Materialer brukt i elektroteknikk

Denne artikkelen kaster lys over de fire viktige kategoriene av materialer som brukes i elektroteknikk. Kategoriene er: 1. Materialer som brukes i elektroteknikk 2. Materialer som brukes til å utføre elektrisitet 3. Isolerende materialer 4. Materialer som brukes til å styrke magnetfeltene.

Elektroteknikk: Kategori # 1. Materialer som brukes i elektroteknikk:

Materialene som brukes i elektroteknikk kan deles inn i fire viktige kategorier, i henhold til deres bruk:

(a) Materialer som brukes til å føre strøm,

(b) Materialer som brukes til å isolere,

(c) Materialer som brukes til å styrke magnetfelter,

(d) Materialer som brukes til å lage støtter, hylser og andre mekaniske deler og mynning.

Materialene som skal brukes i elektrisk utstyr, bør være slik at det som fører elektrisitet og også noen som isolerer. Elektrisk strøm kan strømme effektivt bare gjennom en sti laget for det fra materialer som fører strøm godt. En elektrisk krets kan kun styres dersom strømmen er begrenset til ledningsbanen ved effektiv isolasjon.

Det meste av strømmen som leveres til en kullgruve eller sier i en hvilken som helst annen industri, brukes i utstyr som motorer, transformatorer, reléer, klokker, etc. som faktisk driver gjennom den magnetiske effekten av den elektriske strømmen.

Effektiviteten til slike apparater avhenger i stor grad av bruken av materialer for kjerner og polstykker som styrker de magnetiske feltene som oppstår når strøm strømmer i viklingene av utstyret.

Det er et faktum at nesten alt elektrisk utstyr er vedlagt på en eller annen måte, selv om kapslene er forskjellige fra hverandre. Det kan absolutt ikke være at alle innhegninger vil være de samme. Faktisk er utformingen av kabinettet avhengig av bruken av utstyret og også miljøet der det skal installeres.

I tillegg til dette er det i mange motorer og koblingsutstyr mange bevegelige deler som krever spesialutvalgte materialer som vurderer designelementene til den aktuelle komponenten. Derfor kan vi se at valget av materialer for elektrisk utstyr skal gjøres med stor omhu og tanke og beregning.

Elektroteknikk: Kategori # 2. Materialer som brukes til å utføre elektrisitet:

Materialene som elektriske kretser er laget av, velges primært for det enkle med hvilket de fører strøm. Enkel ledelse er imidlertid ikke det eneste hensynet. Mange deler av en krets må ha mekaniske egenskaper som strekkfasthet eller motstand mot slitasje, eller duktilitet eller kompresjonsstyrke etc.

Visse typer apparater vil kreve ledende materialer som reagerer på strømmenes passasje, slik som filamenter som benyttes i elektriske lamper. Andre materialer er valgt fordi de gir motstand mot gjeldende, for eksempel de som brukes til å lage motstander og reostater, som styrer strøm i en krets. Noen av de mest nyttige ledende materialene som finnes blant metallene som brukes i elektrisk utstyr, er gitt nedenfor.

Kobber:

Dette materialet er mest brukt for å danne nåværende baner i elektriske kretser. Den utfører elektrisitet veldig enkelt, og dets fysiske egenskaper gjør at den kan brukes på mange måter. Det er et mykt metall, slik at det kan trekkes ut i barer og ledninger, det kan også bøyes og formes etter behov. Det kan slås sammen ved lodding, lodding, bolting eller sveising.

Kobber brukes til viklinger av elektromagnetiske apparater, for eksempel motorer, generatorer, transformatorer og reléer. De fleste spoler er laget av kobbertråd, men vikling som er beregnet på å bære tunge strømmer, kan dannes av formede kobberstenger. De ledende segmentene av kommutator er vanligvis laget av kobber, men er av spesiell design og form som kreves for å bære den spesielle nominelle strømmen.

Igjen ser vi kobber i forskjellige former, som tråder brukes i sentrum av kabler som bærer strøm. Her er også spørsmålet om nåværende bæreevne viktig. Ved utformingen av kablene må en designer tenke med stor forsiktighet og beregning.

Nå, hvis vi ser på utformingen av busbars og bytter kontakter, ser vi igjen det som en viktig del kobber spiller som en nåværende bærefører. Noen ganger må disse kontaktene ha nåværende rekkevidde på noen få tusen ampere, og for disse kontaktene og busbars er tverrsnitt og skjemaer laget av ønsket tverrsnitt i henhold til utformingen.

Messing:

Dette materialet som faktisk er en legering av kobber og sink, brukes også i elektrisk utstyr, selv om vi vet at messing ikke fører strøm og kobber, men det er vanskeligere enn kobber, og kan lettere motstå slitasje og skade .

Som kobber kan dette også trekkes ut i ledninger, barer og spesielle former for bruk i forskjellige applikasjoner. Dette kan også slås sammen ved lodding, lodding, bolting og niting. Den brukes til stikkontakter, stikkontakter, koblingsstenger, klemmer, stikkontakter i kontaktorer med mindre karakter, og for bolter og muttere for levende komponenter.

Aluminium:

Aluminium er også en god leder av elektrisitet. Aluminium er faktisk et lettmetall, og er ikke så sterkt som kobber. Problem med dette metallet er at sammenføyning er av stor vanskelighet, men det er vellykket å inngå bolting og til og med lodding ved spesiell argonbuesveising.

Den brukes hovedsakelig i tilfelle av rotorer av ekornekassemotorer. Den brukes også i overheadledninger og underjordiske kabler. Som kobber kan aluminium også trekkes ut i form av stenger, barer og spesiell form som skal brukes i ulike elektriske apparater.

Ved bruk i kullgruver er det nå forbudt å bruke aluminium eller legeringer av aluminium som et kappemateriale for elektrisk utstyr til underjordisk bruk som boremaskiner, belysningsarmaturer etc. på grunn av risikoen for gnistdannelse. utstyr blir rammet av et skarpt slag av noe annet mye vanskeligere materiale eller utstyr som stålbue, rørskinne eller andre vanskeligere materialer.

Konstantan (Eureka) og Magnanin:

Konstantan er en legering av kobber og nikkel, og manganin er en legering av kobber, nikkel og mangan. Begge disse legeringene gir høyere motstand mot elektrisk strøm enn de fleste andre metaller som brukes som ledere, og deres hovedbruk er i konstruksjon av motstand og reostater som brukes som hovedsakelig varmeelementer.

Tungsten:

Dette metallet brukes hovedsakelig for filamenter av elektriske lyspærer. Den har et høyt smeltepunkt, og kan ved elektrisk strømning oppvarmes (i et gassfylt glassrør) til den temperatur ved hvilken det vil avgive sterkt lys.

Sink, bly, jern og nikkel:

Disse metaller brukes i elektrodene til primære og sekundære batterier.

Mercury:

Et flytende metall som brukes som leder i mange typer kvikksølvbryter, automatiske utskjæringer og i kvikksølvbue-likeretter. Ovenfor diskuterte vi metallledere som driver elektrisitet, men det er også ikke-metalliske ledere som utfører elektrisitet like bra og de er meget brukt i elektroteknikk.

Karbon:

I forhold til metaller gir karbon en høy motstand mot elektrisk strøm. Den har en viktig egenskap, idet den er selvsmørende (grafitt, en form for karbon, brukes som smøremiddel i enkelte maskiner). Kull er derfor det materialet som oftest brukes i motor- og generatorbørster.

Karbon børster, faktisk, kan opprettholde en fast, men jevn kontakt med en roterende kommutator eller slipring uten å forårsake overoppheting eller rask slitasje.

Dette er faktisk en fantastisk egenskap av karbon, en ikke-metallisk leder, som ingen metallisk leder kan like. Faktisk ville ingen metallkontakt ha arbeidet i stedet for karbonbørster brukt i slipring eller commutator.

Men karbon børster inneholder vanligvis en liten mengde kobber for å forbedre deres ledningsevne. Karbon er også funnet ekstremt nyttig for å lage faste og variable motstander og også som elektroder for primære batterier.

væsker:

Vi vet fra teori og praksis at ikke-metalliske væsker som utfører elektrisitet, gjør det faktisk ved elektrolyseprosessen. Sammenlignet med metaller gir de høy motstand mot elektrisk strøm. Elektrolyttene til primære og sekundære celler som brukes i batterier er væsker som utføres ved elektrolyse.

Og disse væskene inkluderer fortynnet svovelsyre og løsninger av sal ammoniakk (ammoniumklorid) og kaliumhydroksyd. En ledende væske brukes også noen ganger som en tung motstand for å starte motorer med høy klassifisering. Faktisk gir en løsning av vaskesvann i vann for eksempel motstandselementet i flytende forretter for motorer.

Elektroteknikk: Kategori # 3. Isolasjonsmaterialer:

Isolasjonsmaterialer brukes til å begrense eller lede elektriske strømmer til kretsen gjennom hvilken de er utformet for å strømme. Hadde det ikke vært isolasjon, ville gjeldende umiddelbart finne sin nærmeste vei til jorden og sette hele systemet i fare.

Faktisk avhenger effektivitet og effektivitet av isolasjonsmaterialer ikke bare den effektive ytelsen til det elektriske utstyret og den elektriske installasjonen som helhet, men også sikkerheten til livene til de som jobber med det.

Faktisk er isolasjon en livreddende vakt både for utstyret og for de som bruker dette elektriske utstyret. Derfor er valg av klasse og klasse for isolasjon for utstyr en primær oppgave for en elektroingeniør som må designe utstyret som skal brukes i industrien, enten det er kullgruve eller stålverk.

I dag ved å øke isolasjonsgraden og dermed øke isolasjonens kapasitet for å motstå den mye høyere temperaturen uten at de isolerende materialene forringes, øker vurderingen av det elektriske utstyret som motorer og transformatorer, brytere og også busser utroligt i samme ramme av utstyret.

Imidlertid er mange typer isolerende materialer i bruk. Valget av det spesielle isolasjonsmaterialet til et bestemt formål bestemmes av spenningen til kretsen som skal isoleres og det fysiske krav og miljøet til utstyret. Materialer som isolerer en levende leder fra jorden, eller som isolerer en levende leder fra en annen, har en potensiell forskjell påført over det.

Selv om strømmen ikke strømmer gjennom isolasjonsmaterialene, blir materialet utsatt for enorm belastning som er kjent som den dielektriske stammen. Hvis den potensielle forskjellen økes, øker denne dielektriske stammen, og en potensiell forskjell kan nås når belastningen blir for stor.

Isolasjonen bryter da ned og en strøm går over den. Og når isolasjonen har brutt ned, er isolasjonsegenskapene permanent forringet. Isolasjonsmaterialer som tåler høy spenning, har høy dielektrisk styrke og er avgjørende for isolasjon av høyspenninger.

I lavspennings- og signalkretser er dielektrisk styrke ikke så viktig, og isolasjonsmaterialer kan velges primært for enkel produksjon eller tilpasningsevne, eller sikker håndtering av utstyret, da selv et lite elektrisk støt kan bli dødelig for livet.

I tillegg til isolerende egenskaper må andre egenskaper av materialene tas i betraktning. For noen formål, f.eks. Isolasjon av kabler, må materialet være fleksibelt og bør ikke miste deres isolerende egenskaper når de strekkes eller forvrenges.

Mekanisk styrke er også veldig viktig for mange formål, spesielt for motor brukt til godstransport, hvor av og til når motorens hastighet nesten over dobbelt hastighet.

I slike tilfeller, hvis den mekaniske styrken til det isolerende materialet ikke er sterk nok, kan ledningene og til og med ledere (som er bundet av isolasjonsmaterialer) fly av og forårsaker alvorlig skade, ikke bare for motoren, men også for installasjonen.

Derfor er mekanisk styrke viktig for mange formål, da dielektrisk styrke kan bli svekket dersom deler av isolasjonsmaterialet knekker eller knuses. Mekanisk skade på isolasjon er en årsak til elektrisk sammenbrudd. Noen ganger, hvis denne mekaniske skaden ikke blir lagt merke til i tid, kan valgstyrken bli veldig alvorlig.

Og derfor er det et must å regelmessig og grundig inspisere isolasjonen for å sjekke om den har begynt å forverres, eller aldring, eller sprekker, eller dens IR-verdi har kommet ned til mye mindre enn den tillatte grensen for bestemte bruksområder. Faktisk bestemmer livet for isolasjon livet til et elektrisk utstyr. Derfor foregår en regelmessig undersøkelse om forbedring av isolasjon (se tabell 2.2).

Typer isolasjon:

Tørr luft:

Tørr luft er faktisk en viktig og effektiv isolator. For eksempel vet vi at to levende, bare ledere er adskilt med luft og isolert effektivt fra hverandre. Beste eksempel på dette er busbars på kontrollpanelet, og motor og transformator for terminaler. Imidlertid har luftisolasjon fått en grense på grunn av dens dielektriske styrke.

Derfor dersom kraftig høyere spenning enn nominell spenning passerer over disse klemmene, vil dielektriske styrken briste og dermed føre til en sammenbrudd. Derfor, når du designer bussen og kassen, må en designer gå per standard vist klaring mellom to bare levende barer som fastsatt av indisk eller britisk standardspesifikasjon som er gjort i henhold til erfaring og teori.

Faktisk når for høy spenning oppstår, ioniserer luften mellom de to levende barene og en bue utvikler seg over det mellomliggende rommet, som kalles linje til linje og deretter til jord, dvs. total kortslutning. Et annet stort eksempel på nedbrytning av luftisolasjon er forekomst av lyn.

Gummi:

Dette er også en isolator, men dette kan ikke tåle for høy temperatur. Å være et fleksibelt materiale, brukes dette hovedsakelig til innvendig dekning av kabelledere i forskjellige størrelser. Faktisk gummierte forbindelser spiller en viktig rolle i produksjonen av kabler.

Vulkanisert gummi:

Denne behandlede gummi er faktisk mye mer tøff enn den rene gummi, selv om den har en lav dielektrisk styrke.

Plast:

Plast i alle sine mange varierte former blir brukt mer og mer for isolerende materialer.

Disse er for mange for å nevne individuelt i denne boken, men som en nyttig veiledning er følgende noen av materialene som erstatter gummi som isolerende medium for ledninger og kabler:

a) PVC (Polyvinylklorid)

b) Neopron

c) butylgummi

d) EPR (etylin-propylengummi)

e) CSP (klorsulfonatpolyeten)

Bomull og lakk, Glassfiber, etc .:

I de tidligere designene ble lederne av motorer og transformatorer isolert hovedsakelig med bomull og lakk. I dag er det imidlertid i de fleste tilfeller erstattet av mer effektive og modemisolerende materialer som harpiksbaserte emaljer, glassfiber, asbest osv.

I dag har harpiksbaserte isolasjonsfilm tendens til å erstatte bomull og lakk for isolering av viklinger. Faktisk er disse filmene lettere påført, og er også mer effektivt motstandsdyktige mot fuktighet. Men før du bruker disse isolasjonsfilmene, må viklingene være perfekt bakt for å kvitte seg med fuktighet.

Oljeimpregnert Papir:

Papir impregnert med isolerende olje har også høy dielektrisk styrke, det brukes ofte til isolering av ledere av høyspenningskabler, som ikke er nødvendig for å være fleksible. Papiret absorberer fuktighet veldig enkelt, slik at den kun kan brukes i utstyr som er utformet for å hindre fuktighet i å komme inn, som blymantlede kabler.

Av denne grunn, når en papirisolert kabel kuttes, må enden forsegles umiddelbart for å beskytte den mot fuktighet.

Isolerende olje:

Isolerende olje har høy dielektrisk styrke og brukes derfor til å isolere visse typer høyspenningsutstyr. Transformatorer og kondensatorer koblet til høyspenningskretser, blir vanligvis nedsenket i isolerende olje. Oljen brukes ofte som kjølemedium, samt en isolasjon.

Derfor har den to viktige funksjoner i det elektriske utstyret. Bruk av isolerende olje i transformator er et godt eksempel. Kontakten til noen høyspenningsbrytere fungerer i isolerende olje, som i tillegg til isolering bidrar til å slukke buen trukket ut. Når kontaktdelene er, er isolasjonsoljen tynn og svært brannfarlig.

Det fordamper ved oppvarming, og siden dampene inneholder hydrogen, må oljefylt utstyr være godt beskyttet mot eksplosjonsfare.

Pyrochlor:

Denne typen isolerende væske er i dag i bruk. Denne væsken er faktisk tyngre og har mer dielektrisk styrke enn regelmessig brukt transformatorolje. Men vanskeligheten med denne væsken er vanlig håndtering, da den blir tykk når den er kald og blir tynnere med en temperaturstigning. Denne typen væske brukes hovedsakelig i Russland.

Porselen:

Porselen har en meget høy dielektrisk styrke og er derfor ofte brukt som en isolator i høyspenningskretser. Å være en form for keramikk, må være formet i formen som kreves under produksjonen, og når den fyres, kan den ikke bearbeides.

Den brukes hovedsakelig for isolatorer som støtter baseledere, for eksempel støtter for rullebjelker og ledende deler av jernkledd bryterutstyr og kryssbokser. Isolatorer for utendørs linjer er også laget av porselen.

Mica:

Et hardt sprøtt mineralstoff som brukes som spaltisolasjon for motorviklinger og for isolering mellom segmentene av kommutatorer. Det tåler høye temperaturer og er ugjennomtrengelig for fuktighet. Andre former for spaltisolering består av materialer som lakkert papir, glassfiber, asbestlaminat og siste millinex.

Isolerende bord:

Det finnes ulike typer isolasjonsplater og støpte isolasjoner. Trykk pahn, tuffnol og letheroid brukes ofte i elektrisk utstyr. Deres bruksområder inkluderer klemmer, spolere for spoler, sporisolering for motor- og transformatorviklinger, og isolerende børster og skiver.

ebonitt:

En form for veldig hard vulkanisert gummi som ligner trebobben i utseende. Dens bruk inkluderer klemmebrett og isolerende børster og skiver.

Permali wood:

Dette er en spesiell type tre med bedre dielektrisk styrke enn vanlig tre. Disse har mer fuktresistent styrke. Disse brukes generelt til kontaktplater, separatorer, bushing terminalstøtter.

Isoleringstape:

Isolasjonstape brukes til å vikle rundt spoler eller baseledere innenfor innkapslinger, f.eks. Innenfor koblingsutstyr og motorhus. Det brukes noen ganger til å reparere eller erstatte skadet isolasjon. Tape er laget av vulkaniserte fibre (f.eks. Elephantide), fra lakkert bomull, silke eller glassfiberduk (f.eks. Empire tape) eller fra bundet glimmer-chipping (Micanite).

Plastbånd (PVC), eller nylonbånd av elektrisk eiendom, brukes i dag til et bredt spekter av lav-, medium- og høyspentkretser.

Isolerende forbindelse:

Isolasjonsforbindelse brukes til å fylle kabelforbindelseskasser, ferdigmonterte koblingsaggregater og klemmer. Mange forbindelser er basert på bitumen og må oppvarmes og helles i inneslutningen som skal fylles umiddelbart mens de er varme. Kaldheleforbindelser som består av en mineral eller syntetisk olje med en herder, blir nå brukt i større utstrekning.

Elektroteknikk: Kategori # 4. Materialer som brukes til å styrke magnetfeltene:

Motorer, transformatorer, reléer, som er faktisk elektromagnetisk utstyr, har sine spoler viklet på kjerner. Materialene som disse kjernene er laget av, er valgt for deres evne til å produsere et sterkt magnetfelt når de magnetiseres av en strøm som strømmer i viklingen. Slike materialer er beskrevet som å ha høy magnetisk permeabilitet.

Imidlertid er høy magnetisk permeabilitet ikke det eneste kravet til kjernematerialer. Materialene må være i stand til å bli magnetisert veldig raskt, og å miste deres magnetisme så snart som mulig etter at magnetiseringsstrømmen slutter å strømme.

Dette kravet er spesielt viktig i vekselstrømsapparater, for eksempel transformatorer, hvor kjernene magnetiseres og demagnetiseres hundre ganger per sekund. Forsinkelse i å reagere på endringer i magnetiseringsstrømmen kalles hysteriser, alle magnetiske materialer er underlagt hysteriser, men i noen er denne faktoren svært liten faktisk.

Et annet viktig krav til kjernemateriale er at de bør beholde så liten magnetisme som mulig når magnetiseringsstrømmen slutter å strømme. Alle magnetiske materialer beholder en viss magnetisme når de er plassert i et magnetfelt, men materialene varierer mye i mengden de beholder. Lav retensjon er forbundet med lav hysteris og vice versa.

En permanent magnet for eksempel har en ekstremt høy hysteriseringsfaktor og er derfor vanskelig å magnetisere når magnetiseringsstrømmen stopper. Kjernemateriale blir imidlertid lett magnetisert og beholder en knapt detekterbar mengde magnetisme når magnetiseringsstrømmen opphører.

Gode ​​kjernematerialer er derfor de som har høy magnetisk permeabilitet og lav hysterese. Faktisk mykt jern tilfredsstiller disse kravene, og på en gang ble det brukt mye for elektromagnetiske kjerner.

Visse legeringer av jern har imidlertid vist seg å være mye mer effektive. Blant legeringene som nå er vanlig, er legeringer av silisium og jern (f.eks. Lohys og Stalloys), kobolt og jern (Permendur) legeringer og legeringer av nikkel og jern (Permalloy).

Kjerner av induktive viklinger, som for transformatorer, motorer og generatorer, er alltid bygget opp av tynne lag med metaller (tykkelse på .005 til .007) kalt laminer, som er isolert fra hverandre (med tynne lag av .002 film av lakk) og boltet tett sammen. Denne konstruksjonsmetoden er vedtatt for å forhindre eddystrømmer fra å sirkulere i kjernen.

Kjernematerialene som hovedsakelig er et jernholdig metall er imidlertid en leder innenfor magnetfeltet, slik at emf genereres i det når det er noen endring i feltets styrke. Hvis kjernen var solid, ville det være en lav motstandsbane som muliggjør sirkulasjon av kraftige strømmer.

Hvis det blir tillatt å sirkulere, vil eddystrømmene skape et magnetfelt i motsetning til det som oppstår av magnetiseringsstrømmen, og dermed alvorlig overoppheting. Isolasjonen mellom lamineringen forhindrer hvirvelstrømmene i å strømme, lamineringen legges i retning av magnetfeltet, slik at effekten på selve feltets styrke blir minimert.

Rammer, hus:

Støpejern, støpte legeringer og fabrikert stålplate er langt de vanligste materialene for rammer og boliger av elektrisk utstyr som brukes i gruveindustrien. Hardformet plast brukes til noen mekaniske deler, og epoksyharpiks brukes nå til noen formål. Elektrisk lysmontering og inspeksjonsvinduer bruker tungt pansret glass. Stål av høy kvalitet brukes til motoraksler og lagerflater.