Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Электрлік өнімдер мен конструкциялар өндірісіндегі электрлі оқшауламалық материалдардың маңызы





Диэлектрлік материалдар электр техникада алатын орны маңызды. Оларға электрлік оқшауламаны дайындау үшін қолданылатын электр оқшауламалық материалдар жатады. Электрлік оқшаулама электр құрылғыларының токөткізгіш бөлігін қоршап тұрады және әр түрлі электрлік потенциалдардың астында тұрған бөліктерді бір бірінен оқшаулап тұрады.

Электрлік оқшаулама электр тогының электр сұлбасында көрсетілген құрылғылардан басқа жолдармен жүруін болдырмау үшін қызмет атқарады. Ешқандай да құрылғы электр оқшауламалық материалды пайдаланбай жасалынбайды, яғни әрбір электр құрылғысының, тіпті қарапайым электр құрылғысының да оқшауламасы болады.

Электр оқшауламалық материалдар конденсатор сыйымдылығының белгілі бір мәнін алуға арналған электр конденсаторларында диэлектриктер ретінде пайдаланылады, кейбір жағдайда осы сыйымдылықтың температурадан немесе басқа факторлардан белгілі бір тәуелділігін жабдықтау үшін де қолданылады.

Диэлектрлік материалдарға активті диэлектриктер, яғни басқарылмалы қасиеттері бар диэлектриктер, сегнетоэлектриктер, пьезоэлектриктер, электреттер жатады.

Электр оқшауламалық материалдарды әр түрлі жағдайларға қолдану кезінде, оларға әр түрлі талаптар қойылады. Электрлік қасиеттерінен басқа, электр оқшауламалық материалдардың механикалық, жылулық және физика-химиялық қасиеттерінің де маңызы өте үлкен, яғни олардан қажетті бұйымды алу (жасау) кезінде материалдардың өңдеу түрлеріне ұшырау қабілеттілігі болады.

Электр оқшауламалық материалдар өзінің агрегатты күйі бойынша газ тәрізді, сұйық және қатты болып бөлінеді. Ерекше топқа бастапқыда оқшауламаға оларды кіргізу кезінде сұйық күйінде болатын, содан соң жайлап қататын, пайдалану кезінде қаттыға айналатын денелер (мысалы, лактар мен компаундар).

Үлкен практикалық маңызы бар электр оқшауламалық материалдарды олардың химиялық құрамына байланысты органикалық және органикалық емес материалдар деп бөледі.

Органикалық заттар деп көмір қышқылының қосылыстарын айтады. Әдетте олардың құрамында сутегі, ауа, азот, галогендер немесе басқа элементтер болады. Қалған заттар органикалық емес болып саналады. Олардың көбісінің құрамында кремний, алюминий (және т.б. металлдар), ауа және т.с.с. болады.

Көптеген органикалық электр оқшауламалық материалдар механикалық қасиеттерімен, иілгіштігімен, икемділігімен ерекшеленеді, олардан талшықтар, қабықшалар, және әр түрлі формалы басқа да бұйымдарды жасауға болады. Сондықтан да бұл кең қолдау тапқан. Алайда органикалық электр оқшауламалық материалдардың фторлондар мен полимидтерден басқа көпшілігінің жылуға төзімділігі төмен болады.

Органикалық емес электр оқшауламалық материалдардың көптеген жағдайда иілгіштігі мен икемділігі жоқ болады, өздері көбінде өте нәзік, олардың өңдеу технологиясы да күрделі болып келеді. Соған қарамастан бұл материалдардың органикалық материалдарға қарағанда жылуға төзімділігі жоғары болады, сондықтан оқшауламаның жоғары жұмыстық температурасын жабдықтау кезінде оларға деген сұраныс жоғары.

Сонымен қатар органикалық және органикалық емес материалдардың қасиеттерінің аралығында (арасында) жататын қасиеттері бар материалдар да кездеседі: бұл элемент - органикалық материалдар, яғни молекуласының құрамына көмір қышықылының атомдарынан басқа, тағы да басқа органикалық материалдардың құрамына кірмейтін басқа элементтердің атомдары кіретін және органикалық емес материалдар (Si, Al, P және т.б.) үшін маңызды материалдар.

Практикада жиі электрлік оқшауламаның ұзартылған рұқсат етілген жұмыстық температурасының мәні маңызды роль атқарады, электр оқшауламалық материалдар мен олардың комбинациясын (электрлік машиналардың, аппараттардың электр оқшауламалық жүйелерін) жиі жылуға төзімділіктің сол немесе басқа кластарына жатқызады.

Диэлектриктердің электрлік оқшауламалық, механикалық, жылулық, дымқылдану және тағы басқа қасиеттері материалдарды алу және өңдеу технологиясына, қосапалардың болуына, сынақтау шарттарына және т.б. байланысты өзгеріп отыратынын ескеру қажет. Сондықтан да көптеген жағдайда жоғарыда келтірілген материалдардың параметрлерінің сандық мәндерін тек болжамдап қарастыру керек.

Терминология және анықтамалар.Оқшауламаның электрлік тесілуі деп кернеудің сынақтық мәніне жоғарылауы кезінде оқшауламаның оқшауламалық қасиеттерінің жоғалу құбылысын айтады. Кернеудің бұл мәнін оқшауламаның тескіш кернеуі Uтес деп атайды.

Диэлектриктің электрлік тесілуі деп электр өрісінің кернеулігінің сынақтық мәніне жоғарылауы кезінде оқшауламалық қасиеттердің диэлектриктермен жоғалу құбылысын айтады.

Диэлектриктің электрлік беріктілігі Еберік деп тесілу алдында электродтардың арасындағы аралықта электрлік өрістің кернеулігінің орташа мәнін айтады. Өйткені өлшеу және бағалау жеңіл болатындықтан осы шаманы алады:

 

, (2.1)

 

мұндағы S - электродтардың арасындағы қашықтық.

 

Диэлектриктің атомдары мен молекулалары зарядталған бөлшектермен өзара өте күшті байланысуымен сипатталады, қарапайым күйінде барлық зарядталған бөлшектер байланыста болады да, бірін бірі өзара жойып отырады және зарядталған бөлшектердің электродтардың арасындағы қашықтықпен салыстырылатын қашықтыққа орын ауыстыруы болмайды. Тесілу кезінде электр өрісінің күштерінің әсерінен электр тогын туындатып, бағытты орын ауыстыратын зарядталған бөлшектердің босатылуы болады.

Соның ішінде ең көп зерттелгені газдық аралықтың тесілуі жатады. Сұйық және қатты диэлектриктердің тесілу механизмі алуан түрлі және өте күрделі болып келеді. Әйткенмен электр қондырғыларда газдық (ауалық) оқшаулама негізгі болып саналады және де үлкен кернеулігі болатын электр өрістерінде оны зерттеудің де маңызы зор.

Газдық аралықтың электрлік беріктілігі электродтардың арасындағы қашықтықтардан, сондай-ақ газдың қысымынан және температурасынан тәуелді болады. Электродтардың пішінінің (формасының) оқшауланған аралықтың электрлік беріктілігіне (тек қана газдық аралыққа емес, барлығына да) күшті әсері болады. Сонымен қатар электрлік беріктілік күрделі жағдайда кернеудің өсу жылдамдығынан да тәуелді болады. Бұл жағдайда берілетін кернеудің ұзақтылығынан оқшауланған аралықтың тесілу мүмкіндігі болатыны анықталады.

Электродтардың пішінінен тәуелді болатын электр өрісінің біртектілік дәрежесі бойынша оқшауланған аралық екі түрге бөлінеді:

- біртекті және әлсіз біртекті емес (ӘБЕ) электр өрісі болатын оқшауланған аралықтар;

- күрт біртекті емес (КБЕ) электр өрісі болатын оқшауланған аралықтар.

Өрістің біртектілік дәрежесінің сандық (мөлшерлік) сипаттамасына біртектілік емес коэффициенті жатады , ол оқшауланған аралықта электр өрісінің кернеулігінің максималды мәнінің осы электр өрісінің кернеулігінің орташа мәніне қатынасымен анықталады.

Әлсіз біртекті емес (ӘБЕ) электр өрісі болатын оқшауланған аралықтарға болатын аралықтар жатады; бұл кеңістік (шеттері доғалданған кеңістік) тәрізді электродты аралықтар немесе шар тәрізді (егер де шарлардың радиустері олардың беттік қабаттарының арасындағы қашықтықтан көп есе үлкен болса) электродты аралықтар.

Күрт біртекті емес (КБЕ) электр өрісі болатын оқшауланған аралықтарға болатын аралықтарды жатқызады. Айқындалған бұндай типті оқшауланған аралықтарға стержень–кеңістік электродты аралықтар жатады.

Диэлектрлік шығындар және шығынның бұрышы. Кез келген оқшаулама кернеу берілгенде қызады. Қызу себебі оқшаулама арқылы ағатын өтпелі токтар, поляризацияның баяулаған түріне байланысты қызуы, қатты оқшауламаларда газдық қосылыстардың иондалуы және оқшаулама құрылымының біртекті еместігі жатады. Диэлектрлік шығындар деп оған берілген кернеудің әсерінен қыздырылған оқшауламаның қуатын айтады. Диэлектрлік шығындар айнымалы кернеуде дәл осындай шамада тұрақты кернеудегі шығындарға қарағанда едәуір үлкен болады. Себебі айнымалы кернеудің әрекеттік мәні үлкен болады, және айнымалы кернеуде иондалу басталардың алдында поляризациялық шығындардың болуы үлкен рөл атқарады.

Диэлектрлік шығынның бұрышы деп оқшауламадағы кернеу мен оқшаулама арқылы өтетін токтың арасындағы фазалық ығысу бұрышын дейін толықтыратын бұрышты айтады. оқшауламаның қызуының активті қуаты мен оқшауламадағы реактивті сыйымдылықты қуаттың арасындағы қатынасты көрсетеді. Диэлектрлік шығынның бұрышының ұғымы тек синусоидалы кернеу мен токта қолданылады.

Реалды конденсатордың сыйымдылығының немесе оқшауламаның ұғымын анықтау үшін алмастыру сұлбасы қолданылады. Тізбектей және параллель сыйымдылықты және резистивті элементтерден тұратын алмастыру схемасының екі қарапайым түрі жиі қолданылады. Сыйымдылықтың шамасы тек диэлектрлік шығын аз болғанда алмастыру сұлбасын таңдаудан тәуелді болмайды.

Оқшауламалардың тесілу механизмдері.Диэлектрикте бос электрондардың аз шоғырлануы азғантай кернеуде оқшауламада өте аз өтпелі токтарды болдырады. Тесілу кезінде еркін зарядталған бөлшектердің шоғырлануы күрт өседі. Бұл жоғарылау физикалық механизмдердің келесі топтарымен түсіндіріледі:

1. Жоғары жылдамдықпен қозғалатын бөлшектері бар бейтарап атомның немесе молекуланың (бұл электрон болуы мүмкін) соғылуы кезінде бос электрон мен оң ионды құрайтын электронның бейтарап атомнан немесе молекуладан бөлініп шығуы мүмкін. Бұл эффект екпінді иондалу деп аталады. Және бұл иондалған бөлшектің кинетикалық энергиясы электрон ажырауы үшін қажетті энергиядан (иондалу энергиясынан) асқанда болатын құбылыс, . Бұндай үрдісте бос зарядтардың шоғырлануы жоғарылайды да, осының әсерінен электрлік ток өседі. Заряд тасымалдаушылардың саны электродтағы бөлшектердің тасымалдануынан ғана емес, сонымен қатар рекомбинация құбылысының әсерінен қарсы таңбалы зарядты ион бөлшектерінің бейтарапталуынан да төмендейді.

2. Газ көлеміндегі фотоиондалу ультрафиалет сәулелі, рентген және гамма сәулелі қатаң электр магнитті сәулелендіру әсері болған кезде орынды. Фотоиондалу электр магнитті сәулеленудің квантты энергиясы иондалу энергиясынан көп болғанда болады, , Планк тұрақтысы, - электр магнитті сәулеленудің жиілігі.

3. Диэлектриктерде әдеттегі температурада бөлшектердің жылулық екпінді соғылуы кезінде электрондардың ажырауы болмайды, себебі жылдам бөлшектердің өзінде де, жылулық қозғалыстың энергиясы иондалу үшін жеткіліксіз. Жылулық екпінді соғылу кезінде Цельсийдің мың градусында термиялық иондалуды байқауға болады.

4. Кейбір жағдайларда электродтардың бетінде (катодта) электрондардың эмиссиясы болады. Бұл жағдайда электрондар диэлектриктердің түбіне өтеді. Эмиссияның төрт түрі болады:

- термоэлектрондық эмиссия - бұл оны қыздыру кезінде катодтан электрондардың босап шығуы; бұның термиялық иондалуға қарағанда аз градусты (бірнеше жүздеген) температурасы болады;

- фотоэлектронды эмиссия - бұл катодты қысқа толқынды электромагнитті сәулемен шағылыстыру (Столетов эффектісі) кезінде электрондардың босап шығуы; көптеген металлдар үшін көрінетін жарықпен шағылыстыру жеткілікті;

- автоэлектронды эмиссия - бұл электр өрісінің жоғары кернеулігінің (105-106 В/см) әсерінен металлдан электрондардың босап шығуы;

- екінші реттік электронды эмиссия - бұл катодты ауыр бөлшектермен (оң иондармен) ұрғылау кезінде одан электрондардың босап шығуы.

5. Сұйық және қатты диэлектриктердің тесілуі әртүрлі болуымен және күрделілігімен айрықшаланады. Сұйық диэлектриктерде жылулық иондалу үрдістерінің маңызы зор. Себебі сұйықты қыздыру газ түйіршіктерінің пайда болуына әкеліп соқтырады және онда иондалу үрдісінің дамуын болдырады, өйткені газдық диэлектриктердің электрлік беріктілігі едәуір аз болады. Сұйық диэлектриктердің екінші маңызды факторына, оларда электр өрісінің кернеулігінің өсуін болдыратын басқа қоспалардың (қатты қоспа, дымқылдың және газ түйіршіктерінің) болуы жатады.

6. Қатты диэлектриктерде электрлік өрістің әсерінен туындайтын электрлік (яғни екпінді иондалу) үрдіспен де, жылулық үрдіспен де тесілу болуы мүмкін. Қатты диэлектриктерде электр химиялық үрдістердің де маңызы зор, яғни иондалған химиялық активті бөлшектердің әсерінен қатты диэлектриктердің бөлшектенеді.

Электрлік үрдіс кезінде біртекті және біртекті емес құрылымды диэлектриктердің электрлік беріктілігінің айырмашылығы едәуір болады. Берілген электр өрісінің әсерінен диэлектрикті қыздыру кезінде электр қызулық тесілу болады, ал қатты диэлектриктердің бөлшектенуінде газды қосылыстарының иондалу кезінде электр химиялық тесілу едәуір баяу дамиды.

Оқшауламалардағы токтардың түрлері және газдық аралықтың вольт-амперлік сипаттамасы. Электр қондырғыларының оқшауламасы оқшауланған бөліктердің арасынан электр тогының өтуін болдырмау қызметін атқарады. Қалыпты күйде оқшаулама арқылы токтың үш түрі ағуы мүмкін:

- айнымалы кернеу кезіндегі оқшауламаның сыйымдылығынан тәуелді және шамасы бойынша үлкен болатын сыйымдылықты токтар; оқшауламаның сыйымдылықты токтарды өткізу қабілеттілігі оқшауламаның сыйымдылықты шамасымен сипатталады;

- тұрақты кернеуде де, айнымалы кернеуде де кездесетін абсорбциялық токтар (баяулатылған поляризацияның әртүрлі түрлеріндегі токтар); оқшауламаның сипаттамасына (абсорбциялық токқа қатысты) диэлектрлік шығынның бұрышы мен абсорбциялық коэффициенті жатады;

- тұрақты кернеу кезінде шамасы бойынша өте аз болатын, қосылғаннан соң ұзақ уақыт ішінде ағатын өтпелі токтар; оқшауламаның өтпелі токты өткізу қабілеттілігі оқшауламаның кедергісінің шамасымен сипатталады.

Диэлектриктің молекулаларының құрамына және кристаллдық торына кіретін зарядталған бөлшектер затта жеткілікті түрде тығыз байланысады да, қалыпты жағдайда алыстап кете (жылжи) алмайды.

Сыртқы ионизатордың әсерінен пайда болатын зарядталған еркін бөлшектердің азғантай мөлшерімен түсіндіріледі және де осы зарядталған еркін бөлшектер бір электродтан екінші электродқа оқшаулама арқылы өте алады.

Газдық оқшауламалық аралықтарда аз кернеу болғанда Ом заңы орындалады (2.1-сурет, I аймақ). Кернеу жоғарылаған сайын қанығу басталады. Бұл жағдайда сыртқы ионизатормен генерацияланатын барлық зарядталған бөлшектер электродтарға жетеді және бұл кезде кернеу өскенде токтың өсуі болмайды (IІ аймақ), өрістің кернеулігі 0.6 В/м болғанда токтың тығыздығы 10-15 А/м2 жуық болады.

 

 

2.1-сурет. Газдық аралықтың вольт-амперлік сипаттамасы

 

Тек үлкен кернеу болғанда электр өрісінің кернеулігі жоғарылауынан пайда болатын иондалуды сыртқы ионизатордан тәуелсіз ететін, яғни оның дербестігін болдыратын электр тогы күрт өсе бастайды (IІІ аймақ).

 






Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 1266. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.1 сек.) русская версия | украинская версия