Коммерциялық емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА  ЖӘНЕ  БАЙЛАНЫС  УНИВЕРСИТЕТІ

Электр станциялар тораптары және  жүйелері кафедрасы

 

 

ЭЛЕКТРТЕХНИКАЛЫҚ  МАТЕРИАЛТАНУ

5В071200- «Ауыл шаруашылығын энергиямен қамтамасыз ету» және 5В071800- «Электр энергетикасы»  мамандықтарында оқитын студенттерге есептеу-графикалық жұмысты орындау үшін арналған әдістемелік нүсқаулар

  

Алматы 2012ж

Құрастырушылар: Қ.Х. Бекмагамбетова, Р.М. Кузембаева, Ш.Т.    Дуйсенова. Электротехникалық материалтану. 5В071200- «Ауыл шаруашылығын энергиямен қамтамасыз ету» және 5В071800- «Электр энергетикасы»  мамандықтарында оқитын студенттерге есептеу-графикалық жұмысты орындау үшін арналған әдістемелік нүсқаулар - Алматы: АЭжБУ, 2012. - 38 б.

 

5В071200- «Ауыл шаруашылығын энергиямен қамтамасыз ету» және 5В071800- «Электр энергетикасы»  мамандықтарында оқитын студенттерге есептеу-графикалық жұмысты орындау үшін арналған әдістемелік нүсқаулар.Осы әдістемелік нұсқау студенттерге өзіндік жұмысты орындау үшін теориялық  кіріспе, есептерді шешуі мысалдары ұсынылады.                                   Без. 10, әдебиет  көрсеткіші - 9 атау.

 

              Пікір беруші: тех.ғыл.канд., Бакенов Қ.А.

 

 

«Алматы энергетика және байланыс университетінің», коммерциялық емес акционерлік қоғамының  2012 ж.  баспа жоспары бойынша басылады. 

 

                                                  2012ж. жиынтық жоспары,  9  реті

 

 

©  «Алматы энергетика және байланыс университетінің» КЕАҚ, 2012 ж.

 

 

Кіріспе

 

Электротехникалық материалдардың әртүрлі электротехникалық аппараттар мен кұрылғылардың кұрылыстарында мәні зор.

Қазіргі кездегі электротехникадағы кернеу мен қуатты көтеруіндегі тенденцияны ескере отырып, аппараттардың және машиналардың габаритын және салмағын азартуында, олардьщ сенімділігін көтеруінде электроматериалдардың ролі өте жоғары.

Материалдарды электромагниттік өріске орналастырғанда материалдардан өтетін физикалық құбылыстарды оқу, сонымен қатар материалдардың қасиеттерін, электротехникалық конструкцияларда және өндірістік технологиялардағы қолдану саласын оқыту бәрі "Электротехникалық материалтану" пәнінің міндеттері болып саналады.

Осы пәннін түсінігі "Физика", "Химия", "Электрлік өлшеулер", "Электротехниканың теориялық негіздері" пәндерінің базасында құрлысады.

"Электротехникалық материалтану" пәнінің 5В081200- «Ауыл шаруашылығын энергиямен қамтамасыз ету» және 5В071800- «Электр энергетикасы» базасындағы мамандар үшін оқу жоспарында аудиториялық, лабораториялық сонымен қатар 2 семестрлік есептеу жұмыстарды орындау алдын ала ескерілген. Теориялық заңдылықтарды терең түсінуі, физикалық шамалардың сандық сипаттамаларын бағалап үйрену, практикалық жүйеден СИ жүйесіне және СИ жүйесінен практикалық жүйесіне ерікті ауыстыру, әртүрлі көрсеткіштерді анықтау мақсатымен анықтама әдебиеттерімен қолдануы - барлығы осы сабақтардың мақсаты болып табылады.

Әдістемелік нұсқау барлық сұрақтар мен есептерді шығару әдістерін көрсететін курстың бөлімдеріне сәйкес мысалдардың шешімін шығаратын нұсқау болып саналады, сонымен қатар диэлектриктер, өткізгіштер, жартылай өткізгіштер және магниттік материалдар үшін есептеудің мысалдары жиналған. Берілген басылымның негізгі мақсаты электротехникалық материалдардың практикалық қолдануымен инженерлерге керекті сұрақтардың шешімінің дағдыларын табу болып табылады.

Есептерді шығару үшін әдебиет тізімде керекті болжам толық көлемінде берілген.

Өзіндік жұмыстың көлемі мұғалімнің шешімімен мөлшерленеді.

 

 

          1 №1 Есептеу-графикалық жұмыс. Электр аппараттарының және электр қондырғыларды жасауға  қолданылатын электрлік материалдар

 

  №1 ЕГЖ мақсаты: электртехникалық материалдардың сандық мінездемелерін және қасиеттерін оқып үйрену.

  №1 ЕГЖ мазмұны

Нұсқаға сәйкес (оқытушының тапсырмасы бойынша) аппараттың құрылысын жұмыс істеу принципін және қолданылуын суреттеу керек (кітаптан суретті алуға болады (2-3 бет)).

Аппараты жасаған кезде қолданылатын электр техникалық материалдардың сандық мінездемелерін және қасиеттерін суреттеу керек (5-6 бет).

 

 

№1 Есептеу-графикалық жұмысқа  арналған тапсырма

 

1.     Тіректер, өтпелі және ілмелі изоляторлар.

2.     комплекті токты сымдар.

3.      У-220 типті бакты майлы ажыратқыштар.

4.      ВМП -10 типті аз майлы ажыратқыштар.

5.     МГГ-10 титті аз майлы ажыратқыштар.

6.     ВВБ -110 типті ауалы ажыратқыштар.

7.     ВНВ -220 типті ауалы ажыратқыштар.

8.     ВВГ-20  типті ауалы ажыратқыштар.

9.     Элегазды ажыратқыштар.

10.  ВВТЭ-10 типті вакумды ажыратқыштар.

11.  ВЭМ-10типті электр магнитті ажыратқыштар.

12. РВР типті айырғыштар.

13.  РНДЗ типті айырғыштар.

14.  КЗ-35 типті қысқа тұйықтағыштар.

15. Жүктеме ажыратқыштары.

16. Кварцті сақтандырғыштар.

17. А сериалы автоматты ажыратқыштар.

18. Э сериялы автоматты ажыратқыштар.

19. АВМ сериялы автоматты ажыратқыштар.

20. АС сериялы электр магнитті контактор.

21. ПАЭ сериялы магнитті пускатель.

22. РВН типті айырғыштар.

23.  КЭ серия толтырылған элегазды қысқа тұйықталулар.

24.  ОЭ-110 типті элегаз толтырылған бөлгіштер.

25.  ПВТ сериясын автогазды түрде доғаны сөндіруге арналған сақтандырғыштар.

26.  С-35  типті майлы, бакты  ажыратқыштар.

27.   ВГМ-20 сериялы ажыратқыштар.

28.  ТПОЛ типті ток трансформаторлары.

29.  ТПЛ типті ток трансформаторы.

30. ТШЛ типті ток трансформаторы.

31. ТФЗМ типті ток трансформаторы.

32. НОМ сериялы кернеу трансформаторы.

33. НТМИ сериялы кернеу трансформаторы.

34. НОЛ сериялы кернеу трансформаторы.

35. НКФ типті кернеу трансформаторы.

36. ТФН типті ток трансформаторы.

37. РБ сериялы типті 3-фазалы ток тежеу реакторы.

38. Синхронды генератор.

39. Гидрогенератор.

40. ТГВ сериялы турбогенератор.

41. ТДТН  3-орамды 3 фазалы күштік трансформаторы.

42.  АОДЦТН сериялы бір фазалы автотрансформатор.

43. КСВ сериялы синхронды компенсатор.

44. Қ.т. роторлы асинхронды қозғалтқыш.

45. Фазалы роторлы асиннхронды қозғалтқыш.

46. Синхронды қозғалтқыштар.

47. Тұрақты ток генераторы.

48. СК-6 типті аккумуляторлары.

49. СН-10 типті аккумуляторлары.

50.  АТДЦТН сериялы 3 фазалы автотрансформаторлар.

51.  РВС типті вентелді разрядниктер.

52. РВМГ  типті магнитті-вентельді разрядник.

53. Құбырлы разрядник.

54. Жалғаушы және соңғы муфталар.

55. Жоғарғы аольтті кабелдер.

56. Май толтырылған жоғарғы вольтты кабелдер.

57. Газ толтырылған жоғарғы вольтты  кабелдер.

58. Қысымы бар газды немесе майлы болаттан жасалған құбыр-сымды жоғарғы вольтты кабелдер.

59.  6,3 кВ-қа арналған күштік конденсаторлары.

60. Қағаз-майлы оқшаулама типті өтпелі конденсаторлы изолятор.

61.  Оқшаулама және АТҚ-ң оқшауламалары, және құрылысы.

62.  АЭБЖ-ң оқшауламасы.

63. Балқыма сақтандырғыштар, 1000В дейінгі.

64. Шина және аппараттар контакторы.

65.   ВМП-10 ажыратқышы бар КРУ шкафы.

66. ВМПЭ-10 ажыратқышы бар К-ХХVII сериялы КРУ шкафы.

67. ВММ-10 ажыратқышы бар К-34 сериялы КРУН шкафы.

68. ВК-10 ажыратқышы бар К-47 сериялы КРУН шкафы.

69.  Элегазды оқшауламасы бар 110кВ комплекті ТҚ.

70. АТҚ-35 ірі блокты оқшаулатқыш.

71.  ТҚ ток өткізу бөлшектері.

72. 1-10кВ кернеуге арналған  резенкелі оқшаулатқыш күштік кабелдері

73. Қатты конденсаторлы диэлектриктер: слюда, керамика және әйнектер.

74. Сегнет электрлі керамикалы айнымалы сиымдылықты конденсаторлар.

75. Кабелдерді шығарған кезде қолданылатын оқшауламалы материалдар.

76. Эмальді, қағазды, пластмассалы оқшауламалы орамды сымдар.

77. 1-10 кВ кернеуге арналған қағазды оқшаулама сіңдірілген күштік кабелдер.

78. Төрт орамалы күштік кабелдер.

79. 20-35кВ- ті кернеулі  газ оқшаулама сіңірген күштік кабелдер.

80. 110-525кВ кернеуге арналған май толтырылған кабелдер.

81. 1-10кВ кернеуге арналған пластмасса оқшауламалы күштік кабелдер.

82. 35-110 кВ кернеуге арналған пластмассалы оқшауламалары жоғарғы вольтті күштік кабелдер.

83. УПС-35У типті автогазды ажыратқыштар.

84. ВВК-35Б типті вакумды ажыратқыштар.

85. ВЭ-10-40 электр магнитті ажыратқыш.

86. ВВБК  ауалық ажыратқыш.

87. ВМТ-110 типті аз майлы ажыратқыш.

88. ВГМ-20 ажыратқыш.

89. Өлшеуіш ток трансформаторы.

90. РПД-500 типті ілмелі айырғыштар.

91. РВК-20 типті сырғанаушы айырғыштар.

92. 110кВ 2 орамды трансформатордың оқшауламасы.

93. Тұрақты ток генераторы.

94. 4А сериясының асинхронды қозғалтқышы.

95. Тұрақты ток қозғалтқышы.

96. Май толтырылған жоғарғы вольтты кірістер.

97. Жарықтандыру шамдары.

98. Полимерлі оқшаулатқыштар.

99. Электр беріліс желілерге арналған изоляторлар.

100.       Сымдарға арналған оқшауламалар.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 №2 Есептеу –графикалық жұмыс. ЭТМ бойынша есептер

 

№2 Есептеу –графикалық жұмыс мақсаты: студент электр асппаптарының электр қондырғыларын дайындауға  қолданылатын электр техникалық материалдардың сандық мінездемесін анықтау тәсілін білу қажет.

№2 ЕГЖ нұсқаға сәйкес берілген есептен тұрады. Студент әр тақырыптың бір есебінен шығарыды. Барлық тақырып 9. Нұсқа номері фамилияның бірінші әріпі бойынша және 1 кестедегі сынақ кітапшасының соңғы номері  бойынша таңдалады. Мысал ретінде әр тақырыпта 2-3 есептің шығару жолы қарастырылған.

 

1 кесте- тапсырма нұсқалары

Студенттің

Фамилиясының бірінші әріпі

Сынақ кітапшасының

соңғы саны

 

Тақырып  №

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Есеп номері

А,Б,

В,Г,

Д,Е,

Ж,З,

И,К,

 

0

1

10

5

18

16

3

27

22

1

1

2

11

7

1

17

4

1

25

2

2

3

13

11

2

18

5

2

26

3

3

4

14

12

5

19

6

3

29

5

4

5

15

14

6

8

7

4

1

6

5

6

4

15

8

1

8

6

2

7

6

7

1

1

10

2

9

8

3

8

7

8

2

2

13

3

12

1

5

9

8

11

3

3

15

4

15

2

6

10

9

12

4

5

18

5

16

3

7

12

Л,М,

Н,О,

П,Р,

С,Т,

У,Ф,

0

13

5

7

1

6

21

4

11

13

1

14

6

11

2

8

22

6

12

14

2

15

7

12

1

12

23

8

18

15

3

16

8

14

2

13

24

9

21

1

4

17

9

15

5

14

25

10

22

2

5

21

10

5

6

16

3

11

25

3

6

22

11

7

8

17

4

13

26

5

7

23

13

1

10

18

5

14

29

6

8

24

14

2

13

19

6

15

12

7

9

25

15

3

15

1

7

16

1

8

Х,Ц,

Ч,Ш,

Щ,Э,

Ю,Я

1

27

1

5

18

2

8

17

2

9

2

29

2

7

1

3

9

18

3

10

3

1

3

11

2

4

12

19

5

12

4

2

4

12

5

5

15

20

6

13

5

3

5

14

6

6

16

21

7

14

6

4

6

15

8

8

21

22

11

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

5

7

1

10

12

22

23

12

16

8

6

8

2

13

13

23

24

18

22

0

27

1

14

8

5

12

20

3

12

9

7

9

3

15

14

24

25

21

25

 

 

        2.1  Диэлектриктердің физикасы

 

2.1.1 Диэлектриктер өрістенуі (поляризация)

Диэлектриктерге электр өрісі әсер еткен кезде, әлсіз байланған диэлектриктің дипольды молекулаларының өріспен бағыттасқанын немесе зарядттардың шекті ығысуын өрістену деп ұсынуға болады. Өрістенудің дәрежесін конденсатор астарынын орталарында диэлектрик орналасқан немесе орталарында вакуум орналасқан болса, осы зарядтың қатынасымен бағалауға болады. Бұл қатынасты заттың салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі деп атайды –.

 - өрістену құбылысының сандық сипаттамасы: ол диэлектриктің сыйымдылығын көрсетеді.   шамасы диэлектрикте өтетін физикалык процесстердің сипаттамасы негізгі тендеулер қатарына жатады.   шамасын қолданып, өрістенуі Р (Кл/м), екі бірдей зарядтың әсерлесу күшін Ғ (Н), электрлік ығысуды D (Кл/м), нақты зарядтар арқасында пайда болатын өрістің кернеулігін, көп қабатты оқшауладағы өрістін кернеулігін және т.б. анықтауға болады.

Әр тақырыпқа сәйкес мысалы ретінде 2-3 есептің шешімі көрсетілген.

 

1 Есеп

Композициялық диэлектрик хаос қосылған екі компоненттен тұрады. Бірінші компоненттің көлемі 1-40 %, ал екіншісі 2-60 % тең. Егер де бірінші компоненттің диэлектрлік өтімділігі , ал екіншісінің  тең болған кезде, композициялық диэлектриктің диэлектрлік өтімділігін  анықтау керек.

Шешуі.

Механикалық қоспа ретінде қосылған, диэлектрлік өтімділігі әр түрлі екі компоненттен жасалған құрамы күрделі бір диэлектриктің диэлектрлік өтімділігін логарифмдік араластыру заңы бойынша анықтауға болады

                                                                                      (1)

 

мұндағы       - қоспаның бірінші компоненті салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі;

                     қоспанын екінші компонентгінің өтімділігі;

қоспаның бірінші компоненттінін көлемдік концентрациясы;

                     коспаның екінші компоненттінін көлемдік

                       концентрациясы;

                     Х -- компоненттерді үлестіру константасы.

 Компонентердің хаостық үлестіруінің дербес жағдайында

 

                                                                                  (2)

                              

                              .

Жауабы: .

 

2 Есеп

Екі қабат диэлектрик айнымал кернеуге қосылған. Бірінші қабатта кернеу   кВ, екіншісіндекВ, қабаттардың қалыңдығы 0,5 мм және 2 мм тең. Егер екінші қабаттың диэлетрик өтімділігі-6-ға тең болса, бірінші қабаттың диэлектрик өтімділігін анықтау керек.

Шешуі.

1-суретте екі қабат конденсатордың қарапайым жағдайы көрсетілген.

             

 

 

 

1  сурет

 

 

Екі қабат диэлектрик үшін

                                                 ,                                           (3)

 

       мұндағы         бірінші қабаттағы өріс кернеулігі, В/м;

                               екінші қабаттағы өріс кернеулігі.

 

 

Е1 және Е2 конденсатордың арасындағы кернеуі – U, қабаттардың қалыңдықтары h1 мен h2 және қабаттардың салыстырмалы өтімділіктер ε1 мен ε2 арқылы анықталады

                                      ,                                        (4)

 

           .                                          (5)   

         Немесе осы қабаттар кернеулерінің теңдеулері арқылы

 

                                        U1=Е1 h1 ,                                                            (6)

 

             U2=Е2 h2.                                                            (7)

         Осыдан

                    

                               

 

                                .

        

 (1.3) формуласына сәйкес

            ;                     .

 

         Жауабы: .

 

 

        Есептер. 1 Тақырып

 

1.           Кернеулігі 10 кВ/см электр өрісіндегі нүктенің электр материал ығысуын табыңыз.

2.           Оқшауламаланған ортаауа сыйымдылығы 2 мкФ конденсатордың заряд шамасын тап, оның шықпаларының арасындағы кернеу 100 В болса.

3.           Электр өрісінің кернеулігі 12кВ/см. Байланыс зарядтың шамасын тап. Изоляциялық орта трансформаторлық май -.

4.           Екі электродтың ара қашықтығы 0.7мм, аудандары 10cм бірқабатты тегіс конденсатордың сыйымдылығын тап. Диэлектрлік өтімділігі -ға тең.

5.           Сыйымдылығы 6Ф тең тегіс конденсатор 200кВ кернеуге қосылған. Изоляция қабатындағы  және пластина пішіні S=1мтең Д-электрлік ығысуын тап.

6.           Екі қабатты диэлектрик айнымалы кернеуге U=12кВ-қа тең  қосылған. 1-ші қабаттың қалыңдығы 1мм, 2-ші қабаттың қалыңдығы 4мм. Егер де 2-ші қабат  тең болса, 1-ші қабаттың тап.

7.           Конденсатордың сыйымдылығын мкФ пен анықтау керек, егер Гц болғанда конденсаторы бар тізбекте ток 5мА-ге тең болса, ал кернеуі 400В-қа тең болса.

8.           Конденсаторлық керамиканың Тке ε-сін анықтау керек, егер температураны -40-тан +60-қа дейін жоғарылатқанда, сыйымдылық 104,5пФ-тан 97,0пФ-қа дейін кемісе (ТК=3к).

9.           Абсорбция тоғымен жүретін және диэлектриктің ішіндегі энергия шығындарымен сипатталытын поляризацияның түрлерін анықтау керек.

10.       Диэлектриктерде электр шығынын болдырмайтын поляризация түрлеріне анықтама бер.

11.       Диэлектрик өтімділігі  температурасы 20. Орташа температура коэффициентінің диэлектриктік өтімділігі ТК=-2к Өтімділікті анықта 0 болғанда.

12.       Керамикалық материалдың қоспасы 20 - 80-ға дейін қызады электр өтімділігі 8-60-қа дейін. Кабелді керамикалық материалдың температуралық коэффициенті қаншаға тең.

13.       Бейберекет қоспадан тұратын компазициялық диэектрик екі компаненттен тұрады. Бірінші компаненттің көлемдік құрамы 40%,екінші компаненттікі 60%. Композициялық материалдың диэлектрлік өтімділігін анықтау керек, егер бірінші компанент үшін , ал екінші компанент үшін.

14.       Жазық конденсатордың пластиналарының ауданы 50ммжәне олардың арасы 1мм. Берілген конденсатордың сыйымдылығын табу керек: а) егер арасында ауа болса; ә) егер пластиналар арасында қалыңдығы 0.5мм болған полиэтилен пленкасы орналасқан. Ауа үшін , политэлен үшін.

15.       Пластиналар ауданы 30мм арасы 0.5мм болған жазық конденсатордың сыйымдылығын табу керек. Пластиналар арасының 1/3-і полистиролмен, 2/3 бакелит лагымен толтырылған. Полистирол үшін бакелит лагы үшін .

16.       Екі қабатты диэлектрик айнымалы кернеуге қосылған. Бірінші қабатта кернеу – 3 кВ, ал екінші қабатта кернеу – 9 кВ. Қабаттардың қалыңдықтары сәйкесінше 0.5 және 2 мм-ге тең. Егер екінші қабаттың диэлектрлік өтімділігі 6-ға тең болса, онда бірінші қабаттың диэлектрлік өтімділігін анықтаңыз.

17.       Егер диэлектрикпен қоса берілген конденсатордың сыйымдылығы 135 пФ, пластиналардың обкладканың ауданы 200 см, қалыңдығы 5 мм-ге тең болса, онда кварцтық шынының салыстырмалы диэлектрлік өтімділігін анықтау.

18.       Өлшенген сыйымдылықтары бойынша диэлектриктің диэлектрлік өтімділігін анықтаудың әдісін жазыңыз.

19.       Электроизоляциялық материалдарды сипаттайтын қасиеттерді жазыңыз.

20.       Конденсатор жасауға арналған  диэлектриктің қасиеттерін жазыңыз.

21.       Егер берілген диэлектрикпен  конденсатор сыйымдылығы С=50пФ, ауданы S=80см, фторопластың қалыңдығы h=3 мм-ге тең болса, фторопластың салыстырмалы диэлектрик өтімділігін анықтау керек.

22.       Денені 20-дан 70-ға дейін қыздырғанда, оның сыйымдылығы 100,5пФ-тан 99,6пФ-қа дейін өзгереді. Сыйымдылықтың температуралық коэффициентін анықтау керек.

23.        Диэлектрлік конденсатор цирконий титанаты Т және ультрафарфор керамикалық материалдардың қоспасынан құралған. Қоспаның температуралық коэффициенті  тең болу үшін, бұл бөліктердің қатынасы нешеге тең болу керек? ТКк, ТКк,

24.       Жазық конденсатор пластиналары 50ммтең. Пластиналар арасындағы ара қашықтық 1мм. Пластиналардың арасында ауа бар деп есептеп, конденсатордың сыйымдылығын анықтау керек.

25.       Компазициялық диэлектрик 40% ультрафарфор мен 60% негізгі титанат Ti керамикадан құралған. Егер де ультрафарфордың , ал керамиканың Ti -ге тең болса осы қоспаның салыстырмалы диэлектрик өтімділігін табыңыз.

26.       Аргонның температуралық коэффициенті  -ға тең болса, ал -та диэлектрик өтімділігі , аргонның ғы диэлектрлік өтімділігін анықтау керек.

27.       -да номиналдық сыйымдылығы 0,01 мкФ-ға тең екі заттан жасалған (полистирол-поликарбонат) конденсатордың, температура -дан +-ға дейін өзгерген кезде, сыйымдылығының салыстырмалы өзгеруін есептеу керек.

28.       Комбинирлі диэлектрик поликарбонатты пленкадан, оның қалыңдығы hмкм.,  және де полиэтилентерефталат қабатынан, оның қалыңдығы hмкм.,  тұрады. Осы диэлектрикпен берілген күш конденсаторының сыйымдылығының температуралық коэффициентін есептеу керек:

       а)диэлектрик қабаттары тізбектей қосылған кезде;

       б)диэлектриктің қабаттары параллель қосылған кезде.

Бөлме температурасымен байланысты конденсатордың номиналды сыйымдылығы 0.01мкФ тең.       

29. Полиэтиленнен жасалған тұтас оқшауламасы бар коаксиалды кабельдің ішкі сымының диаметрі 1мм және оқшауламаның сыртқы диаметрі 7мм тең. Бір метр кабельге байланысты  сыйымдылығын (пикофарадта) анықтау керек. Полиэтиленнің диэлектрлік өтімділігі 2,3 тең.

 

       2. 2  Диэлектриктердің электрөткізгіштігі

 

       Электр тізбегіне диэлектригі бар конденсатор қосылған, тізбекті тұйықтағанда уақытысында өзгермейтін кернеудің әсерімен диэлектриктің көлемі мен бетінен ток ағыны өтеді.

 

                                       I=I+I,                                                           (8)

 

       мұнда  Iкөлемдік ток, А;

                     Iбеттік ток, А.

Iток ағыны орнатылған мәніне жақындаған сайын өше бастайды (өйткені поляризациялық процесстер өшеді).

       Қатты изоляциялық материалдарда өткізгіштердің екі түрін ажыратуға болады, олар беттік  және көлемдік өткізгіштер, салыстырмалы бағалау үшін меншіктік көлемдік -және меншікті беттік - кедергілердің мәндері қолданылады.

 

                                                       Rv ,                                                       (9)

                      

мұнда           - кернеу U(В) қосылған кездегі диэлектриктің көлемдік кедергісі, Ом;

S және h - электродтың ауданы, мжәне мысылдың қалыңдығы, м;

                      СИ жүйесіндегі  бірлігінде өлшенеді.

 

                                                 ,                                                          (10)

      

мұндағы       - кернеу U(В) қосылған кездегі диэлектриктің беттік кедергісі, Ом;

                     d – диэлектриктің бетіндегі электродтардың ені, м;

                     l – электродтардың арасындағы ара қашықтығы, м;

                      СИ жүйесіндегі  бірлігінде өлшенеді.

 

       1 Есеп

       Электроизоляциялық шыныдан 30 мм-лік қабырға кубтің екі қарама-қарсы қырына элетрод ретінде металлдан қабырға жабыстырылған. Шынының  , Ом. 2кВ тұрақты кернеу осы кубқа әсер етеді. Осы кубтан өтетін қалыптасқан токтың мөлшерін анықтаңыз.

 

       Шешуі.

        Ом заңы бойынша

      

  I=,

 

 

мұндағы  R – екі параллельді кедергіні түрлендіру заңы бойынша табылған кубтың толық кедергісі:

 

                                                           .

 

(1.9) формуласынан

 

                                           

 

(1.10) формуласынан

                                     

                                          

               

                                                  

 

 

   Жауабы: I =1, -8 А.

 

           2 Есеп

   Керамикалықконденсатор () 1,7кВ кернеу көзінен зарядталып ажыратылып қойған. 8 минуттан кейін потенциалдар айырмасы 170 В тең болған. Конденсатордың диэлектригің анықтау керек.

 

  Шешуі.

 уақыттан кейін  конденсаторды кернеу тізбегінен ажыратып тастағаннан кейін, конденсатордың электродтарындағы кернеуді былай анықтауға болады.

                                           ,                                                   (11)

 

мұндағы       конденсатор зарядталғанға дейінгі кернеу (), В;

                             - конденсатордың өзінің разрядталу уақытының тұрақтысы, с;

                     -оқшауламаның кедергісі, Ом;

                     С – конденсатордың сыйымдылығы, Ф.

 

                                                                                          (12)

 

Осыдан:  .

 

;         ;   

                                  

 

 

         Жауабы:

 

 

         Есептер. 2 Тақырып

 

1.           -та конденсаторлық керамиканың өткізгіштігі См/см. Егер температуралық коэффициент ТК  тең болса,  өткізгіштігі қандай болады?

2.           Микаленстен жасалған қабырғалары 20 мм кубиктің қарама-қарсы қырына электрод ретінде металлдан қабаттар жабыстырылған. Осы электродтар арқылы кубик электр тізбекпен қосылады. Микаленстің , . 2 кВ тұрақты кернеуге кубикте берілгенде өтетін қалыптасқан токтын мөлшерін анықтаңыз.

3.           Егер 10 кВ  тұрақты кернеуде конденсатор арқылы өтетін токтың шамасы  болса, сол жазық конденсатордың диэлектригін меншікті көлемдік кедергісін анықтау керек. Диэлектриктің қалыңдығы 0,2 мм, әр жақтағы пластиналардың көлемі 25 см (беттік ағынды ескермеңіз).

4.           Сыртқы диаметрі 50 мм, ішкі диаметрі 35 мм,  биіктігі 125 мм, меншікті көлемдік кедергісі  және меншікті беттік кедергісі Ом-ға тең қуыс цилиндр металдық электродтар арасына қысылып қойылды. Электродтарға тұрақты тоrтың 1500 В кернеуі берілді. Цилиндр арқылы өтетін токты және қуаттын шығындарын анықтау керек.

5.           Керамикалық конденсатор () 1,5 кВ кернеу көзінен зарядталған және ажыратылып қойылған. 10 минуттан кейін потенциалдар айырмасы 150 В тең болған. Конденсатор диэлектригін анықтау керек.

6.           Жазық конденсатор диэлектригінің сипаттамалары мынадай: Ом;  Конденсатор  обкладкаларының өлшемі , диэлектриктің қалындығы 25 мм, 5 кВ тұрақты кернеудегі ток ағынының шамасын анықтау керек.

7.           Жазық конденсатор диэлектригінің меншікті көлемдік кедергісі   және оқшауламаның толық кедергісі Ом-ға тең. Диэлектрик кедергісінің беті 3 мм тең. Электроды бар кедергісінің беті ,ал диэлектриктің қалыңдығы 3 мм-ге тең. Меншікті беттің кедергісінің шамасын  және конденсатордың беттік ток ағыны өтетін диэлектриктің беттерін көрсетіңіз.

8.           Конденсатордың жазық бетінде вазелин арқылы алюминдік фольгадан жасалған екі паралель сызықтар жабыстырылған. Диэлектриктің кедергісін анықтау керек, егер оның меншікті кедергісі Ом, сызықтардың ара қашықтығы 2 см, ұзындығы 5 см. Электродтардың өлшемі және беттік кедергілерінің өлшеуінің принциптік сұлбасының  суретін көрсет.

9.           Жиілік 1 МГц болса полистиролдың  параметрлері мынаған тең:  Айнымалы кернеу көзіндегі полистиролдың меншікті кедергісін анықта. Не үшін -түсіндіріңіз.

10.       Егер конденсатор обкладкаларының ауданы  диэлектриктің қалыңдығы  және оның меншіктік көлемдік кедергісі  тең болса, ,600 В тұрақты кернеу берілген жазық конденсатордың ток ағынын есептеу керек.

11.       Эбониттен жасалған кубтың екі қарама-қарсы қырының ауданы 5 қабырғаларына металдан жұмыс атқаратын электродтардың қабаттары жапсырылған. Осы металдық қабаттар арқылы куб электр тізбегіне қосылады. Егер осы эбонит үшін, кернеу тұрақты 200 В болса, куб арқылы тесу ток ағынын және қуаттың шығындарын анықтау керек.

12.       Қатты диэлектриктердің меншікті көлемдік кедергілерін өлшеген кездегі, қорғаныс сақинаның мәні қандай?

13.       Берілген кернеу 3кВ, ал өлшенген көлемдік токтың мөлшері А. Осы жазық конденсатордың диэлектригінің көлемдік кедергісін есептеу керек.

14.       Берілген кернеу 2кВ, ал өлшенген беттік токтың мөлшері А. Осы жазық конденсатордың диэлектригінің беттік кедергісін есептеу керек.

15.       Куб қабырғасымен 15 мм диэлектрик арқылы өтетін, көлемдік тығыздығының кедергісі және аудандық тығыздығының кедергісі  екі қарама-қарсы шекарасы бар. Осы электродтың тұрақты кернеу U=2000 В. Куб арқылы өтетін жоғарғы токты табу керек.

 

          2.3 Диэлектрлік шығындар

 

  Диэлектрлік шығындар – диэлектрикке электр өрісі әсер еткен кезде диэлектриктердегі қуаттың сейілу соның нәтижесінде диэлектриктің қызуына алып келетін қуат.

  Электр тізбегіндегі реалды диэлектрикте ток пен кернеу фазаларының арасындағы ығысу бұрышы және тан кіші бұрышына тең болады. Ығысу бұрышы ді  толықтыратын бұрышты, диэлектрлік шығындар бұрышы деп атаймыз. Диэлектриктерді салыстыру үшін  салыстырмалы сипаттамасы қолданылады, ол актив токтардың реактив токтардың қатынастарына тең

 

                                                 tgd = .                                                     (13)

 

актив қуаттардың шығындары пропорционалды - Р, Вт, қуатты осы формуламен анықтауға болады.

 

                                                    ,                                           (14)

 

 

  мұндағы     U -Берілген кернеу,В;

                     бұрыштық жиілік, с;

                     өріс жиілігі, Гц;

                     C - диэлектриктің сыйымдылығы, Ф.

       Берілген диэлектрикпен конденсатордың орынбасу сұлбасын  2 және 3 суреттерге сәйкес тізбектей немесе параллель активті кедергімен қосылған идеалды конденсатор деп келтіруге болады.

 

 

 

2 сурет- Тізбектей орынбасу сұлбасы

 

 

 

3 сурет- Параллельді орынбасу сұлбасы

 

Схеманың параметрлері арқылы осы схемаларға байланысты

 

                                                         ,                                             (15)

 

                                          .                                          (16)

 

 

       1 Есеп

       Керамикалық конденсатор f=50000 Гц жиілігінде жұмыс істейді. Өріс кернеулігінің әсер етуі В/м. Керамиканың сипаттамалары ,  Осы керамикалық конденсатордың меншікті қуат шығындарын есептеу керек.

       Шешуі.

       Меншікті диэлектрик шығындарының өрнегі, яғни диэлектриктің бірлік көлеміндегі қуаттың сейілуі мына формуламен анықталады

 

                                       ,                                         (17)

 

яғни:

 

                                          .

 

Жауабы:

 

2 Есеп

Жазық конденсаторда электродтардың ауданы 80 см, арасындағы арақашықтығы 1 мм тең. 3000 В кернеудегі, 50 Гц және 50 кГц жиілігіндегі конденсаторда диэлектрлік шығындардың шамасын табу керек. Конденсатордың диэлектригі - слюда: , 50 Гц жиілігінде , ал 50 кГц жиілігінде тең.

 

Шешуі.

Конденсатордың сыйымдылығы

                                

                               

                 

 

        

Жауабы: ,

 

 

Есептер. 3 Тақырып

 

1.           Жазық конденсатордың диэлектригі параллельді орынбасу сұлбасымен берілген. Егер С=100 пФ, R=7,96*109 Ом,  Гц болса, осы сұлбаға  байланысты  анықтау керек.

2.           Диэлектригі Т-150 типті материал болатын керамикалық конденсатордың сыйымдылығы Ф. Кернеуі 3000 В, , жиіліктері 50 Гц және 50 кГц болғанда осы конденсатордың диэлектрлік шығынын анықтау керек.

3.           Радиотехникада қолданылатын (диэлектригі - ауа) әсер етуші кернеулігі Е=10 В/см, , 1 МГц  жиіліктс жұмыс істейтін айнымалы сыйымдылық конденсаторының меншікті шығынын Р табу керек.

4.           100 В кернеуге қосылған жиілігі 10 МГц, сыйымдылығы 100 пФ кондснсатор арқылы ток журеді. Активтік сыйымдылық токтарды және құраушыларын, диэлектриктің  параллель алмастыру схемасының  актив кедергісін және сапалығьін есептеу керек.

5.           Капронды лакотканың   және  анықтау керек. Капронның шайыр мен көлемдік қатынасы 2:1. Капронның , шайырдың  тең. Капроннын диэлекрлік өтімділігі , шайырдың диэлектрлік өтімділігі  тең.

6.           25 МГц жиілігіндегі айнымалы және тұрақты токта полиэтиленнен жасалған ұзындығы коаксиалды кабельдің 1 км оқшауламасының диэлектрлік шығындарын анықтаңыз. Өткізгіш сымның диаметрі м, оқшауламаның қалыңдығы м тең. Осы жиілікте мәні , ал полиэтиленнің диэлектрлік өтімділігі ; жұмыс кернеуі 3 кВ, тең.

7.           Жазық конденсатордың келесіндей сипаттамалары бар: ,, . Конденсатор обкладкаларының өлшемдері , диэлектриктің қалындығы 0,01 м тең. Анықтаңыз: а) тұрақты  3кВ кернеудегі конденсатордың диэлектригінде  ток ағынын шамасын  және сейілу қуатын, б) айнымалы 3 кВ кернеуде, 50 Гц және 50 кГц электр өрісінің жиілігінде конденсатордың диэлектригінде сейілу куатын. Беттік ағынын есептеусіз. Диэлектриктің сипаттамалары жиіліктен тәуелсіз деп алыңыз.

8.           Екі қабатты диэлектрик электродтардың арасына орналыстырылған. Осы электродтарға 14 кВ кернеу берілген. 4-суретте орынбасу схемасын колданып, жиілікті 0-дан -ке дейін өзгерте отырып, жиілікке тәуелді  өзгеруін табу керек.

 

 

  4 сурет- Екі кабатты диэлектриктің орынбасу сұлбасы

 

 Өріс қабаттарға перпендикуляр бағытталған.  максимум болған кездегі критикалық жиілікті анықтау керек.

Диэлектриктің сипаттамалары:        тең.

 9. Екі қабатты диэлектрик электродтардың арасына орналыстырылған. Осы электродтарға 14 кВ кернеу берілген. 5-суретте орынбасу схемасын қолданып. жиілікті 0-дан -ке дейін өзгерте отырып, жиілікке тәуелді  өзгеруін табу керек.

5 сурет- Екі қабатты диэлектриктің орынбасу сұлбасы

 

Өріс қабаттар бойымен бағытталған. максимум болған кездегі критикалық жиілікті аныктау керек.

Диэлектриктін сипаттамалары:      тең.

10. Эквивалентті схемалардың параметрлері арқылы диэлектрлік шығындардың тангенс бұрышы қалай сипатталады?

11. Суретте көрсетілген эквивалентті алмастыру схемасы үшін техникалық жиілікте диэлектрлік шығын бұрышының тангенсін анықтау керек. Схема параметрлері

 

 

6 сурет- Диэлектриктің тізбектей орынбасу сұлбасы

 

12. Суретте көрсетілген эквивалентті параллель алмастыру сұлбасы үшін техникалық жиілікте диэлектрлік шығын бұрышының тангенсін анықтау керек. Сұлба параметрлері

7 сурет- Диэлектриктің параллель орынбасу сұлбасы

 

       13. Айнымалы кернеуде диэлектрлік шығындары бар конденсаторға, электрлік кернеу U мен I токты берген кезде, олардын арасындағы қатынасын көрсететін векторлык диаграммасын тұрғызыңыз. Одан кейін сол конденсатордың эквивалентік орынбасу сұлбасын сызыңыз.

         14. 100 пФ сыйымдылығы бар керамикалық конденсатордың оқшауламасының кедергісін өлшеген кезде, , ал f=1 МГц жиілігіндс өлшегенде  мәндерін алдық. 1 МГц жиілігіндегі эквиваленті параллельді кедергіні есептеп, R кедергінің мәнімен салыстырыңыз.

         15. Жазық конденсатордың диэлектригі титан - цирконий Т-20 керамикасымен берілген. Оның мынандай сипаттамалары бар: тең. Жазық конденсатор 50 МГц жиілігінде 1000 В кернеуіне қосылған. Диэлектриктің тізбектей орынбасу схемасын және кернеу мен токтың активті және реактивті құраушыларын, кедергілердің, сыйымдылықтарын санап, векторлық диаграммасын сызыңыз. Диэлектриктің қалындығы 50 мкм және электродтың ауданы 25 см2 тең.

         16. Әр түрлі диэлектриктердің (сұйық, қатты, газ) диэлектрлік шығындардың тангенс бұрышының мәні қандай болады?

 

 

2.4 Диэлектриктердің тесілуі

 

Тесу құбылысы - бұл электр өрісінің әсерімен диэлектрикте өткізу каналының пайда болу құбылысы.

Бұл құбылыс тесу кернеуімен -  және электр беріктігімен - сипатталады. Диэлектриктің тесуіне алып келетін берілген минимал кернеу, тесу кернеу -  деп аталады.

Электр беріктік былай анықталады

 

                                              ,                                                   (18)

 

мұндағы һ - диэлектриктің қалыңдығы, м.

ІІрактикалық есептеулерде қолданатын  ыңғайлы өлшем бірлігі кВ/мм: 1кВ/мм=10В/м.

Газ, сұйық және қатты диэлектриктердің электр беріктігіне әр түрлі факторлар әсер етеді: энергия көзінің түрі, электродтардың материалы мен формасы, температура, қысым, ылғалдық, өрістің жиілігі және т.б. Электр беріктікті есептеген кезде, [1,2| берілген мағыналарға сәйкес, осы факторларды ескеру керек.

 

1 Есеп

Бірқалыпты электр өрісін құрастыратын жазық металлдық электродтардың арасындағы ара - қашықтығы  тең. Электродтардың арасында ауа бар. Электрод аралықтарының арасында тесілу болу үшін электродтарға қандай кернеу беру керек екендігін анықтаңыз. Ауаның электр беріктігі  тең.

Шешуі.

(18) формуладан бірқалыпты электр өрісінде

                                       

                                        .

Жауабы:

 

2 Есеп

Бірталсымды кабельдің сымыньң диаметрі 0,9 см және белдеулік оқшауламаның қалыңдығы h=11 мм тең. Оқшауламаның тесу кернеулігі 80кВ/мм.

Шешуі.

Бірталсымды кабельді цилиндрлік конденсатор ретінде алуға болады, ол үшін электр өрісінің берілген кернеу мен кернеуліктің арасындағы байланыс төменде келтірілген формуладан анықталады [2]

                                         ,                                                       (19)

мұндағы       электродтың ішкі радиусы (осы есеп үшін сымның радиусы, см);

                     электродтың сырткы радиусы.

Оқшауламаның берілген қалыңдығы һ бойынша электродтың сыртқы радиусын анықтауға болады

 

                                        r2=r1+h.

 

 

(19) формуладан тесу кернеу

 

 

 

Жауабы: .

 

 

Есептер. 4 Тақырып

 

         1. Оқшауламасы ауа болатын жазық конденсатордың сыйымдылығы 100 пФ, зарядталған 2 кВ дейін. 500 см ауданы бар электродтардың арасындағы электр өрісінің кернеулігін анықтаңыз.

2.     Сыйымдылығы 200 пФ конденсатор 3 кВ-қа   дейін   зарядталса,   сол

конденсатордың диэлектригінде электр өрісінің кернеулігі неге тең. Конденсатордың    диэлектригі    -    слюда ,    астарының ауданы 500 см.

          3. Миканит 25 мкм қалыңдығы 10 қабат слюдадан және 5 мкм 9 қабат лактан тұрады. 50 Гц жиілігінде миканиттің тесу кернеуін анықтаңыз. Слюланың диэлектрлік өтімділігі , лактың  тең. Слюданың электр беріктігі - 75 кВ/мм, лактың - 50 кВ/мм тең.

4.     Екі композициядан яғни ауа мен фарфордан  тұратын   диэлектриктің

электр беріктік қасиетін жоғалтуды анықтау (Uпр-ны). Ауа қабатының қалындығы 0,1 мм, фарфордыкі 5 мм. Фарфор үшін . Екі диэлектрикте жазық формалы болып келген.

5.     Мына берілген факторлар Uпр-ға қалай әсер етеді: .

а)    берілген заттың қалындығы;

б)    электродтардың аудандары;

в)    энергия көзінің түрлері (~,--);

г)    электродтардың формалары ();

д)    температура, дымқылдық және механикалық кернеуі.

6.     Мына берілген факторлар электроқшаулаушы майдың Uпр қалай әсер етеді:

а)    Р - қысымы;

б)    Т - температура;

в)    Г - жиілік;

г)    майдың тазалығы;

д)    электродтардың формалары мен материалдары.

7.     Егер ток көздерінің арасындағы потенциалдар айырмасы 600 В

болса, 0,4 мм аумақ ұзындығында электр өрісінің орташа кернеулігін анықтаныз.

8.     Жерден оқшауланған   конденсатор электродтарының потенциалдары

±2000В тең. Конденсатор шықпалары (выводы) арасындағы әсер етуші кернеуді табыңыз.

9.     Ауада    сыйымдылығы    20нФ    жеке   сфера   30 кВ   кернеуге дейін

зарядталған. Егер сфераның радиусы 20 см болса, онда сфераның бетіндегі электр өрісінің кернеулігін анықтаңыз.

10. Егер    оқшауламаның   тесу   кернеулігі 300 кВ/см, сымның диаметрі

15,3мм  және оқшауламаның қалыңдығы 10 мм тең болса, онда бірталсымды кабель оқшауламасының тесу кернеуін анықтаңыз.

11. Шарт бойынша бірқалыпты емес өрісте сынау кезінде қалындығы 0.8

мм бар электркартон 3,5 кВ кернеуде тесіледі. Егер электркартонның қалындығы 1,5мм болса, онда электркартонның тесілу кернеуін табыңыз.

12.   Цилиндрлі   бакелит    оқшаулатқыштың    жылулық тесілу кернеуін

анықтаңыз.

Ток өткізу оқтаушаның радиусы 2 см, оқшаулатқыштың оқшауламасының сыртқы радиусы 3 см, f=30 Гц, tg=0,045, шығындардың өсу коэффициенті 0,045, меншікті жылу өткізгіштігі , электродтардан ауаға жылу берілісінің коэффициенті  тең.

13.  Егер электродтардың   ара қашықтығын   1см-ден 0,01см-ге өзгертсе,

нормаль қысымында ауаның электр беріктігі қалай өзгереді?

14.  Қалыңдығы 0,12 мм болған конденсатор майы қабыршағының 50Гц

жиілікте электр беріктігі 60 кВ/мм. Қалыпты ыдыста электродтар арасы 2,5мм болғанда неліктен конденсатор майының электр беріктігі қабыршыққа қарағанда аз болатындығын (30 кВ/мм) түсіндіру керек.

15.    Температурасы 20°С және қысымы 760 мм сынап бағасы болғанда

трансформатор майының электр беріктігі ауаға қарағанда 7 есе үлкен. Берілген шарттарда майдың және ауаның электр беріктігін анықтаңыз. Майдьң электр беріктігіне теңесу үшін ауа қандай қысымда болу керек?

          16. Қағаз конденсаторын дайындау үшін КОН маркасына жататын конденсатор қағазын конденсатор майымен майлайды. Майлағанда қағаз конденсатордың Епр қалай өзгереді.

         17. Майламаған конденсатор қағазының және конденсатор майының электр беріктері 35 және 20 кВ/мм тең. Қағазды маймен майлағаннан кейін оның беріктігі 50 кВ/мм дейін өседі, яғни майланбаған қағазбен майдың электр беріктіктеріне қарағанда үлкен болады. Осыны түсіндіріңіз. Беріктіктің қоры К=5 тең деп алып, қағазды конденсатордың жұмыс кернеуін - U және кернеулігін Е есептеңіз. Оқшауламаның қалыңдығы 60 мкм тең.

          18. Бірқалыпты электр өрісін құрастыратын жазық металлдық электродтардың арасындағы ара - қашықтығы м тең. Электродтардың арасында ауа бар. Электродтардың арасында тесілу болу үшін электродтарға қандай кернеу беру керек екендігін анықтаңыз. Ауаның электр беріктігі  тең.

         19. 40 кВ кернеулі бірталсымды кабельдің жерлестірілген қорғасын қабықшасының радиусы  м тең. -дан м-ге дейін радиусты тұрақты өзгерткенде, ток өткізетін талсымның бетіндегі электр өрісінің кернеулігінің өзгеруін анықтаңыз.

         20. 10 мм текстолит пластинасы үшін тесу кернеуінін шамасын анықтаңыз Материалдың сипаттамалары: диэлектрлік өтімділігі=5, 20°С – да =0,05, ал 50°С - да =0,1, меншікті жылу өткізгіштік тең. Жұмыс температурасы +40°С, жиілігі 50 Гц тең.

 

Ескерту: есептеуді В. Фоктың теориясы бойынша жүргізіңіз [1] с параметрін анықтағанда, электродтар өте жұка деп есептеңіз, яғни 0 тең. Жылу берілістің коэффициентін  деп алыңыз. (с) функциясының графигі берілген [1].

 

2.4       Диэлектриктің электрлік емес қасиеттері

 

  Оқшауламаның жұмыс істеу сенімділігі тек қана электрлік қасиеттерімен ғана емес, сонымен қатар физико-механикалық және жылулық қасиеттерімен сипатталады.

Материалдарды таңдағанда жұмыстың шарттарына байланысты барлық осы қасиеттер негізгі болып қалуы мүмкін. Мысалы, алыс қашықтыққа электр тоғын беретін желі үшін оқшаулатқышты таңдағанда негізгі қасиеті оқшаулатқыш материалдың механикалық беріктігі, ал электрлік машиналарға оқшауламаны таңдағанда ең негізгі қасиеті оқшауламаның жылу төзімділігі болады. Бірақ барлық кезде, оқшауламаның электрлік сипаттамалары қанағаттандырылған болуы керек.

 

1 Есеп

"А" тобының лакпен сіңген мақта-матадан жасалған оқшауламасы 20 жыл жұмыс істеу мерзімі үшін рұқсат етілген (допустимая) температурасы  тең. Егер оқшаулама  температурасында эксплуатацияланатын болса, жұмыс істсу мерзімі қалай өзгереді?

Шешуі.

Оқшауламаның жұмыс істеу мерзімінің ұзақтығының өрнегі

 

                                           ,                                                        (20)

 

мұндағы       А - оқшауламаның берілген тұрақтысы;

       а - эмпириялық коэффициент;

       - оқшауламаның жұмыс істейтін температурасы.

Жұмыс температурасын 8°С көтергенде, оқшауламаның жұмыс істеу мерзімі екі есе кішірейетіндігі эксперименталды сынау бойынша анықталған.

Оқшауламаның салыстырмалы жұмыс мерзімі

 

                     ,                                         (21)

мұндағы  - рұксат етілген температурада оқшауламаның жұмыс істеу мерзімі.

Берілген жағдайда оқшауламаның салыстырмалы жұмыс істеуінің мерзімі

 

                    

 

мүндағы а =0,088 - лакпен сіңірілген оқшаулама үшін.

Сол себептен, эксплуатациялық температураны  көтерген кезде, оқшауламаның берілген жұмыс істеу мерзімі мынаған тең болады:

ж.

Жауабы: оқшауламаның жұмыс істеу уақыты 8,2 жылға тең болады.

 

 

2 Есеп

20°С температурасында кварц шынының динамикалық тұтқырлығы , ал ауаның тұтқырлығы - 0,0181 сП тең. Шынының тұтқырлығы неше есе ауаның тұтқырлығынан көп?

Шешуі.

Динамикалық тұтқырлық СИ жүйесінде  (), ал СГС жүйесінде Пуазда (П) өлшенеді: 1 —10П.

Сондықтан СИ жүйесінде ауаның динамикалық тұтқырлығы

 

 

Шынының тұтқырлығы ауаның тұтқырлығынан

 

 есе көп.

 

Жауабы: шынының түтқырлығы ауаның түтқырлығынан  есе көп.

 

 

Есептер. 5 Тақырып

 

1. Электротехникада қолданылатын иірілу жіптің номері қалай анықталады?

2.  Материалдың қаттылығы қалай анықталады?

3. Термиалық кенеюі дегеніміз не?

4. Өсімдік майының кебу процессінен лактардың кебу процессінің айырмашылығы неде?

5. Материалдың ескіруі дегеніміз не?

6. Кабель майының динамикалық тұтқырлығы 40 сП, ал тығыздығы =0,86г/см тең. СИ м2/с өлшем бірлігіндегі майдың кинематикалық тұтқырлығын анықтаңыз.

7. Екі тіректе еркін жатқан ұзындығы 1 м болат аралық берілген. Оның қимасы тікбұрышты b=4 см, һ=6 см тең. Материалдың ағу шегі =3000 кг/см2 беріктік қоры k=15 тең. Болат арқалықты майыстыратын Р күшінің шамасын анықтау керек.

8. Оқтаушаның бастапқы ұзындығы 1=250 мм, ал ұзарғаннан кейінгі ұзындығы l=50,5 мм - ге тең болса, егер соның салыстырмалы ұзаруьн анықтаңыз.

9. Диаметрі d=2 мм дөңгелек октауша Р=800 кг күшімен созғаннан кейін, 1-0,5 мм абсолюттік ұзаруға тең болады. Материалдың Е қатаңдығын анықтау керек.

10. ЗОООК температурсында мырыштың меншікті жылу сыйымдылығын есептеңіз.

  11. температурасында мырыштың меншікті жылу сыйымдылығы

қандай?

  12.  Тығыздығы 1,41 болатын күкірт қышқылының коспасы берілген.

Тығыздығы 1,22 болатын 5 л электролит дайындау үшін, күкірт қышқылының қоспасы мен тазартылған суы канша болуы керек?

13. Тығыздығы 1,274 болатын 10 электролит дайындау үшін тығыздығы 1,84 тең қанша күкірт қышқылын алу керек.

14. 250С температурасында полиметилсилоксанды сұйыұтың кинематикалық тұтқырлығы V=0,65 сСт, ал тығыздығы =0,76 г/   тең. Берілген сұйықтың  абсолюттік (динамикалык) тұтқырлығын есептеңіз. Есептеу СИ жүйесінде (Нс/м2) жүргізіледі.

15. Қызу төзімділігінің тобы Ғ тобына сәйкес органикалык оқшаулама ұзақ жұмыс температурасында қолданылған. Егер оқшауламаньң нормальді жұмыс істеуі 60 жылға тең болса, оқшауламаның жұмыс уақытын есептеңіз.

Ескерту: органикалық оқшауламаның қызу төзімділік тобын температурасын 10 градусқа кобейтсе жұмыс істеу уақыты екі есе қысқартылады.

16. С органикалык емес шынылардың динамикалық тұтқырлығы  Нс/м2, ал ауаның тұтқырлығы 0,0181 сП тең. Шынылардың тұтқырлығы неше есе ауаның тұтқырлығынан көп?

17. Тропикалық шарттарында материалдарға әсер етуі қандай?

18. Диэлектриктердің ауа төзімділігін бағалауда негізгі критериялары қандай?

19. Қызу тқзімділігінің топтарын құрастырғанда, негізіне қандай мәліметтер енгізілді?

20. Қандай полимерлерде жоғарғы радиациялық төзімділігі бар?

 

             2.5   Диэлектрлік материалдар

          Осы топқа конденсаторда электрлік сыйымдылықты жасау үшін диэлектрик ретінде қолданылатын электризоляциялық материалдар, сонымен қатар басқару қасиеттері бар активті диэлектриктер жатады.

Агрегатты күйі бойынша, оларды газ күйіндегі қаттьі және сұйық; ерекше тобы - каттыланатын; химиялық табиғаты бойынша – органикалық, неорганикалық және элементті органикалық деп бөлуге болады. Әр түрлі оқшауламалық материалдарды оқыған кезде, оларды өз тобына жіктей білу қажет (агрегаттық күйі, химиялық табиғаты, поляризация күйі бойынша), электротехникалық ондірісте жасау әдістері және қолдану әдісін білу керек. Оның сандық сипаттамаларын анықтау үшін керекті әдебиеттер тізімін қолдану керек.

 

    Есептер. 6 Тақырып

 

       1. Конденсатор жасауға арналған диэлектриктің қасиеттерін сипаттаңыз.

         2. Электроизоляциялық материалдарға жатқызатын, материалдардың  қасиетін сипаттаңыз.

3.     Электр беріктігі төмен газдарға қандай газ түріндегі диэлектриктер жатады?

4.     Қандай химиялық элементтердің жартылай өткізгіштік қасиеті бар? Олар қай жерде қолданылады?

         5. Қатты органикалық және неорганикалық оқшауламаның артықшылығы мен кемшіліктерін сипаттаңыз.

6.     Электровакуумдық техникада қолданылатын шынының сызықты

ұзаруының температуралық коэффициенті ТК1=5,3 тең. Төменде келтірілген өткізгіштердің қайсысымен бірге қолдануға болады:

а)  сынап ТК1=61;

б)  молибден ТК1=5,1;

в)  вольфрам ТК1=4,4.

7.     Электротехникалық лабораторияда эксплуатацияда тұрған

трансформатор майын сынаудан өткізген кезде, келесіндей сипаттамалар алынды: 20°С-да ν=17,9мм2/с; қышқылдық саны 0,09 гКОН/кг; ТЛАИету=+139°С; ТҚАТУ=-51°С; tgδ=0,0028, электрлік беріктік ЕПР 2,5=28кВ/мм тең. Осы майды келесі эксплуатацияларға қолдануға бола ма? Егер болатын болса, кернеудің қай классына? Егер болмаса қандай шараларды қолдану қажет? Трансформаторлық майдың ескіруіне қарсы қандай шараларды қолданады?

8.     Темірде тұтас оксидті қабықша Ғе203 бола ма? Көлемдік оксидті

коэффициентін анықтайтын мәліметтер: М=159,68, тығыздық Ғе - ρ=7,78 Мг/м3, оксидтің тығыздығы  -18,4 Мг/м3, ал атомдық массасы А=55,84 тең.

9.     Термопластикалык полимерлердің термореактивті полимерлерден

айырмашылығы қандай?

10.   Целлюлозаның химиялық формуласын келтіріңіз және

целлюлозаның құрамына кіретін қандай атомдық топтар оған полярлықты беретінін түсіндіріңіз. Мысалы ретінде, диэлектриктер болатын целлюлозаның жәй және күрделі эфирлерін келтіріңіз.

11.   Трансформаторлык майдың ЕНР, , рб, р жазыңыз.

 Грансформаторлык  майдьң артыкшылыктарымен кемшіліктері қандай және оны қандай бөлмелерде колдануға болмайды, неліктен?

12. Электротехникалык фарфор жасау үшін оның компонентерінің

 химиялык күрамын көрсетіңіз. Үлкен жиілікте фарфордың сарамсыз жасайтын  үлкен мәнін кай компоненттері көрсетеді?

  13.   Актив диэлектриктердің пайдалану мүмкіншілігі кандай?

14  .Сызықты және сызықты емес диэлектриктердің осцилограф көмегімен Q=f(U) тәуелділігі түсірілген, мұндағы Q және U – жазық конденсаторыдың берілген диэлектригінің электродтарындағы заряд пен кернеуі. Сызықты және сызықты емес диэлектриктердің тәуелділігін сызыңыз.

         15. Үлкен қуатты электрлік машиналарда салқыгдату ортасы ретінде сутекті таңдауы немен түсіндіріледі?

         16. Слюданың қасиеті мен кұрылысы  қандай?

         17. Ауаның ылғалдылығын көтергенде,шынының меншікті беттік өтімділігі қалай өзгереді?

18. Беттік разрядтар пайда болатын ықтимал конструкцияларында

 қандай пластмассаларды қолдануға болады?

19. Гетинакстың маркаларын айі айтып беріңіз.  Олардың негізгі

сипаттамаларын және қолдану ортасын көрсетіңіз.

20.  Коллекторлы   миканит    қалай     белгіленеді (маркируется)?

21.    Фтороорганикалық        электризоляциялық           материялдардың

сипатамаларын беріңіз.

22. Лактың компаундтан айырмашылығы қандай? Олар қалай

топтасады? Электризоляциялық техникасының қай саласында қолданылады?

23. Электризоляциялык қағаз бен картонның әр түрлі түрлерінің 

касиеттерін және электризоляциялық техникасында қолдану саласын жазыңыз.

24. Электризоляциялық материалдар химиялық құрылысы және  

қолдануы қалай топқа жіктеледі?

25. Қандай материалдар керамикалық деп аталады? Электризоляциялық

керамикалық материалдардың негізгі түрлерін және қолдану саласын көрсетіңіз.

 

2.6  Өткізгіш материалдар

Электротехникада қолданылатын өткізгіш материалдың негізгі түрі электрондық өткізгіштігі бар қатты өткізгіштер. 1түрдегі өткізгіштер – металлдар және оның қоспалары. Өткізгіштердің негізгі сипаттамалары:

-  меншікті кедергісі – ;

-  меншікті еткізгіштігі – ;

-   меншікті кедергінің температуралық коэффициенті -ТК;

-  жылу төзімділігінің коэффициенті - ;

-   термоэлектркозғаушы күші және түйспелі потенциялдар айырмасы;

-    ұзаруындағы беріктігінің шегі және салыстырмалы ұзаруы – 1/1.

[1.2] көрсетілген сипаттамалардың қатынасы, сонымен қатар меншікті кедергілердің, тығыздықтың, термо ЭҚК коэффициенті және басқа шамалардың мәліметттері айтылған (берілген).

            1 Есеп.

          20°С және 80°С температураларында сымның кедергісі 1,75 Ом және 2,19 Ом-ға тең. Кедергінің температуралық коэффициентінің -  орташа мәні неге тең. Ол қандай металлға сәйкес.

 

         Шешуі.

                                                                       ,                                                                       (22)

мұндағы  p-меншікті кедергінің температуралық коэффициенті, к-1;

а l- өткізгіштің сызықты ұзаруының температуралық коэффициенті, к-1;

      Таза металдар үшін   аl<<,     сондықтан 1 ескермеуге болады, шамамен .

 

20°С      және 80°С-ға дейін температуралардың диапазонында кедергінің

орташа  температуралық коэффициенті мынаған тең

 

 

 К-1.

 

[1.2] келтірілген     мәліметтерден     табылған  ТКR мәні алюминийге тең болады.

Жаубы: =0,0042  алюминийге тең болады.

 2 Есеп.

           Алюминий және мыстан 1м сымдарының екі кесіндісі бар, олардың электр кедергілері бірдей. Егер мыс сымының қимасы 16 мм2  тең болса, онда осы сымдардың кесінділерінің қайсысын салмағы аз болады және каншаға аз болатынын анъқтаңыз.

            Шешуі.

            Өткізгіштер мен кедергілердің теңдігінің шарттарымен байланыстырып, алюминий сымның қимасын анықтауға болады:

 

 

  .

 

[1.2] келтірілген мәліметтер бойынша

 

 

 

Алюминий сымының стандарттық қимасы 25.  Салмағын анықтау үшін: мыстың тығыздығы -      алюминийдің тығыздығы - .

Өткізгіштердің салмақтары тең

 

 

Жауабы: алюминий сымы мыс сымынан 2,1 ссе жеңіл.

 

Есептер. 7 Тақырып

1. Алюминий және мыс сымдарының меншікті кедергісі  және 1,72 Омм, тығыздығы 2,7103 және 8,94103 қг/м3 тең. Сонымен қатар алюминий мыстан 10% арзан. Ұзындыктары бірдей осы екі сымның кедергілер қатынасын және бірдей көлденең қимасы кезіндегі салмағының қатынасын анықтаңыз.

2. 8-суретте таллий және никель металлдарының температурасы 0-ге жақын кездегі графигі берілген. Осы металлдардың қайсысы және қай температурада асқын өткізгіштікке ие болады.

8  сурет - Тi және Ni үшін  р= (Т) тәуелділігі

3. Таза мыстың және оның балқымаларының қолдануын және қасиеттерін сипаттаңыз.

4. Алюминий мен оның ерітінділерінің мінездемелерімен қолдану, салаларын көрсетіңіз.

5.  Т1 = 100°С және Т2=400°С болғанда мыс-константан термоқостың термо ЭҚК UТ2-ні  анықтау керек. Uт = UТ1-UТ2,  бұл жерде ЭҚК UТ1 Т0=0°С және Т2=400°С саналады, ал U Т2  Т0=0°С және Т2=100°С саналады.

6.  Т=600°С болғанда мыстың меншікті кедергісі  =0,05 Ом мм2/м. Осы температурада металлдар үшін адал (справедливо) теңдеуді (Кр)/Т= есқеріп, мыстың жылу өткізгіш коэффицентін (К) анықтаңыз. Мұндағы,  L-Лоренц тұрақтысы, ал (2,44 10-8 В2/К2)-қа тең, Т-температурасы Кельвинде есептеледі.

7. Егер екі жактан алюминидің қалындыгы 15 мкм, ал лентаның қалыңдығы 0,15 мм болса 20°С алюминий-никельден жасалынған лентаның меншікті кедергісін аныктау керек.

         8.   Температура 20°С және 100°С болғанда сымның кедергісі 6,10 және 9,03 Ом-ға тең. Бұл металлдың кедергісінің температуралык коэффицентін есептеп, қай металлға қатысты екенін анықтау керек. Осы сымның ұзындығы 1000 метрге тең болғанда, оның қимасы неге тең болады? Температураны өзгерткенде өлшемдерінің өзгеруін есепке алмаймыз.

         9.  Өтімділіктері бірдей мәнге тең қимасы 10 мм2 тең алюминий-мыстан жасалған бақылау кабельдерінің сымдардың өлшемдерін анықтау (қима, диаметр) керек. Мыстың қимасы алюминий -  мыстан жасалған, мыстың қимасы сымның жалпы қимасының 20%-ін кұралған деп алу керек. Алюминий мен мыстың берілгендерін оқулықтан алыңыз.

       10.  Өткізгішті қимасы 6мм2-ге тең алюминийден жасалған сыммен бірдей биметалл (болат-мыс) сымның салмағымен көлемін салыстырыныз. Бұл жерде мыспен болаттың қымасын тең дейміз. Алюминий мен мыстың берілген өлшем бірліктерін оқулықтан алыңдар.

       11.  Мыспен алюминий сымдарының екі қимасының ұзындықтары 1м-ден. Электірлік кедергілері бірдей. Егер мыс сымы қимасы 4мм-ге тең болса қай заттың кыймасының салмағы жеңіл және қаншаға.

       12.  Электрожылытқышты элементтің 220В кернеудегі тұтынушы қуаты 500Вт. Осы элементті дайындауға (жасауға) кететін диаметрі 0,2мм-лік нихром және констаннан сымдардың ұзындығын есептеу керек. Константан жылытқыштың жұмыс температурасы 400°С, ал нихромнан 900°С. Материалдардың сипаттамаларын оқулықтан алыңыз.

       13.  Оқшаулауланбаған мыс сымының ұзындығы 100Ом, қыйма ауданы 16мм2, жұмыс температурасы (-20°С) - мен (160°С), сымдағы тоқтың мөлшері 75А-ге тсң. Осы сымның қуат шығынын аныктау керек.

       14.  Рұқсат етілген тоқ тығыздығы 2 А/мм2 болғанда 250 мА өтетін тоқ үшін сымның диаметрі қандай болу керек.

       15. Орамы мыстан жасалған индуктивті орауыштың сымының қалыңдығы 28мкм күміспен қапталған. Егер сымның кедергісі тек күміс қабатымен анықталса, тоқтың өту тереңдігі δ=a/ тең, мұнда а=0,064, жиілік =0,5 МГц болса, жиіліктің ең кіші мәнін табу керек.

        16.  Диаметрі d=0,3мм-ге тең 77 талсымнан кұрылған копталды сымды диаметрі сондай (тең) біртұтас сымға ауыстырғанда  жиілігінде кедергі неше есе өседі. Тоқтың өту тереңдігі δ=a/ тең, мұнда а=0,064, жиілік =0,5 МГц.

        17. Миливольтметрге қосымша кедергі қосылған кезде дұрыс сым қолданылмаған, яғни константаннан жасалған сым қолданылған. Егер суық дәнекерлеу температурасы -10°С, ал ыстықтікі +50°С болса, онда U=20 мВ кернеуді өлшегенде қандай қателік болады?

       18. Жоғарғы өткізгіштігі бар материалдардың атын атаңыз және олардың қолдану салаларын көрсетіңіз.

19. Жоғарғы едергілері балқымаларды және олардың қолдану салаларын атаңыз.

20. Термопараның көмегімен температураны өлшеу принципі кандай?

       21. Термопараны жасау үшін балқымаларға қандай шарттар қойылады? Термопараның қолдану салалары қандай?

       22. Контактыларды дайындау үшін қандай материалдармен балкымалар қолданылады. Контактылы материалдарға қандай шарттар қойылады?

       23. Қалай және неге металлдық өткізгіштердің меншікті электрлік өтімділігімен меншіктік кедергісі температураға тәуелді болады?

      24. Асқын өткізгіштік деген не? Асқын өткізгіштердің қолдануы. Қандай материалдардың асқын өткізгіштігінің асқын келешегі зор?

      25.  Криоөткізгіштік дегеніміз не? Оны кай жерде қолдануға болады?

      26. Нормальді температурада металлдардың меншікті кедергісі қандай шектерде орналасады?

      27. 100 км ұзындыққа арналған электр берілістің желісі үшін 19 талсымы бар қатырып тартылған мыс сым колданылған. Сымның толық кимасы 300мм2, стандартты электролиттік мыс сым үшін меншікті кедергісі р0 =1,72 Омм тең.Барлық желінің кедергісі неге тең?

       28.   Нихром және 80% Ni никельден және 20% Cr хромнан кұралатын балқыма 20°С           

 =1,03 Oм тең. 20°С-дан 1000°С-ға дейін диапазонында кедергінің температуралық коэффициенті 2,314 К'1 тең. 1000°С меншікті кедергіні анықтаңыз.

       29. Балқытылғын шынылардың және металдардың температуралық коэффициенттердің айырмашылығы қандай?

       30.  35, 50 және 95 қималары бар. 1000м мыстың және алюминий сымдарының өз

арасындағы электрлік кедергілерімен салмағын анықтау керек. Қажет сипаттамаларды оқулықтан алыңыз.

        31. Номинал қимасы 150 мм2 тең болат-алюминий сымы әрқайсының диаметрі 2.5 мм 7 болат және 30 алюминий сымдарынан тұрады. Осы сымның кедерігісі қалай өзгереді, егер температурасын 20°С-дан 100°С-ға дейін көтерсе? Болат-алюминий кедергісінің орташа температуралық коэффициентін есептеңіз. Болат пен алюминийдің мәліметтерін кітаптан алыңыз [1].

2. 7 Жартылай өткізгіш материалдар

Электрлік жартылай өткізгіштердің және өткізгіштердің табиғаты әр түрлі. Жартылай өткігіштердің электрлік өткізгіштігі күшті көрсеткіштерде қоспаларға және сыртқы энергетикалық әсерлесуіне (температурадан, электрлік өрісінен, сәулеленуден т.б.) тәуелді. Электрөткізгіштің 2 типті жартылай өткізгшггің электронды () және кемтік - электронды (р) бар болуы жартылай өткізгіштің  р -  өтуін алуға болады.

Қоспасы жоқ жартылай өткізгіштің өзіндік өткізгіштігі болады, оның шамасы

                                                                                             (2.2)

мұндағы          е - электронның заряды, e=1,61,   Кл;

                       -өзіндік тасымалдаушылардың концентрациясы, 1;

                                    ni = п = р  қоспасыз жартылай өткізгіш үшін;

                                     және кемтіңтердің жылжығыштығы, Вс.

Электронды жартылай өткізгіштің меншікті өткізгіштігі

                                                   

                                                                                                 (2.3)

 

мұндағы           – меншікті қоспалы электр өткізгіштік

 

                                     ,                                                           (2.4)                                          

мұндағы      – донорлы қоспалардың ионзайциясы арқылы пайда болған, еркін     электрондардың концентрациясы, 1/м3.

Кемтікті жартылай өткізгіштің меншікті өткізгіштігі

 

                                                ,                                          (2.5)

мұндағы         

                           – акцепторлық қоспалардың ионизациясы арқылы пайда

                          болған кемтіктердің концентрациясы, 1/м 3.

 

1 Есеп.

Т300°К - де германийдегі донорлы қоспалардың концентрациясы  тен. Меншікті еткізгіштігін табу керек.

 Шешуі.

[8] сәйкес бөлме температурасында германий және кремнийде , өйткені донорлық қоспасы толық ионизацияланған, ал өзіндік электр өткізгіштігі әлсіз және    тең. Бірақ температураны жоғарлатқан сайын   үлкейеді де бір моментте   үлкен болады. Т300°К температурада барлық атомдык қоспалар ионизацияланған деп есептеуге болады, сондықтан

 

 

мұндағы    un=3900 см2/В с   -германий үшін электрондардың жылжығыштығы.

Жауабы:          =0,624 1/.

 

2 Есеп

Мышьякты индий үшін Холл тұрақтысын анықтау керек. Меншікті өткізгіштігі1/Ом×см және өздік тасымалдаушылардың концентрациясы 1/см3,  коэффициенті А=1,2 тең.

           Шешуі.

Көлденең магнит өрісіне орналастырған тоғы бар жартылай өткізгіште, көлденең электр козғаушы күш —  - Холл ЭҚК пайда болады [8]

                                       ,                                                    (26)

мұндағы         l - өткізгіште жүретін ток, А;

В - магнит индукциясы, Тл;                                                                            d - жартылай өткізгіш пластинаның қалыңдығы, м;                                         Rх - Холл коэффициенті,  м3 /К.                    

         Холл коэффициенті жартылай өткізгіш түрлеріне тәуелді, кемтік жартылай өткізгіш үшін оң, ал электрондық жартылай өткізгіш үшін теріс болады. n - типті жартылай өткізгіш үшін

                                    ,                                                      (27)

                                                                                  (5.6)

мұндағы     А - әр түрлі температурада тасымалдаушылардың сейілу механизммен анықталатын коэффициенті;                                                                    n0 - негізгі тасымалдаушылар электрондардың концентрациясы;                 р - типті жартылай өткізгіш үшін.

                                                  ,                                                        (28)

мұндағы         р0 - кемтіктердін концентрациясы.

           γ  берілген болса, Холл коэффициентін былай анықтауға болады

                                     ,                                                       (29)

мүндағы          Un=30000 см2/Вс – электрондардың жылжуығыштығы [3].

Жауабы: =9 см3/К.

Есептер. 8 Тақырып

 

          1. Егер Холл коэффициенті RХ=2,710-4 м3К-1 кремний кристалының меншікті өткізгіштігін анықтаңыз.

         2. n - типті германийдің электрондарының жылжуын анықтаңыз. Меншікті кедергісі ρ=1,610-2 Ом және Холл коэффициенті 7-3м3К-1 тең.

           3. Қай кезде жартылай өтткізгіштің электр өткізгіштігі өзіндік, қай кезде қоспалы болады?

           4. Қандай химиялык элементерде жартылай өткізгіштердің қасиетгері бар? Олар қай жерде қолданылады?

            5. Р- n ауысуының қасиеттері (вентильдік эффект).

            6. Холл эффектісінің мағынасы кандай?

            7. Т=3000К температурада германийдің донорлық қоспаларының

концентрациясы nд=1015  1/см3 тең. γ өткізгіш тігін анықтаңыз.

            8. Егер кемтіктердің қозғалуы Up=10-2 см2/Вс, ал оның меншікті өткізгіштігі γ = 8-10-8 1/Омсм тең болса, жартылай өткізгіштің өзіндік концентрациясын анықтаңыз.

            9. Барлық жартылай өткізгіштердің сонымен қатар, германий мен кремнийдің меншікті кедергілерінің шегін атаңыз.

            10. Егер жартылай өткізгіштердің диодтарымен транзисторлары нормальды жұмыс істесе, қоспалы немесе өзіндік жартылай өткізгіштердің қайсысының өткізгіштігі үлкенірек болады?

            11. 200С температурасындағы электрондардың Un=0,39 м2/Вс, кемтіктерді4 Up=0,19м2/Вс, сонымен қатар өзіндік германийдің тоқ тасушыларының біреуінің концентрациясы 1,581013 1 /см3 берілген. Германийдің өзіндік меншікті кедергісін анықтау керек.

            12. Т=20°С температурада кремнийдің өзіндік меншікті кедергісі 2000 Омм, ал электрондар мен кемтіктердің жылжуғыштығы 0,14 және 0,05 м2/Вс тең. Өзіндік кремнийдің тоқ тасымалдаушыларының концентрациясы қандай?

             13. Химиялық қосылыстар болып келетін жартылай өткізгіштерді атаңыз. Олардың қолдану салалары?

           14. Холлдың сезгіш қондырғыларын (датчик) жасау үшін қандай жартылай өткізгіштер қолданылады?

           15. Жартылай өткізгіштің пластинасының қалыңдығы 1 мм, ұзындығы 5 мм, ені 3 мм, Холл электр козғаушы күші жоғары болу үшін, пластинаны Н - магнит өрісіне қатысты қалай қою керек және тоқты қай бағытта жіберу керек?

           16. Қандай тәжірибелік жолмен жартылай өткізгіштің рұқсат етілмеген аймақтың шамасын анықтайды?

           17. Жартылай еткізгіштің рұксат етілмеген аймақтың шамасы оның жұмыс температурасына қалай әсер етеді?

           18. Бағытталған кристаллизация әдісімен тазалауды өткен германий кесегінің ұшында, меншікті кедергісі 0,5 Омсм тең. Егер электрондардың жылжуғыштығы 0,39 м2/Вс тең болса, қоспаны донорлы деп есептеп, қоспаның концентрациясын есептеңіз.

           19. Аймақтың балқытуын өткен германийдің шекті тазалығы сондай, оның кұрамында тек қана 10-12% қоспасы қалады. 1 см3 германийде қанша атом қоспасы бар екенін аныктаңыз.

            20. 120 гр кремний кристаллының көлемінде бірқалыпты 25,7 мкг фосфор және 38,2 мкг геллий таратылған. Атом қоспалары толық ионизацияланған деп есептеп, меншікті кедергісін анықтаңыз.

           21.Жоғары температурада қоспасы жоқ кремнийде тасымалдаушысының өзіндік концентрациясы  nl=2,5ІО13 1/см3 тең екенін анықталған. Меншікті өткізгішті γ анықтаңыз.

          22. Жартылай өткізгіш тасымалдаушысының өзіндік концентрациясы 106 1/см. Егер тасымалдаушы жылжығыштығы UP=см2/Вс, Un=2 см"/Вс, ол қатынасы np/nn=10 болғанда меншікті өткізгіштікті анықтау керек.

          23. Өзіндік өткізгіштігі бар мышьякты-индий кристаллды n-типті өткізгіштігіне ие болады деп неліктен түсіндіреді?

24.  Еркін зарядтарды тасымалдаушылары бар жартылай

 өткізгіштерінде қандай шарттарында Холл эффектісі байқалмайды?

25. 20°С температурасында РbS кристалының кедергісі 104 Ом - ға тең. Т=+80°С оның кедергісін анықтаңыз.

          26. 300°К температурасында таза германийдің меншікті кедергісі 0,47 Омм тең. Егер тасымалдаушы электрондардың және кемтіктердің жылжымалығы 0,38 және 0,182 м2/Вс тең болса, 3000К температурасында өзіндік тасымалдаушылардың тығыздығын есептеңіз.

           27.   Мышьякты-индийдің меншікті өткізгіштігі γ=4103 1/Омсм және

тасымалдаушының өзіндік концентрациясы пl-21015 1/см3, коэффициенті А=1,2 тең болса, онда Холл тұрақтысын анықтаңыз.

        28. Германийдің кемтіктер саласында кемтіктердің концентрациясы  р=1017 1/см3, ал электрондардың саласында электрондардың концентрациясы n=1015 1/см3 тең. Т=300°К температурада р - n өтуіндегі потенциалдық бөгеуін анықтаңыз.

Ескерту: Берілген германийдің өзіндік тасымалдаушыларының концентрациясы, 2,51013 1/см3 тең.

        29. Қалыпты жағдайда қоспасы жоқ селенделген қорғасынның меншікті өткізгіштігін анықтаңыз.

2.8  Магниттік материалдар

Электротехникада ферромагнитті материалдар және ферримагнетиктер қолданылады

Ферромагнетиктер магнитті жұмсақ, магнитті қатты және ерекше магнитті қасиеттері бар материалдарға бөлінеді. Магнитті жұмсақ және магнитті қатты материалдардың магниттелу процессі бірдей, бірақ сипаттамалардың сандық қатынасы әр түрлі болады. Өндірістік магнитті жұмсақ материалдардың коэрцитивті күші Нс<4 кА/м, ал магнитті қатты материалдар үшін Нс>4 кА/м (800 кА/м дейін). Магнитті материалдардың негізгі сипаттамаларына Нс-дап басқалары да жатады:

μ     - салыстырмалы магнит өтімділігі;

ВНΔС   - қанығу индукциясы, Тл;      

Вг       - қалдық индукциясы, Тл;

ТКЮРИ - Кюри температурасы, 0К.

Аталынып кеткен мәліметтерден баска, магнитті қатты материалдардың сапалығының бағасын анықтаған кезде, осы материалдардың WMAX, Дж/м3 - магниттің сыртқы кеңістікке берілетін максималды меншікті магнит энергиясының параметрі анықталады.

Тұрақты магнитпен берілген магнит тізбектері тұйықталмаған жәні пайдалы (жұмыс) ауа саңылауы болуы керек.

9-суретте магнитті қатты материалдардың қасиеттерін сипаттайтын қисықтар келтірілген. Магнит қанығу индукциясына дейін магниттелген, сыртқы магнит өрісін алып тастағаннан кейін материалдардьң қасиеттері магнитсіздендіргіш қисығымен сипатталады. Магнит ағыны, сонымен қатар, магнит энергиясы оның ішінде тұйықталған күйде болады (сақиналы өзекше ретінде). Полюстардың арасындағы ауа саңылауы бар болса, энергияның бір бөлшегі магнит материалының көлемімен байланыспаған өрісімен байланысты болады. Оның шамасы саңылауының ұзындығына тәуелді. Магниттің полюстерінің магнитсіздену әсерінен ауа саңылауындағы индукция қалдық индукциядан аз болады. Ауа саңылауындағы меншікті энергиясы

 

                                              ,                                               (30)

мұндағы       В - магниттелмеу қисығының өріс кернеулігіне Н,  А/м сәйкес индукция, Тл.

         Егер саңылау өте үлкен болса, онда В=0; Н=Нс; W=0, тұйық магнитте В=ВГ; Н=0; W =0 тең.

Н жоне В кейбір мәндерінде энергия максималды мәнге жетеді

                                                    ,                                                (31)

                          

мұндағы         А - WMAX сәйкес келетін кисықта көрсетілген нүкте.

 

8 сурет - Магнитсіздену кисықтары (1) және ауа саңылауында (2) магнит энергиясы

 

Кейбір жағдайларда ½  көбейтіндісін ескермейді, өйткені (ВН)МАХ  көбейтіндісін магнитті қатты материалдарды сипаттауға қолданады.

1 Есеп.

Бір тікбүрышты гистерезис тұзағы (ППГ) бар қоспа үшін старт өрісі Н0=14 А/м, коэрцитивті күш Нс=12 А/м, ауыстырып қосу коэффициенті Sф=32А мкс/м тең. Ауыстырып қосу уақытын анықтаңыз.

Шешуі.

          ППГ бар магнит материалдар есептеу техникасында өте кең қолданылады. Жазылу әдісінің және мәлімет алуының негізінде, өзекшелерді бір магнит күйден екінші магнит күйіне ауыстырып қосу процессі жатады.

ППГ бар материалдардың (жоғарыда келтірген қасиеттерден басқасы) сипаттамасы тікбүрыштың коэффициенті - Р болып табылады  

                                          .                                                  (32)

Н0 - старттың өрісінің кернеулігі - бір күйден екінші күйге өту үшін, өріс кернеулігнің керекті минималды мәні, мысалы, -Вг  -  ден +Вг - ге дейін; ауыстырып қосу уакыты -  - бұл көрсетілген өтуі (переход) үшін керекті уакыты [3] сәйкес ауыстырып қосу коэффициенті Sф  мынаған тең

                                             ,                                    (33)

мұндағы =4/3Нс - максимал индукцияға сәйкес, кернеулігі.

Бұдан

.

    

Жауабы:    =16мкс.

 

2 Есеп.

Магнитдиэлектрик никельді - мырышты ферриттің НН400 үнтағынан және полистиролдан құрастырылған. Магнит материалдың көлемдік қоспасы =0,4 тең. Егер =40 тең болса, онда магнитдиэлектриктің   және  анықтаңыз.            

Шешуі.

Магнит диэлектриктер байланыстырушы зат- диэлектриктен және толтырушы магнит ұнтақтарынан тұрады. Бұл заттың өткізгіштігі төмен температуралық тұрақтылығы жоғары магниттік және диэлектрлік шығындары аз болғандықтан, кейбір жағдайда магниттік өтімділігі бұдан жоғары ферритердің орнына  қолданылады.

(3) сәйкес магнит диэлектриктердің μ және ε мына өрнектерден анықталады

 

                                 ;                                                          (34)

 

                                ;                                                     (35)

 

                                               ;

 

                                         ,     

мұнда - полистрол үшін.

Жауабы: ; = 7,5.

 

Есептер. 9 Тақырып

        1.  Әр түрлі материалдардың магниттік қасиеттері немен түсіндіріледі?

        2.  Заттың магниттелу процессі немен қорытындыланады?

        3.   Асқын өткізгіштердің асқын өткізгіш күйіндегі магниттік қасиеттері қандай?

        4. Неліктен, магниттік материалдарды циклдық қайта магниттелу кезінде, магниттік шығындар пайда болады? Магниттік шығындардың пайда болу механизмі қандай? Магнит материалдарда магниттік шығынды азайту тәсілдері?

5.  Н=800 А/м тең болған кезде, пермендюрдің магиит өтімділігінің мәнін анықтаңыз. 10 – суретті қолданыңыз.

10 сурет- Пермендюрдің магниттелуінің негізгі қисығы

 

6. Магнитдиэлектрик никельді - мырышты ферриттің НН400 үнтағынан және полистиролдан құрастырылған. Магнит материалдың көлемдік қоспасы =0,4 тең. Егер =40 тең болса, онда магнитдиэлектриктің   және  анықтаңыз.                                                            7. Жоғарғы қасиеттері бар ЮНДК 35Т5 қоспасы үшін, (ВН)МАХ шамаларын анықтаңыз. Кітапта келтірілген суретті қолданыңыз                   

8.  Пермаллойлардың қолдану саласы қандай?                                              9.  Магнитті жүмсак материалдардың қасиеттерін қандай параметрлер анықтайды?

10.  Магнитті қатты материалдардың қасиеттерін қандай параметрлер анықтайды? Магнитті қатты материалдардың жұмысы қандай?

11.  Бір тікбұрышты гистерезис тұзағы (ППГ) бар қоспа үшін старт өрісі Н0=14А/м, коэрцитивті күш Нс=12 А/м, ауыстырып қосу коэффициенті Sф=32Амкс/м тең. Ауыстырып қосу уақытын анықтаңыз.

12.  ЮНДК 25 А қоспасы үшін, (ВН)МАХ  шамасын анықтаңыз. Кітапта келтірілген суретті қолданыңыз.

13.  Электротехникалық болат қалай белгіленеді?

14.СИ жүйесіндегі магнит заттардың сипаттамаларының өлшем бірліктерін көрсетіңіз:

-         магнит өрісінің кернеулігі - Н;

-         магниттік индукция,В;

-         магниттелуі-М;

-         магнит ағыны - Ф; магнит қозғауыш күші - м.к.к., F;

-         индуктивтілік  - L;

-         магнит тұрақтысы - ;

-         магнит кедергісі - Rм.

15.  Ферриттердің түсінігі қандай? Ферриттердің магниттік қасиеттері қандай?

16.  Практикалық қолдануда ферриттердің ерекшеліктері қандай?

17. Сақиналы магнит өткізгіштіктің ауданның қимасы А=1см2, магнит контурдың орташа ұзындығы l=10 см тең. Өзекшеге орамасының саны (число витков) N=100 тең орама оралған, алынған орауыштың индуктивтілігі L тең, осы орауыш бойынша I=lА тең тоқ ағады. Егер өзекше материалының салыстырмалы магнит өтімділігі =2000 тең болса, магнит ағынын анықтаңыз.

18. Ферромагнетиктерді сипаттайтын негізгі түсініктемелерімен құбылыстарды түсіндіріңіз:

-         магниттік канығуы;

-        магнитті домендер және спонтанды магниттелуі;

-        гистерезис;

-         Кюри нүктесі;

-         магнитстрикциясы;

-         магниттік текстурасы.

19. Көрсетілген магнит өтімділіктерінің қысқаша ғана мағынасын түсіндіріңіз:

-        максималды -

-         нормальды -

-        бастапқы -

-        дифференциалды - .

 

20. Индукция В мен кернеулік Н қатынасын анықтайтын қисық сызықты салудың әдісін көрсетіңіз.

            21. Техникалық темірдің  (Н) қыйсығын салыңыз (В(Н) кыйсығын оқулықтан алыңыз) және бастапқы, максималды магнит өтімділіктерін анықтау керек.

22. Болаттың ыстық және суық шынықтырылуның қолданысы, құрылысы, сипаттамасының айырмашылығы неде?

            23. Қандай қоспаларда тікбұрышты гистерезис тұзағы болады. Олардың құрамымен құрылысы қандай?

            24. Магниттік текстуралы балқымаларды алу Технологиясының ерекшелігі қандай?

25. Магнитдиэлектриктер дегеніміз не? Магнитдиэлектриктердің тағамдалуындағы негізгі қасиеттері мен пайдалануы.

26.   Кейінгі уақытта қолданатын металл ферромагнетиктердің магнит индукңиясы мен отімділігінің максималды шегі қандай мөлшерде.

27.  Индуктілік орауыштың тізбектей алмасу сүлбесін сызу. М магнит шығын бұрышының к барлық орауыш бұрышынан қандай айырмашылықта болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Әдебиеттер тізімі

1.  Богородицкий      И.П., Пасынков В.В.,  Тареев       Б.М.                 Электротехнические      материалы. — Л.: Энергоатомиздат, 1985. — 304 с.

2.  Справочник по электротехническим материалам/Под ред. Ю.В. Корицкого. - М.: Энергоатомиздат, 1986-1988. — Т. 1,2,3.

3. Казарновский Д.М., Яманов С.А. Радиотехнические материалы. - М.: Высшая школа, 1972. – 312 с.

4.  Окадзаки К. Пособие по электротехническим материалам. - М.: Энергия, 1979. – 432 с.

5.  Материалы для производства изделий электронной техники. — М.: Высшая школа, 1987. – 247 с.

6.  Бушманов Б.Н., Хромов Ю.А. Физика твердого тела. — М.: Высшая школа, 1971. — 224 с.

7.  Штофа   Я.  Электротехнические материалы в вопросах и ответах. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 199 с.

8.  Электрорадиоматериалы/Под ред.проф     Б.М. Тареева. — М.: Высшая школа, 1978. — ЗЗ6  с.

9.  Бекмагамбетова   К.Х.  Электротехническое материаловедение. Учебное пособие. — А.: Ғылым, 2001. — 257 с.

 

Мазмұны

                    

 

         Кіріспе                                                                                                        3

1         №1 ЕГЖ                                                                                               3

                1.1 №1 ЕГЖ мазмұны                                                                                6

                1.2 №1 ЕГЖ арналған тапсырмалар                                                         6

2         №2 ЕГЖ                                                                                                7 

Әдебиеттер тізімі                                                                                      45