Дроздов Н. Г., Никулин Н. В.
Электроматериаловедение. Москва, 1973.
В книге В доступной форме описываются современные электротехнические материалы: проводниковые, магнитные, электроизоляционные и полупроводниковые. Большое внимание уделено новым материалам: синтетическим диэлектрикам, полупроводниковым и магнитным материалам.
Четвертое издание книги отличается более популярным изложением электрических явлений, протекающих В диэлектриках и полупроводниках, а также более подробным описанием материалов, широко применяемых В электротехнике.
В нашей стране создаются новые конструкции электрических генераторов, электродвигателей, трансформаторов, выключающих аппаратов и другого электрооборудования высокого напряжения. Строятся новые мощные электростанции и линии электропередачи на напряжения 750 000 В (750 кВ) и выше.
Для осуществления этого грандиозного строительства, естественно, требуются современные электроизоляционные, магнитные, проводниковые, полупроводниковые и другие электротехнические материалы высокого качества. Чтобы создать такие материалы и правильно их применять, необходимо изучать их электрические, магнитные, тепловые и другие свойства. Вот почему возрастает интерес к электротехническим материалам, их свойствам и поведению в электрических, магнитных и тепловых полях, а также к выяснению условий их работы в различного вида электрооборудовании.
Предлагаемая книга ставит своей целью познакомить читателей с современными электротехническими материалами и их основными электрическими, магнитными и технологическими характеристиками, которые определяют их надежность и области применения материалов в электротехнике.
Изложение электротехнических материалов в книге начинается с наиболее простых по своим свойствам металлических проводниковых материалов. Затем кратко рассматриваются основные проводниковые изделия: обмоточные и установочные провода и кабели.
Во втором разделе книги рассматриваются магнитные материалы, которые в подавляющем большинстве являются металлами.
Третий раздел книги посвящен наиболее обширной группе электроизоляционных материалов: газообразных, жидких и твердых. В этом же разделе рассматриваются электрокерамические конструкции (изоляторы) и конденсаторы, которые представляют собой оформленные в изделия электрокерамические или другие электротехнические материалы.
Четвертый раздел книги посвящен полупроводниковым материалам, особенно изучению электрических явлений в них, определяющих использование полупроводников в электротехнике. В качестве примеров применения полупроводников приводятся основные полупроводниковые изделия — выпрямители.
В заключительном разделе книги рассматриваются электроугольные изделия, припои и клеи.
Основные части электрических машин, аппаратов и электротехнических устройств выполнены из специальных электротехнических материалов, обладающих свойствами, отличными от свойств обычных конструкционных материалов.
Так, электроизоляционный лак, которым пропитаны обмотки электрической машины, и электротехническая сталь, из которой изготовлен сердечник машины, относятся к электротехническим материалам. В то же время лак, которым покрыт корпус машины, и сталь, из которой изготовлен вал машины, не являются электротехническими материалами, так как они не обладают свойствами, присущими этим материалам. Действительно, электроизоляционный лак должен обладать пропитывающей способностью, т. е. его частицы должны глубоко проникать в поры и капилляры обмотки, чтобы создать монолитную изоляцию обмоток машины. Пленки этого лака должны иметь хорошие электроизоляционные свойства, чтобы надежно изолировать витки обмотки друг от друга и от корпуса машины. От отделочного же лака, которым покрыт корпус машины, этих свойств не требуется.
То же можно сказать об электротехнической стали, из которой изготовлен сердечник машины. Электротехническая сталь должна обладать большой магнитной проницаемостью, чтобы обеспечить в сердечнике машины большую магнитную индукцию. Кроме того, потери энергии в электротехнической стали должны быть наименьшими. От конструкционной же стали, из которой изготовлен вал машины, таких свойств не требуется. Она должна обладать только высокой механической прочностью. Из этих примеров следует, что электротехнические материалы являются материалами специальными, которые, кроме общих свойств, должны обладать определенными электрическими и магнитными свойствами.
Все электротехнические материалы делят на три группы по их главному свойству — электропроводности, т. е. по способности материалов проводить электрический ток.
Материалы, из которых изготовляют токоведущие части электрических машин и аппаратов, должны хорошо проводить электрический ток, т. е. обладать малым электрическим сопротивлением. Эту группу электротехнических материалов составляют проводниковые материалы, к которым относятся чистые металлы и сплавы металлов. Другую группу составляют электроизоляционные материалы (диэлектрики). Они обладают большим электрическим сопротивлением, поэтому с помощью диэлектриков изолируют токоведущие части друг от друга и от заземленных частей электрооборудования. В конденсаторах электроизоляционные материалы используют для создания электрической емкости.
И третью группу входят полупроводниковые материалы (полупроводники). Эта группа материалов по своей способности проводин, электрический ток занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Полупроводники применяют для изготовления выпрямителей, усилителей, фотоэлементов и других полупроводниковых приборов, широко используемых в различных областях электротехники.
Приведенное разделение электротехнических материалов на три группы было произведено, как уже было сказано, по их способности проводить электрический ток, однако это свойство электротехнических материалов не является единственным. Среди электротехнических материалов есть группа материалов, которые обладают способностью намагничиваться. Это магнитные материалы, применяемые для создания среды с малым магнитным сопротивлением (магнитопроводы, сердечники), т. е. для концентрации магнитной энергии. Из магнитных материалов изготовляют магнитопроводы (сердечники) для электрических машин, аппаратов и приборов. По отношению к электрическому току большинство магнитных материалов является проводниками (чистое железо и сплавы на основе железа), но некоторые из магнитных материалов — ферриты— относятся к полупроводникам. По сравнению с металлическими магнитными материалами ферриты обладают большим электрическим сопротивлением. Это обеспечивает им малые потерн (па вихревые токи) при работе в переменном магнитном поле.
Приведенное деление электротехнических материалов не исчерпывает всех различий между ними. Внутри каждой из этих основных групп можно провести еще более подробную классификацию. Так, группу проводниковых материалов обычно делят па материалы с малым удельным сопротивлением и материалы с большим удельным сопротивлением. Электроизоляционные материалы делят на газообразные, жидкие и твердые. Кроме того, различают электроизоляционные материалы органические (смолы, лаки, пластмассы и др.) и неорганические (слюда, керамика и др.). Среди магнитных материалов различают магнитно-мягкие, т. е. легко намагничивающиеся материалы, и магнитно-твердые, которые намагничиваются с трудом, но способны длительное время сохранять сообщенную им магнитную энергию.
Из приведенной классификации видно большое разнообразие электротехнических материалов и различие их свойств. Последние определяют области применения материалов в электротехнике. Так, проводниковые материалы с малым удельным сопротивлением идут для изготовления обмоточных, монтажных и установочных проводов и кабелей. Проводниковые материалы с большим удельным сопротивлением используют в производстве добавочных сопротивлений, реостатов и нагревательных приборов.
Магнитно-мягкие материалы применяют для изготовления магнитопроводов (сердечников) в электрических машинах, аппаратах и приборах. Из магнитно-твердых материалов изготовляют различного рода постоянные магниты. Ферриты используют преимущественно на высоких частотах.
Для создания стойких к атмосферным воздействиям изоляционных конструкций — изоляторов используют электрокерамические материалы — электрофарфор и стеатит.
Разработка новых электротехнических материалов с улучшенными или новыми свойствами способствует развитию электротехники. Так, создание нагревостойких кремнийорганических диэлектриков позволило повысить рабочие температуры электрических машин и тем самым значительно увеличить мощности машин без изменения их габаритов и веса. Создание новых магнитных материалов — ферритов позволило решить ряд важных проблем в области электронной техники (счетно-решающие устройства и др.) и в технике высоких частот.
