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1、第6课时学习任务：认识常用电工材料任务目标：1了解绝缘材料的分类。2 熟悉常用绝缘材料的性能和用途。3 熟悉常用导电材料的性能和特性。4了解磁性材料的分类和特性。任务重点：熟悉常用绝缘材料的性能和用途。任务难点：不同磁性材料的特性。,1 你了解常用绝缘材料的性能和用途吗？2 电工常用导电材料和磁性材料有哪些？特性怎样？3 说一说你所认识的电工材料。,一 明确学习任务,（一）绝缘材料,绝缘材料的主要作用是隔离带电的导电体或不同电位的导电体，使电流按设定的方向流动。在有些场合绝缘材料还起着机械支撑、导体防护、散热、灭弧等作用。因此绝缘材料应具有较高的绝缘电阻和耐压强度，较好的耐热性和导热性，机械强
2、度高而且耐潮，方便加工等特点。,二 相关知识学习,1.绝缘材料的分类无机绝缘材料 有云母、石棉、大理石、瓷器、玻璃等,主要用作电机、电器的绕组绝缘、开关的底板和绝缘子等。有机绝缘材料 有虫胶、树胶、橡胶、棉纱、纸、麻、蚕丝、人造丝等，大多用于制造绝缘漆、绕组导线的被覆绝缘物等。混合绝缘材料 指由以上两种绝缘材料经加工后制成的各种成型绝缘材料，主要用作电器的底座、外壳等。,2.绝缘材料的耐热等级 绝缘材料在使用过程中，由于各种因素长期作用会产生老化，使电气性能和力学性能降低。导致老化的因素很多，其中主要是温度的影响。为了保证绝缘材料的安全使用寿命，规定了它们在使用中的极限温度，即耐热等级，如表5
3、-1所示。,表5-1 绝缘材料耐热等级和极限温度,（二）常用绝缘材料的性能和用途,1.浸渍漆主要用来浸渍电机、电器、变压器的线圈和绝缘零部件,以填充其间隙和微孔。浸渍漆固化后能在浸渍物表面形成连续平整的漆膜，并使线圈粘接成一个结实的整体，提高绝缘结构的耐潮性、导热性和机械强度。常用的有1030醇酸浸渍漆、1032三聚氰胺酸浸渍漆。这两种都是烘干漆，具有较好的耐油性和绝缘性，漆膜平滑而有光泽。而1010沥青漆则供浸渍不需耐油的电机绕组。聚酰胺酰亚胺漆耐热性、电气性能优良、粘合力强、耐辐照性好，供浸渍耐高温或在特殊条件下工作的电机、电器绕组。,2.覆盖漆和瓷漆主要用来涂覆经浸渍处理后的绕组和绝缘零
4、部件，在其表面形成连续而均匀的漆膜，以防止机械损伤及大气、润滑油和化学药品的浸蚀。常用的覆盖漆有1231醇酸凉干漆，其干燥快、漆膜硬度高并有弹性、电气性能好。常用的瓷漆有1320（烘干漆）、1321（凉干漆）醇酸灰瓷漆，它们的漆膜坚硬、光滑。,3.电缆浇注胶广泛用于浇注电缆中间接线盒和终端盒。如，1811沥青电缆胶和1812环氧电缆胶适合于10KV以下的电缆。前者耐潮性能好；后者密封性能好，电气、力学性能高。而1810电缆胶电气性能好、抗冻裂性高，适用于浇注10KV以上的电缆。,4.玻璃纤维漆布(带)主要用作电机、电器的衬垫和绕组绝缘。如，2010玻璃纤维漆布柔软性能好，但不耐油，可用于一般电
5、机、电器的衬垫或绝缘。2012玻璃纤维漆布耐油性好，可用于变压器油或汽油浸蚀的环境中。2450有机硅玻璃漆布，具有较高的耐热性、良好的柔软性、耐油、耐霉和耐寒性也好，适用于H级电机、电器的衬垫和绝缘。2432醇酸玻璃漆布（带）的电气、力学性能、耐油性和耐潮性都较好，且具有一定的耐霉性，可用于油浸变压器、油断路器等线圈的绝缘。,5.漆管主要用作电机、电器和仪表的引出线或连接线的绝缘套管。如2730醇酸玻璃漆管有良好的电气、力学性能，耐油性、耐潮性较好，但弹性较差，可用作油浸变压器、油断路器等的引出线或连接线的绝缘套管。,6.绑扎带主要用于绑扎变压器铁心和代替合金钢丝绑扎电机转子绕组端部。常用的是
6、B17玻璃纤维无纬胶带（即无纬玻璃丝带）。7.层压制品常用的有3240环氧酚醛层压玻璃布板、3640环氧酚醛层压玻璃布管和3840环氧酚醛层压玻璃布棒等。此三种层压玻璃纤维制品适宜作电机、电器的绝缘结构零件，它们的电气、力学性能好，耐油性、耐潮性好，加工方便，并可在变压器中使用。,6.绑扎带主要用于绑扎变压器铁心和代替合金钢丝绑扎电机转子绕组端部。常用的是B17玻璃纤维无纬胶带（即无纬玻璃丝带）。7.层压制品常用的有3240环氧酚醛层压玻璃布板、3640环氧酚醛层压玻璃布管和3840环氧酚醛层压玻璃布棒等。此三种层压玻璃纤维制品适宜作电机、电器的绝缘结构零件，它们的电气、力学性能好，耐油性、耐
7、潮性好，加工方便，并可在变压器中使用。,8.压塑料主要用来作各种规格的电机、电器的绝缘零部件及作为电线、电缆的绝缘和防护材料。常用的4013酚醛木粉压塑料、4330酚醛玻璃纤维压塑料有良好的电气、力学性能和耐潮、防霉性能。交联聚乙烯、聚丙烯是电线、电缆的优良绝缘护层材料，柔韧、耐磨、耐潮、电气性能好。,9.云母带云母带在室温下较柔软，适用于电机、电器线圈及连接线的绝缘。常用的有5434醇酸玻璃纤维云母带和5438-1环氧玻璃云母带。后者厚度均匀、柔软，固化后电气和力学性能良好，目前正大力推广使用，但需要低温保存。,10.衬垫云母板它主要适宜作电机、电器的绝缘衬垫。常用的有5730醇酸衬垫云母板
8、和5737-1环氧衬垫云母板。11.薄膜和薄膜复合制品常用的薄膜复合制品有6520聚酯薄膜绝缘纸（即聚酯薄膜青壳纸）复合箔和6530聚酯薄膜漆布复合箔。常用的薄膜有6020聚酯薄膜。它们都适用于电机槽的绝缘、匝间绝缘和相间绝缘以及其它电工产品的线圈的绝缘。6020聚酯薄膜厚度薄、柔软性好，可用于热带型产品。,12.绝缘纸和绝缘纸板（1）电容器纸和电缆纸 电容器纸主要用作电力电容器的极间介质。电缆纸主要用于3.5KV以下电力电缆、控制电缆和通信电缆的绝缘。（2）绝缘纸板 可在变压器油中使用。薄型的纸常称为青壳纸，主要用于绝缘保护和补强材料。（3）硬钢板纸 俗称反向板，它的机械强度高，适宜做电机、
9、电器的零部件。,13.绝缘包扎带 主要用来包缠电缆接头和电线接头，也可用于低压电器设备的绝缘修理等。（1）绝缘胶带 如图3-1(a)所示，用于交流380V以下电线接头的绝缘包扎。（2）聚氯乙烯带。（3）塑料粘胶带。（4）涤纶粘胶带。（5）自粘性丁基橡胶带 俗称高压防水布。,图3-1a)绝缘胶带,图3-1b)包扎胶带,14电瓷材料 电瓷材料是良好的绝缘体，常用在电力线路中作为绝缘子使用，可以分为低压绝缘子和高压绝缘子。按用途分为线路绝缘子和电站、电器绝缘子。前者有针式绝缘子、蝶形绝缘子、盘形悬式绝缘子、横担绝缘子和棒形悬式绝缘子。后者包括支柱绝缘子和套管绝缘子，支柱绝缘子又分为针式支柱绝缘子和棒
10、形支柱绝缘子，套管绝缘子包括穿墙套管和用于电器的套管。,（三）导电材料,导电材料主要用来传输电流,一般分为良导体材料和高电阻材料两类。常用的良导体材料有铜、铝、铁、钨、锡等。其中铜、铝、铁主要用于制作各种导线和母线；钨的熔点较高，主要用于制作灯丝；锡的熔点低，主要用于制作导线的接头焊料和熔丝。常用的高电阻材料有康铜、锰铜、镍铜和铁铬铝等，主要用作电阻器和热工仪表的电阻元件。,1.铜和铝铜的导电性能和机械强度都优于铝，在要求较高的电器设备安装及移动电线电缆中多采用铜导体。如，一号铜主要用来制作各种电缆导体；二号铜主要用来制作开关和一般导电零件；一号无氧铜和二号无氧铜主要用来制作电真空器件、电子管
11、和电子仪器零件、耐高温导体、真空开关触点等；无磁性高纯铜主要用于制作无磁性漆包线的导体、高精度电气仪表的动圈等。铝导体的导电性能和机械强度虽然比铜导体差，但重量轻、价格便宜、资源较丰富，所以在架空线、电缆、母线和一般电气设备安装中广泛使用，如图3-3所示。,（三）导电材料,图3-3钢芯铝绞线,2.电热材料,表3-2 常用电热材料的规格和用途,3.电阻合金电阻合金是制造电阻元件的重要材料,广泛用于电机、电器、仪表和电子等工业中。如，康铜、新康铜、镍铬、镍铬铁、铁铬铝等合金的机械强度高，抗氧化和耐腐蚀性能好，工作温度较高，一般用于制造调节元件。而康铜、镍铬基合金和锰铜等耐腐蚀性能好、表面光洁、接触
12、电阻小且恒定，一般用于制造电位器和滑线电阻。,（三）导电材料,4.触点材料,表3-3 常用触点材料,5.熔体材料熔体材料是熔断器的主要部件，当通过熔断器的电流大于规定值时，熔体立即熔断，自动切断电源，从而起到保护电力线路和电气设备的作用。常用的熔体材料有:银、铜、铝、锡、铅和锌。锡、铅、锌是低熔点材料，融化时间长；银、铜、铝是高熔点材料，融化时间短。银具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性、耐延伸性、耐焊接性和热稳定性，在电力和通信系统中，广泛用作高质量、高性能熔断器的熔体。,（三）导电材料,5.熔体材料,铜具有良好的导电、导热性，机械强度高，但在温度较高时易被氧化，熔断特性不够稳定；铜熔体熔化时
13、间短，金属蒸汽少，有利于灭弧，宜作精度要求较低的熔体。铝导电性能仅次于银和铜，但其耐氧化性能好，熔体特性较稳定，在某些场合可以代替纯银作熔断器的熔体。钨、铅溶化时间长，机械强度低，热导率小，宜作保护电动机等的慢速熔体。,5.熔体材料,总之，各类熔断器所选用的熔体材料不尽相同，不同的熔体对相同的溶化电流，溶化时间也相差很大。低熔点熔体溶化时间长，高熔点熔体熔化时间短。如保护电子设备希望熔化时间越短越好，此时应该选用快速熔体；若为保护电动机过载，则希望有一定的延时，此时应选用慢速熔体。延时熔断器的熔体通常由部分焊有锡的银线、铜线或银、铜、锡制成的熔体互相串联而成。快速熔断器常用细银线作熔体。,6.
14、电刷,电刷对直流电机、线绕转子滑环异步电机和直流励磁同步电机的运行有很大关系。一般的选择是根据电刷的电流密度、滑环和整流子的圆周速度，在电刷特性表中找到所需要的电刷种类，再结合电机的参数（额定电压、额定电流）和运行条件（连续、断续、短时），就可以决定电刷的具体型号。常用的电刷有：石墨电刷 适用于一般整流条件正常，负载均匀的电机。电化石墨电刷 适用于各种类型的电机以及整流条件困难的电机。金属石墨电刷 适用于大电流的电机，如充电、电解和电镀用的直流发电机，也适用于小型牵引低压电动机、汽车和拖拉机的启动电动机等。,1.软磁性材料,软磁性材料主要用于传递、转换能量或信息的磁性部件上。如，电工用纯铁一般
15、用于直流磁场；铁中加入0.8%4.5%的硅就是硅钢,硅钢片常用作电机、变压器、继电器、互感器等产品的铁心；铁镍合金用于频率在1MHz以下的低磁场中工作的器件;铁铝合金用于低磁场和高磁场下工作的器件;软磁铁氧体用于高频或较高频范围内的电磁元件;铁钴合金用于航空器件的铁心。,（四）磁性材料,图3-4 软磁材料的特性,H,B-H,-H,Hm,m,m,B,Bm,软磁材料选用时所考虑的主要因素有：磁通密度、导磁率、损耗、价格等。确定软磁材料工作磁通密度时，需要使用图3-4所示的对应于B-H曲线的-H曲线。-H曲线的峰值点就是最大磁导率m点，它所对应的磁场强度为Hm，对应的磁感应强度为Bm。在B-H曲线上
16、所对应的就是拐点m，它就是选用软磁材料的参考点。,1)用于高磁场下的软磁材料,常用的软磁材料是硅钢片，如图3-5所示。硅钢片是一种含碳极低的硅铁软磁合金,一般含硅量为0.54.5。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁心损耗（铁损）和磁时效，主要用来制作各种变压器、电动机和发电机的铁心。所用硅钢片的工作点一般选在磁化曲线上高于m点的某点处。冷轧单取向硅钢片和热轧无取向硅钢片通常分别选在1.7T（特斯拉）和1.5T（1特斯拉=10000高斯）左右，这时产品效能虽会降低，但铁心体积和重量减小，硅钢片的性能得到充分利用。表3-4示出了冷轧晶粒取向的带钢牌号及性能举例。热轧硅钢片如图3-2
17、2所示。,图3-5 硅钢片,1)用于高磁场下的软磁材料,对于不同产品应选用不同的硅钢片。如电力变压器，为减少损耗，常选用低损耗和高磁感应强度的材料；小型电机由于铁心体积小，铁耗较小，为减少铜耗常选用高磁感应强度的硅钢片；大型电机因铁心体积大，铁耗较大，故对铁耗的要求就应较高；大型高速电机因离心力大，转子用硅钢片除要求磁性好以外，还要求有足够高的抗拉强度；对于互感器，特别是电流互感器，因要求误差小，故工作点应选在m点或者低于m点的B-H曲线上的某处。,2）用于低磁场下的软磁材料,低磁场下通常选用铁镍合金、铁铝合金及冷轧单取向硅钢薄带等。但对不同产品仍应选用不同材料。如，磁放大器要求有高饱和磁感应
18、强度、高微分导磁率、高电阻率、高剩磁比和低矫顽力，故宜选用1J51铁镍合金；电源变压器要求高磁导率和高饱和磁感应强度，常选用冷轧单取向硅钢薄带；小功率音频变压器则常选用1J79铁镍合金或1J16铁铝合金，以免产生非线性失真。,3）用于高频下的软磁材料,一般选用铁氧体软磁材料，它的磁导率高、矫顽力较低、电阻率非常高。应按应用频率范围适当选择。,4）用于特殊条件下的软磁材料,在空间技术中，要求器件的体积小、重量轻，故常选用饱和磁感应强度最高的1J22铁钴合金。为了易于加工，可在铁钴合金中少量加入钒；记忆元件和开关元件可选用具有矩形磁滞回线的铁氧体或铁镍合金；自动控制系统中使用的恒电感扼流圈铁心可选
19、用1J22铁钴合金、1J23铁铝合金或铁氧体压磁材料。,2.硬磁材料,硬磁材料主要用来制造永久磁铁，产生恒定的磁场，在测量仪器、永磁电机中使用较多。硬磁材料的种类很多，目前被广泛采用的是铝镍钴永磁材料、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料。图3-6示出了这三种材料的典型退磁曲线。这三种材料中，稀土永磁材料性能最好，剩余磁密Br、矫顽力Hc和最大磁能积(HB)max都相当大，但价格也最贵，现代高性能电动机如永磁直流电机、无刷直流电动机、正旋波永磁同步电动机等大都采用稀土永磁材料。,(稀土）釹铁硼,铝镍钴,铁氧体,B（T）,H-700,-350,（kA/m）,0.5,1.0,0,图3-6 常用永磁材料的磁
20、性能,图3-7永磁转子结构示意图,永磁体,铁心,铁氧体常用于永磁点火机、永磁选矿机、磁推轴承、磁分离器、扬声器、医疗磁片等；铝镍钴常用于精密磁电式仪表、流量计、微电机、传感器等。,2.硬磁材料,有一点应注意，永磁材料本身的导磁率比较小，它的相对导磁率略大于1，难以被磁化，也难以被退磁。用永磁材料作同步电机转子，多使用瓦片型的薄片，如图3-8所示，贴在非永磁材料的转子铁心上，相当于等效的空气隙加大，如图3-7所示。,图3-8钕铁硼瓦片型永磁体,思考题,1.绝缘材料的耐热分为那几个等级，与它们对应的极限温度是多少？2.铝的导电性能不如铜，但架空线经常使用铝绞线，为什么？3.架空铝绞线经常加入钢心，为什么？4.磁通密度的常用单位为特斯拉（T）和高斯（G），它们之间的换算关系是什么？5.电动机永磁转子上使用的永磁材料常做成瓦片状，粘贴在转子铁心的表面，为什么？6交流磁路用铁心常采用涂漆的薄硅钢片叠加而成，为什么？7.根据表3-2估算塑料绝缘线允许的电流密度？它们与哪些布线方式有关？,
