- •Федеральное агентство по образованию
- •Конспект лекций
- •1 Цели и задачи изучения дисциплины
- •1.1 Цель преподавания дисциплины
- •1.2 Задачи изучения дисциплины
- •Часть 2. Электротехнические материалы
- •Классификация этм по электропроводности
- •Диэлектрики. Электропроводность диэлектриков в слабых полях
- •Для газов мала: 1,000072…1,0019
- •Электропроводность диэлектриков в сильных полях Пробивное напряжение и электрическая прочность
- •Определение электрической прочности
- •Электрический пробой
- •Электротепловой пробой
- •Количество отводимого тепла определяется равенством
- •Электротепловой пробой
- •Электрохимический пробой
- •Пробой газообразных диэлектриков
- •Пробой жидких диэлектриков
- •Пробой твердых диэлектриков
- •Проводниковые, полупроводниковые и сврхпроводящие материалы Проводники п рирода проводимости и основные характеристики проводниковых материалов
- •Зависимость удельного электрического сопротивления металлов от температуры
- •Физическая природа сверхпроводимости
- •Магнитные элементы и материалы Физические процессы в магнитных элементах
- •Потери в обмотках
- •Поверхностный эффект или эффект вытеснения тока
- •Эффект близости
- •Потери в сердечнике
- •Магнитные материалы
- •Схемы замещения магнитных элементов
- •Контрольные вопросы
- •Особенности электpопpоводности полупpоводников
- •Примесные полупроводники
- •Кристаллическая решетка примесного полупроводника
- •Основные и неосновные носители заряда.
- •Зависимость концентрации носителей заряда от температуры. Элементы статистики электронов.
- •Положение уровня Ферми.
Магнитные элементы и материалы Физические процессы в магнитных элементах
К магнитным элементам электронных узлов относятся дроссели (катушки индуктивности, реакторы) и трансформаторы
Все магнитные элементы содержат обмотки с системой контактов и выводов, размещаемые на каркасе. Магнитные элементы с сердечником имеют также сердечники из магнитного материала.
В отличие от резисторов и конденсаторов стандартизация номенклатуры дросселей и трансформаторов оказалась невозможной из-за разнообразия магнитных элементов (число м связь обмоток, число витков, размеры и т.п.), поэтому стандартизированы только сердечники. Стандартные трансформаторы выпускаются только для стандартной аппаратуры, выпускаемой очень большими сериями (например, радиовещательная и измерительная аппаратура).
Индуктивность однослойной цилиндрической катушки
L = L0W2D*10-3
L0 - коэффициент, зависящий от отношения длины катушки l к ее диаметру; W - число витков.
Если воздушную среду заменить магнитным материалом (сердечником) с соответствующей магнитной проницаемостью c, то индуктивность увеличится
Lc = cL
Здесь имеется аналогия с воздействием диэлектрика на емкость конденсатора. Величина магнитной проницаемости материала сердечника
= сk
где k>1 - коэффициент, зависящий от конфигурации и размеров сердечника
Способностью увеличивать индуктивность обладают магнитные материалы - ферромагнетики. В них имеются области - домены, - в которых магнитные моменты направлены параллельно друг другу. Магнитные моменты доменов расположены неупорядоченно, поэтому при отсутствии магнитного поля суммарная намагниченность вещества равна нулю. При приложении внешнего поля происходит рост доменов, намагниченность которых совпадает с направлением внешнего поля, и уменьшение размеров доменов, намагниченность которых не совпадает с внешним полем. В сильных полях возможна ориентация векторов намагниченности доменов. Намагниченность веществ определяется величиной индукции B. Известно соотношение:
B-индукция,Тл; 0=410-7,Гн/м- магнитная const; H - напряженность магнитного поля, А/м.
I - ток через обмотку; lcm - длина сердечника.
Указанные свойства ферромагнетика сохраняют в диапазоне температур, ограниченном сверху точкой Кюри. Выше указанной t° происходит разрушение доменов.
Зависимость от температуры оценивается коэффициентом ТК, 1/0K
В трансформаторе магнитное поле охватывает витки разных обмоток. Индуктивность намагничивания трансформатора
[мкГн]
где W1 - число витков первичной обмотки.
В отличие от других (активных или пассивных) компонентов электронных узлов магнитный элемент, как правило, проектируется и изготовляется для использования в данном конкретном электронном узле.
Рассмотрим основные свойства и параметры магнитных элементов и материалов.
При изменении во времени магнитного потока Ф в отрезке провода наводится противо - э.д.с.
При прохождении по проводу переменного тока возникающее переменное магнитное поле наводит э.д.с., пропорциональную частоте
где L - индуктивность, Гн.
Индуктивность короткого провода
, мкГн
где l - длина, см; d - диаметр провода, см.
Для увеличения индуктивности провод скручивают в спираль, при этом виток испытывает не только воздействие своего магнитного поля, но и поля соседних витков.
Каковы основные требования предъявляются к материалам сердечников?
Они должны иметь большую величину , что позволяет уменьшить габариты сердечников и число витков, что в свою очередь ведет к уменьшению потерь в обмотках и снижению паразитных параметров.
Они должны иметь малые потери, т.е. реактивные элементы не должны потреблять заметных активных составляющих токов.