CHƯƠNG KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN Mục đích chương nhắc lại số kiến thức học phổ thông trung học cần thiết cấu tạo vật chất trước nghiên cứu vật liệu kỹ thuật điện cụ thể 1.1.KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN 1.1.1 KHÁI NIỆM Vật liệu điện tất chất liệu dùng để sản suất thiết bị sử dụng lĩnh vực ngành điện Thường phân vật liệu theo đặc điểm, tính chất công dụng nó, thường vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu bán dẫn vật liệu dẫn từ 1.1.2.CẤU TẠO NGUYÊN TỬ CỦA VẬT LIỆU Nguyên tử phần tử vật chất Mọi vật chất cấu tạo từ nguyên tử phân tử theo mô hình nguyên tử Bo Nguyên tử cấu tạo hạt nhân mang điện tích dương (gồm proton p nơtron n) điện tử mang điện tích âm (electron, ký hiệu e) chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo xác định Nguyên tử : Là phần nhỏ phân tử tham gia phản ứng hoá học, nguyên tử gồm có hạt nhân lớp vỏ điện tử hình 1.1 - Hạt nhân : gồm có hạt Proton Nơrton Vỏ nguyên t - Vỏ hạt nhân gồm electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo xác định Tùy theo mức lượng mà điện tử xếp Hạt nhân Hình 1.1 Cấu tạo nguyên tử Thành lớp Ở điều kiện bình thường, nguyên tử trung hòa điện, tức là: ∑(+)hạt nhân = ∑(-)e Khối lượng e nhỏ: me= 9,1 10-31 (Kg) qe = 1,601 10-19 (C) Do điện tử có khối lượng nhỏ độ linh hoạt tốc độ chuyển động cao Ở nhiệt độ định, tốc độ chuyển động electron cao Nếu nguyên nhân nguyên tử bị điện tử e trở thành Ion (+), nguyên tử nhận thêm e trở thành Ion (-) Quá trình biến đổi nguyên tử trung hòa trở thành điện tử tự hay Ion (+) gọi trình Ion hóa Để có khái niệm lượng điện tử xét trường hợp đơn giản nguyên thử Hydro, nguyên tử cấu tạo từ proton điện tử e (hình 1.2) Khi điện tử chuyển động quỹ đạo có bán kính r bao quanh hạt nhân, hạt nhân điện tử e có lực: e Lực hút (lực hướng tâm): f1 = lực ly tâm: - q2 r f2 = mv r (1-2) (1-1) r Hình 1.2 Mô hình nguyên tử H đó: m - khối lượng điện tử, v - vận tốc dài chuyển động tròn Ở trạng thái trung hòa, hai lực bân bằng: f1 = f2 hay mv2 = q2 r (1-3) Năng lượng điện tử bằng: We = T + U (Động T + Thế U) mv2 , U = - q2 r q2 q2 q2 q2 Vậy We = T + U = - r =hay We = 2r 2r 2r đó: T = (1-4) Biểu thức chứng tỏ điện tử nguyên tử tương ứng với mức lượng định để di chuyển tới quỹ đạo xa phải cung cấp lượng cho điện tử, Năng lượng điện tử phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo chuyển động Điện tử có mức lượng thấp dễ bị bứt trở thành trạng thái tự Năng lượng cung cấp cho điện tử e để trở thành trạng thái tự gọi lượng Ion hóa (Wi) Để tách điện tử trở thành trạng thái tự phải cần lượng W i ≥ We Khi Wi < We kích thích dao động khoảng thời gian ngắn, nguyên tử sau lại trở trạng thái ban đầu Năng lượng Ion hóa cung cấp cho nguyên tử lượng nhiệt, lượng điện trường va chạm, lượng tia tử ngoại, tia cực tím, phóng xạ Ngược lại với trình Ion hóa trình kết hợp: Nguyên tử + e → Ion (-) Ion (+) + e → nguyên tử, phân tử trung hòa 1.1.3.CẤU TẠO PHÂN TỬ CỦA VẬT LIỆU Là phần nhỏ chất trạng thải tự mang đầy đủ đặc điểm, tính chất chất đó, phân tử nguyên tử liên kết với liên kết hóa học.Vật chất cấu tạo từ nguyên, phân tử ion theo dạng liên kết đây: 1.1.3.1 Liên kết đồng hóa trị Liên kết đặc trưng kiện số điện tử trở thành chung cho nguyên tử tham gia hình thành phân tử Lấy cấu trúc phân tử clo làm ví dụ: phân tử gồm nguyên tử clo biết, nguyên tử clo có 17 điện tử, điện tử lớp (điện tử hoá trị) Hai nguyên tử clo liên kết bền vững với cách sử dụng chung hai điện tử hình 1.3 Lớp vỏ nguyên tử bổ sung thêm điện tử nguyên tử • • •• •• •• •• •• •• •• •• Cl • + •• Cl • ⇒ •• Cl •• Cl •• Hình 1.3 Phân tử liên kết đồng hoá trị trung tính cực tính Phân tử clo thuộc loại trung tính trung tâm điện tích dương điện tích dương trùng Axit clohydric HCl ví dụ phân tử cực tính Các trung tâm điện tích dương âm cách khoảng phân tử xem lưỡng cực điện Tùy theo cấu trúc phân tử đối xứng hay không đối xứng mà chia phân tử làm hai loại - Phân tử không phân cực phân tử mà trọng tâm điện tích âm trùng với trọng tâm điện tích dương - Phân tử phân cực phân tử mà tâm điện tích âm cách trọng tâm điện tích dương khoảng l Để đặc trưng cho phân cực nguời ta dùng mô men lưỡng cực Pe = q.l Trong đó: q: điện tích l: có chiều –q đến +q có độ lớn l( khoảng cách trọng tâm điện tích dương trọng tâm điện tích âm) 1.1.3.2 Liên kết Ion Liên kết ion xác lập lực hút Ion (+) Ion(-) Liên kết xảy nguyên tử nguyên tố hóa học có tính chất khác Đặc trưng cho dạng liên kết kim loại liên kết kim loại phi kim để tạo thành muối, cụ thể Halogen kim loại kiềm gọi muối Halogen kim loại kiềm Liên kết bền vững Do nhiệt độ nóng chảy chất có liên kết Ion cao Ví dụ: liên kết Na Cl muối NaCl liên kết ion ( Na co electron lớp dễ nhường electron tạo thành Na +, Cl có electron lớp dễ nhận electron tạo thành Cl - , hai ion trái dấu hút tạo thành phân tử NaCl, muối NaCl có tính hút ẩm t nc =8000C, tsôi 1: gọi vật liệu thuận từ µ>1: gọi vật liệu dẫn từ 1.2 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU ĐIỆN 1.2.1 Phân loại theo khả dẫn điện Trên sở giản đồ lượng người ta phân loại theo vật liệu cách điện (điện môi ), bán dẫn dẫn điện Điện môi: chất có vùng cấm lớn đến mức điều kiện bình thường dẫn điện điện tử không xảy Các điện tử hóa trị cung cấp thêm lượng chuyển động nhiệt chuyển tới vùng tự để tham gia vào dòng điện dẫn Chiều rộng vùng cấm điện môi ∆W nằm khoảng từ 1,5 đến vài điện tử von (eV) Bán dẫn: chất có vùng cấm hẹp so với điện môi, vùng thay đổi nhờ tác động lượng từ bên Chiều rộng vùng cấm chất bán dẫn bé (∆W=0,5-1,5eV), nhiệt độ bình thường số điện tử hóa trị vùng đầy tiếp sức chuyển động nhiệt di chuyển tới vùng tự để tham gia vào dòng điện dẫn Vật dẫn: chất có vùng tự nằm sát với vùng đầy chí chồng lên vùng đầy (∆W < 0,2eV) Vật dẫn điện có số lượng điện tử tự lớn, nhiệt độ bình thường điện tử hóa trị vùng đầy chuyển sang vùng tự dễ dàng, tác dụng lực điện trường điện từ tham gia vào dòng điện dẫn, vật dẫn có tính dẫn điện tốt 1.2.2.Phân loại theo từ tính Nguyên nhân chủ yếu vật liệu gây nên từ tính điện tích chuyển động ngầm theo quĩ đạo kín tạo nên dòng điện vòng Cụ thể quay điện tử xung quanh trục chúng – spin điện đử quay theo quĩ đạo điện tử nguyên tử - Các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân tạo nên dòng điện mà đặc trưng mômen từ M Mône từ M tính tích dòng điện với diện tích S giới hạn đường viền bản: M = i.S Chiều véc tơ M xác định theo quy tắc vặn nút chai hình 1.7 theo phương thẳng góc với diện tích S Mômen từ vật thể kết tổng hợp tất mômen từ nêu - Ngoài mômen quĩ đạo nêu trên, điện tử quay xung quanh trục nó, 1.Biểuvai diễntrò chiều mômen tạo nên mômen gọi mômen Spin Các spin Hình đóng quan trọngtừ việc từ hóa vật liệu sắt từ - Khi nhiệt độ nhiệt độ curri, việc hình thành dòng xoay chiều nhìn thấy mắt thường, gọi vùng từ tính, vùng trở nên song song thẳng hàng hướng Như vật liệu sắt từ thể chủ yếu phân cực từ hóa tự phát từ trường đặt bên - Qúa trình từ hóa vật liệu sắt từ tác dụng từ trường dẫn đến làm tăng khu vực mà mômen từ tạo góc nhỏ với hướng từ trường, giảm kích cỡ vùng khác xếp thẳng hàng mômen từ tính theo hướng từ trường bên Sự bão hòa từ tính đạt tăng lên khu vực dùng từ lại mômen từ tính tất phần tinh thể nhỏ đựợc từ tính hóa tưh sinh trở thành hướng theo hướng từ trường Hinh 1.8 Hướng từ hóa khó dễ đơn tinh thể Sắt - Khi từ hóa dọc theo cạnh hình khối, mở rộng theo hướng đường chéo, nghĩa co lại theo hướng từ hóa, tượng gọi tường từ gião Hình 1.9.Đường cong từ hóa vật liệu sắt từ 1- Sắt đặc biệt tinh khiết 2- Sắt tinh khiết (99,98% Fe) 3- Sắt kỹ thuật tinh khiết (99,92%Fe) 4- Pecmanlôi (78%Ni) 5- S- Niken 6- Hợp kim Sắt- Niken (26%Ni) Theo từ tính người ta phân vật liệu thành nghịc từ, thuận từ dẫn từ Nghịch từ : chất có độ từ thẩm µ < không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên Loại gồm có Hyđro, khí hiếm, đa số hợp chất hữu cơ, muối mỏ kim loại : đồng, kẽm, bạc, vàng, thủy ngân Thuận từ : chất có độ từ thẩm µ >1 không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên Loại gồm có oxy, nitơ oxit, muối sắt, muối coban niken, kim loại kiềm, nhôm, bạch kim Chất dẫn từ : chất có µ >1 phụ thuộc vào cường độ từ trường bên Loại gồm có : sắt, niken, coban, hợp kim chúng hợp kim crom mangan 1.2.3 Phân loại theo trạng thái vật thể - Vật liệu điện theo trạng thái vật rắn - Vật liệu điện theo trạng thái vật lỏng - Vật liệu điện theo trạng thái the CÂU HỎI CHƯƠNG 1 Trình bày cấu tạo nguyên tử, phân tử, phân biệt chất trung tính chất cực tính ? Trình bày nguyên nhân gây khyết tật vật rắn ? Phân loại vật liệu theo lý thuyết phân vùng lượng vật chất Tính lực hút hướng tâm lực hút ly tâm nguyên tử biết m e= 9,1 10-31 (Kg)qe = 1,601 10-19 (C), v = 1,26.105m/s Tính lượng nguyên tử biết m e= 9,1 10-31 (Kg), qe = 1,601 10-19 (C), v = 1,24.106 m/s Trình bày cách phân loại vật liệu điện ? 10 Hình 6.3 Mạch từ chia làm phần: - Thân mạch từ - Nắp mạch từ - Khe hở không khí phụ δp khe hở không khí δc - Khi cho dòng điện chạy vào cuộn dây qua, từ thông chia làm ba phần cuộn dây có từ thông : a) Từ thông φ thành phần qua khe hở không khí gọi từ thông làm việc φlv b) Từ thông tản φt gọi thành phần không khí xung quanh c) Từ thông rò thành phần không qua khe hở không khí mà khép kín không gian lõi thân mạch từ 6.2.1.2 Tính toán mạch từ Tính toán mạch từ thực chất giải hai toán: - Bài toán thuận: Biết từ thông tính sức từ động F = IW loại gặp thiết kế cấu điện từ - Bài toán nghịch : biết sức từ động F = IW tính từ thông φ (gặp kiểm nghiệm cấu điện từ có sẵn) Để giải hai toán cần phải dựa vào sở lí thuyết sau: - Biết đường cong từ hóa vật liệu sắt từ - Nắm vững định luật mạch từ - Biết từ dẫn khe hở 6.2.1.3 Các lý thuyết sở Đường cong từ hóa B = f(H) hình minh họa 100 Hình 6.4 Các định luật mạch từ: Wt1 = I 1W1 IW I +I , Wt = 2 , ∆W = (φ − φ1 ) , 2 - Định toàn dòng điện F=IW - Định luật Ohm mạch từ: φ = IW F = 2 RM RM - Định luật Kiếc Khốp cho mạch từ : ∑φi=0 - Định luật Kiếc Khốp cho mạch từ: ∑φiRMi=∑Fi (tổng đại số độ sụt từ áp mạch từ kín tổng đại số sức từ động tác dụng mạch từ đó) Từ dẫn khe hở Vì mạch từ có độ từ thẩm (hệ số dẫn từ) lớn không khí nhiều nên từ trở toàn mạch từ phụ thuộc vào từ trở khe hở không khí Trong tính toán thường dùng từ dẫn G = 1/RM Tương tự mạch điện mạch từ dẫn G tỉ lệ thuận với tiết diện mạch từ, tỉ lệ nghịch với chiều dài khe hở không khí G = µ G: từ dẫn khe hở không khí µ0 = 1,25.10 −8 S δ wh hệ số từ thẩm không khí Acm δ Chiều hiều dài khe hở S (cm2): diện tích từ thông qua ( tiết diện) Công thức dùng sở giả thiết : từ thông qua khe hở không khí phân bố đặn ( đường sức từ song song với nhau), công thức khe hở bé, (khe hở lớn mép không song song) Thực tế tính từ dẫn phức tạp, tùy yêu cầu xác mà có phương pháp tính từ dẫn khác 6.2 Sơ đồ thay mạch từ tính từ dẫn khe hỏe không khí mạch từ 6.2.2.1 Tính từ dẫn phương pháp phân chia từ trường Xét ví dụ : Có cực từ tiết diện chữ từ cực từφnhật đặt song song với mặt phẳng Giả thiết chiều xuống mặt phẳng (hình minh họa) 101 Hình 6.5 Nếu tính từ dẫn khe hở phương pháp phân chia từ trường ta phân từ trường thành nhiều phần nhỏ cho phần từ trường phân bố đều(có đường sức từ song song với nhau) để áp dụng công thức tính từ dẫn có Ở ta chia làm 17 phần gồm : +) hình hộp chữ nhật thể tích: a b δ +) hình 1/4 trụ tròn có đường kính chiều cao a b +) hình trụ 1/4 rỗng có đường kính 2δ đường kính 2δ+2mm 102 Các công thức tính từ dẫn phần Từ dẫn phần cho theo bảng trụ chữ nhật, tổng từ dẫn lại δ từ dẫn G từ dẫn tản Có G = n ∑G i =1 i Nếu có hai từ dẫn nối song song nối từ dẫn tương đương Gtđ= G1 + G2 Nếu nối tiếp từ dẫn tương đương Gtđ = G1G2 G1 + G2 Ưu điểm : tính phương pháp có ưu điểm xác, rõ ràng dễ kiểm tra Nhược điểm : có nhiều công thức nên dùng để tính kiểm nghiệm 103 6.2.2.2 Tính từ dẫn công thức kinh nghiệm ( dùng tính toán sơ ) Hình 6.6 a) Từ dẫn khe hở không khí (hình a) Từ dẫn khe hở không khí nắp lõi tạo thành góc G = K G0 Với: K: hệ số điều chỉnh K=2,75 ϕ (ϕ tính theo rađian) G = µ S δ S :tiết diện lõi [cm2] δ: độ dài trung bình khe hở không khí (cm) b ) Từ dẫn cực từ tròn với mặt phẳng (hình b) G = µ S 2,09 + δ δ d c) Từ dẫn hai cực từ chữ nhật (hình c) G=K.μ0 d) Từ dẫn mặt phẳng cực từ đặt đầu mặt phẳng (hình d) G = K G0 6.3 MẠCH TỪ XOAY CHIỀU Mạch từ xoay chiều khác mạch từ chiều đặc điểm sau: a) Trong mạch từ xoay chiều: i=i(t) nên i = Im Sin ωt dòng biến thiên có tượng từ trễ, dòng xoáy, dòng điện chạy cuộn dây phụ thuộc vào điện kháng cuộn dây, mà điện kháng phụ thuộc từ dẫn mạch từ nên từ trở toàn mạch từ lớn (khe hở không khí lớn) điện kháng bé dòng điện cuộn dây lớn Khi nắp mạch từ mở dòng điện khoảng I = (4÷ 15)Iđm 104 Chú ý: đóng điện cấu điện từ, phải kiểm tra nắp xem đóng chưa, nắp mở làm cuộn dây bị cháy b) Lực hút điện từ F biến thiên F=F(t) có thời điểm F=0 có thời điểm F=Fmax dẫn đến mạch từ làm việc bị rung, để hạn chế rung người ta đặt vòng ngắn mạch Từ thông biến thiên làm xuất sức điện động vòng ngắn mạch, vòng có dòng điện mắc vòng khép kín, làm vòng ngắn mạch nóng lên Gọi Wnm số vòng ngắn mạch (thường Wnm=1) Theo định luật toàn dòng điện có: IW+ InmWnm = ϕ c) Trong mạch từ xoay chiều có tổn hao dòng xoáy từ trễ làm nóng mạch từ, xem tổn hao vòng ngắn mạch Nếu gọi Pxt công suất hao tổn dòng xoáy từ trễ biểu diễn dạng tương đương vòng ngắn mạch Pxt = I nm rnm d) Từ dẫn rò quy đổi Khác với mạch chiều vì: Sức từ động tổng F = IW sức từ động đoạn X FX = I W WX = W x l x từ thông mắc vòng đoạn x yrx =Wx.frx l Cuối có Gr = ql từ dẫn rò mạch xoay chiều Về phương pháp tính toán mạch từ xoay chiều giống mạch từ chiều phải lưu ý bốn đặc điểm Ví dụ mạch từ xoay chiều hình minh họa: Hình 6.7 Khi vẽ mạch từ đẳng trị phải xét đến tác dụng vòng ngắn mạch, tổn hao dòng xoáy từ trễ - Khi nắp đóng, bỏ qua từ thông rò phải kể đến từ trễ từ kháng mạch từ nên dạng hình minh họa a - Khi nắp mạch từ mở, bỏ qua từ trở từ kháng mạch từ, phải xét đến từ thông rò mạch từ đẳng trị có dạng hình minh họa b 105 Hình 6.8 6.4.MẠCH TỪ MỘT CHIỀU + Mạch từ chiều làm việc, mạch Φ = const nên tổn hao dòng xoáy, có dòng không đổi I, từ thông lõi làm vật liệu sắt từ khối để dễ gia công khí Trình tự tính toán mạch từ: * Vẽ mạch từ đẳng trị * Tính từ dẫn G khe hở không khí toàn mạch * Giải mạch từ, tìm tham số chưa biết Trong trình làm việc khe hở không khí biến thiên ta chia trườngΦthay đổi làm từ thông hợp: a) Tính mạch từ chiều không xét từ thông rò Với mạch từ khe hở không khí bé, cuộn dây phân bố mạch từ bỏ qua từ thông rò Ví dụ: xét mạch từ hình xuyến hình có từ thong δminh họa; phần sắt từ chiều dài l, tiết diện S, khe hở Φrò = Hình 6.9 6.5 VẬT LIỆU SẮT TỪ 6.5.1 Vật liệu sắt từ 106 Vật liệu quan trọng sử dụng kỹ thuật điện, điện tử sắt từ hợp chất sắt từ (ferit) Trong tự nhiên có số chất (sắt, côban, niken hợp kim chúng) có tính nhiễm từ mạnh Các vật liệu gọi chung vật liệu sắt từ Độ từ thẩm chất lớn hàng nghìn lần, chí có trường hợp cao nhiều Tính chất sắt từ thể chất trạng thái tinh thể 6.5.2 Sự nhiễm từ sắt Tính nhiễm từ mạnh sắt giải thích nam châm sắt hút Một miếng sắt đặt gần nam châm bị nhiễm từ mạnh trở thành nam châm Đầu miếng sắt gần cực bắc nam châm, trở thành cực nam ngược lại Hai cực khác tên hút Tính nhiễm điện sắt giải thích dòng điện phân tử mà miền nhiễm từ tự nhiên Khi từ trường miền nhiễm từ tự nhiên xếp cho từ trường miền nhiễm từ tự nhiên khử lẫn Khi đặt vào từ trường xảy phân bố lại miền nhiễm từ tự nhiên dẫn đến kết qua sắt bị nhiễm từ mạnh 6.6.CÁC VẬT LIỆU SẮT TỪ 6.6.1 Vật liệu từ mềm Vật liệu từ mềm sử dụng làm mạch từ thiết bị dụng cụ điện có từ trường không đổi biến đổi Vật liệu từ mềm từ trường khử từ H K nhỏ (dưới 400 A/m), độ từ thẩm µ lớn tổn hao từ trễ nhỏ Vật liệu sắt từ mềm gồm có thép kỹ thuật, thép cácbon, thép kỹ thuật điện, hợp kim sắt - niken (pecmaloi) ferit a Thép kỹ thuật (gồm gang) dùng làm từ trường mạch từ không đổi Thép kỹ thuật có cường độ từ cảm bão hoà cao (tới 2,2 Tesla), số từ thẩm lớn cường độ khử từ nhỏ b Thép kỹ thuật điện hợp chất sắt-silic (1-4%Si) Silic cải thiện đặc tính từ sắt kỹ thuật: tăng số từ thẩm, giảm cường độ khử từ, tăng điện trở suất (để giảm dòng điện Fucô hay dòng điện xoáy) c Pecmaloi hợp kim sắt - niken (22%Ni), có số tạp chất: Molipden, crôm, silic, nhôm Pecmaloi có số từ thẩm lớn gấp 10-50 lần so với 107 thép kỹ thuật điện, cần cường độ từ trường nhỏ vài phần đến vài chục phần trăm A/m, thép đạt tới cường độ từ cảm bão hoà d Ferit vật liệu sắt từ gồm có bột oxýt sắt, kẽm số nguyên tố khác Khi chế tạo, hỗn hợp ép khuôn với công suất lớn nung đến nhiệt độ khoảng 12000C, thành phẩm có dạng theo ý muốn Ferit có điện trở suất lớn, thực tế coi gần không dẫn điện, nên dòng điện xoáy chạy ferit nhỏ Bởi cho phép dùng ferit làm mạch từ từ trường biến thiên với tần số cao Ferit niken-kẽm cách nhiệt phân muối, gọi Oxyfe Ferit Oxyfe có số từ thẩm ban đầu lớn, từ dư nhỏ (0,18-0,32 Tesla) từ trường khử từ nhỏ (8-80 A/m) Chúng sử dụng rọng rãi làm mạch từ linh kiện điện tử, khuếch đại từ, máy tính, 6.6.2 Vật liệu từ cứng Vật liệu từ cứng dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu Đặc điểm loại có từ dư lớn Thành phần, từ dư trường khử từ số vật liệu từ cứng cho bảng 6.2 Bảng 6.2 Vật liệu từ cứng Wonfram Thép crôm Thép côban Anni Annisi Annico Macnico Gốm annico Ferit bary Thành phần tạp chất (%) sắt Wonfram Al Cr Co Ni Cu Si 14 14 10 12 24 25 34 17 13 Từ trường khử từ, HK (A/m) 4800 4800 7200 44000 64000 40000 44000 45000 130000 CÂU HỎI CHƯƠNG Nêu khái niệm chung tính chất từ vật liệu từ tính Trình bày đặc tính công dụng vật liệu từ mềm Hãy nêu thành phần, tính chất công dụng vật liệu từ cứng 108 Cường độ từ cảm dư, Bd (T) 0,9 0,9 0,44 0,4 0,7 1,25 1,1 0,35 CHƯƠNG KIỂM NGHIỆM CÁCH ĐIỆN 7.1 PHÂN NHÓM KIỂM NGHIỆM CÁCH ĐIỆN Việc kiểm nghiệm cách điện chia làm 3nhóm 7.1.1 Kiểm nghiệm trình chế tạo Được thực vật liệu cách điện, hay phần cách điện nhằm mục đích: - Ngăn ngừa việc đặt vào thiết bị vật liệu cách điện phần cách điện khuyết tật - Kiểm tra quy định chế tạo cách điện bị dokhông tuân thủ quy trình chế tạo 7.1.2 Kiểm nghiệm sau trình chế tạo Mục đích thiết bị có khuyết tật lớn không ? Thiết bị chế tạo thiết kế không ? Những thông số thiết bị có phù hợp với quy trình không ? 7.1.3.Kiểm nghiệm trình vận hành Được thực theo kế hoạch có hệ thống, gọi triểm tra bảo dưỡng định kỳ theo kế hoạch Nó có mục đích theo dõi Triểm tra xem cách điện có bọ hư hỏng (hoá già , bị ẩm …) trình vận hành không Tính chất quan trọng cách điện độ bền cách điện Muốn thử độ bền cách điện thử cách đánh thủng cách điện Rõ dàng phương pháp áp dụng cách điện thành phẩm.Vậy phải tìm cách kiểm nghiệm mà không làm hỏng cách điện phương pháp thử nghiệm không phá huỷ cách đo thông số cách điện, theo dõi biến đổi chúng điện áp, nhiệt độ tần số,… Những thông số đo phương pháp thử không phá huỷ dòng điện rò, hệ số tổn hao điện môi, điện áp ngưỡng ion hoá … Thông số đo cho ta kết luận chất độ phá huỷ bền cách điện, kết luận lượng 7.2 THỬ CÁCH ĐIỆN KHÔNG PHÁ HỦY Thử thách điện không phá huỷ gồm ba loại sau: 7.2.1 Đo tổn hao cách điện điện trở cách điện Mục đích: nhằm phát tình trạng hút ẩm cách điện Chú ý: trị số tgδ Rcđ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ điện áp Vì lần đo phải tiến hành điều kiện giống - Đo điện trở cách điện điện áp chiều Sau đặt điện áp lên cách điện, ban đầu cách điện tụ điện tích điện LC, R điện trở phụ nối tiếp cách điện C hình7.1 109 Điện dung cách điện thường nhỏ( 10 -7 – 10-8 F) Nếu R=4 Ω, RC có giá trị 10-4 – 10-5 ms Việc chọn Mêga ôm kế có điện áp thuộc vào điện áp định mức thiết bị thử K R C ĐK U K Hình 7.1.Đo điện trở cách điện điện áp chiều Điện áp định mức thiết bị , V Điện áp Mêgaôm kế, V < 100 500 100-380 1000 > 1000 2500 Tiêu chuẩn điện trở tuỳ thuộc loại sản phẩm: Theo quy trình TBĐ Uđm < 1000V Rcđ > = 0,5M Ω Uđm > 1000V Rcđ tuỳ thuộc loại TBĐ Thông thường để chọn điện trở cách điện, người ta đọc trị số đo thời điểm 60” Với thiết bị quan trọng, trị số 60 ”, người ta đọc trị số đo thời điểm 15” Tỷ số hai trị số gọi hệ số hấp thụ Kht = R60”/R15” Nếu Kht >= 1,3 cách điện TB tốt Nếu Kht=4 cách điện TB tốt Nếu>=8 cách điện TB tốt - Đo tổn hao điện môi tgδ Đo tgδ cầu đo tgδ , cầu đo dựa nguyên lý cầu Schering (tham khảo thong tài liệu) Điện áp tăng làm cho công xuất tổn hao điện môi tgδ tăng (gọi tắt tổn hao điện môi tgδ tăng P = U2 C ω Tg δ ) Trong trường hợp cách điện có bọt khí có điểm ghi rõ rệt sau điểm biểu thị tăng vọt đột biến tgδ, hậu tổn hao ion hoá không khí Điện áp mà xảy tăng vọt tgδ gọi điện áp ngưỡng ion hoá Uion 7.2.2.Thử điện áp Mục đích : Để phát hư hỏng cục Mấy vấn đề cần ý : 110 - Chỉ thử lần với toàn phần trị số điện áp thử quy định (100 % U thử quy định) Khi kiểm nghiệm cách điện theo bảo dưỡng định kỳ, thủ 50 -80 % trị số điện áp thử quy định.Với TBĐ quan trọng, thử theo quy định nhà chế tạo - Khi thử với điện áp tần số công nghiệp ,U t = (2 ÷3) Uđm thờì gian trì phút Với TBĐ quan trọng, thử theo quy định nhà chế tạo -Thử điện áp chiều áp dụng cho máy điện 1chiều, MFĐ, cáp điện,thời gian thử phút, trị số điện áp thử theo quy định nhà chế tạo -Thử điện áp xung ( xác định khả chịu đựng TB với điện áp ) mức cách điện theo dự thảo IEC-71/1972 7.3 KIỂM NGHIỆM CÁCH ĐIỆN CỦA MÁY BIẾN ÁP 7.3.1 Kiểm nghiệm cách điện trình chế tạo - Cần kiểm nghiệm đo lường phải kiểm tra mắt thật kỹ vật cách điện như: nêm, ống … - Đo Rcđ tgδ để kiểm tra chất lượng việc sấy chân không - Thử ngắn mạch vòng dây điện áp xung điện áp tần số cao vài giây 7.3.2.Kiểm nghiệm máy mối chế tạo Thử cách điện điện áp tần số công nghiệp thời gian phút.Điện áp đặt lên cuộn dây cách điện với cuộn dây khác tiếp đất với lõi thép với thùng máy biến áp Điện áp thử quy định tiêu chuẩn Để đề phòng đánh thủng xảy thử, người ta nối cuộn dây thử với phóng điện có khả phóng điện nhỏ Trong trình thử, tiếng kêu lách cách, khói bốc lên Tiêu chuẩn quốc tế gọi việc thử thử với nguồn điện áp 7.3.3.Kiểm nghiệm cách điện MBA trình vận hàmh - Việc kiểm nghiệm tiến hành theo kế hoạch bảo dưỡng dịnh kỳ khoảng 2-5 năm lần - Để dễ dàng so sánh nhữnh số liệu đo lần kiểm nghiệm Thì sau lần lắp đặt MBA ta phải lấy mẫu dầu kiểm nghiệm kỹ -Trước lần kiểm nghiệm định kỳ, ta lại phải lấy mẫu dầu MBA thử Nếu dầu giảm sút phẩm chất ( kinh nghiệm thực tế cho thấy, mẫu dầu kiểm nghiệm lần sau thấp 70% kết thí nghiệm so với lần trước phải lọc lại đưa vào chế độ theo dõi đặc biệt ) sau tiến hành kiểm nghiệm với nội dung sau - Đo điện trở cách điện Với Mêgaôm kế 2500V Điện trở cách điện R60” theo quy định nhà chế tạo R= f(T0C) - Khảo sát thẩm thấu ( đo hệ số hấp thụ:Kht) Kht = R60”/R15” Cách điện hút ẩm Kht bé, nhiệt độ bình thường Kht > =1,3 (Kht =f (T0C)) Ngoài đánh giá tình trạng hút ẩm cách điện, cần đo điện dung hai tần số khác nhau, cụ thể tần số 2Hz 50Hz ký hiệu C2 C50 đo tần số có ảnh hưởng rõ rệt đến trị số điện dung, nên C2 C50 khác nhiều Cách điện hút ẩm C2/C50 lớn, C2/C50 >1.3 điện bị ẩm trầm trọng -Thử điện áp tần số công nghiệp điện áp chiều Thử điện áp tần số công nghiệp Ut = = 0,5M Ω - Với thiết bị lắp đặt trình vận hành bị sự, cần thử điện áp xoay chiều tăng cao, với U t = 2kV thơi gian phút Hoặc điện trở cách điện Mêgaôm kế loại 2500V khỏi cần thử điện áp, (thực tế quy định thứ U ∼ Ut = 1KV, thời gian phút) CÂU HỎI CHƯƠNG 112 Hãy phân loại nhóm kiểm nghiệm cách điện? Trình bày nhóm kiểm nghiệm không cách điện? Trình bày cách kiểm nghiệm cách điện Máy biến áp? Trình bày cách kiểm nghiệm cách điện Máy phát điện? Trình bày cách kiểm nghiệm cachs điện Máy cắt điện? 113 W (năng lượng điện tử) Vùng dẫn Vùng cấm Vùng hoá trị Hình ???? 114 [...]...CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 2.1.1 Khái niệm về vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự do Nếu đặt chúng vào trong một điện trường, các điện tích sẽ chuyển động theo một hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện Người ta gọi vật liệu có tính dẫn điện 1 Vật liệu có tính dẫn điện tử: là vật chất... loại: vật liệu có tính dẫn điện tử và vật liệu có tính dẫn Ion 2.2.2 Tính chất của vật liệu dẫn điện 2.2.2.1 Điện trở R Là quan hệ giữa hiệu điện thế không đổi đặt lên vật dẫn và dòng điện chạy qua vật dẫn đó Điện trở của dây dẫn được xác định theo biểu thức: ρ = R Trong đó: S l (2.1) R- Điện trở (Ω) ρ- Điện trở suất (Ω mm2/m) S- tiết diện dây dẫn (mm2) l- Chiều dài dây dẫn(m) 2.2.2.2 Điện dẫn G Điện. .. MỘT SỐ VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN THÔNG DỤNG Kim loại có điện trở suất ρ nhỏ (hay điện dẫn suất γ lớn) là vật dẫn điện tốt Đồng, nhôm, sắt, kẽm, vàng, bạc và hợp kim của chúng là những chất dẫn điện tốt 2.4.1 Đồng và hợp kim của đồng 1 Đồng (Cu) Đồng là vật liệu dẫn điện quan trọng nhất trong tất cả các vật liệu dẫn điện dùng trong kỹ thuật điện vì nó có những ưu điểm nổi trội so với các vật liệu dẫn điện khác... hợp kim) Vật liệu dẫn điện ở thể lỏng bao gồm các kim loại lỏng và các dung dịch điện phân Vì kim loại thường nóng chảy ở nhiệt độ rất cao trừ thủy ngân (Hg) có nhiệt độ nóng chảy ở -390C do đó trong điều kiện nhiệt độ bình thường chỉ có thể dùng vật liệu dẫn điện kim loại lỏng là thủy ngân Các chất ở thể khí hoặc hơi có thể trở nên dẫn điện nếu chịu tác động của điện trường lớn 11 Vật liệu dẫn điện được... động của các điện tích không làm biến đổi thực thể đã tạo thành vật liệu đó Vật dẫn có tính dẫn điện tử bao gồm những kim loại ở trạng thái rắn hoặc lỏng, hợp kim và một số chất không phải kim loại như than đá Kim loại và hợp kim có tính dẫn điện tốt được chế tạo thành dây dẫn điện, như dây cáp, dây quấn dẫn điện trong các máy điện và khí cụ điện Kim loại và hợp kim có điện trở suất lớn (dẫn điện kém)... DẪN ĐIỆN 2.3.1 Những hư hỏng thường gặp Trong vật liệu dẫn điện thường gặp những hiện tượng hư hỏng sau: - Tính dẫn điện của chúng giảm đi đáng kể sau thời giam là việc lâu dài - Hay bị gãy hoặc bị biến dạng do chịu tác dụng của lực cơ khí, lực điện động và nhiệt độ cao gây ra - Bị ăn mòn hóa học do tác dụng của môi trường hoặc của các dung môi 2.3.2 Cách chọn vật liệu dẫn điện Chọn vật liệu dẫn điện. .. trong các khí cụ điện dùng để sưởi ấm, đốt nóng, chiếu sáng, làm biến trở 2 Vật liệu có tính dẫn Ion: là những vật chất mà dòng điện đi qua sẽ tạo nên sự biến đổi hóa học Vật dẫn có tính dẫn Ion thông thường là các dung dịch: dung dịch axit, dung dịch kiềm và các dung dịch muối Vật liệu dẫn điện có thể ở thể rắn, lỏng và trong một số điều kiện phù hợp có thể là thể khí hoặc hơi Vật liệu dẫn điện ở thể rắn... thuật điện, vàng được sử dụng:  Để làm các tiếp điểm điện, thường dưới dạng hợp kim: 70% Au + 24%Ag + 6% Pt  Để mạ các vật liệu khác chống ăn mòn điện  Làm dây dẫn (hợp kim Au + 20% Cr), các điện trở trong điện kế, vì chúng có hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt độ rất nhỏ Bảng2… Các hằng số vật lý hóa học chính của Vàng Đặc tính -Trọng lượng riêng ở 200C -Điện trở suất ở nhiệt độ 200C -Điện. .. bình của điện tử dưới tác dụng của điện trường E e : điện tích của phần tử mang điện Thay vtb = uE (u - độ di chuyển của phần tử mang điện) vào (2.3), ta được dạng tổng quát của định luật ôm: i = no.e.u.E = γE (2.4) với γ = no.e.u được gọi là điện dẫn suất 2.2.2.4 Điện dẫn suất γ Đại lượng nghịch đảo của điện dẫn suất γ gọi là điện trở suất ρ 12 ρ= 1 γ (2.5) Với một vật dẫn có tiết diện S và độ dài l... Ứng dụng: Trong kỹ thuật điện, nhôm được sử dụng phổ biến để chế tạo: o Dây dẫn điện đi trên không để truyền tải điện năng o Ruột cáp điện o Các thanh ghép và chi tiết cho trang thiết bị điện o Dây quấn trong các máy điện o Các lá nhôm để làm tụ điện, lõi dẫn từ máy biến áp, các rôto của động cơ điện, 25 2 Hợp kim của nhôm: Nhôm có nhiều hợp kim dùng để đúc và để kéo dây dẫn điện Các hợp kim chính của ... 1,24.106 m/s Trình bày cách phân loại vật liệu điện ? 10 CHƯƠNG VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 2.1.1 Khái niệm vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện vật chất mà... trạng thái vật lý, có: • Vật liệu cách điện thể khí, • Vật liệu cách điện thể lỏng, • Vật liệu cách điện thể rắn 42 Vật liệu cách điện thể khí thể lỏng luôn phải sử dụng với vật liệu cách điện thể... Phân loại theo trạng thái vật thể - Vật liệu điện theo trạng thái vật rắn - Vật liệu điện theo trạng thái vật lỏng - Vật liệu điện theo trạng thái the CÂU HỎI CHƯƠNG 1 Trình bày cấu tạo nguyên