Реферат: Электротехнические материалы

Определение влажности электроизоляционных материалов весьма важно для уточнения условий, при которых производитсяиспытание электрических свойств данного материала.

4. Полупроводниковые материалы

Большая группа веществ с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре ле­жит между удельными сопротивлениями проводников и диэлектриков может быть отнесена к полупро­водникам.

Электропроводность полупроводников в сильной степени зависит от внешних энергетических воздействий, а также от различных примесей, иногда в ничтожных количествах присутствующих в теле собственного полупроводника. Управляемость электропроводностью полупроводников темпе­ратурой, светом, электрическим полем, механическими усилиями положена соответственно в основу принципа действия терморези­сторов (термисторов), фоторезисторов, нелинейных резисторов (варисторов), тензорезисторов и т.д [3].

Наличие у полупроводников двух типов электропроводности — «электронной» ( n ) * и «электронно-дырочной» (р) позволяет полу­чить полупроводниковые изделия с р— n - переходом.

При существовании в полупроводнике р— n - перехода возни­кает запирающий слой, которым обусловливается вы­прямительный эффект для переменного тока. Наличие двух и более взаимно связанных переходов позволяет получать управляемые системы — транзисторы.

На использовании возможностей р — n -переходов основаны важнейшие применения полупроводников в электротехнике. Сюда относятся различные типы как мощных, так и маломощных выпря­мителей, усилителей и генераторов. Полупроводниковые системы могут быть с успехом использованы для преобразования различных видов энергии в энергию электри­ческого тока с такими значениями коэффициента преобразования, которые делают их сравнимыми с существующими преобразовате­лями других типов, а иногда и превосходящими их. Примерами полупроводниковых преобразователей могут быть «солнечные ба­тареи» с к. п. д. порядка 11% и термоэлектрические генера­торы.

При помощи полупроводников можно получить и охлаждение на

несколько десятков градусов. В последние годы особое значение приобрело рекомбинационное свечение при низком напряжении постоянного тока электронно-дырочных переходов для создания сигнальных источников света. Кроме вышеуказанных основных применений полупроводников они могут служить нагревательными элементами (силитовые стерж­ни), с их помощью можно возбуждать катодное пятно в игни­тронных выпрямителях (игнитронные поджигатели), измерять напряженность магнитного поля (датчики Холла), они могут быть индикаторами радиоактивных излучений и т. д. Использующиеся в практике полупроводниковые материалы могут быть подразделены на простые полупроводники (элементы), полупроводниковые химические соединения и полупроводниковые комплексы (например, керамические полупроводники). В настоящее время изучаются также стеклообразные и жидкие полупроводники.

Простых полупроводников существует около десяти. Для современной техники особое значение полу­чили германий, кремний и селен.

Полупроводниковыми химическими со­единениями являются соединения элементов различных групп таблицы Менделеева.

К многофазным полупроводниковым ма­териалам можно отнести материалы с полупроводящей или проводящей фазой из карбида кремния, графита и т. п., сцеплен­ных керамической или другой связкой. Наиболее распространен­ными из них являются тирит, силит и др.

Изготовленные из полупроводниковых материалов приборы об­ладают целым рядом преимуществ; к ним относятся:

1)большой срок службы;

2)малые габариты и вес;

3)простота и надежность конструкции, большая механическая прочность (не боятся тряски и ударов);

4)полупроводниковые приборы, заменяющие электронные лам­пы, не имеют цепей накала, потребляют незначительную мощность и обладают малой инерционностью;

5)при освоении в массовом производстве они экономически целесообразны.

Отечественная наука и техника полупроводников развивалась соб­ственным путем, обогащая мировую науку своими достижениями и успехами и в то же время, используя все прогрессивное, что давала зарубежная наука и техника, путем творческого освоения практи­ческих результатов иностранных работ.

5. Магнитные материалы.

Магнетизм — это особое проявление движения электрических зарядов внутри атомов и молекул, которое проявляется в том, что неко­торые тела способны притягивать к себе и удерживать частицы желе­за, никеля и других металлов. Эти тела называются магнитными [4].

Вокруг всякого намагниченного тела возникает магнитное поле, являющееся материальной средой, в которой обнаруживается действие магнитных сил.

При внесении в магнитное поле какого-либо тела оно пронизывает­ся магнитными линиями, которые определенным образом воздейст­вуют на поле. При этом различные материалы по-разному воздействуют на магнитное поле. В намагниченных телах магнитное поле создает­ся при движении электронов, вращающихся вокруг ядра атома и вокруг собственной оси. Орбиты и оси вращения электронов в атомах могут находиться в различных положениях один относительно дру­гого, так что в различных положениях находятся магнитные поля, возбуждаемые движущимися электронами. В зависимости от взаимного расположения магнитных полей они могут складываться или вычитаться. В первом случае атом бу­дет обладать магнитным полем или маг­нитным моментом, а во втором — не будет. Материалы, атомы которых не имеют маг­нитного момента и намагнитить которые невозможно, называются диамагнит­ными. К ним относятся абсолютное большинство веществ, встречающихся в природе, и некоторые металлы (медь, сви­нец, цинк, серебро и другие). Материалы, атомы которых обладают некоторым магнитным момен­том и могут намагничиваться, называются парамагнитными. К ним относятся алюминий, олово, марганец и др. Исключение сос­тавляют ферромагнитные материалы, атомы которых облада­ют большим магнитным моментом и которые легко поддаются намаг­ничиванию. К таким материалам относятся железо, сталь, чугун, никель, кобальт, гадолиний и их сплавы.

Свойство электрического тока создавать магнитное поле широко используется на практике.

Железный или стальной стержень, помещенный внутрь соленоида, при пропускании тока по соленоиду приобретает магнитные свойства. Стержень магнитотвердой стали вследствие большой величины коэр­цитивной силы, свойственной этому материалу, в значительной мере сохраняет магнитные свойства и после исчезновения тока.

В устройствах электроники и связи часто применяют поляризо­ванные электромагниты, у которых либо сердечник, либо якорь, либо оба вместе представляют собой магниты.

Неполяризованный электромагнит притягивает свой якорь неза­висимо от направления посылаемого в его обмотку тока. Работа же поляризованного электромагнита зависит от направления тока в его обмотке. Так, например, в прямом поляризованном электромагните ток одного направления усиливает магнитное поле его сердечника, а другого — ослабляет.

Электромагниты нашли широкое применение в подъемных и тор­мозных устройствах, для закрепления в станках стальных обрабаты­ваемых деталей, в электроавтоматах, реле и других устройствах.

Способы возбуждения электрических машин

Способы возбуждения машин постоянного тока. Схема принципиальная.

а б в г

Рис а- независимое возбуждение; б- последовательное возбуждение; в- параллельное возбуждение; г- смешанное возбуждение

Способы возбуждения машин переменного тока. Схема принципиальная.