6.2. Материали за проводници. Мед. Алуминий.
6.3. Материали за контакти.
6.4. Материали с нисък коефициент на съпротивление температура. Материали за термодвойки.
Въпреки че, както е известно, електрическа енергия не се предава по проводници, и диелектрика на пространството между проводниците, обаче, са необходими проводниците за направляване на потока на енергия.
Основната характеристика на диригент - това egoelektroprovodnost.
Както е добре известно, а ние имаме въпроси разгледа този въпрос в 2 л, в който и да е орган, чрез прилагане на напрежение ток трябва да премине в съответствие с израз, който определя плътността на тока
Къде Ni - концентрацията на носители на заряд-тото клас, чи - такса стойност, VI - Скоростта на зареждане. За метали, таксата превозвачи са електрони. Приблизителният брой на електрони в метала е около 10 22 бр / см 3. Ако се изчисли концентрацията на типичен метални атоми, е приблизително същите стойности. Това означава, че всички атоми са йонизирани и електроните не принадлежат към всеки атом и социализирани през кристала. Класическата теория на електрони метали, считани за идеален газ, които частиците се сблъскват с решетъчни дефекти, атомни вибрации, при което скоростта им остава ограничен в електрическото поле. Преди сблъсъка, електронът трябва да се ускори по време на път, гр. Тя може да се докаже, че средната свободен пътя на класическата механика, ще бъде
Зарядът, която тече през единица площ за време, т запълва цилиндър дължина L с М плътност. Приравняването л п продукт на плътността на тока на продължителност т. Ние се получи.
От тази формула следва закона на Ом за метали, изразът за проводимостта ще изглежда
Ако една и съща операция, извършена за трансфер на топлина от електрон газ, специфичната топлинна проводимост стойност к ще
Тук, K - Болцман константа, Т - температурата. От тук можете да се запознаете от практиката на закона, че по-голяма проводимост на метала, толкова по-голяма топлопроводимост е в процес на теоретична обосновка. В действителност, се раздели на израза (6.5) до (6.4.), И по-нататък разделителната от T получаваме т.нар брой на Лоренц
L = к ¤ (а х T) = 3 (к / е) 2.
т.е. топлинна и електрическа проводимост са пропорционални на всеки друг. Действително, измерена Лоренц броя на различни метали се различават малко един от друг.
Експерименталните стойности на проводимост на метали, от порядъка на (10 8-10 юли) / m.
За практика е важно, че метал електропроводимостта зависи от температурата. Тя е създадена експериментално в някои случаи, че тази зависимост е близка до линейна зависимост. Обикновено, той се поставя в зависимост от температура съпротивление.
Тук R (T0) - съпротивление при определена температура T0. обикновено 20 ° С Т К R - температурен коефициент на съпротивление. Той има размер на 1 / К (или 1 / ° С), за метали Т К г е винаги положителен. Ние очакваме, че е важно на този фактор - температура на зависимостта на съпротивлението. Например, за мед е 4.3 х 10 -3 1 / К, което означава, че съпротивлението ще бъде удвоена чрез повишаване на температурата до 232 градуса.
За електрически проводници стойност съпротивление е най-важният фактор. Той определя в проводниците, т.е. специфичните загубите на мощност на електрическа енергия мощност за единица обем тел
Оценени за енергия, например определи колко дълго тел материал се загрява една степен. Като като тел материал алуминий, R = 2.8 х 10 ома -8-т, за плътността на тока вземат две стойности, J = 10-100 A / mm 2 за получаване rpoter = специфични загуби на мощност (2.8-280) MW / m 3 . много или малко? Новосибирск водноелектрическа енергия е около 500 MW в периода на максимална мощност. Колко бързо, докато горещите жици? Сравним с добре известни израз за топлинна мощност, необходима за отопление DQ / DT = cddT / DT материал. където г е плътността на материала г = 2,7 10 март кг / м 3 специфична топлина С, С = 386 J / (кг х К). Приравняването на топлинната мощност на електрическа енергия загуби получат
Долната граница, когато J = 10 A / mm 2 е, че проводник може да се нагрява до около 2 градуса в 1 секунда, най-добре - 200 градуса в 1 секунда. Ясно е, че втората стойност на плътността е твърде голям.
Експресия (6.7) може да доведе до измерими количества: настоящата I и тел напречното сечение на S. преброяване загуба му в проводник, на единица дължина (1 М)
Rpoteri = I 2 х R / S 2
В зависимост от плътността на тока в загуба на кабели може да варира значително. Ясно е, че когато предавателната мощност на определена линия предаване, като трифазен линия Р 3 = Ua I, по-голямо от захранващото напрежение на повече мощност със същия текущата стойност. Тъй като загубите се определя от тока, и текущата продукт на излъчваната мощност на напрежението, толкова по-изгодно да се премести в по-високите класове на напрежение. Ето защо, се движат до по-високи и по-високи напрежения, така че относително по-малък дял на енергията загуби в проводниците. Въпреки това, както ще бъде обсъдено в лекцията на диелектрични характеристики на въздуха, не е възможно да се безкрайно увеличаване на напрежението.
Също така е ясно, че колкото по-висок ток, толкова по-голяма мощност, връзката е линейна. Въпреки това, с нарастването на енергийните загуби от текущия угояване, от втора, която е много по-силен, отколкото увеличението на излъчваната мощност. Увеличаването на тел зоната на напречното сечение намалява проблема, но, от друга страна, има увеличение на разходите за изграждане на електропроводи, както цветни метали проводници значителни разходи. В допълнение, увеличаване на теглото на проводници води до увеличение в масови кули, усложнение на монтаж и други подобни Като резултат от компромис между увеличаването на загуба и увеличени строителни съгласи брой линии проводниците определен компромис плътност на тока, така наречената икономическа плътност на тока. Според регламента на електрически устройства (PUE), за мед е 2,5 A / mm 2 в случай на открита тел по време на работа 1000-3000 часа годишно, а се намалява до 1,8 A / mm 2 по време на работа над 5000 годишно. За алуминий, всички цифри е приблизително два пъти по-ниска. За кабели всички определя от условията на отвеждане на топлината през обвивката на изолация и кабели, SAE допустима плътност на тока се нормализира за всеки кабел отделно, обикновено допустима плътност на тока е дори по-ниска.
От електрически проводими материали с висока топлинна и електрическа проводимост от най-забележителен материал за проводниците ще бъдат сребърни. съпротивление й при стайна температура е около 1.4 х 10 -8 ома х m, термичната проводимост на 418 W / (m х К). Въпреки това, този материал е твърде скъпо и рядко, така сребро се използва само за критични контакти, като това е не само перфектно диригент, но и не се окисляват в този процес, така че не се влошава свойствата на време за контакт. Имайте предвид, че други, по конвенционални проводници, като например мед или алуминий се окислява с кислород от въздуха, се превръща в непроводими оксиди, нарушаване или дори предотвратяване на омичен контакт. Тел и това е тяхната употреба, защото на тяхната електрическа проводимост може да се постави на 2-ри и 3-то място след среброто.
Свойства на медта.
Мед - червеникав мек материал.
Атомна брой - 29
Атомна маса - 63,7
Валентност от 1 и 2
Плътност при 20 ° С 8,89 т / m 3
Съпротивлението при 20 ° С 1.7 х 10 -8 ома метра.
Коефициентът на температурна устойчивост на 4.3 10 -3 1 / K
Капацитетът на топлина от 386 J / (кг х К)
топлопроводимост
400 W / (m х К)
температура на топене 1083 ° С
Якост на опън 200 МРа
Използването на мед в енергия е достатъчно широк - различни проводници, кабели, въжета, гуми, предпазители, трансформатори и криволичещи бобини.
Свойствата на алуминий.
Алуминий - мек материал светло сиво.
Атомна брой - 13
Атомна маса - 27
валентността на 3
Плътност при 20 ° С 2,7 т / m 3
Съпротивлението при 20 ° С 2.8 х 10 -8 ома м
Температурен коефициент на съпротивление 10 април -3 1 / K
Капацитетът на топлина от 950 J / (кг х К)
топлопроводимост
200 W / (m х К)
Точка на топене 660 ° С
Якост на опън 80 МРа
Сравнението на тези материали на най-важните параметри за практиката показва, че те се различават значително по плътност, специфична топлина, якост на опън. Любопитното е, че продуктът на специфичната топлина на плътност - почти не се различава от тези материали (
30%) Фактът, че алуминият е ниски сили механични резистентност подсилени ядро алуминиев проводник стомана. Когато този ток протича през алуминий (у стомана съпротивление от около 5-10 пъти по-висока от тази на алуминий) и осигурява механична якост на стомана.
За производството на проводници използвани алуминий, мед, бронз, както и комбинации от тези елементи към стоманата. Когато напречното сечение на 10-15 mm 2 обикновено се използва един проводник, в по-голям напречен разрез - много тел, въжета. Печати проводници А, AF, AH, ACP, АС, В, DBP, M, MC, и т.н. Най-популярни проводник за VL - AC стомана, алуминий, например АС 95/16 означава, че в напречното сечение на 95 mm 2 на алуминиева и 16 mm 2 от стомана.
Проводниците в точката за контакт, различни от проводниците в жицата екран няколко обстоятелства на тяхното функциониране.
В - Първо, това е невъзможно да се направи площта на контакт с еднакви или по-голяма от площта на напречното сечение на проводника. Поради това, плътността на тока и енергията е винаги над областта на контакт. На второ място, точката на контакт там microbreakdown а понякога makroproboi превръща в дъга (отваряне контакти за включване) с високо местно освобождаване на енергия, което води до деформация материали в региона на контакт, местната стопилката и т.н. Трето, има триене при контакт с движението на една част от контакта, от друга. Четвърто, контактните повърхности в отворено положение не трябва да си взаимодействат с околната среда. Поради това, материалите за контакт, трябва да имат специфични свойства. Те трябва да са устойчиви срещу корозия и ерозия устойчив на електрически и пепел материал, който не се заварява. имат висока издръжливост на износване, лесно да бъдат обработени, за да се адаптират към един от друг, имат висока топлинна и електрическа проводимост, имат по-ниска цена.
Идеалният материал за контакти - не.
За ниско настоящите контакти обикновено се използват благородни или огнеупорни метали: сребро, платина, паладий, злато, волфрам и сплави на базата на тези метали.
Silver - Silver недостатък е образуването на непроводим филми сив сребърен сулфид чрез реакция с влажна сероводород. Друг недостатък се дължи на малък контакт заваряване температура сребро топене 960 ° С За да се подобрят свойствата на сребро се добавят кадмий, мед, злато, паладий, или силиций.
Gold. от само себе си, тя се използва рядко, защото на нейната мекота, но това абсолютно не се окисляват. На мястото на контакт метал поради ерозия на мекота е лесно оформен от метална игла. пепел материал. За да се подобрят свойствата на злато в сребро се прибавя (до 50%), никел и цирконий, платина. Резултатът е не-оксидиращи, твърди контакти с слаба ерозия.
Волфрам е един от най-разпространените материали за контакт. Най-добре е противоположна на дъгата освобождаване по същество не се заварява, (поради високата температура на топене), не се износва (поради високата твърдост). Въпреки това, волфрам не е устойчив на окисляване и корозия, работи най-добре във вакуум, в атмосфера на водород или азот. Освен това, за натискане контакт с малък волфрама неприложими.
За силнотокови контакти чисти метали не се прилагат. За тях, използването на така наречения pseudoalloys произведени чрез прахова металургия.
Psevdosplav - синтерован смес от два прахове, една от които е по-огнеупорен. По този начин по-топим компонент може да се стопи по време на работа, но присъствието на инфузионни компоненти скелет запазва течността от капилярните сили. Подлепващи компонент обикновено е по-проводим и топлина. Pseudoalloys използват следното:
Сребърен-кадмиев оксид, сребро, графит, сребро, никел, сребро, волфрам, мед, графит, мед-волфрам.
За тежки вериги контакт пластир, за укрепване на медни плочи на Ag + W. или С ф + W pseudoalloy.
За мощни NC контакти с голяма дъга ток (100 кА) с помощта на медно-графитни контакти. Те са по-лоши от заварени, но много по-износени от действието на дъгата. Psevdosplav с голям брой графит (5%) се използва като четки в плъзгащ контакт.
Връщайки се към температурен коефициент на съпротивление материали проводими стойност споменава наличието на материали с по същество нулев температурен коефициент на съпротивление. Тя Манганови материал за точни прецизни резистори и константан. В името на константан съпротива се намира на около постоянство. Състав Манганови - Манган 11.5-13.5%, никел - 2.5-3.5%, а останалата част - мед. Състав константан - никел - 40%, манган 1,2%, а останалата част - мед.
В състава са свързани материали, използвани за термодвойки. Това chromel - никел и хром сплав (90% Ni + 10% Cr), хромалумелова - никелова сплав (94%) с алуминий, силиций и манган, kopel - медна сплав с кобалт и никел. Използва се като константан и платина. Ако краищата на телта от един от материалите, заварени тел на който и да е друг материал, ще термодвойка кръстовища и места, поддържани при различни температури, а след това при отворения край на жицата ще EMF, т.нар Зеебек. Това се нарича Зеебек ефект. Стойността на топлоелектрическа, в зависимост от комбинацията от материали е около 10.1 тУ с температурна разлика на 100 К. Ако поставени един възел при определена температура, измерване на полученото напрежение за определяне на температурата на мястото на втория възел.
Свързани статии