Előadások a villamos berendezések
6.2. Anyagok vezetékek. Réz. Alumínium.
6.3. Anyagok kapcsolatokat.
6.4. Anyagok alacsony hőmérsékleti együttható az ellenállás. Anyagok hőelemek.
Bár, mint ismeretes, a villamos energia nem átvitt vezetékek, valamint a dielektromos a tér között, a vezetők azonban a vezeték szükséges vezetésére az energia áramlását.
A fő jellemzője a karmester - ez egoelektroprovodnost.
Amint az jól ismert, és már úgy ezt a kérdést 2 előadás, bármely szervezet által adott feszültségre áram kell, összhangban a kifejezés, amely meghatározza az áramsűrűség
Ahol ni - a koncentráció a töltéshordozók i-edik évfolyam, qi - töltés érték, vi - díj mértéke. A fémek, a töltéshordozók elektronokat. A hozzávetőleges száma elektronok a fém körülbelül 10 22 db / cm 3. Ha a becslésünk a koncentrációja egy tipikus fématomok, ez körülbelül ugyanazokat az értékeket. Ez azt jelenti, hogy az összes atom ionizálódik, és az elektronok nem tartozik minden atom, és szocializálódott egész kristály. A klasszikus elmélet elektronok fémek tekinthető ideális gáz, amely részecskék ütköznek rácshibasűrűséget, atomi rezgések, miáltal azok a sebesség korlátozott marad az elektromos mező. Az ütközés előtt, az elektron kell gyorsítani idő alatt t. Meg lehet mutatni, hogy az átlagos szabad úthossz a klasszikus mechanika lesz
A töltés folyik keresztül egységnyi területen t ideig tölti henger hossza L a sűrűsége n. Egyenlővé L N terméke áramsűrűség a T időtartamú. Kapjuk.
Ebből kifejezést következik Ohm-törvény, a fém-, a kifejezés a vezetőképesség fog kinézni
Ha ugyanazt a műveletet végezni a hőátadást a elektrongáz, a fajlagos hővezető képessége K-érték lesz
Itt a k - Boltzmann állandó, T - a hőmérséklet. Innen lehet kapni ismert joggyakorlat, hogy minél nagyobb a vezetőképessége a fém, annál nagyobb a hővezető alatt elméleti indoklást. Valóban, elosztjuk a kifejezést (6.5) a (6.4.), Majd tovább választóvonal T megkapjuk az úgynevezett Lorentz száma
L = k ¤ (s × T) = 3 (k / e) 2.
azaz termikus és elektromos vezetőképesség arányos egymással. Valóban, a mért Lorentz számát a különböző fémek alig különböznek egymástól.
A kísérleti értékek a vezetőképessége fémek, nagyságrendű (10 július 08-10) / m.
A gyakorlatban fontos, hogy a fém villamos vezetőképessége a hőmérséklettől függ. Megállapítást nyert, kísérletileg bizonyos esetekben, hogy ez a függőség közel lineáris összefüggés. Jellemzően hozzuk hőmérsékletfüggése ellenállás.
Itt R (T0) - ellenállása egy bizonyos hőmérsékleten T0. általában 20 ° C-T K r - hőmérsékleti együtthatója ellenállás. Azt a dimenziója 1 / K (vagy 1 / ° C), a fémek T K r mindig pozitív. Úgy becsüljük, hogy fontos ez a tényező - hőmérsékletfüggése ellenállása. Például, réz ez 4,3 × 10 -3 1 / K, ami azt jelenti, hogy az ellenállás megduplázódik a hőmérséklet növelésével a 232 fok.
Elektromos vezetékek ellenállása érték a legfontosabb tényező. Ez határozza meg a vezetékek között, vagyis a fajlagos teljesítmény veszteség villamos teljesítmény egységnyi térfogatra huzal
Értékeltük energia például az határozza meg, hogyan hosszú drót anyagot melegítik 1 fokos. Figyelembe, mint egy alumínium huzal anyagból, r = 2,8 × 10 -8 ohm-m, az áramsűrűség veszi a két érték, J = 10-100 A / mm 2 megszerezni rpoter = fajlagos teljesítmény veszteség (2,8-280) MW / m 3 . sok vagy kevés? Novosibirsk vízerőmű mintegy 500 MW az időszakban a legnagyobb teljesítmény. Milyen gyorsan forrón vezetékek? Összehasonlítható a jól ismert kifejezés a hőerőmű szükséges fűtési dQ / dt = cddT / dt anyag. ahol d a az anyag sűrűsége d = 2,7 március 10 kg / m 3 fajhője c, c = 386 J / (kg x K). Egyenlővé hőkapacitása villamos energia veszteség beszerzése
Az alsó határ, ha j = 10 A / mm 2, hogy a huzal lehet melegítjük körülbelül 2 fok 1 másodperc, felső - 200 fok 1 másodperc. Egyértelmű, hogy a második érték a sűrűsége túl nagy.
Expression (6.7) eredményezhet mérhető mennyiségben: az aktuális I és a huzal keresztmetszeti területe S. számítva annak elvesztése a vezetékben, egységnyi hosszra eső (1 m)
Rpoteri = I 2 × R / S 2
Attól függően, hogy az áramsűrűség a vezetékek veszteség nagy mértékben változhat. Nyilvánvaló, hogy ha az átviteli teljesítmény egy bizonyos átviteli vonal, mint például egy háromfázisú vonal P 3 = Ua I, annál nagyobb a tápfeszültség a nagyobb teljesítmény azonos aktuális értéket. Mivel a veszteségek határozzák meg a jelenlegi, és a jelenlegi termék az átvitt teljesítmény a feszültség, annál előnyösebb költözni nagyobb feszültségű osztályok. Ezért költöznek egyre magasabb feszültséget, így viszonylag kisebb arányban az energia elvész a vezetékeket. Azonban, amint lesz szó az előadás a dielektromos jellemzőinek a levegő, lehetetlen, hogy végtelenül növeli a feszültséget.
Az is egyértelmű, hogy minél magasabb a jelenlegi, annál nagyobb a teljesítmény, a kapcsolat lineáris. Azonban a növekedés a energiaveszteség a jelenlegi grow négyzetesen, azaz sokkal erősebb, mint a növekedés átvitt teljesítmény. Növelése a vezeték keresztmetszetének csökkenti a problémát, de a másik oldalon ott van a növekedés a költségek az épület elektromos vezetékek, mint színesfém vezetékek jelentős költség. Ezen túlmenően, súlygyarapodás vezetékek jár a tömeg növekedése tornyok, szövődménye összeszerelés és a hasonló Ennek eredményeként a kompromisszum a veszteség növelése és a megnövekedett építési megállapodott száma vonal vezetékek bizonyos kompromisszum áramsűrűség, az úgynevezett gazdasági áramsűrűség. A rendelet értelmében a villamos készülékek (PUE), réz ez 2,5 A / mm 2 esetén nyitott vezeték működése során 1000-3000 óra évente, és csökken 1,8 A / mm 2 működés közben több mint 5000 évente. Az alumínium, az összes a számok körülbelül két-szer alacsonyabb. Kábelek minden határozza meg a feltételeket hőelvonás át a szigetelést burkolat és kábelek, SAE megengedett áramsűrűség normalizált minden kábelt külön, általában megengedett áramsűrűség még alacsonyabb.
Villamosan vezető anyagok, magas termikus és elektromos vezetőképessége a leginkább figyelemre méltó anyag a huzalok lenne ezüst. A fajlagos ellenállás szobahőmérsékleten körülbelül 1,4 × 10 -8 ohm × m, a hővezető 418 W / (m × K). Azonban ez az anyag túl drága és ritka, így az ezüst csak kritikus kapcsolatok, mint ez nem csak egy tökéletes vezető, hanem a nem oxidálódik a folyamat, így nem rontják a behatási időt. Megjegyezzük, hogy más, a hagyományos vezetők, például rézből vagy alumíniumból oxidáljuk oxigénnel a levegő, fordult egy nem-vezető oxidok, rontó vagy akár megakadályozza egy ohmikus érintkezésben. Banki és ez használatuk miatt elektromos vezetőképesség tudunk a 2. és 3. helyen, miután az ezüst.
Tulajdonságok réz.
Copper - vöröses puha anyag.
Atomic száma - 29
Atomtömeg - 63,7
A vegyértéke az 1. és 2.
Sűrűség 20 ° C-on 8,89 t / m 3
A fajlagos ellenállás 20 ° C-on 1,7 × 10 -8 ohm méter.
A hőmérséklet ellenállási együttható 4,3 10 -3 1 / K
A hő kapacitása 386 J / (kg x K)
hővezető
400 W / (m × K)
Olvadáspont hőmérséklet 1083 ° C
Szakítószilárdság 200 MPa
A réz az energia kellően széles - különböző vezetékek, kábelek, vezetékek, gumiabroncsok, biztosítékok, transzformátorok és feitekercseiésévei.
A tulajdonságok az alumínium.
Alumínium - puha anyag világosszürke.
Atomic száma - 13
Atomtömeg - 27
vegyértéke 3
Sűrűség 20 ° C-on 2,7 t / m 3
A fajlagos ellenállás 20 ° C-on 2,8 × 10 -8 ohm m
Hőmérsékleti együtthatója ellenállás április 10 -3 1 / K
A hő kapacitása 950 J / (kg x K)
hővezető
200 W / (m × K)
Olvadáspont 660 ° C
Húzószilárdság 80 MPa
Összehasonlítása Ezen anyagok legfontosabb paraméterei a gyakorlat azt mutatja, hogy azok nagymértékben különböznek sűrűség, fajhő, szakítószilárdsága. Érdekes, hogy ez a termék az adott hő sűrűség - alig különbözik ezekből az anyagokból (
30%) Az a tény, hogy az alumínium alacsony mechanikai ellenállás erők erősítésű alumínium vezeték acél mag. Amikor ez az áram átfolyik az alumínium (y acél ellenállása körülbelül 5-10-szer nagyobb, mint az alumínium), és a mechanikai szilárdságot biztosítja az acél.
A gyártásához huzalok használt alumínium, réz, bronz, valamint ezek kombinációi elemek az acél. Amikor a keresztmetszet 10-15 mm 2 jellemzően használt egyetlen huzal, egy nagyobb keresztmetszettel - sok, a sodort huzal. Bélyeg vezetékek A, AF, AH, ACP, AU, B, DBP, M, Mc, stb A legnépszerűbb huzal a VL - AC minőségű acél-alumínium, például AU 95/16 azt jelenti, hogy a keresztmetszete 95 mm2-alumínium és 16 mm 2 acél.
A vezetők az érintkezési ponton eltér a vezetőkön a dróthálóra több körülmény a működésük.
A - Az első, lehetetlen, hogy az érintkezési terület azonos vagy nagyobb, mint a keresztmetszeti területe a vezetékek. Ezért a jelenlegi sűrűsége és az energia mindig fent az érintkezési tartományban. Másodszor, az érintkezési pont van microbreakdown és néha makroproboi fordult egy ív (nyitó kapcsoló érintkezők) nagy lokális energia kibocsátás, ami anyagdeformáció az érintkezési tartományban, a helyi olvadék stb Harmadszor, van súrlódás a kapcsolatot a mozgalom egyik része az érintkező a másik. Negyedszer, az érintkező felületek a nyitott helyzetben ne befolyásolja a környezetet. Ezért az anyagok a kapcsolati kell speciális tulajdonságokkal. Ellenállónak kell lenniük a korrózió ellen, és az erózió ellenáll az elektromos és hamu anyag nem hegesztett. nagy tartósságot a kopással, könnyen feldolgozható, alkalmazkodni egymáshoz, magas hő- és elektromos vezetőképesség, alacsony költségek mellett.
Az ideális anyag kapcsolatok - nem.
A gyengeáramú érintkezők jellemzően használt nemes vagy tűzálló fémek: ezüst, platina, palládium, arany, volfrám és az ötvözetek alapján ezeket a fémeket.
Silver - Ezüst hátránya a kialakulását nem vezetővé filmek szürke ezüst-szulfid reakciójával nedves hidrogén-szulfid. Egy másik hátrány abból a kis kontakt hegesztéshez ezüst olvadási hőmérséklete 960 ° C-on Tulajdonságainak javítására ezüst adunk kadmium, réz, arany, palládium, vagy szilícium.
Arany. önmagában ritkán használják, mert a lágyság, de ez egyáltalán nem oxidálódik. Helyett kontaktusfém erózió miatt a puhasággal könnyen kialakíthatók a fém tű. hamu anyag. Tulajdonságainak javítására az arany, ezüst adunk (legfeljebb 50%), a nikkel és a cirkónium, a platina. Az eredmény egy nem-oxidáló szilárd kapcsolatok gyenge erózió.
Tungsten az egyik leggyakoribb érintkező anyagok. A legjobb, egymással szemben ívkisülés lényegében nem hegesztett, (köszönhetően a magas olvadási hőmérséklet), nem viselnek el (mivel a nagy keménység). Azonban, volfrám szemben nem ellenálló oxidáció és a korrózió, működik a legjobban vákuumban, a hidrogén atmoszférában vagy nitrogén. Továbbá, a megnyomásával a kapcsolatot a kis volfrám alkalmazhatatlanná.
A nagy áramú kontaktusok tiszta fémek nem kell alkalmazni. Számukra a használata úgynevezett pszeudoötvözetek által termelt porkohászati.
Psevdosplav - szintereit keverékből két por, amelyek közül az egyik több tűzálló. Így több olvadó komponens megolvadhat működés közben, de a jelenléte a forrázandó komponensek csontváz megtartja a folyadékot a kapilláris erők. Olvadó komponens általában több vezetőképes és hő. Pszeudoötvözeteknek az alábbi:
Ezüst-kadmium-oxid, ezüst, grafit, ezüst, nikkel, ezüst, volfrám, réz, grafit, réz-volfrám.
A nagy láncok a kapcsolatot tapasz, hogy megerősítse a rézlemez Ag + W. vagy C u + W pszeudoötvözet.
A nagy teljesítményű NC kapcsolatok nagy ív árama (100 kA) réz-grafit érintkezők. Ezek rosszabbak hegesztett, de sokkal kopott hatására az ív. Psevdosplav nagyszámú grafit (5%) alkalmazunk kefék csúszó kapcsolatban.
Visszatérve a hőmérsékleti együttható a vezetőképes ellenállású anyagok érdemes megemlíteni a létezését anyagok lényegében nulla hőmérsékleti együtthatója ellenállás. Ez manganinból anyag pontos precíziós ellenállások, és konstantánt. A neve konstantánt ellenállás fekszik mintegy állandóságot. Összetétel manganin - Mangán 11,5-13,5%, nikkel - 2,5-3,5%, a többi - réz. Összetétel konstantánból - nikkel - 40%, a mangán 1,2%, a többi - réz.
A összetétel a kapcsolódó anyagok használt hőelemek. Ez chromel - nikkel és króm ötvözet (90% Ni + 10% Cr), alumel - nikkel ötvözet (94%) alumínium, szilícium és a mangán, Kopel - rézötvözet kobalt és nikkel. Használunk konstantánt és platina. Ha a végén a vezetéket az egyik anyag hegeszthető huzal bármely más anyagból, majd hőelem és helyek tartjuk különböző hőmérsékleteken, majd a nyitott végét a huzal nem EMF, úgynevezett Seebeck. Ezt nevezik a Seebeck-effektus. Az érték a termoelektromos erő, attól függően, hogy a kombináció az anyagok körülbelül 10,1 mV egy hőmérséklet-különbség 100 K. Ha elhelyezett egy csomópont egy bizonyos hőmérsékleten, a mérés a kapott feszültség határozza meg a hőmérséklet a hely, ahol a második csomópont.