ĐỀ CƯƠNG vật LIỆU và KHÍ cụ điện đại học hàng hải

đề cương vật liệu khí cụ điện đại học hàng hải. đề cương vật liệu khí cụ điện đại học hàng hải. đề cương vật liệu khí cụ điện đại học hàng hải. đề cương vật liệu khí cụ điện đại học hàng hải. đề cương vật liệu khí cụ điện đại học hàng hải. đề cương vật liệu khí cụ điện đại học hàng hải. đề cương vật liệu khí cụ điện đại học hàng hải. đề cương vật liệu khí cụ điện đại học hàng hải. đề cương vật liệu khí cụ điện đại học hàng hải. đề cương vật liệu khí cụ điện đại học hàng hải.

ĐỀ CƯƠNG VẬT LIỆU VÀ KHÍ CỤ ĐIỆN

Câu 1: Trình bày các đặc tính cơ bản của vật liệu dẫn điện

1 Khái niệm: Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các

điện tích tự do Nếu đạt những vật liệu này vào trong 1 trường điện, các điện tích sẽ chuyển động theo hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện, người ta gọi vật liệu có tính dẫn điện

2 Các đặc tính :

 Điện trở R: là quan hệ giữa hiệu điện thế không đổi đặt ở 2 đầu dây dẫn và cường độ dòng điện 1 chiều tạo nên trong dây dẫn đó

Đơn vị:

 Điện dẫn G: là đại lượng nghịch đảo của điện trở

 Điện trở suất là điện trở của dây dẫn có chiều dài là 1 đơn vị chiều dài và tiết diện là 1 đơn vị diện tích

 Điện dẫn suất là đại lượng nghịch đạo của điện trở suất

 Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ (α)

 Mối quan hệ giữa điện trở suất với nhiệt độ :

(1 + )

 Hệ số thay đổi điện trở suất theo áp suất

(1 ) :

 Dấu (+) biến dạng do kéo

Câu 2: Đặc tính chung của đồng, các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của

đồng Nêu ứng dụng

1 Đặc tính chung của đồng:

 Là kim loại màu đỏ nhạt, sáng rực

 Có điện dẫn suất và nhiệt dẫn suất cao

 Sức bền cơ khí tương đối lớn , dễ dát, dễ vuốt giãn

 Gia công dễ dàng khi nóng cũng như khi lạnh

 Có sức bền lớn khi va đập và ăn mòn

 Có sức đề kháng cao khi thời tiết xấu

 Có khả năng tạo thành hợp kim tốt

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của đồng:

- Tạp chất:

 Photpho, Si, Asen, Fe : làm giảm điện dẫn suất của đồng rất nhiều

 Bạc và cadimi: làm giảm tính dẫn điện ,làm tăng độ cứng của đồng

- Gia công cơ khí: sự dát mỏng, đặc biệt kéo khi nguội làm giảm đáng kể tính dẫn điện của đồng

- Xử lý nhiệt: ảnh hưởng đến tính chất cơ của đồng Vì sức bền cơ khí của đồng sẽ giảm khi nhiệt độ ,sau khoảng 180 ngày giới hạn nung nóng dây trần không vượt quá

3 Ứng dụng:

- Đồng nguyên chất: sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện , trong kết cấu máy điện, máy biến áp, dây dẫn truyền tải năng lượng điện, thiết bị điều khiển, thiết bị vô tuyến điện

- Đồng thanh: sử dụng trong chế tạo máy và khí cụ điện, dùng để gia công các chi tiết để nối dây dẫn, vòng cổ góp điện, giá đỡ chổi than, tiếp điểm và các

ốc vít, đai ốc cho hệ thống nối đất…

- Đồng thau: dùng để gia công các chi tiết dẫn dòng như : các đầu cực ở bảng phân phối, các đầu nối đến hệ thống tiếp đất, các đầu để gắn cầu chì, các đế, phích cắm, đui đèn , ổ cắm…

Câu 3 Đặc tính chung của nhôm, các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của nhôm Nêu ứng dụng

1 Đặc tính chung của nhôm:

- Là kim loại màu trắng bạc, theo thời gian thành máu trắng vì bị oxit hóa

- Đặc điểm: dễ dát, vuốt, gia công khi nóng cũng như khi nguội

- Là kim loại mềm, khả năng chịu va đâp kém

- Độ bền cơ khí không cao nhưng nó có sức bền đối với sự ăn mòn

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của nhôm:

- Tạp chất:

 Cu, Ag, Mg, Ti, Va, Cr, Mn : ảnh hưởng nhiều đến tính dẫn điện

 As, Sb, Cd, Fe, Ni, Co, Pb, Au, Ga, Si, Zn: ảnh hưởng ít đến tính dẫn điện

- Gia công cơ khí: Gia công nguội làm tăng sức bền nhưng làm giảm tính dẫn điện và tăng trọng lượng

- Xử lý nhiệt: Nhôm tinh khiết xử lý nhiệt không ảnh hưởng đến tính dẫn điện nhưng ảnh hưởng mạnh khi nhôm có nhiều tạp chất

- Trong điều kiện thường : nhôm không bị ăn mòn, nhưng bị ăn mòn mạnh khi tiếp xúc với hơi CO2, NH3, SO2

3 Úng dụng:

- Nhôm: Sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện, dây dẫn truyền tải năng lượng điện, cáp điện, tụ điện, roto máy điện không đồng bộ

- Hợp kim nhôm: chế tạo dây dẫn ,đặc biệt đường dây trên không ,sau khi đã

có phương pháp để đảm bảo trạng thái tiếp xúc điện tốt giữa các mối liên kết

Câu 4 Phân loại và ứng dụng của vật liệu bán dẫn cácbon

1 Phân loại:

- Kim cương: sản xuất từ mỏ tự nhiên

- Graphit: sản xuất từ mỏ tự nhiên

- Cácbon vô định hình: sản xuất từ than đất, than cốc

2 Ứng dụng:

- Làm điện cực:

 Làm điện cực trong điện phân

 Làm điện cực lò hồ quang và lò điện trở

 Làm điện cực đèn hồ quang và đèn chiếu

- Làm chổi than trong máy điện

- Làm tiếp điểm:

 Có độ dẻo khá lớn

 Độ bền cơ khí cao

 Khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt

 Tiếp điểm không bị nóng chảy, không bị hàn dính, không xảy ra hiện tượng rỗ mặt tiếp điểm khi xuất hiện hồ quang

- Làm điện trở hóa học: dùng trong kỹ thuật truyền thông, kỹ thuật đo lường, chế tạo biến trở điều chỉnh

- Làm đốt nóng bằng điện: dưới dạng thanh và ống làm việc tới

Câu 5 Trình bày chức năng và tính chất của vật liệu dẫn từ

1 Chức năng:

- Có khả năng dẫn từ, tùy thuộc vào tính chất dẫn từ của mỗi loại vật liệu mà

ta có thể pha chế tạo ra hỗn hợp có đặc tính cần thiết đối với mục đích sử dụng của mạch từ đó

- Để có khả năng dẫn từ tốt nhất thì mạch từ phải được chế tạo bằng các vật liệu có tính mạnh được đặc trưng bởi độ thẩm từ >1

- Đối với mấy điện ta thường dùng các vật liệu từ để tạo nên mạch từ là những

lá thép KTĐ có hàm lượng Si 4,5%, bề dày khoảng 0,35-0,5mm, được chế tạo bằng phương pháp cán nóng

( ) Trong đó:

 : - tổn hao sắt từ (W)

 : - biên độ của từ cảm (T)

 f: - tần số của lưới điện (Hz)

 , : - hệ số tổn hao do từ trễ và dòng xoáy

 G: - khối lượng của mạch từ

Câu 6 Hãy nêu mục đích, tính chất vật liệu cách điện, thế nào là sự già hóa của vật liệu cách điện

1 Mục đích: Là duy trì khả năng cách điện của vật liệu cách điện , không để

xảy ra trong vật liệu cách điện các hiện tượng sau:

- Phóng điện trong vật liệu cách điện

- Đánh thủng toàn phần hoặc bộ phận bên trong vật liệu cách điện

- Phóng điện bề mặt ở bề mặt tiếp xúc giữa hai vật liệu cách điện

2 Tích chất:

- Cách điện tốt

- Chịu được sự thay đổi của nhiệt độ và có sức bền cơ học tốt

- Chịu được ảnh hưởng của độ ẩm và các tác dụng về hóa học

- Tính dẫn nhiệt cao, đàn hồi tốt

- Độ bền vững của máy điện phụ thuộc vào độ bền vững của độ bền cách điện

- Tuổi thọ của vật liệu cách điện phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, độ rung

Câu 7 Trình bày về điện áp phóng điện, hiện tượng đánh thủng và phóng điện bề mặt

1 Điện áp phóng điện

Là hiện tượng phóng điện xảy ra nếu điện áp lớn hơn trị số đặc trưng của vật liệu cách điện và kết cấu hình học của điện cực Giá trị điện áp mà bắt đầu

có phóng điện gọi là điện áp ngưỡng của phóng điện

2 Hiện tượng đánh thủng và phóng điện bề mặt

- Hiện tượng đánh thủng: tấm cách điện không chịu nổi điện áp, ở một hoặc nhiều chỗ điện tích chạy từ cực nọ sang cực kia xuyên qua cách điện

- Hiện tượng phóng điện bề mặt: khi điện áp đạt đến 1 giá trị nào đó thì ở cạnh mép điện cực xuất hiện 1 vầng quang rồi phát triển thành những tia lửa điện bò loằn ngoằn trên bề mặt cách điện Điện áp càng lớn thì tia lửa điện càng dài và cuối cùng nối liền với nhau ở cạnh biên tấm cách điện, hồ quang điện phóng trên bề mặt của tấm cách điện từ cực này đến cực kia

- Điện áp đánh thủng : là điện áp làm cho tấm cách điện có bề dày nhất định bị đánh thủng

- Điện áp phóng điện bề mặt : là điện áp làm sinh ra phóng điện bề mặt trên mặt cách điện

- Phụ tải điện của cách điện: là tải cách điện của vật liệu cách điện hay chính

là khả năng cách điện của vật liệu cách điện

- Đồ bền cách điện: được tính toán dựa trên 1 giá trị U trong 1 môi trường nhất định Độ bền không phải là trị số không đổi đối với một loại cách điện

mà thông thường cách điện càng dày thì độ bền cách điện càng nhỏ

- Hằng số điện môi của vật liệu cách điện:

D = .E

Trong đó :

 D: - mật độ điện tích

 : - hằng số điện môi của vật liệu

 : - hằng số điện môi trong chân không

Câu 8 Ưu nhược điểm và tính chất của vật liệu cách điện thể lỏng dầu biến

- Có độ bền cách điện cao đạt 200-250kV/cm bị ảnh hưởng bởi chất bẩn và

độ ẩm nên dầu phải làm sạch và sấy trong chân không

- Điện trở suất lớn p=1014 – 1016 Ωm , nhưng khi nhiệt độ tăng từ 200

C - 1000

C thì giảm 10 lần

- Nhiệt độ làm việc 90 – 950C không gây già hóa dầu biến áp

- Đồng là chất xúc tác đối với quá trình oxy hóa của dầu nên không để tiếp xúc với dầu

Câu 9 Khái niệm về điện trở tiếp xúc, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc

1 Khái niệm: Điện trở tiếp xúc là điện trở do hiện tượng đường đi của dòng

điện bị kéo dài tại chỗ tiếp xúc tạo nên, công thức:

Trong đó:

 K: là hệ số phụ thuộc vào bản chất vật liệu làm tiếp điểm và trạng thái tiếp xúc

 F: là lực ép lên tiếp điểm

 R: là điện trở tiếp xúc

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc:

- Vật liệu làm tiếp điểm khác nhau thì điện trở suất cũng khác  thay đổi Độ cứng của vật liệu cũng làm thay đổi lực lên vật liệu  S tiếp xúc thay đổi thì thay đổi

- giảm nếu lực ép lên tiếp điểm tăng vì diện tích tiếp xúc tăng

- Lực nén cũng làm ảnh hưởng đến vì khi F thay đổi thì diện tích tiếp xúc

S thay đổi theo tỉ lệ thuận

- Trạng thái bề mặt tiếp xúc : 3 trạng thái gồm: tiếp xúc điểm, tiếp xúc đường, tiếp xúc mặt nên hệ số m thay đổi, ta có:

- Nhiệt độ tiếp điểm cũng thay đổi nên điện trở tiếp xúc cũng thay đổi theo công thức:

- Môi trường khác nhau thì khả năng oxi hóa tiếp điểm khác nhau thay đổi Để tránh tác động của môi trường thì ta cần phải bảo vệ tiếp điểm

- 2 điểm cực phải đồng nhất, nếu khác nhau thì xuất hiện sự ăn mòn điện hóa

Câu 10 Trình bày hiện tượng quá áp khi ngắn mạch điện 1 chiều, phân tích các phương pháp làm giảm hiện tượng quá áp

1 Quá áp:

- Khái niệm: là hiện tượng xảy khi khi điện áp giữa 2 điểm cực lớn hơn điện

áp nguồn khi ngắn mạch, đặc điểm là điện cảm càng lớn, tốc độ ngắn càng lớn thì quá điện áp càng lớn

- Phương trình cân bằng điện áp với chiều dài hồ quang không đổi

Khi ngắn mạch: i= 0

2 Phương pháp làm giảm hiện tượng quá áp:

- Mắc 1 điện trở song song với tải: lúc này khi ngắn mạch sức điện động E trên điên cảm sẽ khép kín quá điện trở ‘r’ sinh ra dòng điện I  tiêu tán năng lượng của tải khi ngắt nguồn Tuy nhiên sẽ tiêu tốn năng lượng của nguồn khi mạch hoạt động bình thường

- Mắc song song với tải 1 điện trở và 1 tụ điện: lúc này khi ngắt mạch sức điện động trên điện cảm sẽ khép kín quá điện trở ‘r’ và tụ điện sinh ra dòng điện i tụ điện được nạp năng lượng thì sẽ giảm năng lượng tải khi ngắt nguồn Tuy nhiên sẽ không tốn năng lượng của nguồn khi hoạt động vì tụ điện có điện trở bằng cô cùng khi mắc vào nguồn 1 chiều  i=0  không xảy ra tiêu hao trên điện trở ‘r’

- Mắc 1 điot song song với tải:lúc này khi ngắt mạch sức điện động trên điện cảm sẽ khép kin quá điot sinh ra dòng điện i, vì điot có dòng điện trở nhỏ nên dòng điện sẽ ưu tiên đi qua điot vì vậy mà điot ở đây phải dùng loại có công suất lớn, làm việc ở chế độ ngắn mạch của tải nên giảm hiện tượng hồ quang Tuy nhiên ta phải mắc điot ngược cự tính với nguồn vì nếu mắc cùng cực tính thì do R của điot rất nhỏ mà dòng của nguồn lớn sẽ gây ra hiện tượng ngắn mạch của nguồn

𝑍𝑇 𝑅𝐿

r

+

-

Câu 11 Phân tích những nguyên nhân làm hư hỏng tiếp điểm và cách khắc phục

- Môi trường do độ ẩm, bẩn, nhiệt độ sẽ làm tăng sự oxi hóa tiếp điểm bề mặt tiếp xúc kém điện trở tiếp xúc tăng nhiệt độ tiếp điểm tăng tuổi mbnds tiếp điểm kém

- Do điều kiện môi trường và bề mặt tiếp điểm có những hốc nhỏ ly ty sẽ dẫn đến hiện tượng ăn mòn kim loại điện trở suất tăng

- Cách chọn loại tiếp điểm có công suất P không đúng(  làm hỏng tiếp điểm, tuổi thọ tiếp điểm giảm

- Hiện tượng ngắn mạch dòng ngắn mạch tăng gấp nhiều lần so với dòng định mức nhiệt độ tăng điện trở tiếp xúc tăng tuổi thọ tiếp điểm giảm

- Trụ đấu dây hay thanh dẫn bị cong vênh diện tích tiếp xúc giảm điện trở tiếp xúc tăng

- Ngoài ra mỗi kim loại có 1 điện thế hóa học nhất định khi chọn tiếp điểm thay thế không đồng nhất thì sẽ gây ra ăn mòn điện hóa hỏng tiếp điểm

2 Biện pháp:

- Chọn tiếp điểm phù hợp để tránh ăn mòn điện hóa, chịu được tác động của môi trường

- Chọn tiếp điểm có để tránh tổn hao do nhiệt

- Tăng khả năng cách điện của tiếp điểm để bảo vệ tiếp điểm

- Thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng để tránh hiện tượng cong vênh trụ đấu dây, thanh dẫn, ăn mòn tiếp điểm

Câu 12 Phân tích quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang điện

Khái niệm: quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang điện là quá trình ion hóa và quá trình khử ion

1 Quá trình phát sinh:

- Điều kiện bình thường, môi trường chất khí gồm các phần tử trung hòa nên không dẫn điện khi phân tích thành các điện tử tự do,các ion trong chất khí gọi là quá trình ion hóa Quá trình này có thể xảy ra dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt dộ, điện trường, va đập…và có các dạng sau:

 Quá trình tự phát xạ điện từ: Nếu điện trường đủ mạnh đặt lên điện cực, các điện tử tự do được cấp năng lượng và có thể bứt ra khỏi điện cực

Trong đó:

 :- là mật độ dòng điện tự phát xạ điện tử sinh ra

 E: - là cường độ điện trường ở catot

 b: - là thông số phụ thuộc vào vật liệu làm catot

 Quá trình phát xạ nhiệt điện từ

Khi nhiệt độ catot cao, các điện tử tự do có động năng lớn có thể thoát ra khỏi bề mặt kim loại tạo nên dòng điện trong chất khí đó là hiện tượng phát

xạ điện từ Nó phụ thuộc vào nhiệt độ điện cực, vật liệu làm điện cực có công thức:

Trong đó:

 :- là mật độ dòng điện do phát xạ nhiệt điện từ sinh ra

 T: - là nhiệt độ tuyệt đối của catot

 b: - là thông số phụ thuộc vào vật liệu làm catot

 Quá trình ion do va chạm:

Dưới sự tác động của điện trường với cường độ cao, các điện tử tự do

chuyển động với vận tốc lớn, đủ để bắn phá các phân tử trung hòa tạo nên ion đương và ion âm, gọi là quá trình ion do va chạm Nó phụ thuộc vào cường độ điện trường, mật độ các phần trong vùng điện cực, lực liên kết phân tử, khối lượng phân tử

 Quá trình ion hóa do nhiệt độ:

Khi nhiệt độ chất khí càng cao, chuyển động nhiệt của nó lớn, dễ va chạm

và tách thành các ion, gọi là quá trình ion hóa nhiệt độ Nó phụ thuộc vào nhiệt độ vùng hồ quang, mật độ các phần tử khí và đặc tính của chất khí

2 Quá trình dập tắt hồ quang:là quá trình ngược với quá trinh ion hóa để

giảm số lượng ion hóa trong vùng hồ quang

- Quá trình xảy ra 2 hiện tượng:tái hợp và khuếch tán

 Hiện tượng tái hợp: là sự kết hợp của các ion trái dấu tạo thành các hạt trung hòa

 Hiện tượng khuếch tán: là sự chuyển dịch các ion, từ vùng có mật độ cao xuống vùng có mật độ thấp

- Quá trình xảy ra song song 2 quá trình ion hóa và khử ion

 Ion hóa > khử ion  hồ quang mạnh

 Ion hóa < khử ion  giảm và tắt hồ quang

 Ion hóa = khử ion  duy trì hồ quang

Câu 13 Khái niệm về lực điện động, lực điện động trong khí cụ điện, thế nào

là cộng hưởng cơ khí, nêu và giải thích các phương pháp làm giảm lực điện động

1 Lực điện động

Lực điện động: là lực sinh ra khi một vật dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường,

nó tác dụng lên vật dẫn và có xu hướng thay đổi hình dáng của vật dẫn để từ thông xuyên qua mạch vòng vật dẫn đạt giá trị cực đại

2 Lực điện động trong khí cụ điện

Tính ổn định điện động của khí cụ là khả năng chịu lực tác động phát sinh khi có dòng điện ngắn mạch đi qua, biểu thị bằng biên độ dòng điện động học ,ở đó cường độ cơ khí không vượt quá giới hạn cho phép:

4 Phương pháp làm giảm cộng hưởng