Электротехнические материалы: Методические рекомендации по изучению дисциплины и индивидуальные контрольные задания

2131313

1231231

3213131321312313213

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ И СТАНДАРТОВ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ. МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.П.ГОРЯЧКИНА

Методические рекомендации по изучению дисциплины ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ и индивидуальные контрольные задания для студентов 3-го курса факультета заочного образования МГАУ ( специальности : электрификация и автоматизация сельского хозяйства, электрификация и автоматизация сельскохозяйственного производства – - педагогическое отделение ) Составитель: доцент каф. ЭТСП Кумин В.Д. Рецензент : доцент Козырева В.В. , МГАУ

Методические указания составлены в соответствии с действующей программой курса " Электротехнические материалы ". Методические указания одобрены кафедрой "Электротехнология в СХП" энергетического факультета МГАУ им.В.П.Горячкина.

Введение Увеличение объема сельскохозяйственной продукции и сокращение трудозатрат на ее производство неразрывно связаны с широким комплексным использованием электроэнергии и современного высокопроизводительного автоматизированного технологического оборудования в жизненно важных отраслях сельского хозяйства. Дисциплина " Электротехнические материалы " призвана дать будущему специалисту знание свойств электротехнических материалов и областей их использования. Дисциплина изучается студентами заочного факультета МГАУ самостоятельно. При проработке материала следует руководствоваться советами и рекомендациями, изложенными ниже. После изучения очередного раздела дисциплины необходимо ответить на вопросы для самопроверки. При затруднениях следует обратиться к специалистам - электрикам на производстве или проконсультироваться на кафедре " Электротехнология в СХП " МГАУ. Программа курса предусматривает выполнение контрольной работы в виде реферата на тему, определяемую индивидуальными заданиями, приведёнными в настоящих рекомендациях.

2131313

123213123123123

123123123123123

2131313

1231231

3213131321312313213

Выполненную контрольную работу объемом 10...12 страниц рукописного текста ( ученическая тетрадь ) необходимо выслать не позже чем за два месяца до сессии на кафедру "Электротехнология в СХП" МГАУ для проверки. В случае возврата незачтённой работы следует разобраться в замечаниях преподавателя, внести в нее необходимые исправления и вновь отправить ее для проверки. В период сессии студенты прослушают лекции и выполнят лабораторнопрактические работы. Изучение дисциплины завершается сдачей зачёта. Рекомендуемая литература. 1. Богородицкий М.П. и др. Электротехнические материалы. - Л. :Энергоатомиздат,1985. 2. Казарновский Д.М., Тареев Б.М. Испытание электроизоляционных материалов и изделий. – Л. : Энергия,1980. 3. Корицкий Ю.В. Электротехнические материалы. - М. : Энергия,1989 4. Никулин Н.В. Электроматериаловедение. - М. : Высшая школа,1989. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ 1. Классификация электротехнических материалов. Раздел посвящен изучению электрических, физико - химических, механических свойств материалов, широко применяемых как при изготовлении электротехнических аппаратов и устройств, так и при их монтаже, эксплуатации, ремонте в условиях сельскохозяйственного производства. Изучение раздела следует начать с усвоения классификации, разделяющей электротехнические материалы на проводники, изоляторы ( диэлектрики ), полупроводниковые и магнитные материалы в соответствии с их характерными свойствами, которые проявляются в электромагнитном поле. Следует иметь в виду, что в пределах каждой из указанных групп материалы также неоднородны. Проводниковые материалы бывают как с низким, так и с высоким удельным электрическим сопротивлением, а по своему агрегатному состоянию могут быть твердыми, жидкими или газообразными. Изоляционные материалы также могут находиться в различном агрегатном состоянии, по своей природе могут быть естественными или искусственно синтезированными, органическими или неорганическими. Они значительно разнятся электрической прочностью, своими свойствами нагрево-, влаго-, химостойкости и другими качествами, определяющими области их использования. Изучая материалы, необходимо уделить внимание таким их характеристикам, как температурный коэффициент линейного расширения, твердость и механическую прочность, имеющие особое значение при конструировании и монтаже оборудования. Нельзя упустить из виду и особую группу вспомогательных и конструкционных материалов ( припои, флюсы, токопроводящие клеи, стальной и алюминиевый прокат, цементы и алебастры ), без которых немыслимы монтаж и ремонт электроустановок.

2131313

123213123123123

123123123123123

2131313

1231231

3213131321312313213

2. Проводниковые материалы. При изучении проводниковых материалов следует обратить особое внимание на физическую сущность явлений электронной и ионной проводимости, влияние на них температуры проводникового материала. Необходимо знать способы определения удельного электрического сопротивления материала и физический смысл температурного коэффициента сопротивления материала. Следует иметь четкое представление о явлениях сверх- и криопроводимости, о материалах - сверхпроводниках и перспективах их использования в электротехнике. Следует уделить внимание свойствам металлов с высоким удельным электрическим сопротивлением ( нихром, фехраль, хромаль и др.), применяемых для изготовления обмоток реостатов, нагревательных элементов, электропечей, для которых, кроме указанных ранее, весьма важны специфические свойства - жаростойкость и жаропрочность. Изучая проводниковые материалы, нельзя обойти вниманием угольные изделия, обладающие уникальными свойствами : технологичностью при изготовлении, антифрикционностью, тугоплавкостью , а также материалы, противостоящие электроэрозионному и коррозионному разрушению, используемые для изготовления электрических контактов. 3. Изоляционные материалы. Приступая к изучению электроизоляционных материалов ( диэлектриков ), составляющих наиболее многочисленный класс электротехнических материалов, необходимо иметь в виду разнообразные, часто противоречивые требования, предъявляемые к ним : хорошие электроизоляционные качества, высокие электрическую прочность, теплостойкость, теплопроводность, механическую прочность, технологичность, морозо-, тропико-, химостойкость, малые гигроскопичность и стоимость. Соответствующие требования к изоляционным материалам диктуются условиями их работы в электроустановках и аппаратах. Следует изучить основные характеристики электроизоляционных материалов : объемное и поверхностное удельные электрические сопротивления, диэлектрические проницаемость и потери, электрическую прочность. Необходимо разобраться в физической сущности этих характеристик, оценить значение, которое они имеют для возможности применения твердых, жидких и газообразных, органических и неорганических, природных и искусственных изоляционных материалов, знать методы их определения. Следует изучить систему разделения электроизоляционных материалов на классы нагревостойкости - чрезвычайно важного качества изоляционных материалов при использовании их в электрических машинах и аппаратах, твердо знать материалы, входящие в каждый из этих классов. Существенно важно разобраться в физической сущности различных видов пробоя ( электрический, тепловой, ионизационный пробои ) и явления перекрытия твердых, жидких и газообразных диэлектриков, ясно представлять их механизм и факторы, провоцирующие и предотвращающие повреждение изоляции по этим причинам. 4. Полупроводниковые материалы. В результате изучения полупроводниковых материалов и их свойств необходимо иметь представление о природе собственной и индуцированных электронной и дырочной проводимостей, знать физическую сущность электри-

2131313

123213123123123

123123123123123

2131313

1231231

3213131321312313213

ческих явлений на границе между полупроводниками с "n" и "p" проводимостями. Нужно знать электротехнические свойства полупроводниковых материалов ( германий, кремний, селен, карбид кремния ) и области их использования. 5. Магнитные материалы. При изучении свойств магнитных материалов нужно твердо усвоить физическую сущность явления намагничивания, знать характеристику намагничивания материала (" петля гистерезиса ") и ее характерные точки, определяющие такие важные качества материала как магнитная проницаемость, остаточная магнитная индукция, магнитная индукция насыщения и коэрцитивная сила, определяющие разделение магнитных материалов на магнитомягкие и магнитотвёрдые. Одни используются для изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов, работающих на переменном токе, другие - для выполнения постоянных магнитов. Необходимо знать характеристики и области применения таких магнитных материалов как технически чистое железо, сплавы железа и никеля ( пермаллои ), сплавы железа с кремнием и алюминием ( альсиферы ), ферриты, листовая электротехническая сталь. Нужно иметь представление о способах их производства, о текстурировании электротехнических сталей, знать систему их маркировки. Вопросы для самопроверки. 1. По какому признаку электротехнические материалы делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики ? 2. Как классифицируются электротехнические материалы по их основным физико - техническим характеристикам ? 3. Какова природа электрической проводимости металлов, жидкостей и газов ? 4. Перечислите и поясните физические свойства материалов, из которых изготовлены токоведущие жилы проводов и кабелей. 5. Приведите примеры материалов, из которых выполняют изоляцию и защитные покровы проводов и кабелей. Какие требования к ним предъявляют? 6. Какова физическая сущность электрического, теплового, ионизационного пробоев, явления перекрытия изоляционных материалов ? 7. На какие классы по нагревостойкости делятся изоляционные материалы ? 8. Какова физическая сущность пробоя газообразных диэлектриков? Поясните процессы, протекающие в газе при увеличении напряженности электрического поля. 9. Какова физическая сущность процесса намагничивания магнитных материалов? 10. Какова система маркировки электротехнических сталей? Как влияет содержание кремния в электротехнической стали на ее свойства? Что означает термин " текстурованная " применительно к листовой электротехнической стали? 11. Поясните физическую сущность потерь энергии на перемагничивание и вихревые токи в магнитных материалах. Каковы способы их уменьшения ?

2131313

123213123123123

123123123123123

2131313

1231231

3213131321312313213

Варианты индивидуальных заданий Номер варианта темы контрольной работы определяется по двум последним цифрам номера зачетки студента ( см. Табл. 1 ). Табл.1 ПредпоследПоследняя цифра номера зачетки няя цифра но0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 мера зачётки

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

7 2 26 13 24 20 4 8 11 13

4 6 24 17 22 27 14 19 26 24

8 1 16 21 9 12 18 9 17 5

11 29 5 12 18 25 7 15 1 10

13 3 23 8 10 19 28 30 6 3

17 10 20 4 14 23 2 16 15 29

21 15 22 30 2 6 27 20 12 8

25 27 12 1 16 26 3 21 30 13

28 14 18 15 3 29 9 6 23 17

30 19 9 28 5 7 25 11 2 22

Темы контрольных работ ( рефератов ) : 1. Проводниковые материалы с высокой удельной проводимостью. *) 2. Проводниковые материалы с высоким удельным сопротивлением. *) 3. Металлические и металлокерамические контактные материалы. *) 4. Угольные материалы и изделия. *) 5. Сверхпроводниковые и криопроводниковые материалы, перспективы их использования в электротехнике. *) 6. Электроизоляционные материалы : классификация, назначение, их механические, электрические, тепловые и физико - химические характеристики. 7. Методы оценки механических, электрических, тепловых и физико – х имических качеств и аппаратура для испытаний электроизоляционных материалов. 8. Физическая природа электропроводимости твёрдых, жидких и газообразных диэлектриков. Физические процессы при электрическом, тепловом, ионизационном, поверхностном ( перекрытие ) пробоях в электрическом поле. 9. Поляризация диэлектриков , диэлектрические потери в твёрдых, жидких и газообразных диэлектриках. 10. Влияние эксплуатационных воздействий ( высокой и низкой температуры, влаги, вибраций, совместного их действия и др. ) на качества твёрдых и жидких изоляционных материалов. 11. Волокнистые изоляционные материалы ( бумаги, картоны, фибра, материалы из синтетических и неорганических волокон ) и изоляционные изделия из них. *) 12. Слоистые пластики: листовые и намотанные изоляционные изделия. *) 13. Пластмассы на основе термопластичных и термореактивных полимеров. *) 14. Плёночные изоляционные материалы на основе полярных и неполярных плёнок. *) 15. Природные и синтетические слюды, слюдяные изоляционные материалы : слюдяные бумаги, миканиты, слюдиниты, слюдопласты. *) 16. Керамические изоляционные материалы : высоковольтные и низковольтные, высокочастотные и конденсаторные карамики, сегнетоэлектрики. *)

2131313

123213123123123

123123123123123

2131313

1231231

3213131321312313213

17. Электроизоляционные стёкла и ситаллы. *) 18. Электрофизические явления в газообразных диэлектриках, находящихся в электрическом поле. 19. Природные и синтетические изоляционные масла и жидкости. *) 20. Полимеризационные и поликонденсационные синтетические полимеры. *) 21. Электроизоляционные лаки и эмали. *) 22. Электроизоляционные компаунды и клеи. *) 23. Методы и аппаратура для определения электрической прочности изоляционных материалов. 24. Методы и аппаратура для определения механических и физико – хи мических характеристик электроизоляционных материалов. 25. Методы и аппаратура для определения тепловых характеристик электроизоляционных материалов : теплопроводности, нагревостойкости и холодостойкости, температур размягчения и вспышки, стойкости к термоударам. 26. Полупроводники. Природа электрического тока в полупроводниках. Роль полупроводниковых материалов в развитии электроники. 27. Собственная и индуцированная проводимости полупроводниковых материалов ; электрофизические явления на границе материалов с « n » и « p » – проводимостями. Изделия радиоэлектроники на основе полупроводниковых материалов, их свойства, характеристики, назначение, примеры использования. 28. Магнитомягкие материалы. *) 29. Магнитотвёрдые материалы. *) 30. Ферриты. *) *) - примечание : излагая материал по данной теме, нельзя упустить такие вопросы как способы получения материалов и изделий, их классификацию, физические явления, определяющие свойства, характеристики и области применения, влияние эксплуатационных воздействий на их качества. Пример выбора задания : номер зачетной книжки - 97052-ПЭ . Шифр задания - 52 . Номер варианта темы реферата - 12 ( по Табл. 1 ): « Слоистые пластики : листовые и намотанные изоляционные изделия. » Указания по выполнению контрольного задания. Контрольное задание выполняется в стандартной ученической тетради. На титульном листе тетради должны быть указаны : наименование дисциплины, по которой выполняется контрольное задание; фамилия, имя, отчество автора работы и номер его зачетной книжки; домашний почтовый адрес; год и дата выполнения задания. На первой странице следует указать тему реферата. В конце работы должен быть приведен список использованной литературы с ее выходными данными ( автор, наименование, город и название издательства, год издания). Чертежи, графики и схемы должны быть выполнены в соответствии с требованиями соответствующих стандартов на миллиметровой бумаге с применением чертежного инструмента и вклеены в тетрадь. Надписи на чертежах должны быть выполнены стандартным шрифтом. Контрольная работа завершается личной подписью ее автора.

2131313

123213123123123

123123123123123