якост на елегаза нараства , поради образуване на обемни заряди

• Недостатъци:

  • Токсичен

• Приложение:

  • В херметизирани разпределителни устройства

  • В газонапълнени кабели

  • В кондензатори

  • В делители на напрежение

б) Фреони - C_nCl₂F_2n

• Епр. = 2,4 Епр.възд.

• Допускат сгъстяване при нормална температура до 0,6MPa

• При нормално налягане се втечняват при -30,5°С

в) Пари на някои течности - C_nF_2n или C_nF_2n+2 : CF₄ ; C₂F₆ ; C₄F₈ ; CCl₄

• Ер = 2,4 ÷ 2,6 Ер въздух

• Недостатъци:

  • Трудно поддържат необходимата концентрация и под въздействие на мощни електрически разряди образуват химично активни вещества ( CCl₄ —> Cl и COCl (фосген)

4. Газообразни диелектрици с понижена електрическа якост

a) Хелий, неон, аргон, криптон, ксенон

• Приложение:

  • За газоразрядни лампи

  • Газотрони

  • Тиратрони

  • Стабилитрони

  • Осветителни лампи - газоразрядни и луминисцентни

5. Природни течни диелектрици

а) Трансформаторно масло

• ε_r=2,2

• tgδ=0,003 (тангенс от ъгъла на диелектричните загуби)

• Ер= 12÷20MV/m

• t_пл. = 135^OC (пламна точка)

• t_замр.≥ 5 -45 ^оС (температура на замръзване)

• Предимства:

  • Отличен диелектрик

• Недостатъци:

  • Старее

  • Окислява се

  • Създава условия за пожар и взрив

• Приложение:

  • За изолация и охлаждане на трансформатори

  • За кондензатори

  • За кабели

  • За импрегениране на порести диелектрици

• Добре очистеното трансформаторно масло се нарича кондензаторно.

• При добавяне на колофон към трансформаторното масло се получава кабелно масло.

• При стареене на трансформаторното масло се влошават електрическите и физикохимичните показатели:

  • Наалява се електрическата пробивна якост

  • Намалява се вискозитетът му

  • Увеличава се тангенсът от ъгъла на диелектричните му загуби

  • Увеличава се киселинното число

• Остарялото масло се регенерира

6. Синтетични течни диелектрици

а) Пентахлордифенил (фирмени названия - совол, клофен, аскарел, инертин, дибанол, пиранол)

• ε_r= 5 ÷ 6

• tgδ = 0,02

• δ = 1,35÷1,56 g/cm3

• Голям вискозитет

• Предимства:

  • Пожаро и взривобезопасна течност с голяма диелектрична проницаемост, позволяваща да се намалят размерите на кондензаторите

• Недостатъци:

  • Токсичен

  • Не може да се използва при постоянен ток

  • Разтваря фенолформалдехидни смоли и слоести диелектрици

  • Не може да се използва като дъгогасително средство

  • По-хигроскопичен от нефтените масла с доста по-висока цена.

• Приложение:

  • За импрегнация на книжни силови и радиокондензатори с повишен специфичен капацитет при ниски напрежения и честоти

  • За силови трансформатори

7. Растителни течни диелектрици

а) Рициново масло

• Полярен диелектрик с параметри:

  • ε_r= 4,0 ÷ 4,5

  • tgδ = 0,01 ÷0,03

  • Ер = 14 ÷ 16 MV/m

  • Вискозна течност

  • По-лека от водата

  • δ = 948 ÷ 968 кg/m³

• Предимства:

  • Практически негорим

  • Взривобезопасен

  • Разтваря се в етилов спирт

  • Поглъща газове получени при електрически разряди в маслото

• Недостатъци:

  • Окислява се от кислорода на въздуха

• Приложение:

  • В херметично затворени кондензатори за ниски честоти, поради високата си диелектрична проницаемост

Органични полимерни диелектрици

1. Видове полимерни диелектрици спрямо структурата

а) Симетрична структура

• Този тип диелектрици притежават ниски стойности за ε_r и tgδ

• Неполярни

б) Несиметрична структура

• Този тип диелектрици притежават високи стойности за ε_r и tgδ

• Полярни

2. Видове полимерни диелектрици според честотната им област на приложение

а) Високочестотни полимерни диелектрици

Полиетилен

(PE)

• Определение: Неполярна ,термопластична смола, получена чрез полимеризация на етилен. Смолата е твърда и полупрозрачна.

• Предимства:

  • Отлични диелектрични свойства (дори при високи честоти)

  • Нищожна хигроскопичност

  • Висока химико- ,студо- и озоноустойчивост

  • Устойчив на морска вода

  • Гъвкав е до 60 градуса

  • Не се разтваря от известно познатите разтворители до 70 градуса. Над тази температура се разтварят във въглеродите и се получават лакове.

• Недостатъци:

  • Старее под влиянието на светлина и толина

  • Ниска температура на размекване (80-84)°С

  • При високи температури се окислява ,водещо до увеличаване на tgδ и влошаване на механичните свойства

• Приложение:

  • За изолация на високочестотни проводници и кабели за напрежение до 35 kV

  • Фолии за кондензатори, тела, корпуси и др.

Полипропилен

(PP)

• Определение: Материал получен при полимеризация на газообразен полипропилен.

• Близък до свойствата на полиетилена, но с по-добри механични свойства и висока устойчивост на многократно прегъване.

• Температура на топене: 160°С

• Може да се използва до 110°С - 130°С

• Приложение:

  • За добавка към полиетилена за повишаване на механичната му якост

  • За изолационни въжета за работа под напрежение

    

Полиизобутилен

(PIB)

• Определение: Неполярна, термопластична смола, получена чрез газообразен изобутилен.

• Температура на размекване - 80°С

• Много ниска водопроницаемост и водопоглъщаемост

• Висока студоустойчивост

• Запазва еластичността си до -78°С

• Има склонност към студено провлачване

• Приложение:

  • Модификатор, на всички термопластични пластмаси, като им придава водонепропускваемост, гъвкавост и студоустойчивост

    

Полистирол

(PS)

• Определение: Неполярна термопластична смола, която се получава чрез полимеризация на стирол

• Предимства:

  • Отлични диелектрични свойства

  • Химико- и водоустойчив

  • Разтворим и леплив

  • Не се разтваря в спирт и нефтени масла

  • Твърд и механически здрав

• Недостатъци:

  • Ниска топлоустойчивост (85 - 90) °С

  • Деполяризира се при температура от (180 - 300)°С

  • При преминаването то пластично състояние в твърдо се свива с (15-18)%

  • Склонен към напукване по остри ръбове

• Приложение:

  • Изолатори за високи честоти

  • Цокли

  • Каркаси

  • Фолио за стирофлексни кондензатори

  • Покривни лакове и компауди за високи честоти

    

Флуороорганични смоли (флуропласти)

Политетрафлуороетилен (тефлон, флуоропласт 4)

(PTFE)

• Предимства:

  • Висока топло- и студоустойчивост (-100 - 250)°С

  • Химически устойчив

  • Тропикоустойчив

  • Напълно неразтворим

  • Много нисък коефициент на триене

  • При температура над 400°С се разлага

• Недостатъци:

  • Неустойчив на радиоактивно облъчване

  • Скъп

  • Има склонност към студено провлачване

• Приложение:

  • Изолации на проводници, кабели, кондензатори и кабели за високо напрежение и честоти

  • Изработване на стъклотекстолит с висока топлоустойчивост

Таблица обобщаваща високочестотните полимерни диелектрици

б) Нискочестотни полимерни диелектрици

Поливинилхлорид

(PVC)

• Определение: Полярен диелектрик с по-лоши диелектрични свойства в сравнение с полиетилена

• Полимер на вивнилхлорида

• Предимства:

  • Евтин

  • Механически здрав

  • Лесно се обработва

  • Влагоустойчив

  • Химикоустойчив

• Недостатъци:

  • Твърд

  • Крехък

  • Слаба студо- и топлоустойчивост (работна температура под 90°C)

• За неговото подобряване се добавят пластификатри и след термична пластификация се получава винилпласт.

• Приложение:

  Пластифицираният поливинилхлорид се използва за:

  • Проводници и кабели за ниски честоти и напрежения до 20kV

  • Електроинсталационни изделия

  • Газогенериращи дъгогасителни тръби

    

Полиакрилати и полиметакрилати

• Определение: Полимери на етера на акриловата или метакриловата киселина, полярни диелектрици.

• Предимства:

  • Добра масло и студоустойчивост

• Най-често използвания от тях полимер е полиметилметакрилат (органично стъкло, плексиглас) - прозрачен материал, пропускащ повече видими и ултравиолетори лъчи спрямо карцовото стъкло.

• Приложение:

  • Неотговорни нискочестотни детайли

  • Дъгогасителни вложки

Политрифлуорхлоретилен (флуоропласт 3)

• Определение: Полярен материал с висока топло- и студоустойчивост (-195°С) ,разлагащ се при температури над 300°С

• Предимства:

  • Плътен материал

  • Лесна технология на получаване

  • Разтваря се в органични разтворители при повишени температури

• Приложение:

  • Изолация на кабели и проводници с висока топлоустойчивост

  • Нискочестотни детайли

Таблица обобщаваща нискочестотните полимерни диелектрици

Електроизолационна керамика

Нискочестотна и вискочестотна

1. Керамика

а) Определение: Обобщаващо название на голяма група неорганични материали чрез изпичане на високи температури на пластична маса от минерални суровини. След изпичане керамиката е твърда , без или с различни по големина шупли.

б) Параметри:

• Клас на топлоустойчивост - C

• Не старее

• Не се окислява

• Не е хигрроскопична

• Мокри се по повърхността си

• Висока механична якост

• Висок натиск на огъване

• Ниска механична якост на опъна

в) Недостатъци:

• Висока твърдост след изпичане

• Обработка само със шлифоване

• Голямо свиване след изпичане

2. Видове електроизолационни керамики

а) Електроизолационна керамика за ниски честоти

• Порцелан

• Стеатит

• Дъгоустойчива керамика

б) Високочестотна (радио) керамика

• Силикатна

• Оксидна

в) Кондензаторна керамика

3. Електроизолационна керамика за ниски честоти

а) Порцелан

• Определение: Получава се чрез изпичане на сурова пластична маса със състав:

  • 40 - 60% каолин

  • 10 - 30% кварц

  • 10 - 30% фелдшпат

• Нехомогенен диелектрик с миграционна и йонно - релаксационна поляризация

• Притежава макроскопични газови включвания , несвързани помежду си

• Повърхността му е матова и грапава

• Задържа влага и замърсявания

• За избягване на замърсяване се покрива със слой стъклоемайл

• Полярен диелектрик

• Нискочестотен материал

• Клас на топлоустойчивост - C

• Диелектрични характеристики:

  • ε_r =6 ÷7

  • ρ_v = 10¹²÷10¹³Ω.m

  • ρ_s = 10⁷÷10¹¹

  • E_пр = 20÷30 MV/m

  • tgδ=0,0035

• Приложение:

  • Изолатори (подпорни, гирляндни, проходни)

  • Изолационни елементи за ниски честоти работещи в условия на висока влажност,големи натоварвания, натиск и огъване, високи температури и химически активна среда

  • Изолатори за HH

    

  • Изолатори за CH

    

  • Проходни изолатори

    

  • Порцеланови клеми

    

б) Стеатит

• Определение: Получава се прри изпичане на пластична маса от:

  • 10 - 20 % каолин

  • 70 - 80 % талк (магнезиев силикат)

  • 5 - 10 % фелдшпат

• Не съдържа алкални оксиди

• По-плътен от порцелана

• Без шупли

• По-нисли диелектрични загуби в сравнение с порцелана

• Не се нуждае от глазура

• Диелектрични характеристики:

  • ρ_v = 10¹³Ω.m

  • E_пр = 20÷25 MV/m

  • tgδ=0,002

• Приложение

  • Скелети на бобини

  • Изолатори при ниски честоти

  • Изолатоти за ВЧ

в) Дъгоустойчива керамика

• Високи стойности за температурния коефициент на топлинно разширение

  • TK_l=4.10⁻⁶𝐾⁻¹ - За порцелан

  • ТК_l =7.10⁻⁶K⁻¹ - За стеатит

• При топлинен удар се пукат

• Определение: Кристална фаза от кордерит

• Коефициент на линейно разширение: ТК_𝑙=1.10⁻⁶𝐾⁻¹.

• Приложение:

  • Дъгогасящи камери в комутационни апарати

4. Високочестотна излоаторна керамика

• Използва се за изработване на тела за бобини, цокли, проходни и подпорни изолатори за ВЧ, НН и ВН

а) Силикатни керамики

• Ултрастеатит

  • Получава се като към шихита за стеатит( каолин, кварц, фелдшпат) се прибави бариер оксид (BaO)

• Радиопорцелан

  • В тази смес вместо фелдшпат се поставя бариев карбонат BaCO₃

• Ултрапорцелан

  • Вместо фелдшпат и част от каолина се поставят BaCO₃ и Al₂O₃

б) Оксидни керамики

• Обикновенно се използва корундова керамика

• Тя се получава от изпичане на пресован корунд (Al₂O₃) при високи температури (≈3000°С)

5. Кондензаторна керамика

а) Стеатитова керамика

• За кондензатори с нисък капацитет ε_r = 6

б) Циркониева керамика

• За термостабилни кондензатори

в) Рутил (TiO₂) или калциев титам (CaTiO₃)

• За топлинна компенсация на трептящите кръгове

г) Керамика на остовата на стонциево - бисмуто титан

• За малогабаритни нискочестотни кондензатори със свръхвисоки стойности за εr = 1000 ÷ 6000

д) Сегнетокерамика

• За нискочестотни малогабаритни кондензатори и за нелинейни елементои

• Използва се сегнетокерамиката от бариев, стронциев или оловен титан

Електроизолационни стъкла

1. Общи сведения

а) Определение: Стъклата предтсвляват сложна система от оксиди:

• Стъклообразуващи - SiO₂ ; B₂O₅

• Алкални - Na₂O ; K₂O

• Алкалоземни - CaO ; BaO

• Оксиди на тежки метали - PbO ; Al₂O₃

Основната част на повечето технически сттъкла е SiO₂ ,за това те се наричат силикатни

б) Състав: В зависимост от състава си стъклата имат следните показатели:

• Кварцово стъкло

  • ρ_v = 10¹⁵Ω.m

  • ε_r = 3.8

  • tgδ=0.0002

• Алкални технически стъкла

  • ρ_v = 10¹⁵ ÷ 10¹⁶Ω.m

  • ε_r = 3.8÷16.2

  • tgδ=0.0002 ÷ 0,01

Алаклните оксиди ,влощават изолационните свойства на електроизолационните стъкла.

Това се неутрализира чрез добавяне на оксиди на тежки метали

2. Видове електроизолационни стъкла според съства им

а) Кварцово стъкло

• Стъклото получено от кварцови кристали е прозрачно

• Стъклото получено от кварцов пясък е полупрозрачно

• Поради газови включвания има от 2 до 2,5 пъти по-ниско пробивно напрежение

• Топлинна и химична устойчивост

• Устойчиво на топлинни удари

• Температура на топене - 1750°С

• Приложение:

  • За оговорни детайли с малки размери, за работа при високи температури и честоти

  • За изработване на балони на кварцови лампи

• Пропуска много повече ултравиолетови лъчи в сравнение с обикновенните лампови алкални стъкла.

б) Безалкални (Е) стъкла

• Съдържат следи от алкални оксиди в резултат на което имат много добри диелектрични харакеристики

  • ρ_v = 10¹³÷10¹⁴Ω.m

  • tgδ = 0,002

• Ниска температура на топене - 1400 - 1500°С

• Висока механична якост

• Висока химична и топлинна устойчивост

• Приложение:

  • Изолатори за ниско и високо напрежение

    

  • За получаване на стъклени влакна

    

в) Алкални (технически) стъкла

• Леснотопими

• Разтворими

• Лоши диелектрични свойсва:

  • ρ_v = 10⁸÷10¹⁰Ω.m

  • tgδ = 0,06

  • ε_r = 5 ÷7

• Високи якостни показатели (при добра термична обработка)

• Нисък температурен коефициент на линейно разширение

• Приложение:

  • Балони за лампи

  • Изолатори за ниско напрежение и ниски честоти

г) Алаклни стъкла със съдържание на тежки оксиди

• Подобрени диелектрични свойства:

  • ρ_v = 10¹²÷10¹⁴Ω.m

  • tgδ = 0,0006 ÷ 0,003

  • ε_r = 8 ÷16

• Приложение:

  • Изолатори и изолации на кондензатори на ВЧ

  • Свързващо вещество в микалекс

д) Водоразтворимо (водно) стъкло

• Съдържание:

  • 66 - 76 % SiO₂

  • 24 - 34 % Na₂O

• Напълно разтворимо във вода (при висока температура и налягане във водна пара)

• Прибавено към други стъкла снижава температурата на топене и позволява полъчаване на стъклоемайл

3. Видове електроизолационни стъкла според приложението си

а) Изолаторни стъкла

• За НН и НЧ изолатори - алкални стъкла

• За ВН и ВЧ изолатори - безалкални стъкла и слкални стъкла със съдържание на тежки оксиди

• За малогабаритни или отговорни изолатори - кварцови стъкла

б) Кондензаторни стъкла

• Изисквания:

  • Високи стойности за ОДП (εr)

  • Ниски стойности за tgδ

• Най-често: алкални стъкла

• Рядко: безалкални стъкла

• Много рядко: кварцови стъкла

• Приложение:

  • Кондензатори за импулсни генератори

  • Високочестотни кондензатори

  • Филтрови кондензатори

в) Лампови стъкла

• Приложение:

  • Балони на осветителни лампи

  • Балони на радиолампи

  • Балони на кварцови лампи

  • Рентгенови тръби

• Необходимо е температурния коефициент на линейно разширение на стъклото да е приблизително равен на тори на метала на изводите минаващи през стъклото

  • Молибденово стъкло: TK_l=5,3.10⁻⁶ K⁻¹

  • Волфрамово стъкло: TK_l=4,4.10⁻⁶ K⁻¹

• При рентгеновите тръби се използват B₂O₃ стъкла, които пропускат лъчите без загуба.

г) Стъклоемайли

• Леснотопими

• Оцветени стъкла

• Нанацят се на тънък слой върху повърхността на метали и керамика за електроизолация или хидроизолация

• Приложение:

  • Противокорозионна и химична защита на изолатори , жични резистори и други детайли за радиоелектронна апаратура

д) Стъклени влакна

• Получават се от:

  • Алкални стъкла

  • Безалкални стъкла

  • Борни стъкла

• Произвеждат се:

  • Стъкломатове

  • Стъклоровинги

  • Стъклени тъкани за електроизолационни изделия

е) Стъкла за квантово - оптични генератори

• Използва се бариево стъкло , активирано с неодим или празеодим

ж) Полупроводникови стъкла

• Използват се за изработване на преключващи елементи

• Такива са стъкла с ванадиев оксид и халогенидни стъкла

з) Стъклен прах

• Използва се за стъклоемайл

• Млян кварцов пясък се използва за пълнител на пластмаси и като дъгогасително средство при високомощни предпазители.

Природна и синтетична слюда

1. Природна слюда

а) Определение: Неорганичен твърд материал

• С висока топло- химикоустойчивост

• Малка хигроскопичност

• Не гори

• Устойчива на озон

• Висока електрична якост

• Мехнична якост съчетана с гъвкавост

• Ниски диелектрични загуби

• В природата слюдата се среща във вид на кристали, които се цепят лесно на паралелни пластини с малка дебелина

• По химичен състав слюдите предствляват алумосиликати

б) Видове:

• Флогопит - калиево - магнезиев алумосиликат

• Мусковит - калиев алумосиликат

• Характеристики:

  • Неполярен диелектрик

  • Електронна или йонна поляризация

  • Кристална решетка с плътна опаковка на йоните

  • Високи стойности на относителната диелектрична проницаемост

  • Топлоустойчивост до 950°С

  • При ръчно цепене и сортиране само 1 - 2 % от нея са с големи размери

• Приложение:

  • Нискочестотни и високочестотни кондензатори

  • Изолация на високоволтови електрически машини

  • Изработване на миканити

  • Конструкционни детайли (шайби, подложки)

  • Вид на прах за пълнители на пластмаси

2. Таблично преддставяне

3. Синтетична слюда

• Получаване: Получава се от алуминиев и магнезиев оксид, кварцов пясък и флуорни съединеня

• Определение: Синтетичната слюда предствлява флуорен калиево-магнезиев алумосиликат.

• Характеристики:

  • Висока топлоустойчивост

  • Ниска хигроскопичност

  • Липса на примеси

  • Много добри диелектрични свойства

  • ρ_V= 10¹¹÷ 10¹⁴Ω.m

  • tgδ=0,0001

  • По състав синтетичната слюда е флуорофлогопит и се цепи

• Приложение:

  • Изработване на кондензатори с висока работна температура (600°С)

  • Прозорци във вълноводи

  • Слюдокерамика

  • Прескерамика

4. Миканити

• Определение: Миканитите са слоести диелектрици от слепени със свързващо вещество слюдани пластини, върху органична или неорганична основа (подложка)

• Видове:

  • Колекторен миканит

Произвежда се от флуорофлогопит, който има еднакво износване с това на колектрните пластини.

Използва се за изработване на изолация на пластини на колекторни пластини.

• Дистанционен миканит

  • Използва се за изработване на дистанционни толоучстойчиви детайли - шайби, подложки, дистанционни планки

• Формировъчен миканит

  • При нормални температури е твърд ,а в нагрято състояние е пластичен

  • При нагрято състояние се използва за изолация на секции на намотки на електрически машини и изолация на магнитопроводи на трансформатори

• Гъвкав миканит

  • При нормална температура е гъвкав

  • Намира приложение при изработването на канална и междунавивкова изолация на електрически машини

• Нагревателен миканит

  • Като слюда се използва светъл флогопит

  • Като свързващо вещество се използва неорганично фосфорно съединение

  • Топлоустойчивост (600 - 700°С)

  • Дебелина (0,5 - 2)

  • Използва се за изолиране на нагревателни елементи

• Новомиканити

  • Произвежда се от слюден прах, който се пресова и след подходяща механична и толинна обработка се произвежда слюдена хартия

• Пресована слюда (слюдопласт, ромика)

  • ПОлучава се от слюдени пластини, смесени с вода и пресовани без свързващо вещество

  • Използва се за различни видове миканити

• Микалекс

  • Висококачествен нискочестотен и високочестотен диелектрик с висока топлоустойчивост

  • Получава се от 60% мляна слюда и 40% леснотопимо бариево стъкло

  • Пресова се при 600°С

  • Много добри диелектрични свойсва

  • ρ_v=10¹⁰÷10¹²Ω.m

  • ρ_s=10⁸÷10¹⁰Ω

  • ε_r=6÷8,5

  • tgδ=0,003 ÷0,01

  • E_пр=10÷20MV/m

  • Допустима работна температура (300 - 350°С)

  • Използва се като изолация в мощни вакуумни лампи, кондензатори , каркаси и др.

• Микалента

Електропроводимост при проводниците

Основни зависмости

1. общи сведения

• Като проводници на електрически ток могат да се използват твърди тела, течности , а при съответни условия и газове.

• Проводници с електронна проводимост (проводници от I^-ви род)

  • Метали в твърдо и течно състояние , които имат проводимост , обусловена от свижението на свободни електрони

• Проводници с йонна проводимост (проводници от II^-ри род)

  • Водни разтвори на киселини, основи и соли

  • В разтопени състояние йонните кристали (бариев хлорид и натриев хлорид) имат йонна проводимост

  • Използва се при хлоралкална електролиза

  • При солни закаловъчни бани и др.

2. Електронна проводимост

• Структурата на металите се характеризира с кристална решетка с наличието на метална връзка

• При движение на свободните заряди протича ток или още наречено - проводимост в металите

• Мярка за проводимостта на металите е специфичната електропроводимост γ_v ,която се определя от броя на токоносителите (n) , техния заряд (e) и подвижността им (μ).

• 

3. Специфично съпротивление (специфична проводимост)

• Специфичната проводимост е обратнопропорционална на специфичното съпротивление

• Основни специфични съпротивления на металите

4. Температурен коефициент на специфично съпротивление

• За оценка на температурната стабилност се използва температурен коефициент на специфично съпротивление ТК𝜌

• Температурния коефициент на специфично съпротивление показва как се изменя специфичното съпротивление при изменение на температурата с 1°С

• Повечето чисти метали имат приблизително еднакъв температурен коефициент на специфично съпротивление

  𝑇𝐾𝜌≈0,004°𝐶⁻¹

  5. Термоелектродвижещо напрежение

• Ако едната допирна точка на металите А и В е с температура Т₁ ,а другата с температура Т₂ (Т_{1 различна от} Т₂ ), между тях се поражда термоелектродвижещо напрежение

• Определяме го с израза

  𝑈 = 𝑘_𝑇 ( 𝑇₁ − 𝑇₂) , [𝑉]

• k_т - коефициент на термоелектродвижещо напрежение за дадената двойка метали А и В

6. Коефициент на топлопроводност

• В твърдото тяло топлината се пренася по 2 начина:

  • Чрез движение на свободните носители на заряд

  • Чрез трептения на кристалната решетка (квантови еластични вълни, наречени фонони)

• В диелектричните материали, практически няма свободни носители на заряд , за това топлопроводимостта се осъществява чрез фонони.

• При металите топлопроводимостта се осъществява чрез движение на свободните електрони

• Механизмът на електропроводимостта и топлопроводимостта е един и същ ,защото носителите са едни и същи.

• Зависимостта се описва чрез закона на Видеман-Франц

ℎ_𝑇=𝑎.𝑇.𝜎

• ℎ_𝑇 - коефициент на топлопроводност [W/m.^oC]

• σ - специфична електропроводимост [S/m]

• Т - температура [К]

• 𝑎 - константа на Видеман-Франц

• Основни свойства на някои чисти метали

7. Зависимост на електропроводимостта от примесите

• Най-голяма електропроводимост притежават чистите метали

• Примесите предизвикват изкривяване на кристалната решетка и намаляване на средния свободен пробег, което води до увеличаване на специфичното съпротивление

• При увеличаване на примесите съответно се увеличава и специфичното съпротивление

𝜌=𝜌_𝑇+𝜌_деф

• 𝜌_𝑇 - специфично съпротивление породено от температурите колебания на възлите на кристалната решетка

• 𝜌_деф - специфично съпротивление , породено от примесите в кристалната решетка

а) Влияние на примесите върху специфичната електропроводимост на мед

• Най-вредни примеси в медта, използвана за направа на проводници , са Силиций(Si) и Фосфор (P)

б) Влияние на примесите сърху соецифичната електропроводимост на алуминий

• Най-вредни примеси в алуминия ,използван за направа на проводници, са магнезий (Mg) и манган (Mn)

8. Зависимост на специфичното обемно съпротивление при смес от кристални решетки

• При стопилка от два метала, които кристализират отделно (образуват смес), не се получава изкривяване на кристгалната решетка и специфичното съпротивление се изменя линейно с изменение процентното съдържание на съставните елементи

9. Зависимост на специфичното обемно съпротивление при смес от сва метала

• Ккогато два метала имат еднакви кристални решетки и атомните им обеми се различават повече от 15% се получава твърд разтвор (сплав)

10. Влияние на температурата върху специфичното обемно съпротивление

• Броят а свободните електрони в металите не се изменя с промяна на температурата

• Скоростта на топлинното движение се изменя много малко

• Намалява средния свободен пробег

• Специфичното съпротивление нараства

Видове проводникови материали

1. Класификация на проводниковите материали

а) Проводникови материали с висока електропроводимост

• Мед (Cu)

• Алуминий (Al)

• Стомана

• Благородни метали (Аg; Au; Pt; Pd)

б) Проводникови материали с високо съпротивление

• Проводникови материали за образцови съпротивления

• Проводникови материали за реостати

• Проводникови материали за нагреватели елементи

• Проводникови материали за термодвойки

2. Метали и сплави с висока електропроводимост

а) Мед

• Предимства:

  • Ниско специфично съпротивление

    𝜌𝑣=1,724.10⁻⁸Ω.𝑚

  • Висока механична якост

  • Задоволителна корозоустойчивост

  • Добра пластичност

  • При изтегляне , медта кристализира и получава висока твърдост (твърда мед - МТ)

  • След загряване до 400^оС и охлаждане става мека и пластична (мека мед - ММ)

• Недостатъци:

  • Скъп материал

  • Дефицитен материал

  • Там където е възможно се заменя с алуминий

• Приложение (на твърда мед):

  • Проводници за въздушни електропроводи (НН и ВН)

  • Контактни мрежи в електрически мрежи

• Приложение (на мека мед):

  • Намотъчни проводници

  • Монтажни проводници

  • Кабели за високо напрежение

  • Кабели за ниско напрежение

б) Медни сплави

• Бронз

  • Определение: Сплав между мед и калай, силиций, фосфор, берилий, хром, магнезий и калций

  • Приложение: Контактни проводници , бронзови детйли

• Месинг

  • Определение: Сплав между 70% мед и 30% цинк

  • Приложение: Шини, щипки

в) Алуминий (Al)

• Предимства:

  • Лека маса - сравнително по-лек от медта , което го прави удобен за приложения, където теглото е ключов фактор

  • Добра електропроводимост - макар и по-малко проводим от медта, те могат да бъдат по-големи и все пак по-леки от медта

  • Корозионна устойчивост - алуминият образува тънък слой алуминиев оксид при контакт с въздуха , който прави материала корозиоустойчив.

  • Ниска цена - по-евтин от медта , което го прави по-изгоден избор

  • Гъвкавост и лесна обработка - с това предимства се улеснява създаването на проводници и кабели

• Недостатъци:

  • Окислява се

  • Лесно се атакува от химически активни вещества

  • Оксидът му е диелектрик, който го прави труден за запояване

  • При контактуването му с мед се получава галванична корозия - тя може да бъде избегната чрез използването на биметални шайби и клеми

  • По-голяма склонност към деформация - по-мек и по-податлив на мехаюнични повреди или разтягане при продължителна употреба или високи температури

  • Проблеми със съединенията - при електрически връзки , алуминият може да се окисли , което увеличава съпротивлението на съединенията и може да доведе до прегряване

  • По-висока термична експанзия - алуминият има по-висок коефициент на термично разширение в сравнение с медта, което коже да доведе до разхлабване на съединенията с течение на времето

  • По-ниска механична якост - алуминиевите проводници са по-малко устойчиви на опън и счупване, което може да е проблем при условиа на голямо механично натоварване

• Приложение:

  • Алуминиево-стоманени проводници

  • Алуминиеви кабели за НН

  • Алуминиев проводник

3. Проводникови материали с високо съпротивление

а)Проводникови материали за образцови съпротивления

• Необходимо за този тип проводници е да имат:

  • Високо специфично съпротивление

  • Ниска стойност на температурния коефициент на специфично съпротивление

  • Малко термоелектродвижещо напрежение

  • Да се изолират с емаийллакове

• Манганин

  • Определение: Сплав от 85% Мед, 12% Манган и 3% Никел

  • Максимална работна температура: 200^оС

  • Приложение:

    • Добавъчни съпротивления и шунтове за електроизмервателни уреди

    • Образцови съпротивления

    • Датчици за механични усилия и налягане

б) Проводникови материали за реостати

• Константан

  • Определение: Сплав между 60% Мед и 40% Никел

  • Характеристики:

    • Много нисък температурен коефициент на специфично съпротивление ТКρ≈0

    • При нагряване на константанов проводник до 900^оС (до 3s), по повърхността му се образува меден оксид ,който е диелектрик осигуряващ изолация между съседни навивки и напрежение между тях до 1 V

    • Високо термо е.д.н (𝑘_𝑇=44÷55μV/K)

  • Приложение:

    • Нискотемпературни термодвойки (мед - константан {до 350^оС}) ; (желязо - константан {до 900^оС})

в) Проводникови материали за нагревателни елементи

• Трябва да притежават колкото е възможно по-висока работна температура

• Трябва да притежава сиока температура на топене

• Трябва да е механично здрав, при удар при високи температури

• Податлие на валцуване и изтегляне

• Трябва да бъдат евтини

г) Проводникови материали за термодвойки

• Желязо - Злато - за измерване на криогенни температури (-100 - 200)^оС

• Мед - Константан ; Мед - Копел - за температури до 350^оС

• Желязо - Константан ; Желязо - Копел ; Хромал - Копел - за температури до 600^оС

• Хромал - Алумел - за температури до 900 - 1000 ^оС

• Платинродий (6% родий) - Платина - за температури до 1600^оС (краткотрайно до 1800^оС)

• Платинородий (10% родий) - Платинородий (6% родий) - за температури до 1800^оС

  • Копел: 44% Никел + 56% Мед

  • Алумел: 95% Никел + Алуминий + Силиций + Магнезий

  • Хромал: 90% Никел + 10% Хром

Основни свойства на магнитните материали

1. Намагнитване

а) Определение: Магнитното поле се създава от електричен ток. Ако някъде протича електричен ток, то неизбежно създава магнитно поле. Ако в някоя точка от пространството съществува магнитно поле, то е предизвикано от протичане на някакъв ток.

б) Поведение на материалите: Зависи от магнитните свойства на елементарните носители на магнетизма в тях.

в) Магнитни свойства: Определят се главно от магнитните свойства на електроните.

г) Магнитен момент: Движението на всеки електрон по орбитата му в атома може да се разглежда като протичането на елементарен електрически ток. Този ток създава магнитно поле, определено с елементарен магнитен момент m_I , наречен орбитален. Всеки електрон притежава и елементарен спинов магнитен момент m_s , който може да се разглежда като получен от въртене на електрона около оста му.

• Общият магнитен момент на цялата електронна обвивка m е :

  m = m_I + m_s

  • m_I - сумарен орбитален магнитен момент

  • m_s - сумарен спинов магнитен момент

• Основна роля за създаването на магнитни моменти и свързаните с тях магнитни свойства на атомите еимат спиновете и атомите в незапълнениетя електронни слоеве

д) Магнитна индукция: Индукцията В, съсздадена от магнитно поле с интензитет Н във вакуум се дава с израза:

B=μ₀.H

• μ₀ = 4.π.10^-7 H/m - магнитна константа

е) Магнитна проницаемост: Когато магнитното поле се разпространява в материална среда, във формирането на изндукцията участва и материалът чрез относителната магнитна проницаемост μ_r.

B= μ_r.μ₀.H = μ_a.H

• Абсолютна магнитна проницаемост - μ_a= μ_r.μ₀

е) Магнитна поляризация(J_м) : Разликата между магнитната индукция в материала и вакуума, създадена от магнитно поле с интензитет H.

J_M = B - μ₀.H = μ_r.μ₀.H - μ₀.H

ж) Намагнитване на материала:

M=(μ_r -1).H=k_r.H

• k_r - относителна магнитна възприемчивост

2. Класификация на магнитните материали

а) Диамагнити

• Диамагнитни свойства се проявяват при всички вещества (газообразни, течни, тврди), но най-силно се проявяват при вещества с пълна взаимна компенсация на орбиталните и спиновни магнитни моменти.

• Диамагнитите се отблъскват от външно нееднородно магнитно поле.

• Магнитната им възприемчивост е много малко отрицателно число

  k_r = - (10^-5÷10^-6)

• Относителна магнитна проницаемост по-малка от 1

• Представители на диамагнитите:

  • Инертни газове

  • Азот

  • Хлор

  • Амоняк

  • Водород

  • Вода

  • Силиций

  • Фосфор

  • Сяра

  • Цинк

  • Живак

  • Злато

б) Парамагнити

• Парамагнитно свойства се проявяват при вещества , при които има некомпенсирани магнитни моменти и липса на подреждане на атомите.

• Парамагнитния ефект се проявява от това , че при отсъствие на външно магнитно поле , магнитните моменти са ориентирани произволно в пространството, поради хаотичното топлинно движение.

• Под действие на вънпни магнитни полета , магнитните моменти се ориентират по посока на полето

• Парамагнитите се привличат в нееднородно магнитно поле

• k_r = (10^-3 ÷10^-6)

• Относителна магнитна проницаемост > 1

• Представители на парамагнетиците:

  • Въздух

  • Кислород

  • Алуминий

  • Волфрам

в) Феромагнити

• Феромагнитите притежават спонтанно намагнетени области, наречени домени (притежават доменна структура)

• Домените са области в които всички спинови магнитни моменти са еднопосочно ориентирани (=> магнитния момент на обастта е голям)

• Магнитната възприемчивост е положителна

• Сложна зависимост от интензитета на електрическото поле

• Магнитна проницаемост » 1 (от няколко хиляди до стотици хиляди)

• Представители на феромагнитите:

  • Желязо

  • Никел

  • Кобалт

  • Гадолиний

  • Тербий

  • Холмий

  • Ербий

  • Тулий

3. Феромагнитни материали

а) Крива на начално намагнитване

б) Процес на намагнитване

• Този процес е нелинеен

• Зависимостта на магнитната индукция от интензитета на магнитното поле е също нелинейна

• Области на намагнитване при феромагнитните материали:

  • Област на начално намагнитване: началното намагнитване се получава при много слаби магнитни моменти, изместването на границите на домените е еластично . Процесът на намагнитване е обратим.

  • Област на Релей: обратимо изместване на границите на домените и намагнитването се изменя незначително

  • Изместванията на границите на домените са необратими, намагнитването става необратимо

  • Област на ориентиране на магнитните моменти по посока на магнитното поле: намагнитването нараства по-слабо в сравнение с област III.

  • Област на насищане: достига се при много силни магнитни полета. Намагнитването се увеличава незначително. Индукцията в материала се приближава до гранична стойност (индукция на насищане)

4. Основни магнитни характеристики

а) Крива на намагнитване

• Определение: Графиката на зависимостите B = f(H) се нарича намагнитваща крива

• Видове намагнитващи криви:

  • I - Начална крива на намагнитване - Получава се при монотонно нарастване на интензитета на магнитното поле

  • II - Безхистерезисна намагнитваща крива - Получава се ори едновременното действие на постоянно и променливо магнитно поле с намаляваща до нула амплитуда

  • III - Основна намагнитваща крива - Представлява геометричното място от сърховете на симетрични хистерезисни цикли при циклично пренамагнитване.

б) Хистерезисен цикъл

• Определение: При циклично изменение на интензитета на магнитното поле между равни по абсолютна стойност симетрични на координатното начало максимален и минимален интензитет, получаваме хистерезисен цикъл.

• Основни параметри:

  • B_s - магнитна индукция на насищане

  • B_r - остатъчна магнитна индукция (след премахване на външното магнитно поле)

  • H_c - коерцетивен интензитет

Коерцетивен интензитет - интензитетът на магнитното поле, имащ такова размагнитващо действие при което магнитната индукция на материала ства на нула.

в) Магнитна проницаемост

• Абсолютна магнитна проницаемост

  

или

• Относителна магнитна проницаемост

  

• От зависимостта B = f(H) може да се получи стойност за μ_а спрямо всяка точка от кривата:

  

tgα_X - ъгълът, който сключва абцисната ос с правата, минаваща през началото на координатната система през разглежданата точка

В_х - стойността на магнитната индукция В в точка X

H_x - стойността на интензитета на магнитното поле в точка X

• Дефинират се 4 вида относителна магнитна проницаемост (ОМП) μ_r :

  • Начална относителна магнитна проницаемост μ_нач - получава се когато интензитета на магнитното поле Н клони към нула

  • Максимална относителна магнитна проницаемост μ_max - съответства на точка от кривата, тангентата към която минава през началото на координатната система

  • Диференциална относителна магнитна проницаемост μ_гдиф - дефинира се за която и да е точка от кривата на намагнитване

    

  • Импулсна относителна магнитна проницаемост μ_гимп - дефинира се за коя да е точка от кривата на намагнитване

    

ΔН - нарастване на магнитното поле в резилтат на токов импулс

ΔВ - нарастване на магнитната индукция в резилтат на промяна на ΔН

5. Загуби в магнитните материали

а) Определение: При променливо магнитно поле във феромагнитните материали се появяват загуби на енергия (част от енергията на магнитното поле се превръща в топлина

б) Видове загуби:

• Загуби от хистерезис: Енергията, необходима за пренамагнитване на материала. Тези загуби са пропорционални на площта, затворена от хистерезисия цикъл и на честотата на магнитното поле.

P_X = 2. f . B_S.H_C.

B_S - магнитна индукция на нсищане

H_C - Коерцетивен интензитет на магнитния материал

f - честота на магнитното поле

• Загуби от вихрови токове: Загубите от вихровите токове са пропорционални на проводимостта на материала и квадрата на яестотата на магнитното поле

ρ - специфичното съпротивление на магнитния материал

d - дебелина на магнитния материал, перпендикулярна на магнитното поле

6. Влияние на външни фактори върху магнитноте свойства

а) Температура

• С увеличаване на температурата, спонтанното намагнитване на домените намалява

• При определена температура (точка на Кюри), спонтанното намагнитване напълно изчезва

• При температури по-високи от токчката на Кюри , доменната структура се разрушава и магнитния материал преминава от феромагнитно във парамагнитно състояния

• Процесът е обратим и след достигане на по-ниска температура, структурата се възстановява и материалът отново преминава във феромагнитно състояние

• В близост до точката на Кюри относителната магнитна проницаемост рязко се увеличава , а след нея - рязко намалява

б) Честота

• Честотната зависимост на относителната магнитна проницаемост в слаби магнитно полета се характеризира с три участъка

  • 1 участък - В този участък относителната магнитна птоницаемост остава постоянна при повишаване на честотата на магнитното поле

  • 2 участък - Получава не много ясно изразен резонансен характер на изменението на ОМП ,защото времето необходимо за преместване на домените е съизмеримо с времето на изменение на посоката на полето.

  • 3 участк - Честотата на магнитното поле е толкова висока, че преместването на границите на домените не може да следва изменението на външното магнитно поле , => ОМП намалява

Магнитно последействие: Намагнитването е процес, който протича с определена крайна скорост и за достигане на определено намагнитване е необходимо известно време. Това явление се нарича магнитно последействие.

Видове магнитни материали

1. Класификация на магнитните материали

• В техниката е прието магнитни материали да се наричат материалите имащи стойности за ОМП много по-високи от 1.
  

а) Магнитомеки материали: - Лесно се намагнитват и размагнитват; След премахване на външното магнитно поле , Намагнитеното им състояние изчезва бързо; Тесен хистерезисен цикъл; Ниски стойности на коерцетивен интензитет H_c и остатъчна магнитна индукция B_s .

• Магнитомеки материали за постоянни и нискочестотни полета

  • Техническо чисто желязо

  • Електротехническа силициева стомана

  • Пермалон

  • Алсифер

  • Пермендюр

• Магнитомеки материали за високочестотни полета

  • Ферити

  • Магнитодиелектрици

б) Магнитотвърди материали: - Трудно се намагнитват и размагнитват; Запазват намагнитеното си състояние неограничено дълго време; Широк хистерезисен цикъл; Високи стойности на коерцетивен интензитет H_c и остатъчна магнитна индукция B_s .

• Легирани стомани

• Лети магнитотвърди стомани

• Магнити от микропрахове

• Ферити

• Сплави на основата на редкоземни елементи

2. Магнитомеки материали за постоянни и нискочестотни магнитни полета

а) Технически чисто желязо

• Определение: Всяка сплав на желязото с въглеродно съдържание под 0,1% и минимални количество примеси (до 0,15%)

• Вредни примеси:

  • Въглерод

  • Сяра

  • Водород

• Електрическо съпротивление: ρ=0,1.10^-6Ω.m

• Приложение: За изработване на изделия, работещи при постоянни магнитни полета

• Видове:

  • Нисковъглеродна електротехническа стомана

  • Армико желязо

  • Електролитно желязо

  • Карбонилно желязо

б) Електротехническа силициева стомана

• Определение: Сплави на желязото със силиций

• Характеристики:

  • Добри магнитни свойства

  • Ниска цена

  • Високо специфично съпротивление

  • Намалени загуби от вихрови токове

  • Увеличена на1ална магнитна проницаемост

  • Намален коерцетивен интензитет

  • Стеснен хистерезис

  • Намалени загуби от хистерезис

• Недостатъци:

  • При повишаване на съдържанието на силиций над 6.5% сплавта става много крехка

• Марки силициеви електротехнически стомани в зависимост от:

  • Съдържанието на силиций

  • Изотропни и анизостропни свойства

  • Загуби

• Приложение:

  • Магнитопроводи на трансформатори

  • Магнитопроводи на електрически двигатели

в) Пермалои

• Определение: Сплави на желязото с никел

• Характеристики:

  • По-висока магнитна проницаемост спрямо силициевата електротехническа стомана

  • При съдържание на около 80% никел се получават най-високи стойности за начална магнитна проницаемост

  • Някои пермалои с високо съдържание на никел имат изключително високи стойности за относителната магнитна проницаемост. Наричат се суперпермалои.

  • Лесно намагнитване в слаби полета

  • Почти пълно отстъствие на анизотропност

• Недостатъци:

  • Изключителна чувствителност от механични деформации

  • Ниска индукция на насищане

  • След всяка механична обработка, трябва да се прави топлинна обработка

  • В следствие на топлинната обработка зависят магнитните му свойства

• Приложение ( пермалои с ниско съдържание на никел (30-50%)

  • Изработка на магнитопроводи за импулсни и високочестотни трансформатори във вид на тънки ламели

• Приложение ( пермалои с високо съдържание на никел)

  • Изработка на магнитопроводи за малогабаритни и импулсни трансформатори

  • Магнитни екрани

  • Сърцевини за магнитни бобини и релета

• Магнитни свойства на някои видове пермалои

г) Алсифер

• Определение: Форма на желязо

• Характеристики:

  • Лят

  • Нековък

  • Висока твърдост

  • Висока крехкост

  • Ниско електрическо съпротивление

• Недостатъци:

  • Не може да се използва в променливи магнитни полета

• Приложение:

  • Конструкции и детайли на магнитопроводи, работещи при постоянни магнитни полета

д) Пермендюр

• Определение: 31 - 50% Кобалт (Co) + 1,5 - 2% Вандий (V)

• Характеристики:

  • Висококобалтово съдържание - Високи стойности за относителна магнитна проницателност в слаби и средни магнитни полета

  • Нискокобалтово съдържание - По-ниски стойности за относителна магнитна проницателност в слаби и средни магнитни полета

  • Ниски стойности за електрическо съпротивление

  • Висока магнитострукция

• Приложение:

  • Датчици за налягане

  • Филтри

  • Сензори за движение

  • Стабилизатори за честота в рабиотехниката

  • Устройства за контрол на вибрациите

3. Магнитомеки материали за високочестотни полета

а) Ферити

• Определение: Комбинации от различни метални оксиди

• Видове според състав:

  • Никел - цинкови (Ni - Zn)

  • Манган - цинкови (Mn - Zn)

  • Манган - магнезиеви (Mn - Mg)

  • Манган - медни (Mn - Cu)

  • Лиетиево - цинкови (Li - Zn)

• Характеристики:

  • Малка индукция на насищане

  • Малка относителна магнитна проницаемост

  • Твърди

  • Крехки

  • Ниска точка на Кюри (при някои по-ниска от 100^оС)

• Предимства:

  • При температури близки до точката на Кюри , магнитната проницаемост нараства между 5 и 10 пъти, при някои ферити

  • Възможност за подбиране на подходяща работна температура на материала, за работа с подобрени магнитни характеристики

• Недостатъци:

  • Не се използват при постоянни магнитни полета

  • Не се използват про магнитни полета с промишлена честота

  • Магнитните свойства зависят силно от температурата

• Приложение:

  • Магнитопроводи на високочестотни трансформатори

  • Филтри

  • Магнитни антени

  • Статори и ротори за високочестотни микродвигатели

• Честотно приложение:

  • Манган - цинкови ферити: за честоти до 1MHz

  • Никел - цинкови ферити: за честоти с горна граница 100-200MHz

  • Литий - цинкови ферити: за честоти до 200MHz

  • Ферити съдържащи барий, стронций и олово: за честоти до 1GHz

  • Никелови, манганови и итриеви ферити: за свръхвисоки честоти

б) Магнитодиелектрици

• Определение: Механична смес от прехообразна феромагнитна компонента и от диелектрична компонента, изпълняваща ролата на свързващо вещество

• Характеристики:

  • Високо прецифично електрическо съпротивление

  • Зависещи от процентното съдържани, формата, размерите и взаимното разположение на феромагнитните частици, магнитни свойства

• Видове:

  • Магнитопласти - с термопластично свързващо вещество

  • Магнитоеласти - с еластомер за свързващо вещество

4. Магнитотвърди материали

а) Легирани стомани

• Видове:

  • Хромови стомани ( до 3% Хром)

  • Вoлфрамови стмани ( Хром + до 8% Волфрам) ;повишени стойности за B_s

  • Кобалтови стомани ( Хром + до 15% Кобалт) ;повишени стойности за B_s и H_c

• Недостатъци:

  • Сложна термообработка

  • Скъпи

  • Ограничено приложение

• Приложение:

  • Изработка на малки и средни постоянни магнити с неотговорно предназначение

б) Лети магнитотвърди сплави

• Видове

  • Алуминий (Al) + Никел (Ni) +Желязо (Fe) : Ални

  • Алуминий (Al) + Никел (Ni) + Желязо (Fe) + Кобалт (Co) : Алнико

  • Алуминий (Al) + Никел (Ni) + Желязо (Fe) + Силиций (Si) : Алниси

• Характеристики:

  • Голяма механична якост

  • Много твърди

  • Подлагани на специална термична обработка и отливане

• Недостатъци:

  • Механически не могат да се обработват

• Приложение:

  • Изработка на постоянни магнити

в) Магнитотвърди ферити

• Бариеви ферити

  • Евтини

  • 10 пъти по-ниска цена от лети Al-Ni-Fe магнити

  • Бариевият оксид НЕ е дефицитен материал

  • Добри магнитни свойства

• Кобалтови ферити

  • Значително по-скъпи от бариевите ферити

  • Слабо зависещи магнитни свойства от температурата

• Приложение:

  • Изработка на постоянни магнити

г) Магнити от микропрахове

• Видове:

  • Металокерамични магнити

  • Металопластични магнити

  • Оксидни магнити

  • Магнити от микропрахове

д) Сплави на основата на редкоземни елементи

• Видове:

  • YCo₅ - Итрий : Кобалт ; 1:5

  • CeCo₅ - Церий : Кобалт ; 1:5

  • SmCo₅ - Самарий : Кобалт ; 1:5

  • Y₂Co₁₇ - Итрий : Кобалт ; 2:17

  • Sm₂Co₁₇ - Самарий : Кобалт ; 2:17

• Характеристики:

  • Високи стойности за коерцитивен интензитет

  • Високи стойности за съхранена магнитна енергия

• Приложение:

  • В микроелектрониката за устройства с минимален обем и маса

5. Магнитни материали с правоъгълен хистерезисен цикъл

• Използват се при разрабитване на запомнящи устройства в изчислителната техника и автоматика

• Магнитопроводът с правоъгълен хистерезисен цикъм има две устойчиви състояния - +В_r и -B_r ; Предствлява магнитен елемент за съхранение на информация

• Информацията се предствя в двоична форма

• Използват се символите 0 и 1 , които съответстват на двете стойности на остатъчната магнитна индукция

• Важна характеристика за магнитните материали с правоъгълен хистерезисен цикъл е коефициентът на правоъгълност

Полупроводникови свойства на материалите

1. Полупроводникови материали

а) Определение: Полупроводниковите материали са клас електротехнически материали, чието специфично обемно съпротивление при нормална температура има стойности между стойностите за диелектрици и проводници

• ρv = 10 ÷ 10⁶ Ω.m

б) Свойства:

• Изменят характеристиките си при ралични външни въздействия

  • Температура

  • Светлина

  • Електрически полета

  • Магнитни полета

• Имат отрицателен температурен коефициент на съпротивление в много широк температурен интервал

• Свойствата им силно зависят от наличието на примеси в тях

• При внасянето на примеси се изменя стойността на специфичното обемно съпротивление

• Изменя се неговата температурна зависимост

2. Структира на елементарните полупроводникови материали

а) Най-често използвани химични елементи със свойства на полупроводници

• Германий (Ge)

• Силиций (Si)

б) Равнинен модел на кристал от чист силиций (Si)

3. Собствени полупроводници

а) Определение: Собствен или чист полупроводник е този, който може да пренебрегне вличнието на примесите в него при определена температура

• При температура около абсолютната нула , собственият проводник не притежава проводимост и може да се разглежда като идеален диелектрик

• В собствен полупроводник броат на свободните електрони е равен на броа на дупките

• Електропроводимостта на собствения полупроводник е сума от електронната и дупчестата проводимост

γ = γ_n + γ_p

б) Схематично изображение на собствен полупроводник

• Вакантото (свободното) масто на електрона се нарича дупка,

4. Примесни полупроводници

а) Полупроводник от N-тип

• Ако в кристалната решетка на атом на силиций се замени с атом на 5-валентен елемент (например арсен (As)) ,неговият пети валентен остава несвързан в електронна двойка.

• ПОради това връзката му с атома е слаба и той лесно се откъсва от него

• В такъв кристал има свободни електрони и полупроводника притежава електронна проводимост (N-проводимост)

б) Донори

• Примеси ,които довеждат до почва на свободни електрони в полупроводниците, се наричат донори

в) Схема на примесен проводник с донорен атом

г) Полупроводник от Р-тип

• При замяна на атома на силиция с стом на тривалентен елемент (например Бор (В)) , този атом има три валентни електрона и чрез тях може да осъществи ковалентна връзка с 3 силициеви атома

• Връзката с 4тие атом остава неосъществена

• Възниква празно място (дупка), към която може да прескочи електрон от съседна ковалентна връзка и незаетото място се премества.

• Полупроводникът придобива дупчеста проводимост (Р-проводимост) и се нарича полупроводник от Р-тип

д) Акцептори

• Примеси, които обуславят дупчестата проводимост, се наричат акцептори

5. Основни и неосновни носители на заряд

а) Определение: Носители на електрически заряд, концентрацията на които е по-голяма за даден проводник, се наричат основни, а концентрацията на която е по-малка, се наричат неосновни

б) Полупроводници от N-тип

• Основни токоносители: Електроните

• Неосновни токоносители: Дупките

в) Полупроводници от Р-тип

• Основни токоносители: Дупките

• Неосновни токоносители: Електроните

6. Енергитични диаграми

• За количествен анализ на полупроводниковите материали се използва зонна теория

• При температури по-високи от абсолютната нула ,електроните от валентната зона преминават в зоната на проводимост.(образува се дупка)

• Едновременно с този процес протича и процес на рекомбинация - връщане на електрон във валентната зона (=> изчезва двойките носители електрон-дупка)

• => Получава се термодинамично равновесие на концентрацията на електроните и дупките.

7. Влияние на различни фактори върху електропроводимостта на полупроводниците

а) Температура

• Електропроводимостта на полупроводниците се определя от изменението на концентрацията на токоносителите и тяхната подвижност при изменение на температурата

• В широк температурен диапазон и за различно съдържание на примеси са в сила температурните зависимости на концентрацията на носителите с полупроводник от N-тип

  

  Зависимост на логаритъма на концентрацията на токоносителите на заряд и реципрочната стойност на температурата за различно количество донори

• При ниски температури , концентрацията на токоносителите се обуславя само от примесите.

• При по-нататъчно увеличаване на температурата всички примесни атоми са йонизирани

• При увеличаване на концентрацията на примесите, участъкът на примесната проводимост се измества нагоре

• При увеличаване на концентрацията се увеличава и температурата, при която свички примесни атоми се йонизират

• При високи темератури започва собствена проводимост

Температурна зависимост на подвижността на носителите на заряд при различна концентрация на примесите

• При ниски температури подвижността на носителите нараства до ясно изразен максимум след коет намалява

• При ниски температури основно значение има разсейването на примесите

• Когато преобладава разсейването на носителите на йонизираните примеси, подвижността нараства при учеличаване на температурата

• Подвижността е обратнопропорционална на температурата

Температурна зависимост на специфичната електропроводимост на полупроводниците при различна концентрация на примесите

• Подвижността се изменя сражнително слабо при изменението на температурата, а концентрацията - много силно

• При намаляване на темперар=турата, намалява и електропроводимостта

• Колкото по-висока е концентрацията на примеси, толкова повече електрони преминават в зоната на проводимост и толкова по-голяма е електропроводимостта

• При изменение на количеството на примесите, преходът към собствена проводимост се мремества към по-висока температура

б) Светлина

• При облъчване със светлина полупроводниците могат да плучат допълнителни носители на заряд (заради погълнатата енергия на фотоните)

• Коефициент на поглъщане α - степента на поглъщане на електромагнитното лъчение от полупроводниците

• Интензитетът на светлината I, преминаваш през полупроводника , намалява вследствие на поглъщането

• Количеството дветлинна енергия dl, погълната от слой с дебелина dx, е пропорционално на интензитета на светлината в слоя:

  dI = - α.I.dx

• Токоносителите, получени при външно нетоплинно възбуждане, се наричат неравновесни

• Неравновесните носители на заряд (фотоелектрици и фотодупки) увеличават електропроводимостта на полупроводниците.

• Фотопроводимост - изменението на електропроводимостта на полупроводника под действието на електромагнитно облъчване, вследствие на вътрешен фотоефект

• Фотопроводимостта се определя като разлика от електропроводимостта на материала на светло и на тъмно

  γ_светло – γ_тъмно = е.Δn.u_n + e.Δp.u_p

  • Δn и Δp - концентрациите на неравновесни носители на заряда, вследствие на облъчването

• Вътрешен фотоефект - Преминаването на електрон от валентната зона в зоната на проводимост, вследствие на енергията, получена от светлината

• При вътрешния фотоефект се образува двойка електрон-дупка

• Изменението на електропроводимостта при облъчване със светлина е временно

в) Интензитет

• Електропроводимостта на полупроводниците остава постоянна в областта на слабите електрически полета

• Ударна йонизация - получаване на нови йони( след йонизация на атомите), които на свой ред се ускоряват от полето и създават носи свободни електрони.

• При интензитет на полето Е>Е_кр енергията на свободния електрон е достатъчна за йонизиране на атомите

• При интензитет между Е_кр и Е_пр има равновесие на йонизационните и дейонизационните процеси

• При интензитет над Е_кр ((10⁶÷10⁷)V/m) концентрацията на електроните и плътността на тока нарастват лавинообразно и настъпва пробив.

Резистори

Видове и свойства

1. Резистор

   а) Предназначение: Резисторите са предназначени за разпределяне и регулиране на електрическата енергия между елеентите от схемите. Те намаляват енергията на сигнала, като поглъщат част от нея и я превръща в топлина, която се разсейва в околното пространство.

   б) Класификация на резисторите:

   • Според използван материал

   • Според технология

   • Според конструкция

   в) Най-използвани материали за резистори

   • Метали

   • Сплави

   • Керамика

   • Полупроводникови и композиционни материали

   г) Видове резистори:

   • Слойни резистори

     • 1 - Основа от диелектричен материал

     • 2 - Тоководещ елемент от съпротивителен материал

     • 3 - Изводи от материал с ниско съпротивление

     • 4 - Защитно покритие от диелектричен материал

• Обемни резистори

• Жични резистори

д) Видове резистори според изменението на съпротивлението:

• Постоянни - съпротивлението е определено при производството и не може да се променя по време на експлоатация

• Променливи - съпротивлението може да се регулира по механичен начин

2. Номинална стойност на съпротивлението и допустимо отклонение

а) Номинална стойност на съпротивление на резистор

• Съпротивлението на резисторите зависи от специфичното обемно съпротивление на материала и геометричните размери на резистора и се определя от:

  

б) Допустимо отклонение

• Постоянните резистори се произвеждат с номинални стойности и отклонения според параметричните редове от Е6 до Е12 , като постоянните съпротивления са с толеранси от реда:

  • ± 0,001

  • ± 0,002

  • ± 0,005

  • ± 0,01

  • ± 0,02

  • ± 0,05

  • ± 0,1

  • ± 0,2

• Номиналните стойности на резисторите и толерансът им се маркира върху тях като се използва:

  • Буквено-цифров код

  • Цветен код

3. Номинална мощност P_N

a) Определение: Допустимата мощност, която един резисто може да разсейва в околното пространство при непрекъснато електрическо натоварване, без да се превишава неговата допустима температура (Т_max)

б) Формули

• h - коефициент на топлопроводност

• S - площта през която се извършва топлоотделянето

4. Гранично работно напрежение U_гр.

а) Определение: Максималното постоянно или променливо напрежение, което може да се приложи към резистора

• За нискоомни резистори:

• За високоомни резистори: 30% по-ниско от пробивното напрежение

5. Температурен коефициент на съпротивление α_R

а) Определение: Относителното изменение на съпротивлението при изменение на температурата с 1^оС

б) Определяне: Определя се от температурния коефициент на специфично съпротивление на материала и температурните коефициенти на геометричните му размери.

6. Собствена индуктивност и капацитет

а) Собствена индуктивност - зависи от дължината на изводите и броя на навивките при жичен резистор. Собствената индуктивност оказва по-силно вличние върху нискоомните резистори

б) Собствен капацитет - зависи от геометричните размери на резистора и относителната диелектрична проницаемост на изолационната основа и защитно покритие

7. Заместващи схеми

а) Заместваща схема при променливо напрежение

• R_T - съпротивление на тоководещия елемент

• R_o - съпротивление на основата

• R_k - съпротивление на контакта между тоководещия елемент и изводите

• R_изв - съпротивление на изводите

• R_з - съпротивление на защитното покритие

• L_T - изндуктивност на тоководещия елемент

• L_изв - изндуктивност на изводите

• C_R - собствен капацитет на резистора

б) Заместваща схема при постоянно напрежение

в) Обобщена заместваща схема

8. Ниво на собствени шумове

• Шумовете в резисторите смущават полезния електрически сигнал и намаляват отношението на полезен сигнал - шум (U_ш - U)

• Собсвения шум на резисторите има две съставящи:

  • Флуктоацинен (топлинен) U_T - дължи се на топлинното движение на електроните, вследствие на което , без да протича ток, в краищата на резистора се появява електрическо напрежение с постоянен колебателен характер

  • Токов шум U_п - получава се при протичане на електрически ток и се обуславя от изменението на контактните съпротивления между частиците, изграждащи тоководещия елемент

9. Въглеродослойни резистори

• Тоководещ елемент: Тънък слой от въглерод, получен чрез разлагане на въглеводороди във вакуум или в инертен газ при високи температури.

• Характеристики на въглеоводослойните резистори:

  • Висока стабилност

  • Слаба зависимост от напрежението и честотата

  • Ниски нива на собствени шумове

  • Малък отрицателен температурен коефициент на съпротивлението

  • Номинални стойности на съпротивление: от 100Ω до 10МΩ

  • Номинална мощност: от 0,05W до 10W

  • Собствен капацитет: 0,1pF

  • Температурен интервал: от -60^оС до +100^оС

10. Металослойни и металооксидни резистори

• Проводящият им слой е от метални сплави, получени чрез вакуумно изпарение или катодно разпрашване

• Характеристики:

  • Същата конструкция като въглеродослойните

  • 2-3 пъти по-малък от обема на въглеродослойните

  • По-нисък температурен коефициент на съпротивлението

  • По-малко ниво на собствени шумове

  • Номинални стойности на съпротивление: от 10Ω до 10МΩ

  • Ниминална мощност: от 0,125W до 2W

  • Работен температурен интервал: от -60^оС до +200^оС

• Металооксидни резистори:

  • Проводящ слой: Калаен диоксид (SnO₂)

  • По-малки размери

  • По-ниски нива на собсвените шумове

  • Работят в по-висок температурен интервал

11. Композиционни резистори

• Проводящ елемент:

  • Проводяща съставка (графит)

  • Свързваща компонента (органични смоли и лакове)

• Характеристики:

  • Слойни

  • Обемни

  • По-високи нива на шума

  • По-голяма нестабилност

• Приложение:

  • Като високоомни резистори

12. Жични резистори

• Проводящ елемент:

  • Изолиран или неизолиран проводник от високоомни сплави

  • Константан

  • Манганин

  • Нихром

• Характеристики:

  • Висока точност

  • Висока стабилност

  • Малък температурен коефициент на съпротивлението

  • Ниско ниво на шумове

  • Номинални стойности на съпротивлението: от 0,1Ω до 100кΩ

  • Номинална мощност: от 0 до 300W

  • Могат да работят до 400^оС при подходящо защитно покритие

13. Променливи резистори

а) Регулируеми резистори

• Многократно регулира параметрите на електрическа верига

б) Донастройващи резистори

• Предназначени са за периодична настройка на параметрите на електрическата верига

в) Основни параметри на променливите резистори

• Пълно съпротивление - съпротивлението при крайно полжение на подвижната система, измерено при постоянно напрежение

• Начално съпротивление - съпротивление между изводи 1 и 2

• Крайно съпротивление - съпротивление между изводи 2 и 3

• Начален скок на съпротивлението

• Функционална характеристика - зависимост на съпротивлението от преместването на подвижната му система

  • Линейна

  • Нелинейна

• Разрешаваща способност - минимално отклонение при което се получава различимо изменение на съпротивлението

• Щум от преместване на подвижния контакт

• Момент на задвижване на контактната система

• Устойчивост на износване

14. Полупроводникови резистори

а) Термистор

• Определение: Полупроводниковеи елементи, чийто съпротивление силно зависи от температурата

• Съпротивление на термистор:

𝑅=𝐴.𝑒^𝐵/𝑇

В - чувствителност на термистора (от 2000К до 5500К)

• Видове:

  • Термистори с отрицателен температурен коефициент на съпротивлението (съпротивлението намалява с увеличаване на температурата) - NTC

  • Термистори с положителен температурен коефициент на съпротивлението ( съпротивлението нараства с увеличаване на температурата) - PTC (позистор)

• Характеристики на термистор:

  • Номинално съпротивление: от 1Ω до 1МΩ

  • Голяма стойност на темпераурния коефициент на съпротивлението

  • Голяма номинална стойност на съпротивлението

  • Висок толеранс

• Приложение на термисторите:

  • Измерване на температури от - 55^оС до 450^оС

  • Термокомпенсация

  • Терморелета

• Характеристики на позистор:

  • Номинално съпротивление: 1Ω до 4кΩ

• Приложение на позисторите:

  • Ключови елементи

  • Термокомпенсация

б) Варистор

• Определение: Полупроводникови елементи със силна нелинейна зависимост на съпротивлението от напрежението и нелинейна симетрична волт-амперна характеристика. Произвеждат се по керамична технология от цинков оксид (ZnO) и силициев карбид (SiC) под формата на дискове и цилиндри.

U=C.I^β

U - напрежение

I - ток

C и β - константи

• Характеристики:

  • Класификационно напрежение U_кл - постоянно напрежение при ток 1mA

  • Коефициент на нелинейност β - зависи от материала на варистора и технологията на производство

  • Номинална разсейваща мощност

в) Фоторезистор

• Определение: Полупроводникови елементи, чийто съпротивление силно зависи от светлината. Изработват се от кадмиев сулфид (CdS) , кадмиев селенид (CdSe) , оловен сулфид (PbS) и др.

• Зависимоста на съпротивлението от осветеността е експоненциална:

R_Ф = А.L^α

L - осветеност

А и α - константи зависещи от материала

• Конструкция на фототранзистор

• Характеристики:

  • Съпротивление на тъмно - определя се от пълна защита от осветяване

  • Съпротивление на светло - определя се при осветеност 2000lx

  • Специфична чувствителност

    

  • Инертност

  • Спектрална чувствителност

Кондензатори

Параметри и видове

1. Кондензатор

а) Определение: Кондензаторите са пасивни електронни елементи, които представляват система от два проводящи електрода и разположен между тях диелектрик

• В следствие на поляризационните процеси в диелектрика, в кондензаторите се натрупват електрически заряди и се съхранява електрическа енергия

• Кондензаторите НЕ пропускат постоянен ток, а само променлив

б) Приложение

• Трептящи кръгове

• Разделителни елементи

• Делители на напрежение и др.

2. Класификация на кондензатори

• Класификацията на кондензаторите се определя по вида на диелектрика в него:

  • Кондензатори с газообразен диелектрик (въздушни, газонапълнени, вакуумни) - ε_r ≈ 1

  • Кондензатори с течен диелектрик - ε_r ≈ 2

  • Кондензатори с твърд неорганичен диелектрик (керамични, слюдени, сегнетокерамични) - ε_r до 2000

  • Кондензатори с твърд органичен диелектрик (хартиени, полистиролни, тефлонови, полиетилентетрафталови) - ε_r ≈ 2 - 6

  • Електролитни (оксидни) кондензатори - ε_r = 7,5 (за алуминиеви); ε_r = 25 (за танталови)

3. Параметри на кондензаторите

а) Номинален капацитет C_N и допустими отклонения

• Номиналният капацитет и допустимите отклонения се задават при температура от 20^оС и отностелна влажност на околния въздух Ψ=65%

• Стойностите са съобразно параметрични редове от Е6 до Е192

• За кондензатори с малък капацитет , толерансът се задава в абсолютни стойности от:

  • ± 0,1pF

  • ± 0.25 pF

  • ± 0,5 pF

  • ± 1pF

• Толерансът се означава върху кондензаторите с буквен код

• Капацитетът зависи от относителната сиелектрична проницаемост и геометричните размери на кондензатора

• Капацитетът на плоскопаралелен образец се определя чрез:

ε₀ - диелектрична константа

ε_r - относителна диелектрична проницаемост на диелектрика на кондензатора

S - площ на електродите [m²]

h - дебелина на диелектрика [m]

б) Номинално напрежение U_N

• Номиналното напрежение е постоянно напрежение при което кондензаторът може непрекъснато да работи без пробив

• Избира се от реда:

  • 6,3V

  • 10V

  • 16V

  • 25V

  • 40V

  • 50V

  • 63V

  • 100V

  • 160V

  • 250V

  • 400V

  • 500V

  • 630V

  • 1000V

  • 2000V

  • 2500V

  • 3000V

в) Изпитателно напрежение

• Напрежение, което кондензаторът може да издържи кратко време (1мин) без пробив

• Изпитателнот напрежение е 1,5 - 4 пъти по-високо от номиналното напрежение

• Големината на изпитателното напрежение зависи от електрическата якост на диелектрика и конструкцията на кондензатора

г) Температурен коефициент на капацитета

• Температурния коефициент на капацитета представлява относителното изменение на капацитета при изменение на температурата с 1^оС

• Определя се чрез:

• Температурния коефициент на капацитета зависи от изменението на относителната диелектрична проницаемост и изменението на геометричните размери от температурата.

• ТКЦ може да бъде положителен или отрицателен

• Той трябва да е почти нулев за кондензатори за трептящи кръгове

д) Изолационно съпротивление R_из

• Изолационното съпротивление е електрическо съпротивление между изводите на кондензатора, измерено при постоянн съпротивление след завършване на поляризационните процеси

• Определя се предимно от размерите на специфичното обемно съпротивление на диелектрика

• Зависи от вида на импрегниращите вещества и от вида на външната обвивка

• Изолационното съпротивление зависи от външни фактори

• С увеличаване на температурата и влажността ,изолационното съпротивление намалява

• За малки кондензатори с висококачествен диелектрик изолационното съпротивление се дава в абсолютни стойнсти

• За електролитни кондензатори изолационното съпротивление не е точно определена височина и затова се измерва токът на утечка, при номинално работно напрежение

е) Времеконстанта( τ )

• Времеконстантата характеризира работата на кондензатора в постояннотокови вериги

• Тя характеризира саморазреждането на кондензатора и времето за което след изкл’чране напрежението намалява на 37% от първоначалната му стойност

• Изчислява се чрез:

τ=R_из. C_N, [s]

• При отчитане на геометричните размери на кондензатора се получава израза:

τ = ρ.ε₀.ε_r, [s]

ж) Коефициент на загубите tgδ

• В реалният кондензатор, включен в електрическа верига, част от енергията се превръща в топлина, която се разсейва в околното пространство.

• Коефициентът на загубите се определя от загубите от:

  • поляризация в диелектрика

  • загубите в металните електроди

  • изолационното съпротивление на кондензатора

tgδ = tgδ_M + tgδ_из + tgδ_Д

• Реципрочната стийност на tgδ се нарича качествен фактор (Q)

• За малки стойности на ъгъла на загубите ,може да се приеме, че cosϕ ≈ tgδ

з) Пълно съпротивление на кондензаторите

• Еквивалентна заместваща схема на кондензаторите

• Формула за пълно съпротивление на кондензатор:

R_П - съпротивление, създавано от активното съпротивление на материала на изводите и електродите (R_П ≈ 0.1 Ω)

L_П - собствена индуктивност на кондензатора, която се определя от дължината на проводниците и конструкцията

• Необратимите изменения на капацитета се характеризират с остатъчно относително изменение на капацотета, възникващо при загряване и охлаждане на кондензатора, вследствие изменение на размерите, пластичните деформации, продължителното съхранение без експлоатация, изменение на атмосферното налягане и абсорбиране на влага от околната среда

• Сумарното относително изменение на някои типове кондензатори може да превиши 20%

и) Минимален капацитет C_min

й) Максимален капацитет C_max

к) Функционална характеристика

л) Момент на задвижване на подвижна част

м) Виброустойчивост

н) Виброякост

4. Видове кондензатори

а) Кондензатори с органичен диелектрик

1 - Тънка полимерна лента

2 - Метални електроди, изпълнени от метално фолио или тънък метален слой върху полимера

3 - Диелектрична лента, предпазваща от свързване накъсо от двата електрода

• Полиетилентетрафталатен кондензатор

• Полиестерен кондензатор

• Полипропиленов кондензатор

б) Кондензатори с неорганичен диелектрик

• Кондензаторите с неорганичен диелектрик биват:

  • Керамични (с форма на дискове, призми, слоеста структура)

    

  • Стъклени

  • Слюдени

• Класове на кондензаторите с неорганичен диелектрик

  • Клас I - с линейна зависимост на капацитета от температурата и малки диелектрични загуби, които се използват за трептящи кръгове

  • Клас II - с нелинейна зависимост на капацитета от температурата и високи диелектрични загуби

б) Електролитни кондензатори

• Анодът се изработва от метално фолио (Al, Ta, Nb)

• Катодът се изработва от гладко неоксидирано метално фолио.

• Между анодът и катодът се намира електролитът.

• Чрез електрохимично оксидиране по повърхността на метала се създава оксиден слой, който е диелектрик с висока диелектрична проницаемост и много малка дебелина.

• По този начин кондензаторът получава големи номинални стойности за капацитета .

• Те са полярни и на корпуса е показан поляритета на кондензатора

• За оценка на качествата на електролитните кондензатори вместо изолационно съпротивление се използва токът на утечка.