Билет №10

1.1. Материалы с малым удельным сопротивлением

Их используют для токоведущих частей электрического оборудования, где требуется высокая проводимость (обмотки, провода линий электропередач и т.п.). Наибольшее применение для этих изделий получили медь и алюминий, а также их сплавы: латунь, бронзы и пр.
Медь — металл с характерным красноватым цветом. Ее достоинства: высокая проводимость (уступает только серебру), достаточно большая механическая прочность, хорошая устойчивость к окислению (коррозии), она относительно легко обрабатывается, сваривается, паяется.
В электротехнике используется в основном только электролитическая медь марок М I и М 0. Первая из них (М I) содержит не более 0,1 % примесей (при этом кислорода не более 0,08 %, так как он резко ухудшает механические свойства меди), вторая — МО — не допускает примесей более 0,05 % (в том числе кислорода — 0,02 %), из нее делается самая тонкая проволока.
Стандартная медь имеет плотность 8890 кг/м3 (при 20°С), удельное сопротивление р = 0,0172 мкОм м (при 20°С), удельную проводимость 58 МСм-м (при 20°С), температуру плавления — 1083°С.
По механическим свойствам медь делят на два вида: твердую и мягкую. Твердая, благодаря наклепу (марка МТ), создается холодной протяжкой меди, используется для проводов линий электропередач, шин, изготовления коллекторов и т.п. Мягкая (марка ММ) получается отжигом твердой меди при температуре 330-350°С, применяется для изготовления обмоточных и других проводов, где требуется большая гибкость.
Латунь — сплав меди, в основном с цинком. Достоинства: дешевле меди, прочнее ее, тверже, обладает большей пластичностью, поэтому лучше штампуется и вытягиваются как в холодном, так и в горячем состоянии. С ростом содержания цинка (до 45 %) предел прочности при растяжении возрастает.
Свойства латуней зависят от марок, граничные значения: плотность 7900-8500 кг/м3, удельное сопротивление р = 0,043- 0,326 мкОм-м (при 20°С), температура плавления — 960-1200°С.
Они используются для изготовления токоведущих деталей, как правило, сложной конфигурации, от которых требуется повышенная твердость и стойкость к действию электрических разрядов: пружинящие контакты и прочие подобные изделия.
Бронзы — сплавы меди с оловом, хромом и другими химическими элементами, кроме цинка и никеля. Достоинства по сравнению с медью: повышенная механическая прочность, стойкость к истиранию, твердость, упругость. Свойства бронз так же, как и латуней, зависят от марок, вместе с тем удельное сопротивление всех бронз выше, чем у чистой меди.
Использование бронз для токоведущих деталей электрооборудования — самое разнообразное в зависимости от условий их работы. Например, кадмиевые бронзы широко применяются для коллекторных пластин и даже контактных проводов в особо ответственных случаях. Бериллевые бронзы обладают повышенной стойкостью к истиранию. Хромовая бронза при высокой проводимости имеет хорошую механическую прочность.
Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Его достоинство в том, что при малой по сравнению с медью плотностью он имеет достаточно большую проводимость. К тому же он дешевле и более доступен. Роль алюминия как заменителя меди все больше возрастает. Вместе с тем алюминиевый провод по сравнению с медным при той же длине и равном сопротивлении сечение имеет на 65 % (диаметр на 28 %) больше, однако по массе он в два раза легче. Алюминий — материал пластичный, устойчивый к окислению (коррозии), хорошо протягивается, штампуется, куется, но при обработке резанием, фрезеровании, опиловке из-за мягкости требует выполнения специальных мер.
В зависимости от марки содержание чистого алюминия колеблется от 99,0 (АО) до 99,99 % (А999). При этом чем меньше примесей, тем больше проводимость, но ниже механическая прочность и пластичность.
Алюминий, широко используемый в электротехнике, имеет плотность 2703 кг/м3 (при 20°С и содержании примесей 0,003-0,004 %), удельное сопротивление р = 0,028 мкОм м (при 20°С), удельную проводимость—38 МСм/м (при 20°С), температуру плавления —657°С.
По механическим свойствам алюминий, как и медь, делят на твердый и мягкий. Твердый, благодаря наклепу (марка AT), производится холодной протяжкой алюминия, применяется для проводов линий электропередачи и др. изделий. Мягкий (марка AM) получается отжигом AT при температуре 350-400°С, используется для изготовления обмоточных, монтажных проводов и других изделий, где требуется гибкость, мягкость и т.п. Однако в производстве большее применение, чем чистый алюминий, получили его сплавы.

READ  Схема управления насосной станцией

Сплавы для катушек сопротивлений и измерительных приборов

Основным и лучшим представителем этих сплавов является медно-марганцевый сплав — манганин.

Манганин отличается высоким удельным сопротивлением при малом температурном коэффициенте сопротивления, низкой термо-э.д.с. в паре с медью, высокой стабильностью сопротивления во времени, высокой пластичностью и сопротивлением коррозии. Применяется для изготовления точных образцовых сопротивлений.

В целях сохранения постоянства свойств сопротивлений рабочая температура их не должна превышать 60 °C. Для стабильности свойств манганина во времени он подвергается специальной низкотемпературной термической обработке с последующим длительным вылеживанием при комнатной температуре; изготавливается манганин в виде проволоки и ленты.

Менее прецизионным сплавом, чем манганин, является медно-никелевый сплав константан, который характеризуется очень малым температурным коэффициентом сопротивления, устойчивостью против коррозии, удовлетворительной жаростойкостью и высокими механическими свойствами.

Недостатком константана при применении его для изготовления образцовых сопротивлений является высокая термо-э.д.с. в паре с медью, в связи с чем он нашел широкое применение при изготовлении термопар для измерения температур до 900 °C.

Для изготовления реостатов и других электротехнических приборов иногда применяют сплав, содержащий медь, никель и цинк — нейзильбер. Этот сплав дешевле, чем константан, однако проволока из нейзильбера вследствие содержания цинка после нагревания ее до 200—250 °C становится хрупкой.

Удельное сопротивление — сплав

Удельное сопротивление сплавов определяется в основном наличием примесей и нарушением структуры входящих в них металлов. При этом атомы одного металла входят в кристаллическую решетку другого. На рис. 4.2 представлена зависимость удельного сопротивления сплава двух металлов, образующих друг с другом твердый раствор. Эта зависимость наглядно иллюстрирует отмеченные выше явления.

Зависимость удельного сопротивления сплава двух металлов, образующих друг с другом твердый раствор, от изменения содержания каждого из них в пределах от нуля до 100 % представлена графически на фиг. Обычно при этом наблюдается определенная закономерность и для изменения ТКр: относительно высокими значениями температурного коэффициента удельного сопротивления обладают чистые металлы, а у сплавов ТКр меньше и даже может достигать небольших отрицательных значений ( фиг.

READ  Расчетные формулы основных параметров асинхронных двигателей

Увеличение содержания марганца повышает удельное сопротивление сплава, но резко ухудшает его механические свойства. Использование выплавленного алюминия не рекомендуется: при повторном использовании резко снижается его пластичность.

Зависимость ТКС платины, олова, индия от температуры.

По сравнению с никелем удельное сопротивление сплава никеля с железом в три раза больше, что позволяет упростить конструкцию чувствительного элемента и повысить ее надежность. Характеристики этого сплава не одинаковы от партии к партии, в связи с чем необходимо применять индивидуальную градуировку.

Стационарное распределение в сплаве Na — Cd. — П5 С, K0 S5 105 град / в.| Стационарное распре.

По оси ординат отложены величины, пропорциональные концентрации растворенного металла ( разница между удельным сопротивлением сплава и удельным сопротивлением чистого щелочного металла), по оси абсцисс — падение напряжения. По наклону прямой на логарифмическом графике определяют коэффициент электродиффузии К.

Зависимости параметров сплавов медь-никель от состава ( в процентах по массе. а — удельное сопротивление р. б — температурный коэффициент удельного сопротивления ар. в — термо — ЭДС по отношению к железу при разности температур спаев 815 С. г — коэффициент теплопроводности YT.

Как уже указывалось, примеси н нарушения правильной структуры металлов увеличивают их удельное сопротивление. Зависимость удельного сопротивления сплава двух металлов, образующих друг с другом твердый раствор, от изменения содержания каждого из них в пределах от 0 до 100 % представлена на рнс.

Зависимость удельного сопротивления от состава в твердых сплавах выражается двумя правилами. Правило Нордгейма гласит, что удельное сопротивление сплава должно быть приблизительно пропорционально произведению молярных долей двух компонентов; по правилу Линде скорость увеличения сопротивления с повышением концентрации в разбавленных сплавах должна быть пропорциональна квадрату разницы валентности компонентов.

Сплавы хрома, алюминия и железа могут обладать высокой нагревостойкостью при повышенном содержании хрома ( до 65 %) и тщательном удалении из состава углерода. По мере увеличения содержания хрома растет удельное сопротивление сплава, однако волочение проволоки становится затруднительным. Так, из сплава, содержащего 20 % хрома, может прокатываться проволока диаметром не менее 0 3 мм, а из сплавов с содержанием 25 % Сг — проволока диаметром не менее 6 мм. Хромоалюминиевые сплавы выпускаются четырех типов. Однако механическая обработка большинства сплавов этого типа затруднена ввиду его хрупкости. Хромоалюминиевые сплавы применяются в основном для мощных нагревательных элементов.

Температурная зависимость c

Третья особенность электропроводности металлов также связана с правилом Маттиссена. Эта особенность заключается в том, что удельное сопротивление сплава всегда выше, чем удельное сопротивление металлов, составляющих этот сплав.

Добавочные потери при нагрузке двигателя А61 — 8 / 4 при 2р8 и различных роторах.
READ  Использование частотных преобразователей (пч) «веспер» в режиме пид-регулирования

Для этого на массивный ротор из оптимального сплава СМ-19 был надет тонкий экран из магнитно-мягкой стали. Удельное электрическое сопротивление стали мало отличается от удельного сопротивления сплава, а цг стали примерно на порядок выше. Толщина экрана выбрана по глубине проникновения зубцовых гармоник первого порядка и равна йэ 0 8 мм. Для сравнения приведены добавочные потери, Вт, при базовом короткозамкнутом роторе и двухслойном роторе с массивным цилиндром из сплава СМ-19 и с медными торцевыми кольцами.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Константан

Сплав 60 % меди и 40 % никеля. Константан имеет удельное сопротивление 0,5 Ом × мм² / м, плотность 8,9 кг/дм³, прочность на разрыв 40 – 50 кг/мм².

Константан применяется для изготовления реостатов и электронагревательных сопротивлений, если их рабочая температура не превышает 400 – 450 °С.

Константан в сочетании с медью имеет высокую термо-ЭДС и поэтому не может быть применен для изготовления эталонных сопротивлений к точным приборам, так как эта дополнительная ЭДС будет искажать показания приборов. Это свойство константана используется при изготовлении термопар для измерения температур порядка несколько сотен градусов.

Сплав для реостатов или для сопротивлений должен быть дешевым, иметь большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления. Для этих целей применяют сплавы на медной основе, например константан, никелин и другие.

Для удешевления материала никель в реостатных сплавах заменен цинком и железом. Сплавы, применяемые для электронагревательных приборов и печей, должны хорошо обрабатываться, быть механически прочными, дешевыми, иметь высокое удельное сопротивление и длительное время работать при высокой температуре без окисления.

При нагреве металла на его поверхности образуется оксидная пленка, которая должна предотвратить дальнейшее разрушение металла. Металлы – медь, железо и кобальт – имеют пористую оксидную пленку, поэтому при нагревании они быстро разрушаются. Такие металлы, как никель, хром и алюминий, покрываются при нагреве плотной оксидной пленкой, поэтому жароупорные сплавы делают на основе этих металлов.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: