1

BỘ LAO ĐỘNG -THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TỔNG CỤC DẠY NGHỀ

GIÁO TRÌNH
Môn học: Vật liệu điện
NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm
2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề)

Hà nội, năm 2013

 2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đuợc phép
dùng nguyên bản hoặc trích đúng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
 3

LỜI GIỚI THIỆU

Tài liệu Vật liệu điện là kết quả của Dự án “Thí điểm xây dựng chương
trình và giáo trình dạy nghề năm 2011-2012”.Được thực hiện bởi sự tham gia
của các giảng viên của trường Cao đẳng nghề công nghiệp Hải Phòng thực hiện
Trên cơ sở chương trình khung đào tạo, trường Cao đẳng nghề công nghiệp
Hải phòng, cùng với các trường trong điểm trên toàn quốc, các giáo viên có
nhiều kinh nghiệm thực hiện biên soạn giáo trình Vật liệu điện phục vụ cho
công tác dạy nghề
Chúng tôi xin chân thành cám ơn Trường Cao nghề Bách nghệ Hải Phòng,
trường Cao đẳng nghề giao thông vận tải Trung ương II, trường Cao đẳng nghề
số 3 Bộ quốc phòng, trường Cao đẳng nghề cơ điện Hà Nội đã góp nhiều công
sức để nội dung giáo trình được hoàn thành
Giáo trình này được thiết kế theo môn học thuộc hệ thống mô đun/ môn học
của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Trung cấp nghề
và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo
Môn học này được thiết kế gồm 3 chương
Chương 1.Vật liệu cách điện
Chương 2.Vật liệu dẫn điện
Chương 3.Vật liệu dẫn từ
Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong nhận
được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện
hơn
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tham gia biên soạn
1. Lê Thị Minh Trang : Chủ biên
2. Nguyễn Thị Hiền
3. Phạm Văn Thoảng

MỤC LỤC
 4

TRAN
G
1. Lời giới thiệu 3
2. Mục lục 4
3. Giới thiệu về môn học. 8
4. Bài mở đầu:Khái niệm về vật liệu điện 9
5. 1.Khái niệm, cấu tạo vật liệu điện 9
6. 1.1.Khái niệm 10
7. 1.2.Cấu tạo, tính chất của vật liệu điện 10
8. 2.Phân loại vật liệu điện 11
9. 2.1.Phân loại theo khả năng dẫn điện 11
10. 2.2.Phân loại theo khả năng dẫn từ 12
11. 2.3.Phân loại theo trạng thái vật thể 12
12. Chương 1: Vật liệu cách điện 14
13. 1.Khái niệm và phân loại vật liệu cách điện 14
14. 1.1.Khái niệm. 14
15. 1.2.Phân loại vật liệu cách điện. 15
16. 2.Tính chất chung của vật liệu cách điện. 16
17. 2.1.Tính hút ẩm của vật liệu cách điện. 17
18. 2.2.Tính chất cơ học của vật liệu cách điện. 17
19. 2.3.Tính chất hóa học của vật liệu cách điện. 18
20. 2.4.Hiện tượng đánh thủng điện môi và độ bền cách điện. 19
21. 2.5.Độ bền nhiệt. 20
22. 2.6.Tính chọn vật liệu cách điện. 22
23. 2.7.Hư hỏng thường gặp. 22
24. 3.Một số vật liệu cách điện thông dụng. 23
25. 3.1.Vật liệu sợi. 23
26. 3.2.Giấy và các tông. 24
27. 3.3.Phíp. 24
28. 3.4.Amiăng, xi măng amiăng. 25
29. 3.5.Vải sơn và băng cách điện. 25
30. 3.6.Chất dẻo 26
31. 3.7.Nhựa cách điện. 27
32. 3.8.Dầu cách điện 31
33. 3.9.Sơn và các hợp chất cách điện: 33
34. 3.10.Chất đàn hồi. 35
35. 3.11.Điện môi vô cơ. 37
36. 3.12.Vật liệu cách điện bằng gốm sứ. 39
 5

37. 3.13.Mica và các vật liệu trên cơ sở mica. 40

38. Chương 2. Vật liệu dẫn điện 43
39. 1.Khái niệm và tính chất của vật liệu dẫn điện. 43
40. 1.1.Khái niệm về vật liệu dẫn điện. 44
41. 1.2.Tính chất của vật liệu dẫn điện. 45
42. 1.3.Các tác nhân môi trường ảnh hưởng đến tính dẫn điện của 48
vật liệu.
43. 1.4.Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt động. 48
44. 2.Tính chất chung của kim loại và hợp kim. 49
45. 2.1.Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim. 49
46. 2.2.Các tính chất. 50
47. 2.3.Những hư hỏng thường gặp và cách chọn vật liệu dẫn 52
điện.
48. 2.3.1.Những hư hỏng thường gặp. 52
49. 2.3.2.Cách chọn vật liệu dẫn điện. 55
50. 4.Một số vật liệu dẫn điện thông dụng. 55
51. 4.1.Đồng và hợp kim đồng. 55
52. 4.2.Nhôm và hợp kim nhôm. 59
53. 4.3.Chì và hợp kim chì. 62
54. 4.4.Sắt (Thép) 64
55. 4.5.Wonfram. 66
56. 4.6.Kim loại dùng làm tiếp điểm và cổ góp. 67
57. 4.7.Hợp kim có điện trở cao và chịu nhiệt. 71
58. 4.8.Lưỡng kim. 72
59. Chương 3: Vật liệu dẫn từ 74
60. 1.Khái niệm và tính chất vật liệu dẫn từ. 74
61. 1.1.Khái niệm. 75
62. 1.2.Tính chất vật liệu dẫn từ. 75
63. 1.3.Các đặc tính của vật liệu dẫn từ. 76
64. 1.4.Đường cong từ hóa. 77
65. 2.Mạch từ và tính toán mạch từ. 78
66. 2.1.Các công thức cơ bản. 79
67. 2.2.Sơ đồ thay thế của mạch từ. 83
68. 2.3.Mạch từ xoay chiều. 84
69. 2.4.Những hư hỏng thường gặp. 84
70. 3.Một số vật liệu dẫn từ thông dụng. 91
71. 3.1.Vật liệu sắt từ mềm. 91
72. 3.2.Vật liệu sắt từ cứng. 95
 6

73. 3.3.Các vật liệu sắt từ có công dụng đặc biệt. 97

74. Tài liệu tham khảo 100
MÔN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN
Mã số môn học: MH 11
Vị trí, ý nghĩa, vai trò môn học:
- Vị trí: Môn học vật liệu điện được bố trí học sau môn học An toàn lao động
và học song song với các môn học, mô đun: Mạch điện,Vẽ điện, Khí cụ điện..
- Tính chất: Là môn học kỹ thuật cơ sở.
- Ý nghĩa và vai trò:Cùng với sự phát triển của điện năng, Vật liệu điện ngày
càng phát triển đa dạng và phong phú, đã có tác dụng tích cực trong việc nâng
cao năng suất, an toàn cũng như hiệu quả sử dụng điện năng .
Môn học Vật liệu điện nhằm trạng bị cho học viên những kiến thức cơ bản
về : Vật liệu cách điện, vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ
Mục tiêu:
- Nhận dạng được các loại vật liệu điện thông dụng.
- Phân loại được các loại vật liệu điện thông dụng.
- Trình bày được đặc tính của các loại vật liệu điện.
- Xác định được các dạng và nguyên nhân gây hư hỏng ở vật liệu điện.
- Rèn luyê ̣n được tính cẩn thâ ̣n, chính xác, chủ đô ̣ng trong công việc.
Nội dung của môn học

Thời gian(giờ)
Tổng Lý Thực Kiểm
Tên chương, mục số thuyết hành tra*
TT
Bài tập (LT hoặc
TH)
I. Bài mở đầu 3 2 1
1. Khái niệm về vật liệu điện 1
2. Phân loại vật liệu điện. 1 1
II. Chương 1.Vật liệu cách điện 9 4 4 1
1.Khái niệm và phân loại vật 1
liệu cách điện.
2 Tính chất chung của vật 1 2
liệu cách điện.
3.Một số vật liệu cách điện 2 2
thông dụng.
III. Chương 2.Vật liệu dẫn điện 10 5 4 1
1.Khái niệm và tính chất của 2 1
vật liệu dẫn điện.
2.Tính chất chung của kim 1 1
 7

loại và hợp kim.

3.Những hư hỏng thường và 1 1
cách chọn vật liệu dẫn điện.
4.Một số vật liệu dẫn điện 1 1
thông dụng.
IV. Chương 3.Vật liệu dẫn từ 8 4 4
1.Khái niệm và tính chất vật 1 1
liệu dẫn từ.
2.Mạch từ, tính toán mạch 2 2
từ.
3.Một số vật liệu dẫn từ 1 1
thông dụng.
Cộng: 30 15 13 2

BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN

Giới thiệu:
Vật liệu điện có vai trò rất to lớn trong công nghiệp điện. Để thấy rõ được
bản chất cách điện hay dẫn điện của các loại vật liệu, chúng ta cần hiểu những
khái niệm về cấu tạo của vật liệu cũng như sự hình thành các phần tử mang điện
trong vật liệu. Bên cạnh đó chúng ta cũng cần nắm rõ về nguồn gốc, cách phân
loại các loại vật liệu đó như thế nào để tiện lợi cho quá trình lựa chọn và sử dụng
sau này. Nội dung bài học này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức cơ
bản trên nhằm giúp cho học viên có những kiến thức cơ bản để học tập những
bài học sau có hiệu quả hơn.

Mục tiêu:
- Nêu bật được khái niệm và cấu tạo của vật liệu dẫn điện
- Phân loại được chính xác chức năng của từng vật liệu cụ thể
- Rèn luyê ̣n được tính chủ đô ̣ng và nghiêm túc trong công việc.

1.Khái niệm, cấu tạo vật liệu điện

Mục tiêu:
Trình bầy được khái niệm, cấu tạo vật liệu điện
1.1 Khái niệm
Tất cả những vật liệu dùng để chế tạo máy điện, khí cụ điện, dây dẫn
hoặc những vật liệu dùng làm phụ kiện đường dây, được gọi chung là vật liệu
 8

điện. Như vậy vật liệu điện bao gồm: Vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật
liệu dẫn từ. Để thấy được bản chất dẫn điện hay cách điện của vật liệu, chúng ta
cần hiểu khái niệm về cấu tạo vật liệu cũng như sự hình thành các phần tử mang
điện trong vật liệu.
1.2. Cấu tạo nguyên tử của vật liệu
Như chúng ta đã biết, mọi vật chất được cấu tạo từ nguyên tử và phân
tử. Nguyên tử là phần tử cơ bản của vật chất. Theo mô hình nguyên tử của Bor,
nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân mang điện tích dương và các điện tử
(êlectron e) mang điện tích âm, chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo
nhất định. Hạt nhân nguyên tử được tạo nên từ các hạt prôton và nơtron. Nơtron
là các hạt không mang điện tích còn prôton có điện tích dương với số lượng
bằng Zq.
Ở trạng thái bình thường, nguyên tử được trung hòa về điện. Nếu vì lý
do nào đó, nguyên tử mất đi một hay nhiều điện tử thì sẽ trở thành điện tích
dương mà ta thường gọi là ion dương. Ngược lại nếu nguyên tử trung hòa nhận
thêm điện tử thì trở thành ion âm.
1.3. Cấu tạo phân tử
Phân tử được tạo nên từ những nguyên tử thông qua các liên kết phân tử.
Trong vật chất tồn tại bốn loại liên kết sau:
Liên kết đồng hóa trị:
Liên kết đồng hóa trị được đặc trưng bởi sự dùng chung những điện tử
của các nguyên tử trong phân tử. Khi đó mật độ đám mây điện tử giữa các hạt
nhân trở thành bão hòa, liên kết phân tử bền vững.
Liên kết ion:
Liên kết ion được xác lập bởi lực hút giữa các ion dương và các ion âm
trong phân tử.
Liên kết kim loại:
Dạng liên kết này tạo nên các tinh thể vật rắn. Kim loại được xem như là
một hệ thống cấu tạo từ các ion dương nằm trong môi trường các điện tử tự do.
Lực hút giữa các ion dương và các điện tử tạo nên tính nguyên khối của kim
loại. Chính vì vậy liên kết kim loại là liên kết bền vững, kim loại có độ bền cơ
học và nhiệt độ nóng chảy cao.
Liên kết Vandec – Vanx:
 9

Liên kết này là dạng liên kết yếu, cấu trúc mạng tinh thể phân tử không
vững chắc. Do vậy những liên kết phân tử là liên kết Vandec - Vanx có nhiệt độ
nóng chảy và có độ bền cơ thấp.
Khuyết tật trong cấu tạo vật rắn:
Các tinh thể vật rắn có thể có cấu tạo đồng nhất. Sự phá hủy các kết cấu
đồng nhất và tạo nên các khuyết tật trong vật rắn thường gặp nhiều trong thực tế.
Những khuyết tật có thể được tạo nên bằng sự ngẫu nhiên hay cố ý trong quá
trình chế tạo vật liệu.
Lý thuyết phân vùng năng lượng trong vật rắn:
Khi nguyên tử ở trạng thái bình thường không bị kích thích, một số trong
các mức năng lượng được các điện tử lấp đầy, còn ở các mức năng lượng khác
điện tử chỉ có thể có mặt khi nguyên tử nhận được năng lượng từ bên ngoài tác
động (trạng thái kích thích). Nguyên tử luôn có xu hướng quay về trạng thái ổn
định. Khi điện tử chuyển từ mức năng lượng kích thích sang mức năng lượng
nguyên tử nhỏ nhất, nguyên tử phát ra phần năng lượng dư thừa.
Năng lượng eV

Năng lượng eV

Năng lượng eV

Vùng các mức Vùng các mức Vùng các mức

năng lượng tự do năng lượng tự do năng lượng tự do
Vùng cấm
Vùng cấm W
W

Vùng đầy điện Vùng đầy điện Vùng đầy điện tử

tử tử
Vật dẫn Bán dẫn Điện môi
0
2. Phân loạiHình
vật1.1:
liệuSơđiện
đồ phân bố vùng năng lượng của vật rắn ở nhiệt độ 0 K
Mục tiêu:
- Phân loại được vật liệu điện theo khả năng dẫn điện, từ tính, trạng thái vật thể
2.1. Phân loại vật liệu điện theo khả năng dẫn điện
Trên cơ sở giản đồ năng lượng, người ta phân loại theo vật liệu dẫn
điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện và vật liệu bán dẫn.
Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện là chất có vùng tự do nằm sát với vùng điền đầy,
thậm chí có thể chồng lên vùng đầy (W  0,2eV).
 10

Vật liệu bán dẫn

Vật liệu bán dẫn là chất có vùng cấm hẹp hơn so với vật liệu cách điện,
vùng này có thể thay đổi nhờ tác động năng lượng từ bên ngoài. Chiều rộng
vùng cấm chất bán dẫn bé (W = 0,2  1,5eV).
Điện môi (vật liệu cách điện)
Điện môi là chất có vùng cấm lớn đến mức ở điều kiện bình thường sự
dẫn điện bằng điện tử không xẩy ra. Các điện tử hóa trị tuy được cung cấp thêm
năng lượng của chuyển động nhiệt vẫn không thể di chuyển tới vùng tự do để
tham gia vào dòng địên dẫn. Chiều rộng vùng cấm của vật liệu cách điện (W =
1,5  2eV).
2.2. Phân loại vật liệu điện theo từ tính
Theo từ tính người ta chia vật liệu thành: nghịch từ, thuận từ và dẫn từ.
Vật liệu nghịch từ là những vật liệu có độ từ thẩm  1 và không phụ
thuộc vào từ trường bên ngoài.
Vật liệu thuận từ là những vật liệu có độ từ thẩm   1 và không phụ
thuộc vào từ trường bên ngoài.
Vật liệu thuận từ và nghịch từ có độ từ thẩm  xấp xỉ bằng 1.
Vật liệu dẫn từ là những vật liệu có độ từ thẩm   1 và phụ thuộc vào
từ trường bên ngoài.
2.3. Phân loại vật liệu điện theo trạng thái vật thể
Theo trạng thái vật thể có vật liệu ở thể rắn, thể lỏng và vật liệu ở thể khí.
Ngoài ra ta cũng có thể phân loại vật liệu điện:
+ Theo công dụng: có vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu dẫn từ và vật
liệu bán dẫn.
+ Theo nguồn gốc: có vật liệu vô cơ và vật liệu hữu cơ.

CÂU HỎI
1. Trình bày cấu tạo nguyên tử, phân tử của vật liệu điện?
2. Trình bày các mối liên kết trong vật liệu điện? So sánh đặc điểm của các mối
liên kết đó?
3.Thế nào gọi là khuyết tật trong cấu tạo vật rắn và các khuyết tật đó ảnh hưởng
như thế nào tới các tính chất của vật rắn?.
 11

4.Trình bày lý thuyết phân vùng năng lượng trong vật rắn? Nêu cách phân loại
vật liệu điện theo lý thuết phân vùng năng lượng?.
5.Vật liệu điện được phân loại như thế nào? trình bày các cách phân loại đó?
 12

CHƯƠNG 1:VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN

Mã chương: 11-01

Giới thiệu :
Vật liệu cách điện có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với kỹ thuật điện.
Chúng được dùng để tạo ra cách điện bao bọc quanh những bộ phận dẫn điện
trong các thiết bị điện và để tách rời các bộ phận có điện thế khác nhau. Nhiệm
vụ của cách điện là chỉ cho dòng điện đi theo những con đường trong mạch điện
đã được sơ đồ qui định. Rõ ràng là nếu thiếu vật liệu cách điện sẽ không thể chế
tạo được bất kỳ thiết bị điện nào kể cả loại đơn giản nhất. Vật liệu cách điện có
ý nghĩa quan trọng như vậy nhưng muốn sử dụng đạt hiệu quả cao thì đòi hỏi
người công nhân phải am hiểu về tính chất, các đặc tính kỹ thuật của từng loại
vật liệu cách điện. Nội dung bài học này nhằm trang bị cho người học những
kiến thức cơ bản của vật liệu cách điện và ứng dụng của nó.

Mục tiêu:
- Nhận dạng, phân loại được chính xác các loại vật liệu cách điện dùng
trong công nghiệp và dân dụng.
- Trình bày được các đặc tính cơ bản của một số loại vật liệu cách điện thường
dùng.
- Sử dụng phù hợp các loại vật liệu cách điện theo từng yêu cầu kỹ thuật cụ
thể.
- Xác định được các nguyên nhân gây ra hư hỏng và có phương án thay thế
khả thi các loại vật liệu cách điện thường dùng.
- Rèn luyê ̣n được tính cẩn thâ ̣n, chính xác, chủ đô ̣ng trong công việc.

1.Khái niệm và phân loại vật liệu cách điện

Mục tiêu:
- Nhận dạng được các loại vật liệu cách điện đúng yêu cầu kỹ thuật .
- Phân loại được các loại vật liệu cách điện đạt chính xác 90%
1.1. Khái niệm
Phần địên của các thiết bị có phần dẫn điện và phần cách điện. Phần dẫn
điện là tập hợp các vật dẫn khép kín mạch để cho dòng điện chạy qua. Để đảm
bảo mạch làm việc bình thường, vật dẫn cần được cách ly với các vật dẫn khác
trong mạch, vật dẫn của mạch khác hoặc vật dẫn nào đó trong không gian.
Ngoài ra còn phải cách ly vật dẫn với các nhân viên làm việc với mạch điện.
Như vậy vật dẫn phải được bao bọc bởi các vật liệu cách điện.
 13

Vật liệu cách điện còn được gọi là điện môi. Điện môi là những vật liệu làm
cho dòng điện đi đúng nơi qui định.
1.2.Phân loại vật liệu cách điện
Phân loại theo trạng thái vật l
Vât liệu cách điện (điện môi) có thể ở thể khí, thể lỏng và thể rắn. Ở giữa
thể lỏng và thể lỏng rắn, còn có một thể trung gian, gọi là thể mềm nhão như:
các vật liệu có tính chất bôi trơn, các loại sơn tẩm.
Phân loại theo thành phần hóa học
Theo thành phần hoá học, ngưòi ta chia vật liệu cách điện thành: vật liệu
cách điện hữu cơ và vật liệu cách điện vô cơ.
Vật liệu cách điện hữu cơ: chia làm hai nhóm: nhóm có nguồn gốc trong
thiên nhiên và nhóm nhân tạo.
Vật liệu cách điện vô cơ: vật liệu cách điện vô cơ: gồm các chất khí, các
chất lỏng không cháy, các loại vật liệu như: sứ gốm, thủy tinh, mica, amiăng
v.v…
Phân loại theo tính chịu nhiệt
Khi lựa chọn vật liệu cách điện, trước tiên ta phải biết vật liệu có khả
năng chịu nhiệt theo cấp nào trong số bảy cấp chịu nhiệt của vật liệu cách điện
theo bảng sau: (bảng 1.1).

Bảng 1.1.Các cấp chịu nhiệt của vật liệu cách điện
Cấp cách Nhiệt độ
Các vật liệu cách điện chủ yếu
điện cho phép
(0C)
Y 90 Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, gỗ và các vật liệu tơng
tự, không tẩm và ngâm trong vật liệu cách điện lỏng.
Các loại nhựa như: nhựa polietilen, nhựa polistirol,
vinyl clorua, anilin...
A 105 Giấy, vải sợi, lụa được ngâm hay tẩm dầu biến áp.
Cao su nhân tạo, nhựa polieste, các loại sơn cách điện
có dầu làm khô, axetyl, tấm gỗ dán, êmây gốc sơn
nhựa dầu.
E 120 Nhựa tráng polivinylphocman, poliamit, eboxi. Giấy
ép hoặc vải có tẩm nha phenolfocmandehit (gọi chung
 14

là bakelit giấy). Nhựa melaminfocmandehit có chất

độn xenlulo, têctôlit. Vải có tẩm poliamit. Nhựa
poliamit, nhựa phênol - phurol có độn xenlulo, nhựa
êboxi.
B 130 Nhựa polieste, amiăng, mica, thủy tinh có chất độn.
Sơn cách điện có dầu làm khô, dùng ở cá bộ phận
không tiếp xúc với không khí. Sơn cách điện alkit, sơn
cách điện từ nhựa phênol. Các loại sản phẩm mica
(micanit, mica màng mỏng). Nhựa phênol-phurol có
chất độn khoáng. Nhựa eboxi, sợi thủy tinh, nhựa
melamin focmandehit, amiăng, mica, hoặc thủy tinh
có chất độn.
F 155 Sợi amiăng, sợi thủy tinh không có chất kết dính. Bao
gồm micanit, êpoxi poliête chịu nhiệt, silíc hữu cơ.
H 180 Xilicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính, nhựa
silíc hữu cơ có độ bền nhiệt đặc biệt cao.
C Trên 180 Gồm các vật liệu cách điện vô cơ thuần túy, hoàn toàn
không có thành phần kết dính hay tẩm. Chất vật liệu
cách điện oxit nhôm và florua nhôm. Micanit không có
chất kết dính, thủy tinh, sứ. Politetraflotilen,
polimonoclortrifloetilen, ximăng amiăng v.v..

2. Tính chất chung, nguyên nhân gây hư hỏng của vật liệu cách điện
Mục tiêu:
- Trình bầy được các tính chất chung và nguyên nhân gây hư hỏng, cách phòng
ngừa của vật liệu cách điện
Vật liệu cách điện có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với kỹ thuật điện hơn
nữa vật liệu cách điện có nhiều chủng loại khác nhau và ngay trong mỗi loại, do
đặc tính kỹ thuật và công nghệ chế tạo cũng có nhiếu vật liệu cách điện khác
nhau. Vì vậy cần tìm hiểu những tính chất chung của các loại vật liệu cách điện
để tạo ra nhưng thiết bị chất lượng cao đảm bảo làm việc lâu dài và đem lại hiệu
quả kinh tế cao.
2.1. Tính hút ẩm của vật liệu cách điện:
 15

Các vật liệu cách điện nói chung ở mức độ ít hay nhiều đều hút ẩm vào bên
trong từ môI trường xung quanh hay thấm ẩm tức là cho hơI nước xuyên qua
chúng. Khi bị thấm ẩm các tính chất cách điện của vật liệu cách điện bị giảm
nhiều. Những vật liệu cách điện không cho nước di vào bên trong nó khi đăt ở
môI trường có độ ẩm cao thì trên bề mặt có thể ngưng tụ một lớp ẩm làm cho
dòng rò bề mặt tăng, có thể gây ra sự cố cho các thiết bị điện.
2.2. Tính chất cơ học của vật liệu cách điện
Các chi tiết bằng vật liệu cách điện trong các thiết bị điện khi vận hành ngoài
sự tác động của điện trường còn phải chịu tác động của phụ tải cơ học nhất định.
Vì vậy khi chọn vật liệu cách điện cần phải xem xét tới độ bền cơ của các vật
liệu và khả năng chịu đựng củ chúng mà không bị biến dạng.
Độ bền chịu kéo, chịu nén và uốn
Các dạng đơn giản nhất của phụ tải tĩnh cơ học: nén, kéo và uốn được nghiên
cứu trên cơ sở quy luật cơ bản ở giáo trình sức bền vật liệu . Trị số của độ bền
chịu kéo (k), chịu nén (n), và uốn (n), được đo bằng kG/cm2 hoặc trong hệ SI
bằng N/m2, (1 N/m2  10-5 kG/cm2). Các vật liệu kết cấu không đẳng hướng (vật
liệu có nhiều lớp, sợi v.v...) có độ bền cơ học phụ thuộc vào phương tác dụng
của tải trọng theo các hướng không gian khác nhau thì có độ bền khác nhau. Đối
với các vật liệu như: thủy tinh, sứ, chất dẻo v.v...độ bền uốn có trị số bé. Ví dụ:
thủy tinh, thạch anh có độ bền chịu nén n = 20.000 kG/cm2, còn khi kéo đứt thì
chưa đến 500 kG/cm2, chính vì vậy người ta sử dụng nó ở vị trí đỡ. Ngoài ra độ
bền cơ phụ thuộc diện tích tiết diện ngang và nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì độ
bền giảm.
Tính giòn.
Nhiều vật liệu giòn tức là trong khi có độ bền tương đối cao đối với phụ tải
tĩnh thì lại dễ bị phá hủy bởi lực tác động bất ngờ đặt vào. Để đánh giá khả năng
của vật liệu chống lại tác động của phụ tảI động người ta xác định ứng suất dai
va đập.
Polietylen có ứng suất dai va dập rất cao vđ  100kG.cm/cm2, còn với vật liệu
gốm và micalếch chỉ khoảng (25) kG.cm/cm2.. Việc kiểm tra độ giòn và độ dai
va đập rất quan trọng đối với vật liệu cách điện trong trang bị điện của máy bay.
Độ cứng.
 16

Độ cứng vật liệu là khả năng của bề mặt vật liệu chống lại biến dạng gây nên
bởi lực nén truyền từ vật có kích thước nhỏ vào nó. Độ cứng được xác định theo
nhiều phương pháp khác nhau:
Theo thang khoáng vật hay là thang thập phân quy ước của độ cứng. Nếu ta quy
ước hoạt thạch là một đơn vị thì thạch cao có độ cứng là 1,4; apatit là 44, thạch
anh là 1500; hoàng ngọc (topa) là 5500; kim cương là 5.000.000.
Độ nhớt:
Đối với vật liệu cách điện thể lỏng hoặc nửa lỏng như dầu, sơn, hỗn hợp
tráng, tẩm, dầu biến áp v.v...thì độ nhớt là một đặc tính cơ học quan trọng. Có ba
khái niệm độ nhớt của chất lỏng như sau:
Độ nhớt động lực học () hay còn gọi là hệ số ma sát bên trong của chất lỏng
Độ nhớt động học (v) bằng tỉ số độ nhớt động lực học của chất lỏng và mật độ
của nó:

v  (1.1)

Trong đó:
+  là mật độ của chất lỏng
+  là độ nhớt động lực học của chất lỏng.
Độ nhớt tương đối theo Angle: đây là độ nhớt đo bằng tỉ số giữa thời gian
chảy từ nhớt kế Angle của 200ml chất lỏng (ở nhiệt độ thí nghiệm cho trước)
2.3. Tính chất hóa học của vật liệu cách điện
Chúng ta phải nghiên cứu tính chất hóa học của vật liệu cách điện vì:
Độ tin cậy của vật liệu cách điện cần phải đảm bảo khi làm việc lâu dài: nghĩa là
không bị phân hủy để giải thoát ra các sản phẩm phụ và không ăn mòn kim loại
tiếp xúc với nó, không phản ứng với các chất khác (khí, nước, axit, kiềm, dung
dịch muối v.v...). Độ bền đối với tác động của các vật liệu cách điện khác nhau
thì khác nhau.
Khi sản xuất các chi tiết có thể gia công vật liệu bằng những phương pháp
hóa công khác nhau: dính được, hòa tan trong dung dịch tạo thành sơn.
Độ hòa tan của vật liệu rắn có thể đánh giá bằng khối lượng vật liệu chuyển
sang dung dịch trong một đơn vị thời gian từ một đơn vị thời gian tiếp xúc giữa
vật liệu với dung môi. Độ hòa tan nhất là các chất có bản chất hóa học gắn với
dung môi và chứa các nhóm nguyên tử giống nhau trong phân tử. Các chất
lưỡng cực dễ hòa tan hơn trong chất lỏng lưỡng cực, các chất trung tính dễ hòa
 17

tan trong chất trung tính. Các chất cao phân tử có cấu trúc mạch thẳng dễ hòa
tan hơn so với cấu trúc trung gian. Khi tăng nhiệt độ thì độ hòa tan tăng.
2.4. Hiện tượng đánh thủng điện môi và độ bền cách điện
Hiện tượng đánh thủng điện môi.
Trong điều kiện bình thường, vật liệu cách điện có điện trở rất lớn nên nó làm
cách ly các phần mang điện với nhau. Nhưng nếu các vật liệu này đặt vào môi
trường có điện áp cao thì các mối liên kết bên trong của vật liệu sẽ bị phá hủy
làm nó mất tính cách điện đi. Khi đó, người ta nói vật liệu cách điện đã bị đánh
thủng.
Giá trị điện áp đánh thủng (Uđt) được tính :

Uđt = Ebđ . d (1.2)

Trong đó:
- Ebđ: độ bền cách điện của vật liệu (kV/mm).
- d: độ dày của tấm vật liệu cách điện (mm)
- Uđt : điện áp đánh thủng (kV).

Độ bền cách điện

Giới hạn điện áp cho phép mà vật liệu cách điện còn làm việc được, được
gọi là độ bền cách điện của vật liệu.
Độ bền cách điện của vật liệu phụ thuộc vào bản chất của vật liệu. Giá trị độ bền
cách điện của một sô vật liệu được cho trong bảng sau: (bảng 1.2)

Bảng 1.2.Độ bền cách điện của một số vật liệu cách điện

Độ bền cách điện Ebđ Giới hạn điện áp an

Vật liệu
kV/mm toàn 
Không khí 3 1
Giấy tẩm dầu 10  25 3,6
Cao su 15  20 36
Nhựa PVC 32,5 3,12
Thuỷ tinh 10  15 6  10
Mica 50  100 5,4
Dầu máy biến áp 5  18 2  2,5
Sứ
 18

Cáctông 15  20 5,5
8  12 3  3,5

Như vậy để vật liệu làm việc an toàn mà không bị đánh thủng thì điện áp
đặt vào vật phải bé hơn Uđt một số lần tùy vào các vật liệu khác nhau.
Tỉ số giữa điện áp đánh thủng và điện áp cho phép vật liệu còn làm việc gọi là
hệ số an toàn ().

U
(2.3)
  dt
U cp

Với:
- Uđt: điện áp đánh thủng (kV).
- Ucp: điện áp cho phép vật liệu làm việc kV
- : giới hạn an toàn, phụ thuộc vào bản chất vật liệu.
Độ bền nhiệt
Khả năng của vật liệu cách điện và các chi tiết chịu đựng không bị phá hủy
trong thời gian ngắn cũng như lâu dài dưới tác động của nhiệt độ cao và sự thay
đổi đột ngột của nhiệt độ gọi là độ bền nhiệt của vật liệu cách điện.
Độ bền nhiệt của vật liệu cách điện vô cơ thường được xác định theo điểm bắt
đầu biến đổi tính chất điện. Ví dụ như: tg tăng rõ rệt hay điện trở suất giảm.
Đại lượng độ bền nhiệt được đánh giá bằng trị số nhiệt độ (đo bằng 0C) xuất
hiện sự biến đổi tính chất.
Độ bền nhiệt của vật liệu cách điện hữu cơ thường được xác định theo điểm
bắt đầu biến dạng cơ học kéo hoặc uốn. Đối với các điện môi khác có thể xác
định độ bền nhiệt theo các đặc tính điện.
Nâng cao nhiệt độ làm việc của cách điện có ý nghĩa rất quan trọng. Trong
các nhà máy điện và thiết bị điện việc nâng cao nhiệt độ cho phép ta sẽ nhận
được công suất cao hơn khi kích thước không đổi, hoặc giữ nguyên công suất thì
có thể giảm kích thước, trọng lượng và giá thành của thiết bị ...Theo quy định
của IEC (hội kỹ thuật điện quốc tế) các vật liệu cách điện được phân theo các
cấp chịu nhiệt sau đây: (Bảng 1.3)
 19

Bảng 1.3. Phân cấp vật liệu cách điện theo độ bền nhiệt
Ký hiệu cấp Nhiệt độ làm việc Ký hiệu cấp Nhiệt độ làm việc
chịu nhiệt lớn nhất cho chịu nhiệt lớn nhất cho phép
phép (0C) (0C)
Y 90 P 155
A 105 H 180
E 120 C 180
B 130

* Các vật liệu cách điện tương ứng với các cấp chịu nhiệt được cho trong bảng
+ Sự giản nở nhiệt:
Sự giản nở nhiệt của vật liệu cách điện cũng như các vật liệu khác cũng
thường được quan tâm khi sử dụng vật liệu cách điện.

Bảng 1.4. Hệ số dãn nở dài theo nhiệt độ

Tên vật liệu l.106 (độ- Ghi chú
1
)
- Thủy tinh 0,55
- Sứ cao tần 4,5 Chất vô cơ
- Steatit 7
- Phênolfoocmalđêhit và các chất dẻo có độn 25  70
khác.
Chất hữu cơ
- Tấm chất dẻo clorua polivinyl 70
- Polistirol 60  80
- Polietilen 100

Các điện môi vô cơ có hệ số giản nở dài theo nhiệt độ bé nên các chi tiết chế
tạo từ vật liệu vô cơ có kích thước ổn định khi nhiệt độ thay đổi. Ngược lại, ở
các vật liệu cách điện hữu cơ hệ số giản nở dài có trị số lớn gấp hàng trăm lần so
với vật liệu cách điện vô cơ. Khi sử dụng trong điều kiện nhiệt độ thay đổi cần
chú ý đến tính chất này của vật liệu để tránh trường hợp xấu xẩy ra.
2.5. Tính chọn vật liệu cách điện
Khi cần chọn lựa vật liệu cách điện, người ta căn cứ vào các tiêu chuẩn sau đây:
+ Độ cách điện:
Tùy vào điện áp làm việc của thiết bị, người ta chọn loại vật liệu có bề
dày thích hợp, sao cho vật liệu làm việc an toàn mà không bị đánh thủng. Ta áp
dụng công thức (2.2) và (2.3) để tính toán.
 20

+ Độ bền cơ:
Tùy vào điều kiện làm việc của thiết bị mà ta chọn vật liệu cách điện có
độ bền cơ thích hợp.
+ Độ bền nhiệt:
Căn cứ vào sự phát nóng khi thiết bị làm việc, người ta sẽ chọn các loại
vật liệu cách điện có nhiệt độ cho phép phù hợp.
Ví dụ: Các vật liệu cách điện các dụng cụ đốt nóng (bàn ủi (bàn là), nồi cơm
điện) thường dùng vật liệu từ cấp B trở lên.
2.6. Hư hỏng thường gặp.
Các loại vật liệu cách điện được sử dụng để cách điện cho máy điện, thiết bị
điện và khí cụ điện lâu ngày sẽ bị hư hỏng và ta thường gặp các dạng hư hỏng
sau:
Hư hỏng do điện: do các máy điện, thiết bị điện và khí cụ điện khi làm việc với
các đại lượng, thông số vượt quá trị số định mức như: các đại lượng về dòng
điện, điện áp, công suất v.v...làm cho vật liệu cách điện giảm tuổi thọ hoặc bị
đánh thủng.
Hư hỏng do bị già hóa của vật liệu cách điện: trong quá trình làm việc các
loại vật liệu cách điện đều bị ảnh hưởng của các diều kiện của môi trường như
nhiệt độ, độ ẩm và hơi nước v.v.... Làm cho các vật liệu cách điện giảm tính chất
cách điện của chúng đi và dễ bị đánh thủng.
Hư hỏng do các lực tác động từ bên ngoài: các vật liệu cáh điện khi bị lực tác
động từ bên ngoài có thể làm hư hỏng ví dụ lớp emay trên các dây điện từ có
đường kính tương đối lớn nếu bị uốn cong với bán kính nhỏ sẽ làm lớp cách
điện bằng bị vỡ hoặc khi vào dây không cẩn thận làm lớp cách điện bị trầy xước
hoặc là khi lót cách điện không cẩn thận làm gãy hoặc rách cách điện v.v...
Hư hỏng do sự mài mòn giữa các bộ phận: các chi tiết khi làm việc tiếp xúc
và có sự chuyển động tương đối với nhau thì sẽ bị hư hỏng do sự mài mòn và
dễ bị đánh thủng v.v...

3. Một số vật liệu cách điện thông dụng.

Mục tiêu:
Nêu được các thông số kỹ thuật, tính chất, công dụng của các vật liệu cách
điện thông dụng
 21

3.1. Vật liệu sợi

Vật liệu cách điện sợi được chế tạo bằng vật liệu hữu cơ như: gỗ, giấy,
phíp, vải bông và vật liệu vô cơ như: amiăng, sợi thủy tinh. Vật liệu cách điện
hữu cơ rất xốp thể tích lỗ xốp chiếm (40  50)%. Do đó độ ngấm ẩm lớn.
Để nâng cao tính năng cách điện của vật liệu này cần phải sấy và tẩm dầu
cách điện.

3.2. Giấy và cáctông

Là những vật liệu hình tấm hoặc quấn lại bằng cuộn có cấu tạo xơ ngắn,
thành phần chủ yếu là xenlulô được dùng phổ biến làm cách điện trong máy
điện, máy biến áp, khí cụ điện, giấy và cáctông được sản xuất từ vật liệu sợi hữu
cơ như gỗ, bông vải, tơ lụa...Vật liệu vô cơ như: amiăng, thuỷ tinh.
Một số giấy có công dụng lớn đối với kỹ thuật điện đó là:

3.3.Giấy cáp:
Được dùng làm cách điện của cáp điện lực, có các ký hiệu sau:
K - 080; K - 120; K - 170; KM - 120; KB - 030; KB - 045; KB - 080; KB - 120;
KBY - 015....KBY- 120; KBM - 080... KBM - 240.
Trong ký hiệu: K thuộc về cáp;
M: nhiều lớp.
B: điện áp cao.
Y: được ép chặt.
Còn các con số là định mức chiều dày
Vì chất cách điện của cáp có tẩm chất nhớt bị hóa già nên loại cáp này chỉ làm
việc lâu dài trong điện trường có cường độ thấp (3  4) kV/mm.

3.4.Giấy cáp điện thoại.

Giấy tụ điện: loại giấy này khi đã được tẩm làm điện môi cho tụ điện giấy,
có hai loại giấy làm tụ điện: KOH là loại giấy làm tụ điện thông thường và
silicon là loại giấy làm tụ động lực. Giấy làm tụ điện thường được sản xuất
thành từng cuộn có chiều rộng từ 12 đến 750mm. Những đặc tính giấy làm tụ
điện có chiều dày 15m được cho trong bảng sau: (bảng 1.5).

Bảng 1.5. Đặc tính của giấy làm tụ điện có chiều dầy 15m
 22

Các đặc tính Loại và nhãn hiệu giấy

KOH - I KOH - Silicon - Silicon - Silicon -
II 0,8 1 2
Điện áp đánh thủng 430 450 420 460 490
của giấy khô, (V)
không nhỏ hơn
Tg của giấy khô
không quá:
Ở 600C 0,0016 0,0018 0,0009 0,0012 0,0015
Ở 1000C 0,0028 0,0035 0,0010 0,0015 0,0020
Số lượng điểm có 100 130 10 15 30
tạp chất dẫn điện
trên 1m2

Cáctông cách điện: có hai loại cáctông được sử dụng:

+ Loại để ngoài không khí cứng và đàn hồi dùng làm cách điện ở trong không
khí (lót vào rãnh của máy điện, các lõi cuộn dây, các vòng đệm v.v...)
+ Loại dùng trong dầu có cấu trúc xốp và mềm hơn được dùng chủ yếu trong
dầu máy biến áp.

3.5. Phíp
Là một loại giấy được ngâm trong dung dịch clorua kẽm (ZnCl 2) nóng rồi
đem quấn vào một tang quay bằng thép để có được chiều dày cần thiết, rồi được
đem ép và trải qua quá trình gia công thành một vật liệu mịn thuần nhất gọi là
phíp, phíp được dùng chủ yếu để chế tạo các chi tiết cách điện có hình dạng
phức tạp.
Màu của phíp có thể là đen, nâu, đỏ v.v... đó là màu của giấy dùng để sản
xuất ra phíp. Tính chất cơ của phíp khá tốt: kéo= (550  0750) kG/cm2, nén=
(1500  2000) kG/cm2, uốn= (800  1000)kG/cm2 ứng suất dai va đập vào
khoảng (20  30) kGcm/cm2. Phíp dễ gia công, cưa, cắt, bào, tiện, ren, vít được.
Ngâm phíp vào nước nóng nó sẽ mềm đến mức có thể định hình được. Tỉ trọng
của phíp là (1 1,5) G/cm2, tỉ trọng của phíp càng cao thì đặc tính cơ và tính
cách điện càng cao. Nhược điểm của phíp là độ háo nước cao (50  60)%. Khi
độ ẩm môi trường xung quanh cao thì các chi tiết làm bằng phíp dễ bị biến dạng
và khi đó sẽ tạo ra điện dẫn điện phân lớn. Để giảm độ háo nước của phíp có thể
tẩm phíp bằng dầu biến áp hoặc prafin v.v...
 23

3.6. Amiăng, xi măng amiăng.

+ Amiăng.
Là tên thường gọi của nhóm khoáng vật, có cấu trúc xơ, amiăng có ưu điểm
chịu được nhiệt độ cao, ở nhiệt độ mà các xơ hữu cơ khác hoàn toàn bị phá hủy
thì amiăng vẫn còn bền và uốn được. Khi nhiệt độ từ (300  400)0C thì amiăng
mất đi độ bền cơ.
Amiăng rất thấm nước nên khi sử dụng phải tẩm. Loại amiăng thông
thường (crizotin) có thể hòa tan trong axit ngoại trừ một vài loại đặc biệt rất
hiếm lại có tính chịu được axit. Tính cách điện của amiăng không cao lắm nên
không được dùng cách điện trong điện cao thế và cao tần. Điện trở suất của khối
amiăng là 1010  1012.cm.
Để phù hợp với yêu cầu sử dụng người ta sản xuất amiăng thành giấy, vải,
băng…..
+ Ximăng amiăng.
Ximăng amiăng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện, là một chất
dẻo được ép nguội. Thành phần chủ yếu là các chất vô cơ, trong đó chất độn là
amiăng, còn chất kết dính là ximăng. Ximăng amiăng được sản xuất ra thành
tâm, ống và các sản phẩm theo hình mẫu. Có độ bền cơ không cao lắm và
chịu nhiệt tốt, chịu được sự phóng điện của hồ quang nhưng tính cách điện thấp
và hút ẩm.Thường được dùng làm bảng phân phối, tấm chắn ngăn các buồng
dập hồ quang.

3.7. Vải sơn và băng cách điện

Băng cách điện.
Các loại vải lụa, amiăng mạ tráng thủy tinh thường được dùng để bảo vệ
các cuộn dây máy điện. Băng amiăng được làm từ các sợi amiăng đàn hồi có
chứa oxít sắt dùng làm băng bảo vệ cho các cuộn dây của máy điện, điện áp từ 6
kV trở lên. Các loại này trước khi sử dụng phải tẩm sơn, sau khi tẩm độ chịu
nhiệt sẽ giảm, băng thủy tinh có độ chịu nhiệt, chịu ẩm tốt hơn loại trên.
Vải sơn cách điện.
Là loại vải bông, lụa, thủy tinh có tẩm sơn, có độ đàn hồi và độ mềm được
dùng làm cách điện rãnh của các máy điện có điện áp thấp. Trong các máy điện
có điện áp cao vải sơn được dùng làm cách điện ở các đầu dây quấn, cách điện
 24

giữa các cuộn dây, ngoài ra vải sơn còn được dùng cách điện cho các bộ phận bị
uốn cong nhiều. Độ bền điện của loại băng sợi bông có trị số khoảng (35 
50)kV/mm, loại bằng tơ (55  90)kV/mm. Vải sơn cách điện thường được sản
suất ở dạng cuộn rộng (700  1000)mm, chiều dày của vải cách điện là (0,15 
0,24) mm. Gần đây có khuynh hướng thay thế vải sơn và giấy sơn cách điện
bằng vật liệu cách điện dẻo đó là màng dẻo.

3.8. Chất dẻo

Chất dẻo là loại vật liệu được dùng rộng rãi trong kỹ thuật cũng như trong
đời sống. Đặc điểm của chất dẻo là dưới tác dụng của sức ép từ bên ngoài sẽ
nhận được hình dáng đã định trước của khuôn ép để chế tạo ra các sản phẩm.
Trong kỹ thuật điện người ta thường dùng chất dẻo để làm vật liệu cách điện
cũng như dùng làm các kết cấu thuần túy.
a. Hêtinắc:
Được sản xuất ra bằng cách ép nóng giấy đã được tẩm nhựa bakêlít. Hêtinắc có
khối lượng riêng từ 1,25 đến 1,4 G/cm3. Độ bền điện cao khoảng
(2025)kV/mm,  = 56 Hêtinắc được sử dụng trong việc chế tạo các thiết bị và
dụng cụ điện cao áp và hạ áp. Ngoài ra, Hêtinắc cũng được sử dụng trong kỹ
thuật thông tin.

b. Téctôlít:
Được sản xuất ra bằng cách ép nóng vải đã được tẩm nhựa bakêlít, nó
cũng tương tự Hêtinắc nhưng có giới hạn bền kéo doc và ứng suất dai va đập
theo chiều thẳng góc với lớp cách điện không cao hơn Hêtinắc nhưng độ bền
nhiệt cao hơn.
Trong những năm gần đây người ta đã chế tạo được nhiều loại chất dẻo nhiều
lớp có đặc tính cách điện, độ bền cơ và độ chịu nhiệt cao. Chất kết dính dùng
trong các chất dẻo ấy là nhựa polieste, êpoxi, nhựa poliimít, nhựa silíc hữu cơ và
các loại nhựa khác. Thành phần tạo thành là tổ hợp cách điện compozit có đặc
tính cách điện và độ bền cơ rất cao, chịu được ẩm, ứng dụng nhiều trong các
thiết bị điện cao áp. Những đặc tính của Hêtinắc, Téctôlít, Téctôlít thủy tinh
được cho trong bảng sau: (Bảng 1.6)

Bảng 1.6 Đắc tính của Heetinăc ,téctôlít

 25

Các đặc tính Hêtinắc Téctôlít Téctôlít

A B B -
Giới hạn bền kéo theo chiều 800 1000 650 900
dọc, kG/cm2, không nhỏ hơn.
Giới hạn bền uốn theo chiều 1000 1300 1200 1100
thẳng góc với lớp cách điện,
kG/cm2, không nhỏ hơn.
Ứng suất dai va đập theo 13 20 25 50
chiều thẳng góc với lớp cách
điện, kG/cm2, không dưới.
Độ bền nhiệt 0C không thấp 150 150 125 185
hơn
Điện trở suất khối V (.cm) 1011 1010 109 1010
không dưới

+ Cáp rôn: vật liệu có tính chịu hồ quang cao được dùng chế tạo làm khung
cuộn dây, màng và sợi cách điện.
+ Cáp san: vật liệu trong suốt theo dạng màng cách điện thường dùng để cách
điện rãnh máy điện hạ áp và trong tụ điện.
+ Polyfocmandêhit: vật liệu rắn, cứng có tính chống mài mòn chống ma sát cao.
Các chi tiết được chế tạo bằng chất này được thực hiện bằng cách đúc áp lực.

3.9. Nhựa cách điện:

Nhựa là tên gọi của một nhóm các vật liệu có nguồn gốc và bản chất rất
khác nhau nhưng có một số đặc điểm giống nhau về bản chất hóa học cũng như
tính chất vật lý. ở nhiệt độ thấp nó là những chất vô định hình. Khi ở nhiệt độ
cao nhựa mềm ra trở thành dẻo và sau đó hóa lỏng. Như vậy, nhiệt độ hóa lỏng
của nhựa không thể hiện rõ rệt. Phần lớn các loại nhựa được sử dụng trong kỹ
thuật cách điện không hòa tan trong nước và ít hút ẩm, nhưng chúng lại hòa tan
trong các dung môi hữu cơ thích hợp. Thông thường nhựa có tính kết dính và
khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn nhựa sẽ gắn chặt vào vật rắn
tiếp xúc với nó. Trong kỹ thuật cách điện nhựa được dùng làm thành phần quan
trọng của các loại sơn, các hỗn hợp, các chất dẻo, các vật liệu xơ nhân tạo và xơ
tổng hợp…Dựa theo nguồn gốc của các loại nhựa, người ta chia ra thành các
loại nhựa tự nhiên, nhựa nhân tạo và nhựa tổng hợp.
 26

Nhựa tự nhiên là những chất do một số động vật (cánh kiến) hoặc các loại cây
có nhựa (nhựa thông) tiết ra.
Trong những năm gần đây nhựa nhân tạo và nhựa tổng hợp trở nên rất
quan trọng đối với kỹ thuật cách điện. Dựa theo bản chất hóa học, nhựa tổng
hợp được chia nhỏ thành nhựa trùng hợp và nhựa trùng ngưng (ngưng tụ). Đa số
các loại nhưa tổng hợp là loại nhiệt dẻo, còn các loại trùng ngưng có thể là loại
nhiệt cứng (ví dụ nhựa poliamít, nhựa nôvôlac…). Về mặt cách điện thì nhựa
tổng hợp có ưu điểm hơn.
Nhựa tổng hợp:
Pôliêtilen:
Pôliêtilen có đặc tính cơ tốt, có độ trong suốt cao đối với các tia sáng
nhìn thấy được và các tia cực tím, chịu được axit và kiềm. Pôliêtilen dùng để
làm cách điện cho cáp điện tần số cao và cáp điện lực điện áp cao làm việc trong
môi trường ẩm. Nhược điểm là khả năng chịu nhiệt không cao, ở nhiệt độ bình
thường pôliêtilen không bị hòa tan với bất cứ dung môi nào.
Pôliprôpilen:
Pôliprôpilen là một chất trùng hợp mới có tỉ trọng (0,900,91)G/cm3, rất
dẻo. Tính chất cách điện của nó tương đương với pôliêtilen, nhưng độ bền nhiệt
cao hơn nhiều. Nhiệt độ hóa dẻo khoảng (165170)0C.
Nhựa PVC: (polivinyclorua).
Là hợp chất cao phân tử, được trùng hợp từ vinyclorua C2H3CL;(CH2=
CHCL)n , chịu được tác dụng của acid, kềm, nước, dầu…Dùng làm vỏ bọc dây
dẫn diện, cáp điện, đầu ra các thiết bị điện, vỏ bình accu…

Pôliizôbutilen:
Pôliizôbutilen là chất trùng hợp từ izôbutilen (H2C=C(CH3)2, cao phân
tử. Pôliizôbutilen là một chất giống cao su và rất dính. Nó có tính chịu lạnh tốt
(ở nhiệt độ âm 800C) vẫn giữ được tính dẻo. Tỉ trọng của pôliizôbutilen là
(0,910,93)G/cm3, có độ bền hóa học và độ hút ẩm nhỏ.
Pôlistirol:
Pôlistirol nhận được bằng cách trùng hợp stirol. Stirol là sản phẩm phụ
khi chưng khô than đá. Stirol rất dễ trùng hợp ngay cả khi để nó ở nhiệt độ bình
thường, trong bóng tối không cần chất xúc tác. Pôlistirol trong suốt, giống như
thủy tinh dạng khối mang hình dạng của bình chứa nó hoặc là trong nhũ tương
 27

(pôlistirol nhũ tương). Pôlistirol có thể đem chế biến như chất dẻo hoặc cũng có
thể gia công bằng cơ khí. Pôlistirol nhũ tương có tính chất cách điện và tính chịu
nhiệt thấp hơn pôlistirol khối song không nhiều.
+ Nhược điểm:
Ở nhiệt độ thấp thì khá giòn, dễ tạo ra vết nứt trên bề mặt.
Kém bền đối với dung môi nhất là hyđrô cácbon lỏng.
Tính chịu nhiệt không cao (7080)0C.
+ Công dụng:
Dùng làm điện môi trong kỹ thuật cao tần, vì có tổn hao điện môi bé. Nó
dùng làm vỏ bọc các cuộn dây, các chi tiết và cách điện cáp cao tần, cũng được
dùng làm sơn và hỗn hợp cách điện, màng mỏng để chế tạo tụ điện …
Pôliacrilat:
Là chất trùng hợp các este của axit acrylic, là điện môI chịu lạnh, chịu
dầu và chịu kiềm tốt. Người ta còn gọi nó là “thủy tinh hữu cơ” đó là vật liệu
không màu, trong suốt được dùng làm vật liệu kỹ thuật cách điện kết cấu, vật
liệu cho các tạp phẩm khác nhau…được dùng làm vật liệu dập hồ quang trong
các cầu chì cao áp hay chống sét ống.
Nhựa êpoxi:
Nhựa êpoxi được đặc trưng bởi nhóm êpoxi. Nó là chất lỏng nhớt có thể
hòa tan trong axêtôn và trong các dung môi thích hợp khác. Nhựa êpoxi có thể
được bảo quản lâu dài ở dạng tinh khiết mà không bị biến chất. Nhưng sau khi
cho chất đóng rắn vào thì nhựa êpoxi cứng lại khá nhanh, đồng thời chuyển
thành cấu trúc không gian. Tùy vào loại chất đóng rắn mà sự hóa cứng của êpoxi
có thể diễn ra ở nhiệt độ bình thường hay phảI đun nóng từ (80150)0C và áp
suất bình thường hay áp suất cao. Khi đóng rắn ở áp suất cao, thu được chất
cách điện có độ bền cơ cao hơn. Khi cứng lại độ co ngót của nhựa êpoxi khá nhỏ
(0,5-2)%, lực bám dính rất cao (bám vào nhiều loại vật liệu khác nhau như: chất
dẻo, thủy tinh, sứ, kim loại..), đó chính là ưu điểm của nhựa êpoxi. Nhựa êpoxi
khi đã đóng rắn có khả năng chịu nhiệt tốt, trong nhiều trường hợp nhựa êpoxi
có thể thay thế cho nhựa silíc hữu cơ, là loại nhựa đắt tiền và có độ bền cơ học
không cao. Trong thực tế người ta dùng riêng nhựa êpoxi hoặc hỗn hợp với các
vật liệu khác để sản xuất keo dán, sơn, hợp chất để đổ rót vào máy biến áp nhỏ,
hộp nối đầu cáp điện lực.
Nhựa fênolfoocmanđêhyt:
 28

Người ta có thể chế tạo ra nhựa fênolfoocmanđêhyt loại nhiệt cứng và

nhiệt dẻo. Cứ một phân tử gam fênol thì có ít nhất một phân tử gam
foocmanđêhyt tham gia vào phản ứng tạo thành nhựa nhiệt cứng và có tên gọi
bakêlít.
Bakêlít là chất cách điện nhiệt cứng tốt. Vật liệu cách điện bằng bakêlít
có độ bền cơ học cao, ít co giãn, nhưng nhược điểm là dễ tạo vết nứt trên bề
mặt, nhất là khi bị tác động của hồ quang khi phóng điện. Người ta thường dùng
bakêlít để tẩm gỗ và các vật liệu khác trong việc chế tạo các chất dẻo nhiều lớp.
Nhựa silíc hữu cơ (silicon)
Trong thành phần của nhựa silíc hữu cơ, ngoài cácbon là chất đặc trưng
cho polime hữu cơ còn có silíc. Silíc là một trong những thành phần cấu tạo
quan trọng nhất của nhiều điện môi vô cơ như mica, amiăng, một số thủy tinh,
vật liệu gốm v.v…Trong cấu tạo phân tử của silicon có khung silíc ôxy làm nền
tảng. Polime hữu cơ là chất nhiệt dẻo. Tính cách điện của các chất hữu cơ khá
cao ngay cả khi ở nhiệt độ cao. Nó được sử dụng trong các hỗn hợp với các vật
liệu vô cơ có độ bền chịu nhiệt cao (như mica, amiăng, sợi thủy tinh…) ở dạng
micanít, vải sơn thủy tinh. Hỗn hợp silíc hữu cơ không thấm nước. Vật liệu silíc
hữu cơ khá đắt tiền nên sử dụng bị hạn chế, vật liệu này có độ bền thấp.
Nhựa Pôlieste:
Pôlieste là sản phẩm của sự ngưng tụ các loại rượu và axít khác nhau.
Nhựa pôlieste bao gồm nhiều loại và có tính chất khác nhau. Các loại nhựa thu
được từ các loại rượu hai nguyên tử glicon có hai nhóm hyđrôxít – OH trong
phân tử và từ các axít hữu cơ hai gốc có hai nhóm các bôxít – COOH trong phân
tử là những chất có tính nhiệt dẻo. Còn loại nhựa thu được từ rượu ba nguyên tử
và loại axít có ít nhất hai gốc là những chất có tính nhiệt cứng. Trong công
nghiệp điện thường dùng loại có ba nguyên tử glixerin có nhiệt độ đông cứng
lớn hơn so với bakelít, có tính dần hồi, độ dính, độ bền hóa già vì nhiệt và độ
bền chống sự tạo vết. Chúng được dùng để dán mica thành băng mica hay
micanit, được dùng để tẩm cách điện trong máy điện và thiết bị điện.
Nhựa thiên nhiên
Cánh kiến
Loại nhựa này do một loại côn trùng tiết ra trên các cành cây ở các xứ
nóng thuộc vùng nhiệt đới. Người ta thu gom cánh kiến theo kiểu thủ công, làm
sạch rồi nấu chảy. Cánh kiến có màu vàng nhạt hoặc nâu, thành phần chủ yếu
 29

của cánh kiến là những axít hữu cơ phức tạp. Cánh kiến dễ hòa tan trong rượu
cồn nhưng không hòa tan trong hyđrôcácbon. Cánh kiến có đặc tính cách điện
như sau:  = 3,5, V = (1015 1016 ).cm, tg = 0,01, Eđt= 2030kV/mm. Ở (50
 60)0C cánh kiến trở nên dễ uốn và ở nhiệt độ cao hơn thì trở thành dẻo và
nóng chảy ra. Khi đun nóng kéo dài thì cánh kiến được nung kết, đồng thời trở
nên không nóng chảy và không hòa tan, nhiệt độ càng cao thì thời gian nung kết
càng giảm. Trong kỹ thuật cách điện, cánh kiến được dùng ở dạng sơn dán chế
tạo micanít. Khi không có cánh kiến người ta thay bằng nhựa gliptan và các loại
nhựa tổng hợp khác.
Nhựa thông (colofan).
Nhựa thông là một loại nhựa giòn có màu vàng hoặc nâu có tên gọi là
colofan, có tính chất cách điện như sau:  = (1014 1015) .cm, Eđt=
1015kV/mm và có hằng số điện môi  và tg phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ
hóa dẻo của các loại nhựa thông khác nhau vào khoảng (5070)0C. Colofan ôxy
hóa từ từ trong không khí, khi đó nhiệt độ hóa dẻo của nó tăng nhưng độ hòa tan
lại giảm. Nhựa thông hòa tan trong dầu mỏ, được dùng vào việc ngâm tẩm cáp,
ngoàI ra nó cũng được dùng để sản xuất ra rezinat là chất làm khô cho sơn dầu.

3.10. Dầu cách điện.

a, Dầu thực vật
Dầu thực vật rất quan trọng trong kỹ thuật cách điện, đó là những chất
lỏng nhớt thu được từ hạt của các loại thực vật khác nhau. Trong số các loại dầu
đó cần đặc biệt chú ý tới dầu khô. Dưới tác dụng của ánh sáng và khi tiếp xúc
với oxy của không khí cũng như dưới tác dụng của các yếu tố khác dầu khô có
khả năng chuyển qua trạng thái rắn. Những màng dầu khô đã cứng lại khá bền
đối với tác dụng của dung môi, chúng không hòa tan ngay cả khi được đun nóng
trong hyđrôcácbon nặng như dầu máy biến áp, vì vậy, chúng có tính chất chịu
dầu. Nhưng đối với hyđrôcácbon thơm (benzen) thì chúng kém bền hơn, khi đốt
nóng lớp màng đã cứng lại vẫn không hóa dẻo. Vì vậy dầu khô là loại nhiệt
cứng. Những loại thường được dùng nhất là dầu gai, dầu trẩu, dầu thầu dầu.
Dầu gai:
Là một chất lỏng, màu vàng thu được từ các hạt gai. Tỉ trọng của nó là
(0,93  0,94)G/cm3, nhiệt độ đông đặc khoảng - 200C.
Dầu trẩu:
 30

Người ta thu được dầu này từ các hạt cây trẩu. Dầu trẩu không ăn được
và còn độc hơn dầu gai. So với dầu gai thì dầu trẩu chóng khô hơn và khô đồng
đều. Dầu trẩu tạo ra lớp màng ít thấm nước. Dầu khô được dùng trong công
nghiệp điện để chế tạo sơn dầu cách điện, vải sơn cách điện, dùng để tẩm gỗ
cách điện.
Dầu thầu dầu:
Loại dầu này thu được từ hạt thầu dầu, dùng để tẩm tụ điện giấy. Tỉ
trọng của dầu thầu dầu là: (0,95  0,9)G/cm3, nhiệt độ đông đặc từ (- 10 đến
-180C),  = (4  4,5) ở nhiệt độ 200C và  = (3,5  4) ở nhiệt độ 900C, tg =
(0,01 0,03) ở nhiệt độ 200C, và tg = (0,02 0,08) ở nhiệt độ 1000C, độ bền
cách điện (1520)kV/mm. Dầu thầu dầu không hòa tan trong étxăng nhưng lại
hòa tan trong rượu êtyl. Khác với dầu mỏ, dầu thầu dầu không làm cho cao su
phồng lên.
b, Dầu mỏ cách điện (dầu máy biến áp) :
Trong số các vật liệu cách điện thể lỏng thì dầu biến áp được ứng dụng
nhiều nhất vào kỹ thuật điện. Dầu máy biến áp có hai chức năng chính:
Lấp đầy các lổ xốp trong vật liệu cách điện gốc sợi và khoảng trống giữa
các dây dẫn của cuộn dây, giữa cuộn dây và vỏ máy biến áp làm nhiệm vụ cách
điện và tăng độ bền cách điện của lớp cách điện lên rất nhiều.
Dầu máy biến áp có nhiệm vụ làm mát, tăng cường sự thoát nhiệt do tổn
hao công suất trong dây quấn và lỏi thép của máy biến áp sinh ra, đồng thời một
ứng dụng quan trọng khác của dầu máy biến áp là sử dụng làm cách điện và dập
tắt hồ quang điện giữa các đầu cực trong các máy cắt dầu, điện áp cao, dầu máy
biến áp tạo điều kiện làm nguội dòng hồ quang và nhanh chóng dập tắt hồ
quang. Người ta còn dùng dầu máy biến áp làm cách điện và làm mát trong một
số kháng điện, biến trở và các thiết bị điện khác.
Dầu biến áp có nhứng ưu nhược điểm sau:
+ Ưu điểm:
Có độ bền cách điện cao, trường hợp dầu chất lượng cao có thể đạt tới 160
kV/cm (trị số hiệu dụng).
Hằng số điện môi  = 2,2  2,3, tương đương một nửa chất cách điện thể
rắn.
Sau khi bị đánh thủng, khả năng cách điện của dầu phục hồi trở lại mặc dầu sau
nhiều lần bị đánh thủng một phần dầu bị cháy hoặc bị phân hủy về mặt hóa học.
 31

Có thể thâm nhập vào các khe rãnh hẹp, vừa cách điện vừa có tác dụng
làm mát trong rường hợp có dòng chảy mạnh.
Có thể sử dụng làm môi trường dập tắt hồ quang điện.
Điện trở suất lớn: (10141015 ).cm,
Nhiệt độ làm việc ở chế độ dàI hạnlà (90  95)0C dầu không bị hóa già nhiều.
+ Nhược điểm
Các tính năng điện của dầu máy biến áp biến đổi lớn nếu dầu bị bẩn, và
nhạy cảm với độ ẩm vì lớp dầu ở trên mặt có tính chất hút ẩm.
Ở nhiệt độ cao nhưng còn trong giới hạn cho phép dầu có những thay đổi
về hóa học, sự thay đổi này có hại và tạo bọt trong dầu làm giảm độ nhớt và
giảm tính cách điện của dầu.
Dễ cháy, khi cháy thì phát sinh khói đen, hơI dầu bốc lên hòa lẫn với
không khí tạo thành hỗn hợp nổ.
Tốc độ hóa già tăng lên khi có không khí lọt vào, nhiệt độ làm việc tăng,
khi có tác dụng của ánh sáng và khi có tác dụng của cường độ điện trường cao.

Bảng 1.7. Tiêu chuẩn độ bền điện của dầu biến áp

Đối với thiết bị Điện áp phóng điện của dầu kV/2.5 mm, không nhỏ hơn
có điện áp làm Đối với dầu mới Đối với dầu đã vận hành
việc, kV
6 và thấp hơn. 25 20
35 30 25
110 và 220. 40 35
330 và cao hơn. 50 45

3.11. Sơn và các hợp chất cách điện:

Trong kỹ thuật cách điện, sơn và các hợp chất cách điện có tầm quan
trọng rất to lớn, chúng ở dạng lỏng trong quá trình chế tạo cách điện, nhưng sau
đó đông rắn lại, khi dùng thì ở trạng thái rắn. Vì vậy sơn và hợp chất cách điện
được xếp vào loại vật liệu cách điện rắn.
a, Sơn:
Là dung dịch keo của nhựa, bitum, dầu khô và các chất tương tự. Các chất
này được gọi là nền sơn và được hòa tan trong dung môi bay hơi còn nền sơn
chuyển trạng thái rắn tạo thành một màng sơn
 32

Dựa theo cách sử dụng, sơn cách điện có thể chia thành ba nhóm chính: sơn tẩm,
sơn phủ và sơn dán.
+ Sơn tẩm:
Dùng để tẩm những chất cách điện xốp và đặc biệt là chất cách điện ở
dạng xơ (giấy, bìa, vải, sợi, dây quấn máy điện và thiết bị điện). Sau khi tẩm các
lỗ xốp trong chất cách điện không còn chứa khí nữa. Sau khi đã được lấp kín
bằng sơn khô, chất cách điện có độ bền điện và độ dẫn nhiệt cao hơn nhiều.
+ Sơn phủ:
Dùng để tạo ra trên bề mặt của vật liệu một lớp màng nhẵn bóng, chịu ẩm
và có độ bền cơ học. Người ta dùng loại sơn này quét lên chất cách điện rắn xốp
đã được tẩm sơ bộ nhằm cải thiện đặc tính cách điện và làm đẹp mặt ngoài của
sản phẩm. Có một số loại sơn phủ (êmay) dùng để quét trực tiếp lên kim loại
nhằm tạo ra trên bề mặt của nó lớp cách điện (cách điện dây êmay, lá tôn silíc
của máy điện và thiết bị điện).
+ Sơn dán:
Dùng để dán các vật liệu lại với nhau (dán mica thành băng hay
micanit) hoặc để gắn vật liệu cách điện vào kim loại. Ngoài tính chất cách điện
cao, tính hút ẩm ít và có độ bám dính cao.
Trong kỹ thuật điện người ta thường dùng các loại sơn sau:
Sơn bakêlít:
Là dung dịch hòa tan trong rượu, được dùng để tẩm hoặc dán và dùng
rộng rãi trong trong việc sản xuất Hêtinắc, Téctôlít để chế tạo chất cách điện
cao áp.
Sơn gliptan:
Là loại sơn nhiệt cứng có khả năng bám dính rất tốt dùng để dán micamít
v v…
Sơn silíc hữu cơ:
Là loại sơn khi sử dụng tạo thành màng sơn chịu nhiệt và chịu ẩm cao.
Sơn policlovinyl: là loại sơn rất bền đối với etxăng, dầu và các chất có hoạt tính
hóa học. Được dùng làm sơn phủ.
Sơn polistirol:
Tạo ra màng và có đặc tính cách điện cao và ít hút ẩm, được dùng trong
sản xuất thiết bị tần số cao.
Sơn cánh kiến:
 33

Được dùng làm sơn dán trong công nghệ sản xuất micanít cũng như trong
việc lắp ráp sữa chữa.
Sơn xenlulô:
Sơn xenlulô có công dụng rất lớn, màng sơn xenlulô bền về cơ học, rất
bóng có sức chịu đựng cao đối với tác dụng của không khí, hơi ẩm, dầu. Trong
kỹ thuật điện người ta dùng sơn nitrô để tẩm vỏ bọc dây dẫn bằng sợi bông dùng
trên ôtô và máy bay.
Sơn dầu:
Nền của các loại sơn dầu là dầu khô mà chủ yếu là dầu gai và dầu trẩu.
Ngoài ra sơn dầu còn chứa chất làm khô để đẩy mạnh quá trình sấy khô và dung
môi dễ bay hơi, làm giảm độ nhớt của sơn.
Sơn thuần bitum:
`Các loại sơn này không dùng vào mục đích cách điện vì màng sơn của nó
có nhiều nhược điểm như: ít dẻo, kém chịu nhiệt và kém bền với dung môi.
Người ta dùng sơn này để làm lớp sơn phủ chống ăn mòn.
Sơn dầu bitum:
Được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật cách điện, trong nền của loại sơn
này, ngoàI bitum còn chứa cả dầu khô, nhờ có dầu khô nên màng của loại sơn
này dễ uốn hơn, ít chịu ảnh hưởng của dung môi và ít bị hóa dẻo khi đốt nóng.
Sơn dầu nhựa:
Đây là loại sơn dầu cho thêm vào nhựa thiên nhiên hoặc nhựa tổng hợp.
Người ta sử dụng rộng rãi loại sơn này để tẩm dây quấn máy biến áp dầu, tẩm
dây quấn khi phảI chịu tác dụng của hơI axít và clo, dùng tẩm vật liệu cách điện
có chứa nhựa phênol focmandehyt.
b, Các hợp chất cách điện.
Các hợp chất cách điện cũng được phân thành hai nhóm:
Hợp chất tẩm: Có công dụng tương tự như sơn tẩm.
Hợp chất làm đầy: (hợp chất rót) dùng để lấp đầy các lổ trống tương đối lớn
nằm ở giữa các chi tiết khác nhau trong thiết bị điện, tạo ra một lớp phủ khá dày
trên bề mặt chi tiết, các mối nối hoặc cụm chi tiết kỹ thuật điện (ví dụ rót vào
dây cáp). Trong các trường hợp khác nhau các hợp chất làm đầy bảo vệ chất
cách điện chống ẩm và chống lại tác dụng của các chất có hoạt tính hóa học,
tăng cường độ bền cách điện, điện áp phóng điện và cải thiện sự tỏa nhiệt,
truyền nhiệt v v…
 34

3.12. Chất đàn hồi.

Những vật liệu trên cơ sở của cao su và những chất có đặc tính gần giồng
cao su gọi là chất đàn hồi có ý nghĩa lớn trong nhiều kỹ thuật khác nhau và trong
đời sống. Cao su có một số tính chất quan trọng sau: tính đàn hồi cao, tính ít
thấm ẩm và ít thấm khí.
Cao su thiên nhiên:
Về thành phần hóa học, cao su thiên nhiên là hyđrô cácbon trùng hợp có
thành phần là (C5H8)n và cấu tạo của nó được đặc trưng bằng sự có mặt của liên
kết kép. Người ta không dùng cao su nguyên chất vào việc sản xuất vật liệu cách
điện vì nó không chịu được nhiệt độ cao cũng như nhiệt độ thấp và tác dụng của
dung môi. Để khắc phục được các nhược điểm này người ta tiến hành lưu hóa
cao su, tức là nung nóng lên khi cho thêm lưu huỳnh vào cao su.
Cao su lưu hóa:
Sau khi lưu hóa tính chịu nhiệt, chịu lạnh của cao su tốt hơn, làm tăng độ
bền cơ và độ bền với dung môi. tùy theo lượng lưu huỳnh cho thêm vào cao su
mà thu được các sản phẩm khác nhau. Cao su được dùng rộng rãI trong công
nghiệp điện để làm chất cách điện cho các dây dẫn trong thiết bị điện, chế tạo
găng tay, ủng, thảm cách điện và ống cách điện. Khi dùng cao su làm vật liệu
cách điên cần chú ý các nhược điểm sau của cao su: độ bền nhiệt,ít chịu được
tác dụng của dầu mỏ, không chịu được các chất benzen, xăng...kém bền với ánh
sáng nhất là tia tử ngoại.
Cao su cách điện thường có:
V = 1015.cm;  = 3  7; tg = 0,020,10; Eđt = 2030 kV/mm.
Cao su tổng hợp:
Người ta dùng rượu cồn, dầu mỏ và khí thiên nhiên làm nguyên liệu để
sản xuất cao su tổng hợp thay thế cho cao su thiên nhiên và ứng dụng trong công
nghiệp sản xuất cáp điện, thiết bị điện.
Cao su bu tan:
Là loại cao su tổng hợp phổ biến nhất. Được dùng thay thế cho cao su
thiên nhiên hoặc hợp chất của nó để sản xuất cao su dẻo cũng như sản suất
êbônít. Cao su bu tan dùng vào mục đích cách điện phảI rửa sạch chất xúc tác
còn dư lại (natri).
Escapon:
 35

Là do cao su bu tan được trùng hợp bổ sung tạo nên, là chất có đặc tính
cơ gần giống êbônít nhưng có độ bền nhiệt cao hơn và ít chịu được sự tác dụng
của axít và các dung môi hữu cơ.
Escapon có đặc tính cách điện cao:
V = 1017.cm,  = 2,73, tg = 5,10-4, Eđt = 2030 kV/mm.
Cao su cloropren:
Có đặc tính cách điện thấp, nhưng lại rất bền với tác dụng của dầu,
etxăng, ôzôn và các chất ôxy hóa khác. Được dùng làm vỏ bảo vệ cho các sản
phẩm cáp, làm đệm cách điện.
Cao su butađien:
Có đặc tính cách điện gần giống cao su tự nhiên. Nó có tính chịu dầu và
chịu etxăng.
Cao su butyl:
Có độ bền nhiệt khá cao, độ thấm khí nhỏ có đặc tính chịu lạnh tốt
nhưng lại không chịu được dầu mỏ.
Cao su silíc hữu cơ (ký hiệu CKT):
Có độ bền nhiệt cao (khoang 2500C) và chịu lạnh tốt, có đặc tính cách
điện tốt nhưng độ bền cơ thấp, kém bền với tác dụng của dung môi và đắt tiền.

3.13. Điện môi vô cơ

Là loại vật liệu quan trọng trong kỹ thuật điện và vô tuyến điện. Đa số
những điện môI vô cơ có những đặc tính tốt như: tính chịu nhiệt cao, không hút
ẩm, độ bền cơ cao và ổn định, chịu được tác dụng của bức xạ năng lượng và là
vật liệu rẻ tiền. Điện môi vô cơ có thể chia thành các nhóm sau:
Thủy tinh:
Là những chất vô cơ không định hình và là hệ phức tạp của nhiều ôxít
khác nhau. Trong thành phần thủy tinh ngoàI những ôxít tạo thành thủy tinh
(SiO2, B2O3) còn có các ôxít khác như: Na2O, K2O, CaO, BaO, PbO, Al2O3 v.v...
+ Những đặc tính của thủy tinh:
Các đặc tính của thủy tinh biến đổi trong phạm vi rộng, chúng phụ thuộc
vào thành phần và công nghệ chế tạo thủy tinh.
Khối lượng thủy tinh biến động trong khoảng 2 đến 8,1 G/cm3
 36

Độ bền nén lớn hơn nhiều so với độ bền kéo: n = 6000  21000n kG/cm2,
k = 100  300n kG/cm2, trong điều kiện bình thường thủy tinh rất giòn, dễ vỡ
khi chịu tải trọng động.
Thủy tinh có nhiệt độ nóng chảy không ổn định. Nhiệt độ hóa dẻo của
các loại thủy tinh nằm trong khoảng 400 đến 16000C. Điện dẫn bề mặt phụ thuộc
bề mặt thủy tinh, nó tăng lên khi bề nặt thủy tinh bị nhiểm bẩn và khi độ ẩm của
môi trường xung quanh tăng lên. Tuy nhiên cách điện thủy tinh có nhiều ưu
điểm như sau:
Tính chịu nhiệt cao. Cuộn dây cách điện bằng thủy tinh có thể chịu nhiệt
độ trên 1000C.
Khả năng dẫn nhiệt gấp vải 4 lần.
Có khả năng chịu dầu, axít, xút trừ axít flohydríc, axít photphoríc nóng.
Không bị mục, nấm mốc không mọc được, không thấm ẩm, không hóa già.
Điện trở cách điện lớn hơn bất kỳ vật liệu cách điện sợi nào. Độ bền cách điện
cao.
Sợi thủy tinh không hút ẩm. Cuộn dây có cách điện thủy tinh ít tiêu hao
chất tẩm, thời gian tẩm cũng ngắn hơn…
Bảng 1.8. Tính năng của thủy tinh
Tính năng Thủy tinh Thủy tinh thạch anh
Khối lượng riêng. kg/dm3 2,2  2,6 2,21
Độ bền nén. kg/cm2 6000  10000 19000
Độ bền kéo. kg/cm2 400  800 700
Độ bền uốn. kG/cm2 1000  2.500 700
Độ bền va đập. kG/cm2 - -
Hệ số đàn hồi. kG/cm2 600000 720000
Hệ số giản nở 1/0C 8  9,4.10-6 0,55.10-6
Hệ số dẫn nhiệt. W/cm0C 0,0075  0,012 0,008  0,01
Hằng số điện môi ở 50Hz,  3  12 4,9
Hệ số tổn hao ở 50 Hz 104tg - -
Hệ số tổn hao ở 10 Hz 104tg 50  80 8
Điện trở cáh điện ở 20 0C 1011 1017 4.1019
Độ bền cách điện ở 50 Hz . 15  45 35  40
kV/mm

3.14. Vật liệu cách điện bằng gốm sứ

 37

+ Sứ cách điện:
Được chế tạo từ đất sét, sau đó gia công định hình được nung và tráng
men, có độ bền cách điện, độ bền nhiệt cao. Là một trong những vật liệu chủ yếu
dùng trong lưới điện cao thế, trung thế và hạ thế, dùng cách điện trong máy điện,
khí cụ điện…Vật liệu cách điện bằng sứ rất đa dạng:
Sứ đường dây gồm có sứ treo dùng cho điện áp cao hơn 35 kV, sứ đỡ dùng cho
điện áp thấp hơn.
Sứ trong các trạm điện là các loại sứ đỡ và sứ xuyên.
Sứ tham gia vào kết cấu của các thiết bị như máy biến áp, máy cắt dầu,
dao cách ly, chống sét van.
Sứ định vị gồm có các sứ puli, những linh kiện ở đui đèn, trong công tắc, cầu
chì, cầu dao phích cắm, sứ thông tin.vv…
Đặc tính quan trọng nhất của sứ cách điện điện áp cao là: trị số điện áp
phóng điện giữa hai điện cực. Do sứ cách điện có chiều dày lớn và cường độ
cách điện cao, nên khó có thể xẩy ra phóng điện chọc thủng sứ mà chỉ diễn ra
phóng điện trên bề mặt của sứ. Cần phân biệt hai loại điện áp phóng điện bề mặt
sứ : điện áp phóng điện khô và điện áp phóng điện ướt khi thử nghiệm sứ. (hình
2.1).

Hình 1.1: Đường phóng điện khi thử nghiệm phóng điện
Điện áp phóng điện khô là trị số điện áp phóng điện thu được khi thử
a. Khi khô b. Khi ướt
nghiệm sứ trong điều kiện bình thường (Hình 2.1.a). Điện áp phóng điện ướt là
trị số điện áp phóng điện thu được khi thử nghiệm sứ dưới mưa nhân tạo với
cường độ 4,5 5,5 mm/phút, mưa rơi theo góc 450 so với mặt phẳng ngang của
sứ. Điện áp phóng điện khô bao giờ cũng lớn hơn điện áp phóng điện ướt và nhỏ
hơn điện áp đánh thủng. Người ta xác định điện áp đánh thủng khi nhúng sứ thử
nghiệm vào trong dầu cách điện. Khi thử nghiệm sứ treo, cần xác định điện áp
đánh thủng cho từng bát sứ một, điện áp phóng điện khô được xác định cho cả
toàn bộ chuỗi sứ.
 38

Nhược điểm của sứ: độ bền va đập không cao, góc tổn hao diện môi khá
lớn, tổn hao điện môi lại tăng nhanh ở nhiệt độ cao, gây trở ngại cho việc dùng
sứ làm chất cách điện ở tần số cao cũng như ở nhiệt độ cao.

3.15. Mica và các vật liệu trên cơ sở mica.

Mica là vật liệu cách điện vô cơ có tính năng đặc biệt đó là độ bền điện
và độ bền cơ cao, tính chịu nhiệt và chịu ẩm tốt, khá dẻo khi có độ dày mỏng
nên được dùng làm vật liệu cách điện ở những vị trí quan trọng như: cách điện
của các máy điện cao áp công suất lớn và dùng làm điện môi trong một số loại
tụ điện. Mica trong tự nhiên có dạng tinh thể, đặc điểm đặc trưng của nó là có
thể tách ra từng bản mỏng một cách dễ dàng theo chiều song song giữa các bề
mặt thớ.
Mica muscôvít thường không màu hoặc có màu đỏ nhạt, xanh nhạt, và các
màu sắc khác; flogopít thường có màu sẫm hơn giống như màu hổ phách, màu
vàng ánh, màu nâu, màu đen tuyền, tuy nhiên cũng có khi gặp loại flogopít có
màu sáng hơn.
Đặc tính cách điện của mica muscôvít tốt hơn và cao hơn so với flogopít,
ngoài ra nó có độ bền cơ cao hơn, rắn hơn, dễ uốn và co dãn hơn flogopít. Các
trị số về 2 loại mica được cho trong bảng sau: (bảng 1.9).

Bảng 1.9.Đặc tính của Mica

Loại mica Khôi lượng ,.cm tg.104 ở tần số
riêng, G/cm3 50Hz 1kHz 1MHz
Muscôvít 2,80  2,90 10141015 150 25 3
Flogopít 2,65  2,80 10131014 500 150 15

Muscôvít chịu mài mòn tốt hơn flogopít. Điều đó có giá trị quan trọng
đối với micanít dùng cho vành góp, loại micanít được chế tạo bằng Muscôvít
này ít bị chổi than của máy điện làm mòn hơn là chất đồng dùng làm vành góp.
Còn loại micanít làm bằng flogopít dùng cho vành góp cũng bị mài mòn như
đồng cho nên có thể dùng nó không đòi hỏi phải đánh nhẵn vành góp. Phần lớn
các loại mica được dùng trong kỹ thuật điện vẫn giữ được đặc tính cách điện và
đặc tính cơ khá tốt khi đốt nóng lên vài trăm độ, vì thế mica được xếp vào cách
điện cấp C là cấp chịu nóng cao nhất. Khi nhiệt độ càng cao thì thì mica không
 39

còn trong suốt nữa, chiều dày của nó tăng lên, đặc tính cơ và điện giảm. Mica bị
nấu chảy ở nhiệt độ (1250  2300)0C.
+ Micanít: là loại vật liệu được sản xuất thành từng tấm hoặc từng cuộn do
những cánh mica dán lại với nhau bằng sơn dán hoặc bằng nhựa khô, đôi khi
còn dùng thêm lớp nền bằng xơ giấy hoặc xơ bông để dán những cánh mica lên
một mặt hoặc cả hai mặt của nó. Nền bằng xơ tăng độ bền kéo đứt của vật liệu
và giữ cho các cánh mica khó bị tách ra khi vật liệu bị uốn. Micanít có thể sử
dụng làm cách điện cho vành góp, dùng để lót đệm, để tạo hình, băng mica cách
điện cho thiết bị điện và cáp điện.
+ Mica bằng các hạt vụn: Mica vụn rửa sạch, nghiền thành vảy nhỏ và lợi dụng
khả năng dính liền lại với nhau của các tinh thể mica vừa mới được tách ra để
biến thành phôi ta thu được từng lá. Việc sử dụng các chất kết dính có thể tăng
độ bền cơ và độ bền điện của mica làm bằng các hạt vụn. Để sản xuất ra loại
mica này ta có thể sử dụng các chất thải của mica muscôvít và flogopít để làm
chất cách điện mà phương pháp khác không sử dụng được. Bằng phương pháp
này người ta chế tạo ra vật liệu chịu được hồ quang điện, đúc ép định hình bằng
khuôn tạo ra các chi tiết cách điện cần thiết cho các thiết bị điện.
+ Mica tổng hợp: thủy tinh mica là một trong số các điện môi có chất lượng cao.
Nó chịu được nhiệt độ cao, có độ bền cơ lớn, nhất là độ bền uốn, va đập, chịu
được phóng điện hồ quang, có tg nhỏ, có thể gia công bằng cơ khí được. Tuy
nhiên quá trình công nghệ sản xuất ra mica thủy tinh tốn nhiều công, đòi hỏi
phải có lò điện có công suất lớn, máy ép thủy lực và khuôn ép bằng thép không
rỉ. Thủy tinh mica có các đặc tính:
- Khối lượng riêng: 2,6  3,0G/cm3; nhiệt độ làm việc cho phép (300  350)0C;
giới hạn bền kéo kéo= (300  700) kG/cm2; nén= (1000  4000) kG/cm2; uốn=
(700  1400) kG/cm2; ứng suất dai va đập (2  5) kG.cm/cm2,  = (8  9).10-6
1/độ; y = (1012  1014) .cm; s = (1010  1012) .cm;  = (6  8,5); tg =
(0,003  0,01) ở tần số 1MHz. Độ bền cách điện (10  20) kV/mm. Mica thủy
tinh chịu được ẩm, nhưng kém bền đối với tác dụng của các axít clohyđríc,
nitơríc cũng như đối với chất kiềm. Khi thủy tinh mica bị rổ có khả năng hút ẩm
làm cho phẩm chất cách điện bị giảm đi.

THỰC HÀNH
1. Cho học viên quan sát và nhận biệt một số loại vật liệu cách điện thường dùng
 40

2. Cho học viên quan sát các loại mô hình được sử dụng trong bài hoc.
yêu cầu :
- Viết tên và nêu công dụng của các loại vật liệu cách điện đã được quan sát.
- Liệt kê được các loại vật liệu cách điện được sử dụng trong các mô hình đã
được quan sát và nêu nhận xét xem tại sao người ta sử dụng các loại vật liệu đó
và sử dụng như vậy thì đã phù hợp chưa, có cần thiết phải thay đổi không ? -
Nếu thay đổi thì chọn loại vật liệu nào ? v.v…
Nêu những tính chất và đặc điểm của những vật liệu cách điện đã được quan
sát.
Phân loại các vật liệu đã được quan sát theo từng nhóm như:
+ Nhóm vật liệu cách điện sợi.
+ Nhóm vật liệu cách điên là chất dẻo
+ Nhóm vật liệu cách điên là nhựa, nhựa tổng hợp
+ Là vật liệu cách điện vô cơ hay hữu cơ v.v….
Xác định các hư hỏng, nguyên nhân gây ra hư hỏng.
Sửa chữa, thay thế các vật liệu hư hỏng trong thiết bị.
3. Nếu nhà trường có thiết bị (thí nghiệm cao áp) thì cho học viên làm các bài thí
nghiệm về điện áp đánh thủng, độ bền cách điện đối với các loại vật liệu cách
điện.

-----------------------------------------------------------------------------------------------

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Câu hỏi:
1.Trình bày cấu tạo nguyên tử, phân tử của vật liệu?
2.Trình bày các mối liên kết trong vật liệu? So sánh đặc điểm của các mối liên
kết đó?.
3.Thế nào gọi là khuyết tật trong cấu tạo vật rắn và các khuyết tật đó ảnh hưởng
như thế nào tới các tính chất của vật rắn?.
4.Trình bày lý thuyết phân vùng năng lượng trong vật rắn? Nêu cách phân loại
vật liệu theo lý thuết phân vùng năng lượng?.
 41

5.Vật liệu điện được phân loại như thế nào? trình bày các cách phân loại đó?
BÀI TẬP
1. Xác định điện áp đánh thủng và điện áp làm việc của một tấm cáctông dày
0,15 cm khi áp nó vào hai điện cực.
2. Tính bề dày của một tấm nhựa PVC dùng làm cách điện cho lưới 15kV. Biết
rằng nhựa PVC có Ebđ = 32,5kV/mm, giới hạn điện áp an toàn  = 3,12.
3. Xác định điện áp đánh thủng và điện áp làm việc của một tấm mica dầy 0,15
cm khi áp nó vào hai điện cực. Biết rằng mica có Ebđ = (50  100)kV/mm, giới
hạn điện áp an toàn  = 5,4.
4. Tính bề dày của một tấm cao su dùng làm cách điện cho lưới 15kV. Biết rằng
cao su có Ebđ = (15  20)kV/mm, giới hạn điện áp an toàn  = (3  6)
5. Xác định điện áp đánh thủng và điện áp làm việc của một tấm giấy tẩm dầu
dầy 0,02 cm khi áp nó vào hai điện cực. Biết rằng giấy tẩm dầu có Ebđ = (10 
25)kV/mm, giới hạn điện áp an toàn  = 3,6.
6. Tính bề dày của một tấm thủy tinh dùng làm cách điện cho lưới 15kV. Biết
rằng thủy tinh có Ebđ = (10  15)kV/mm, giới hạn điện áp an toàn  = (6  10).

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN

Mã chương : 11-02

Giới thiệu :
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp kỹ thuật, ngành công
nghiệp điện năng cũng không ngừng được hoàn thiện và phát triển cho nên các
vật liệu dẫn điện đóng vai trò rất quan trọng, nếu không có chúng thì ta không
thể có các thiết bị điện.máy điện và cũng không tồn tại ngành công nghiệp điện.
Các vật liệu dẫn điện được dùng dẫn điện trong các thiết bij điện, máy điện, khí
cụ điện và truyền tải điện năng từ nơi sản xuất tới hộ tiêu thụ. Vật liệu dẫn điện
 42

rất đa dạng, nhiều chủng loại và chúng có những tính chất, đặc tính tính kỹ thuật
khác nhau. Vì vậy đòi hỏi người công nhân làm việc trong các ngành, nghề và
đặc biệt trong các nghề điện phải hiểu rõ về các tính chất, đặc tính tính `kỹ
thuật và ứng dụng của chúng để không ngừng nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết
kiệm điện năng trong sử dụng.
Nội dung chương 2 nhằm trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản và
cần thiết về tính chất, các đặc tính của các loại vật liệu dẫn điện thông dụng
nhằm ứng dụng có hiệu quả trong ngành nghề của mình.
Mục tiêu:
- Nhận dạng, phân loại được chính xác các loại vật liệu dẫn điện dùng trong
công nghiệp và dân dụng.
- Trình bày được các đặc tính cơ bản của một số loại vật liệu dẫn điện thường
dùng.
- Sử dụng phù hợp các loại vật liệu dẫn điện theo từng yêu cầu kỹ thuật cụ thể.
- Xác định được các nguyên nhân gây ra hư hỏng và có phương án thay thế
khả thi các loại vật liệu dẫn điện thường dùng.
- Rèn luyê ̣n được tính cẩn thâ ̣n, chính xác, chủ đô ̣ng trong công việc.

1. Khái niệm và tính chất của vật liệu dẫn điện.

Mục tiêu:
- Trình bầy được khái niệm của vật liệu dẫn điện
- Xác định được các nguyên nhân gây ra hư hỏng, cách khắc phục ở các loại
vật liệu dẫn điện
- Trình bầy được tính chất của một số Vật liệu dẫn điện thông dụng
1.1. Khái niệm về vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện tích
tự do. Nếu đặt những vật liệu này vào trong một trường điện, các điện tích sẽ
chuyển động theo hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện. Người ta
gọi là vật liệu có tính dẫn điện.
Vật liệu dẫn điện có thể là chất rắn, chất lỏng và trong những điều kiện
nhất định có thể là chất khí. Ở dạng chất rắn vật liệu dẫn điện gồm có kim loại
và các hợp kim của chúng. Trong một số trường hợp là những chất không phải
 43

là kim loại mà là chất lỏng dẫn điện, kim loại ở trạng thái chảy lỏng và những
chất điện phân.
Khí là hơi có thể trở nên dẫn điện ở cường độ điện trường lớn, chúng tạo
nên ion hóa do va chạm hay sự ion hóa quang.

1.2. Tính chất của vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện có các tính chất cơ bản sau:
 1
Điện dẫn suất của vật liệu   
  
Hệ số nhiệt của điện trở suất
Nhiệt dẫn suất.
Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt điện động
Giới hạn bền khi kéo và độ dãn dài tương đối khi đứt.
- Điện trở: là đại lượng đặc trưng cho sự ‘’cản trở‘’ dòng điện của vật
liệu hay nói cách khác Điện trở R là quan hệ giữa hiệu điện thế không đổi đặt ở
hai đầu của dây dẫn và cường độ dòng điện một chiều tạo nên trong dây dẫn đó
(chú ý: dây dẫn không hề có sức điện động nội tại nào). Xét về
điện trở của vật liệu điện được tính theo công thức sau:
l
R
s

Trong đó:
l: chiều dài của vật dẫn m.
S: là tiết diện của vật dẫn m2.
: là điện trở suất, phụ thuộc vào bản chất của vật liệu m.
R: là điện trở của vật dẫn .
Dựa vào biểu thức trên ta thấy: Nếu có hai vật dẫn khác nhau (khác
chất), nhưng có cùng chiều dài, cùng tiết diện thì vật nào có điện trở suất lớn
hơn thì vật đó sẽ có điện trở cao hơn, nghĩa là dòng điện chạy qua nó sẽ ’’khó
khăn’’ hơn.
Điện dẫn G của vật dẫn là đại lượng nghịch đảo của điện trở.
1
G
R
1
Điện dẫn được tính với đơn vị   1 .

 44

- Điện trở suất (): là đại lượng đặc trưng cho tính dẫn điện hay cách điện
của vật liệu hay nói cách khác: điện trở suất là điện trở của vật dẫn có chiều dài
là một đơn vị chiều dài và tiết điện là một đơn vị diện tích. Nó phụ thuộc vào
bản chất của vật liệu. Nếu vật có điện trở suất càng nhỏ thì dẫn điện càng tốt và
ngược lại.
Trên thực tế Điện trở suất  của vật dẫn được tính theo: .mm2/m và trong một
số trường hợp được tính bằng: .cm. Trong hệ CGS điện, điện trở suất được
tính bằng: cm, còn ở hệ MKSA tính bằng: m.
Những đơn vị nêu trên chúng được liên hệ với nhau qua biểu thức sau:
1cm = 104 .mm2/m = 106 .cm. = 10-2m.
Điện dẫn suất  là đại lượng nghịch đảo của điện trở suất.
 1
   
 
Điện dẫn suất  được tính theo: m/ .mm2; -1cm-1; -1m-1.
- Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ
Điện trở suất của kim loại và của rất nhiều hợp kim tăng theo nhiệt độ, điện trở
suất của cácbon và của dung dịch điện phân giảm theo nhiệt độ.
Thông thường điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ và theo qui luật sau:
 t   o 1  t   t 2  t 3  ...
Ở nhiệt độ sử dụng t2 điện trở suất sẽ được tính toán xuất phát từ nhiệt độ t1 theo
công thức:
t2 = t11 + (t2 - t1).
Trong đó:
 là hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ đối với vật liệu tương ứng và ứng
với những khoảng nhiệt độ được nghiên cứu.
Hệ số  gần như giống nhau đối với các kim loại tinh khiết và có trị số gần đúng
bằng 4.10-3 1/0C
Đối với khoảng chênh lệch nhiệt độ (t2 - t1) thì hệ số  trung bình sẽ là:
 .t 2   .t1

 .t1  t 2  t1 
Giá trị  và  đối với những kim loại chính được sử dụng trong kỹ thuật điện
được cho trong bảng sau: (Bảng 2.1)
 45

Bảng 2.1.Đặc tính vật lý và điện trở suất của một số kim loại
Khối lượng Nhiệt độ Điện trở suất  ở 20 Hệ số thay đổi của
Kim loại riêng g/cm3 nóng 0
C (mm2/m). Điện trở suất theo
chảy 0C nhiệt độ  1/độ.
Bạc 10,5 961 0,0160 - 0,0165 0,0034 - 0,00429
Đồng 8,9 1083 0,0168 - 0,0182 0,00392 - 0,00445
Vàng 19,3 1063 0,0220 - 0,0240 0,00350 - 0,00399
Nhôm 2,7 657 0,0262- 0,0400 0,0040 - 0,0049
Magiê 1,74 651 0,0446 - 0,0460 0,00390 - 0,0046
Molipđen 10,2 2620 0,0476 - 0,0570 0,0033 - 0,00512
Wolfram 19,3 3380 0,0530 - 0,0612 0,0040 - 0,0052
Kẻm 7,1 420 0,0535 - 0,0630 0,0035 - 0,00419
Niken 8,9 1455 0,06141 - 0,138 0,0044 - 0,00692
Thép 7,8 1535 0,0 918 - 1,1500 0,0045 - 0,00657
Platin 21,4 1770 0,0866 - 0,116 0,00247- 0,00398
Palađi 12 1555 0,1100 0,0038
Thiếc 7,3 232 0,113 - 0,143 0,00420 - 0,00465
Chì 11,4 327 0,205 - 0,222 0,0038 - 0,00428
Thủy ngân 13,6 - 39 0,952 - 0,959 0,0009 - 0,00099
Titan 4,5 1725 0,420 0,0044
Cadmi 8,6 321 0,076 0,0042
Coban 8,7 1492 0,062 0,0060
Vàng 19,3 1063 0,024 0,0036
Tantan 16,6 2977 0,135 0,0038

- Hệ số nhiệt nhiệt độ  của điện trở suất nói lên sự thay đổi điện trở suất của
vật liệu khi nhiệt độ thay đổi.
1.3. Các tác nhân môi trường ảnh hưởng đến vật liệu dẫn điện
Nhiệt độ của môi trường làm việc ảnh hưởng đến tính dẫn điện của vật
liệu khi nhiệt độ tăng thì điện trở của vật liệu tăng lên và làm cho tính dẫn điện
của vật liệu giảm.
Ở nhiệt độ không tuyệt đối (00K), điện trở suất của kim loại tinh khiết
giảm đột ngột, chúng thể hiện ‘’hiện tượng siêu dẫn’’. Về phương diện lý thuyết
ở độ không tuyệt đối, kim loại tinh khiết không còn điện trở.
Sự biến dạng đàn hồi, mức độ tinh khiết của kim loại ảnh hưởng đến gía
trị của điện trở suất của vật liệu dẫn điện.
Khi nóng chảy, điện trở suất của kim loại biến đổi, thông thường giá trị
tăng lên (ngoại trừ: ăngtimoan, gali và bitmut khi nóng chảy, điện trở suất giảm).
Sự không tinh khiết của kim loại dẫn đến làm tăng điện trở suất.
Ảnh hưởng của trường từ và ánh sáng đối với điện trở suất: thực nghiệm
cho thấy rằng điện trở suất của kim loại cũng biến đổi khi kim loại đặt trong
 46

trường từ và điện trở suất của một số vật liệu cũng biến đổi dưới ảnh hưởng của
ánh sáng.

1.4 Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt động

Khi tiếp giáp hai kim loại khác nhau với nhau, giữa chúng sẽ sinh ra hiệu điện
thế. Sự xuất hiện hiệu điện thế đóng vai trò quan trọng ở hiện tượng ăn mòn điện
hóa và được ứng dụng trong một số dụng cụ đo lường.
Thế điện hóa bình thường của một số kim loại khác nhau so sánh với hyđro được
cho ở bảng sau:(Bảng 2.2)

Bảng 2.2. Thế điện hóa bình thường của một số kim loại
Thế điện hóa ở nhiệt độ Thế điện hóa ở nhiệt độ
Kim loại bình thường (V) Kim loại bình thường (V)
Vàng + 1,500 Cadmium - 0,400
Platin + 0,860 Sắt - 0,440
Thủy ngân + 0,860 Crôm - 0,557
Bạc + 0,808 Wolfram - 0,580
Đồng + 0,345 Kẻm - 0,760
Hyđro  0,000 Mangan - 1,040
Thiếc - 0,100 Nhôm - 1,340
Chì - 0,130 Magiê - 2,350
Niken - 0,250 Bari - 2,960
Coban - 0,255

Sức nhiệt động sinh ra của hai kim loại khác nhau, tiếp giáp nhau được ứng
dụng để chế tạo các cặp nhiệt điện.
Hiệu điện thế tiếp xúc giữa các cặp kim loại dao động trong phạm vi từ vài phần
mười vôn đến vài vôn, nếu nhiệt độ của cặp bằng nhau, tổng hiệu điện thế trong
mạch kín bằng không. Nhưng khi một đầu của cặp nhiệt có nhiệt độ khác đầu
kia thì trong trường hợp này sẽ phát sinh sức nhiệt điện động.

2. Tính chất chung của kim loại và hợp kim

Mục tiêu:
- Trình bầy được tính chất của vật liệu dẫn điện
2.1. Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim
Hiện nay kim loại và hợp kim được dùng rất rộng rãi trong các nghanh
kinh tế. Các kim loại đặc biệt là sắt và các hợp kim của của nó như gang, thép là
những vật liệu chủ yếu của công nghiệp cơ khí, xây dựng và các phương tiện
 47

giao thông vận tải . Một số thép đặc biệt dùng trong công nghệ hoá học, công
nghệ hạt nhân, nghành vũ trụ. Kim loại và hợp kim được sử dụng rộng rãi để
làm máy móc và công cụ đặc biệt là trong nghành điện vì chúng có ưu điểm hơn
hẳn các vật liệu khác: có tính dẫn điện, dẫn nhiệt, độ bền, độ cứng và độ dẻo dai
cao. Ngày nay mặc dù chất dẻo ra đời và phát triển mạnh và bên cạnh đó còn có
gỗ, tre và thuỷ tinh nhưng kim loại và hợp kim là là những vật liệu chủ yếu và
quan trọng nhất của nghành công nghiệp hiện đại.
Kim loại:
Để nhận biết được kim loại người ta dựa vào hệ số nhiệt điện trỏ. ở kim
loại hệ số này dương tức là nhiệt độ tăng thì điện trở kim loại tăng.
Hợp kim:
Hợp kim là sản phẩm của sự nóng chảy của hai hay nhiều nguyên tố mà
trong đó chủ yếu là kim loại. Trong thành phần hợp kim có thể có moat lượng
nhỏ các nguyên tố á kim.
Ví dụ: Thép là hợp kim của sắt và các bon
Nói chung kim loại nguyên chất có nhiều nhược điểm như: độ dẻo, độ bền
và độ cứng thấp, do đó các cơ cấu máy không làm bằng kim loại nguyên chất
mà phải làm bằng hợp kim.
2.2. Các tính chất.
Tính chất lý học:
Vẻ sáng mặt ngoài của kim loại: theo vẽ sáng bề ngoài của kim loại có thể
chia thành kim loại đen và kim loại màu:
Kim loại và hợp kim đen: gồm sắt và các hợp kim của sắt, tức là gang và thép.
Kim loại màu và hợp kim màu: Là tất cả các kim loại và hợp kim còn lại.
Trọng lượng riêng: là trọng lượng của một đợn vị thể tích của vật:
p
d (G/cm2 )
V
Tính nóng chảy:
Kim loại có tính chảy loảng khi đốt nóng và đông đặc khi làm nguội.
Nhiệt độ ứng với khi kim loại chuyển đổi từ thể đặc sang thể lỏng hoàn toàn gọi
là điểm nóng chảy.
Điểm nóng chảy có ý nghĩa rất quan trọng trong công nghệ đúc. Điểm nóng
chảy của nhiều hợp kim lại khác điểm nóng chảy của từng kim loại tạo nên hợp
kim đó.
 48

Tính dẫn nhiệt:

Là tính chất truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc làm lạnh. Kim
loại có tính dẫn nhiệt tốt thì càng dễ đốt nóng nhanh và đồng đều, cũng như càng
dễ nguội nhanh.
Tính giãn nở nhiệt:
Khi đốt nóng các kim loại giản nở ra và khi làm nguội nó co lại. Sự giản
nở nhiệt của các kim loại không giống nhau. Để đánh giá sự giản nở nhiệt của
một vật nào đó, người ta đo chính xác độ giản dài của 1 mm vật đó khi nhiệt độ
thay đổi 10C. Độ giản dài đo được gọi là hệ số giản nở nhiệt theo chiều dài.
* Tính dẫn điện:
Là khả năng dẫn điện của kim loại. Khi nhiệt độ cao tính dẫn điện giảm.
Ở nhiệt độ 00K điện trở của kim loại bằng không.
Tính nhiễm từ:
Là khả năng kim loại bị từ hoá sau khi được đặt trong một từ trường. Sắt
và hầu hết các hợp kim của sắt đều có tính nhiễm từ. Ni ken và cô ban cũng có
tính nhiễm từ và được gọi là chất sắt từ. Còn hầu hết các kim loại khác không có
tính nhiễm từ.
Nhiệt dung riêng:
Là nhiệt độ cần thiết làm tăng nhiệt độ của kim loại lên 10C.
Tính chất hoá học:
Tính chất hoá học là biểu thị khả năng của kim loại và hợp kim chịu tác
dụng hoá học của môi trường có hoạt tính khác nhau và được biểu thị ở hai dạng
chủ yếu:
Tính chống ăn mòn: là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước hay
ôxi của không khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao.
Tính chịu axít: là khả năng chống lại tác dụng của các môi trường axít.
Tính chất cơ học:Tính chất cơ học của kim loại hay còn gọi là cơ tính là
khả năng chống lại tác dụng bên ngoài lên kim loại. Cơ tính của kim loại bao
gồm: độ đàn hồi, độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ dai va chạm và độ mỏi.
Tính công nghệ:
Tính công nghệ là khả năng kim loại có thể thực hiện được các phương
pháp công nghệ để sản xuất các sản phẩm. Tính công nghệ bao gồm: tính cắt
gọt, tính hàn, tính đúc, tính nhiệt luyện.
 49

Tính cắt gọt: Là khả năng của kim loại gia công cắt gọt dễ hay khó,
được xác định bằng tốc độ cắt, lực cắt và độ bóng bề mặt của kim loại sau khi
cắt gọt.
Tính hàn: Là khả năng tạo thành sự liên kết khi nung nóng cục bộ chổ nối đến
trạng thái chảy hoặc dẻo
Tính rèn: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu lực tác
dụng lực từ bên ngoài để tạo thành hình dạng của chi tiết máy, mà không bị phá
hỏng.
Tính đúc: Được xác định bởi độ chảy loảng của kim loại khi nấu chảy để đổ đầy
vào khuôn đúc, độ co và tính thiên tích (tính thiên tích là độ không đồng nhất về
thành phần hoá học trong từng phần của vật đúc và trong nội bộ các hạt của kim
loại hay hợp kim).
Tính nhiệt luyện: Là khả năng làm thay đổi độ cứng, độ dẻo, độ bền của
kim loại bằng cách nung nóng kim loại tới nhiệt độ nhất định, giữ ở nhiệt độ đó
một thời gian rồi sau đó làm nguội theo một chế độ nhất định.
Sau khi nhiệt luyện, mức độ thay đổi của các kim loại cũng khác nhau, có kim
loại thay đổi nhiều, có kim loại thay đổi ít và có kim loại hầu như không thay
đổi.
Tính kéo giãn:Là tính chất của vật liệu có thể gia công được thành sợi. Yêu cầu
vật liệu phải có cấu trúc dính chắc và phải có độ dẻo dai cao. Đây là một tính
chất quan trọng trong công nghệ chế tại dây dẫn điện.
Tính già hóa của kim loại: Tính già hóa của kim loại là sự thay đổi theo thời
gian của các tính chất kim loại hay hợp kim. ở nhiệt độ môi trường xung quanh,
thông thường sau một thời gian kéo dài nó sẽ tạo nên sự già hóa (tính già hóa tự
nhiên), còn khi nhiệt độ tăng lên thì tính già hóa nhanh hơn (tính già hóa nhân
tạo).

2.3. Những hư hỏng thường gặp và cách tính chọn vật liệu dẫn điện.
2.3.1. Những hư hỏng thường gặp.
Các loại vật liệu dẫn điện được sử dụng để chế tạo các bộ phận dẫn điện của
máy điện, thiết bị điện và khí cụ điện đa phần là những kim loại và hợp kim của
chúng khi sử dụng lâu ngày sẽ bị hư hỏng và ta thường gặp các dạng hư hỏng
sau:
Hư hỏng do bị ăn mòn kim loại.
 50

Hư hỏng do điện.
Hư hỏng do bị già hóa của kim loại.
Hư hỏng do các lực tác động từ bên ngoài.
Hư hỏng do sự mài mòn giữa các bộ phận.
Ăn mòn kim loại.
- Khái niệm về ăn mòn kim loại:
Sự ăn mòn kim loại là một quá trình phá hủy kim loại và hợp kim dưới
hình thức hóa học và điện hóa do tác dụng của môi trường xung quanh.
Sự ăn mòn kim loại xẩy ra thương xuyên và dưới nhiều hiện tượng khác nhau.
Sắt thép để lâu ngày không được bảo vệ tốt sẽ bị rỉ, đồng để trong không khí ẩm
hoặc môi trường có chất chua mặn sẽ tạo nên lớp vẩy màu xanh lục đó là rỉ
đồng.
Môi trường xung quanh có tác dụng ăn mòn kim loại thường là: không khí
ẩm, nước, nước biển, axít, kiềm và các chất khác. Ở nhiệt độ cao kim loại càng
bị ăn mòn mạnh hơn. Sự ăn mòn đó là do tác dụng của môi trường xung quanh
và tác dụng đó diễn ra dưới hai hình thức ăn mòn .
+ Ăn mòn hóa học.
+ Ăn mòn điện hóa.
- Phương pháp chống ăn mòn kim loại.
Trong kỹ thuật có rất nhiều phương pháp chống ăn mòn kim loại đó là:
+ Phủ bằng lớp kim loại không bị ăn mòn.
+ Phủ một lớp bảo vệ không kim loại.
+ Phương pháp bảo vệ bằng lớp ôxít.
Phủ bằng lớp kim loại không bị ăn mòn: Các phương pháp phủ lớp kim
loại bảo vệ là: phương pháp nóng chảy, phương pháp mạ, phương pháp phun
kim loại và cán dính kim loại.
Phương pháp nóng chảy: thường phương pháp được áp dụng để phủ lớp kẽm,
thiếc, chì lên bề mặt chi tiết
Phủ kẽm: Để phủ kẽm người ta đun nóng chảy kẽm ở nhiệt độ 450 0C -
4800C sau đó nhúng chi tiết cần phủ kẽm vào. Lớp kẽm nóng chảy sẽ bám lên bề
mặt ngoài của chi tiết và có bề dày từ (0,06  0,13)mm. Phủ kẽm đơn giản,
nhanh nhưng ít được dùng vì khó khống chế bề dày lớp kẽm nóng chảy hơn nữa
làm giảm độ cứng của chi tiết
 51

Phủ thiếc: Khi phủ thiếc người ta nhúng chi tiết vào thiếc nóng chảy ở
nhiệt độ 2700c - 3000c
Phủ chì: Ta nhúng chi tiết vào chì nóng chảy ở nhiệt độ 350 0c. Chiều
dày lớp chì bám vào chi tiết khoảng (0,5  0,7) mm. Thường người ta phủ lớp
chi - thiếc, lớp phủ này có độ bám chắc và độ dẻo cao hơn.
Mạ kim loại: Ngoài mục đích để bảo vệ kim loại không bị rỉ, mạ kim
loại còn có tác dụng làm đẹp cho các chi tiết máy. Mạ kim loại cho phép ta
khống chế được bề dày lớp kim loại phủ lên chi tiết. Tiết kiệm được kim loại và
không phải nung nóng chi tiết cần mạ.
Phun một lớp kim loại bảo vệ: Được thực hiện bằng cách phun đắp lên
chi tiết một lớp kim loại nóng chảy. Phương pháp này có thể tiến hành với các
lớp kim loại bảo vệ như: đồng, nhôm, kẽm,chì vv...
Cán dính một lớp kim loại bảo vệ: Thường thực hiện cho các tấm kim
loại, bằng cách cán dính vào các tấm kim loại một lớp kim loại bảo vệ mỏng.
Các kim loại được cán dính vào để bảo vệ là: đồng, nhôm, niken vv...
Phủ lớp bảo vệ phi kim loại :
Người ta thường áp dụng các phương pháp sau: sơn, sơn êmay, bôi dầu
mỡ, phủ một lớp chất dẻo vv...
Phương pháp bảo vệ bằng lớp ôxít: người ta dùng những ôxít bền vững
với môi trường để bọc lên trên những kim loại chịu ảnh hưởng nhiều của môI
trường.
- Hư hỏng do điện.
Là do các loại máy điện, thiết bị điện, khí cụ điện, vật dẫn điện khi làm
việc với các đại lượng, thông số vượt quá trị số định mức như: các đại lượng về
dòng điện, điện áp, công suất v.v...
Ví dụ:
+ Quá dòng điện: Dòng điện vượt quá trị số định mức như, quá tải, ngắn
mạch, khi đó các tổn hao trong dây quấn, vật dẫn điện vượt quá mức bình
thường làm nhiệt độ tăng cao gây hư hỏng.
+ Quá điện áp: điện áp vượt quá trị số định mức như trong trường hợp quá
điện áp do sét. Khi đó điện trường trong vật liệu cách điện tăng cao có thể xẩy ra
phóng điện gây hư hỏng cách điện dẫn đến vật dẫn xẫy ra hiện tượng ngắn
mạch.
 52

+ Các loại ngắn mạch: Ngắn mạch 3 pha, ngắn mạch 2 pha, ngắn mạch 1
pha, ngắn mạch 2 pha chạm đất. Khi có ngắn mạch dòng điện rất lớn, đây là
trường hợp sự cố của mạch điện nên cần thiết phải có thiết bị bảo vệ.
- Hư hỏng do bị già hóa của kim loại.
Tính già hóa của kim loại là sự thay đổi theo thời gian của các tính chất
kim loại hay hợp kim. ở nhiệt độ môi trường xung quanh, thông thường sau một
thời gian kéo dài nó sẽ tạo nên sự già hóa (tính già hóa tự nhiên), còn khi nhiệt
độ tăng lên thì tính già hóa nhanh hơn (tính già hóa nhân tạo).
Hư hỏng do các lực tác động từ bên ngoài.
Trong quá trình các loại máy điện, thiết bị điện, khí cụ điện, vật dẫn điện
làm việc do các lực bên ngoài tác động hoặc bị chấn động làm chúng bị biến
dạng thậm chí làm hỏng bộ dây quấn hay vật dẫn.
Hư hỏng do sự mài mòn giữa các bộ phận: Trong quá trình làm việc nếu
các bộ phận tiếp xúc luôn có sự chuyển động tương đối với nhau thì sẽ bị mài
mòn dẫn đến bị hư hỏng.
2.3.2. Tính chọn vật liệu dẫn điện.
Khi cần lựa chọn vật liệu dẫn điện ta căn cứ vào:
Độ dẫn điện: Tùy vào nhu cầu sử dụng mà người ta sẽ chọn vật liệu có
điện trở suất phù hợp. Ví dụ như khi chế tạo dây dẫn thường dùng đồng, nhôm
(có điện trở suất () bé), còn khi làm các dây đốt nóng thì dùng các loại hợp kim
như constantan, maiso, mâgnin v. v...(có điện trở suất () lớn hơn).
Độ bền cơ: Tùy vào qui trình làm việc mà chọn vật liệu có độ bền cơ
thích hợp, ví dụ: để tăng độ bền keó cho dây dẫn người ta dùng dây có lõi thép,
tiếp điểm thì dùng đồng thau, đồng thanh.
Độ bền chống ăn mòn: Căn cứ vào điều kiện và môi trường làm việc của
chi tiết, bộ phận hay thiết bị điện mà người ta chọn vật liệu có tính chống ăn
mòn thích hợp.
Ví dụ: Mối tiếp xúc cố định người ta không dùng những kim loại có điện thế
hóa học khác nhau để tránh kim loại bị ăn mòn điện hóa, hoặc là khi môi trường
làm việc ẩm ướt và có nhiều khí hóa học thì ta lựa chọn những vật liệu có tính
chống lại sự ăn mòn của môi trường v v….
 53

4. Một số Vật liệu dẫn điện thông dụng

Mục tiêu:
- Trình bầy được tính chất,ưu nhược điểm, ứng dụng của các loại vật liệu
thông dụng
4.1. Đồng và hợp kim của đồng.
Đồng: ký hiệu (Cu).
Tầm quan trọng của đồng trong kỹ thuật điện.
Đồng là loại vật liệu quan trọng nhất trong tất cả những vật liệu dẫn điện
được dùng trong kỹ thuật điện. Nó có điện dẫn suất lớn và chỉ đứng sau bạc.
Đồng được sử dụng rộng rãi làm vật dẫn bởi nó có ưu điểm sau:
Điện trở suất nhỏ (trong tất cả các kim loại chỉ có bạc và thiếc có điện trở suất
nhỏ hơn đồng một ít).
Độ bền cơ tương đối cao .
Trong nhiều trường hợp đồng có tính chất chống ăn mòn tốt (đồng bị ôxi
hoá tương đối chậm so với sắt ngay cả khi có độ ẩm cao, đồng chỉ bị ôxi hóa
mạnh ở nhiệt độ cao).
Khả năng gia công tốt, đồng cán được thành tấm, thanh, kéo thành sợi, độ nhỏ
của dây có thể đạt tới vài phần trăm milimét.
Hàn và gắn tương đối dễ dàng.
Phân loại:
Đồng được sử dụng trong kỹ thuật là đồng tinh chế, nó được phân loại trên cơ
sở các tạp chất có lẫn ở trong đồng tức là mức độ tinh khiết hay không tinh
khiết.
Đồng tinh chế: được cho trong bảng sau: (bảng 2.3.)
Đồng điện phân.

Bảng 2.3. Đồng tinh chế

%Cu
Ký Hướng dẫn sử dụng
(tối thiểu)
hiệu
Cu E 99,95 Đồng điện phân, dây dẫn điện. Hợp kim nguyên chất mịn
Cu 9 99,90 Dây dẫn điện. Hợp kim mịn dễ dát mỏng, bán thành phẩm với
những yêu cầu đặc biệt
Cu 5 99,50 Bán thành phẩm như tấm, ống, thanh. Dùng sản xuất đồng thau
với tỉ lệ chứa dưới 60% đồng.
Cu 0 99,00 Hợp kim với các nguyên tố khác với tỉ lệ chứa ít hơn 60% đồng
dùng để dát mỏng và rót. Những chi tiết được đúc từ đồng.
 54

Trong kỹ thuật điện, người ta sử dụng đồng điện phân Cu E, và Cu 9. Một loại
đồng điện phân đặc biệt là đồng khử oxy hóa (O 2 0,02%) với điện dẫn suất cao.
Nhiều loại đồng khác được sử dụng trong kỹ thuật điện dưới dạng hợp kim của
đồng.
Sự tạo thành đồng tinh khiết được cho theo bảng sau:(bảng 2.4.).

Bảng 2.4. Giới hạn các tạp chất cho phép đối với đồng tinh chế
Ký Hàm lượng tạp chất % tối đa
hiệu Al As Bi Fe O Pb S Sb Sn Zn Se+Te Ni
Cu E 0,002 0,002 0,002 0,005 0,020 0,005 0,005 0,002 0,002 0,005 0,005 0,002
Cu 9 0,002 0,002 0,002 0,005 0,080 0,005 0,005 0,002 0,002 0,005 0,005 0,002
Cu 5 0,010 0,050 0,003 0,050 0,100 0,050 0,010 0,050 0,050 0,050 0,030 0,200
Cu 0 0,050 0,200 0,010 0,100 0,150 0,300 0,020 0,100 0,100 0,100 0,050 1,000

Việc thêm vào các chất As, P, Sb, Fe, Ni, Mn, Mg hay Si sẽ cải thiện
được đặc tính cơ của đồng trong những điều kiện nhất định. Các chất như Pb, S,
Se, Te và đặc biệt Bi được xem như các tạp chất không có ích làm xấu đi tính
chất công nghệ ép khi nóng. Oxy với một hàm lượng bé sẽ làm tăng độ dẫn điện
của đồng lên một ít tuy nhiên nếu tăng tỉ lệ phần trăm của Oxy lớn hơn 0,10%
thì sẽ làm cho đồng dẫn điện giảm đi.
Sản xuất và chế tạo
Đồng được tìm thấy trong tự nhiên không nhiều. Người ta sản xuất từ
mỏ can-copirit (CuFeS2), cancozin (Cu2S), coverit (CuS), cupric (Cu20), bocnit
(3Cu2SFeS2S3), ênegit (3Cu2SAs2S3)vv...
Từ các mỏ trên người ta sẽ thu được người ta sẽ thu được sunfua thông qua
phương pháp nấu nóng chảy trong lò luyện hay sunfua hóa.
Tùy theo hàm lượng tạp chất có trong đồng của lò luyện mà người ta chia ra làm
hai loại:
Loại A: Với phần trăm đồng tối đa là 98% được dùng để sản xuất loại đồng:
CuO, Cu5, Cu9, Cu E.
Loại B: Với phần trăm đồng tối đa là 97,5% được dùng dưới dạng điện cực
dương để tinh luyện theo phương pháp điện phân và ta nhận được đồng điện
phân.
Khi chế tạo dây dẫn, thỏi đồng lúc đầu (20  80)kg được cán nóng thành
dây có đường kính (6,5  7,2) mm, sau đó được rửa sạch trong dung dịch axít
 55

sunfuríc loảng để khử đồng ôxít CuO2 sinh ra trên bề mặt khi đốt nóng đồng,
cuối cùng kéo nguội thành sợi có đường kính cần thiết đến (0,03  0,02) mm.
Đồng tiêu chuẩn là đồng ở trạng thái ủ, ở 20 0C có điện trở suất là
0,017241mm2/m. Người ta thường dùng số liệu này làm gốc để đánh giá điện
dẫn suất của các kim loại và hợp kim khác.
Tính chất cơ của dây dẫn bằng đồng được cho trong bảng sau (bảng 2.5)

Bảng 2.5. Tính chất cơ của dây đồng

Đồng
Tính chất Đơn vị Cứng (không ủ nhiệt) Mềm (ủ nhiệt)
đo
Giới hạn bền kéo không nhỏ hơnkG/mm2 36  39 26  28
Độ dãn dài tương đối khi đứt % 0,5  2,5 18  35
không nhỏ hơn
Điện trở suất không nhỏ hơn mm2/m 0,0179 0,017241

Qua bảng trên ta thấy ảnh hưởng rất mạnh của quá trình gia công đến tính
chất cơ của vật liệu làm dây dẫn, cũng như ảnh hưởng của nhiệt luyện đến điện
trở suất của kim loại.
Hợp kim đồng
Trong một số trường hợp, ngoài đồng tinh khiết còn sử dụng cả hợp kim
đồng với một lượng nhỏ thiếc, silíc, phốtpho, beri, crôm, magiê, cadmi vv... làm
vật dẫn bởi chúng có đặc điểm là sức bền cơ lớn, độ cứng cao, có độ dai tốt, màu
sắc đẹp và có tính chất dễ nóng chảy. Có hai loại hợp kim đồng thường được sử
dụng là đồng thau và đồng thanh
Đồng thau: Là hợp kim của đồng với kẽm với thành phần kẽm chứa trong đồng
thau không quá 46%. Nếu thành phần kẽm chứa ít hơn 25% thì đồng thau có độ
dẻo nhưng độ bền giảm. Nếu thành phần kẽm chứa nhiều hơn 25% thì đồng thau
có độ bền tăng nhưng giảm độ dẻo.
Nếu thành phần kẽm chứa nhiều hơn 25% thì lớp bảo vệ của oxyt kẽm sẽ tạo
nên trên bề mặt của vật liệu càng nhanh khi nhiệt độ càng lớn. Còn thành phần
kẽm chứa ít hơn 25% thì trên bề mặt của vật liệu sẽ tạo một lớp hơi đen giàu
oxyt đồng, tạo nên lớp bảo vệ ở 300 0C và đôi khi được được sử dụng để bảo vệ
các chi tiết chống lại sự ăn mòn của không khí, amôniac.
Theo thành phần và việc sử dụng hợp kim đồng thau người ta chia thành:
- Đồng thau dùng để đúc.
 56

- Đồng thau dùng để cán mỏng.

- Đồng thau dùng để hàn gắn (dính kết).
Đồng thau được sử dụng nhiều trong nghành điện để gia công các chi tiết
dẫn dòng điện như: các đầu cực, các thanh cái ở các bảng phân phối, các đầu nối
đến hệ thống tiếp đất, các móc giữ, các móc hình chữ T, các mối nối nhánh, các
đầu để gắn cầu chì, lưỡi và ngàm trong cầu dao vv...
Đồng thanh: Là hợp kim của đồng với các nguyên tố kim loại khác trừ kẽm.
Nếu trong đồng thanh chỉ có hai nguyên tố kim loại thì ta gọi là đồng thanh nhị
nguyên, nếu có nhiều hơn hai nguyên tố kim loại thì ta gọi là đồng thanh đa
nguyên. Đồng thanh có đặc tính dễ cắt gọt và tính chống ăn mòn cao, một số
đồng thanh còn có tính chống mài mòn làm hợp kim đỡ sát, chế tạo ổ trục. Đồng
thanh có tính đúc tốt, đồng thanh với những thành phần thích hợp nó có những
tính chất cơ học tốt hơn đồng . Điện trở suất của đồng thanh cao hơn đồng tinh
khiết. Đồng thanh cũng được sử dụng rộng rãi để chế tạo lò xo dẫn điên, làm các
tiếp điểm đặc biệt là tiếp điểm trượt.
Tính chất của hợp kim đồng kỹ thuật được cho trong bảng 3.7.

Bảng 2.6 . Tính chất của hợp kim đồng kỹ thuật

Hợp kim Trạng thái Điện dẫn % Giới hạn bền Độ giãn dài
so với đồng kéo, kG/mm2 tương đối khi
(Cu) đứt, %
Đồng thanh cadmi ủ 95 Đến 31 50
(0,9% cd) Kéo nguội 83  90 Đến 73 4
Đồng thanh ủ 55  60 29 55
(0,8 %Cd; 0,6 %Sn) Kéo nguội 50  55 Đến 73 4
Đồng thanh ủ 15  18 37 45
(2,5%Al; 2% Sn) Kéo nguội 15  18 Đến 97 4
Đồng thanh phốt pho ủ 10  15 40 60
Kéo nguội 10  15 105 3
Đồng thau ủ 25 32  35 60  70
Kéo nguội 25 Đến 88 5

4.2. Nhôm và hợp kim nhôm

Nhôm.
Tầm quan trọng của nhôm trong kỹ thuật điện.
Sau đồng, nhôm là vật liệu quan trọng thứ hai được sử dụng trong kỹ thuật
 57

điện, nhôm có điện dẫn suất cao (nó chỉ thua bạc, đồng và thiếc), trọng lượng
riêng giảm (2,76 G/cm3), tính chất vật liệu và hoá học cho ta khả năng dùng nó
làm dây dẫn điện. Nhôm có cấu trúc mạng tinh thể là ‘’lập phương diện tâm” và
không đổi cho đến khi nguội ở nhiệt độ thường.
Nhôm có màu bạc trắng là kim loại tiêu biểu cho các kim loại nhẹ (nghĩa
là kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn 5 G/cm3). Khối lượng riêng của nhôm
đúc gần bằng 2,6 G/cm3, nhôm cán là 2,76 G/cm3, nhẹ hơn đồng 3,5 lần. Hệ số
nhiệt độ dãn nở dài, nhiệt dung và nhiệt nóng chảy của nhôm đều lớn hơn đồng.
Nhôm có sức bền đối với sự ăn mòn của môi trường do có lớp màng mỏng oxyt
tạo ở bề mặt khi tiếp xúc với không khí. Lớp màng mỏng oxyt này có điện trở
lớn nên cản trở việc thực hiện tiếp xúc tốt giữa các dây dẫn. Cũng tương tự lớp
này tạo khó khăn cho hàn và dính kết các dây dẫn.
Ngoài ra nhôm còn có một số ưu nhược điểm sau:
Ưu điểm:
Giá thành thấp hơn nhiều lần so với đồng.

Trọng lượng nhẹ nên được dùng để chế tạo các đường dây tải điện trên
không, những đường cáp này để có điện trở nhỏ, đường kính dây phải lớn nên
giảm được hiện tượng phóng điện vầng quang.
Nhược điểm:
Sức bền cơ khí tương đối bé và gặp khó khăn trong việc thực hiện tiếp
xúc điện khi nối với nhau.
Cùng một tiết diện và độ dài, nhôm có điện trở cao hơn đồng 1,63 lần.
Khó hàn nối hơn đồng, chổ nối tiếp xúc không hàn dễ hình thành lớp ôxít có trị
số điện trở suất khá cao phá hủy chổ tiếp xúc.
Khi cho nhôm và đồng tiếp xúc nhau, nếu bị ẩm sẽ hình thành pin cục bộ có trị
số suất điện động khá cao, dòng điện đi từ nhôm sang đồng phá huỷ mối tiếp
xúc rất nhanh.
Phân loại:
Nhôm được dùng trong công nghiệp được phân loại trên cơ sở tỉ lệ phần trăm
kim loại tinh khiết và của các tạp chất. Tùy theo hàm lượng tạp chất có trong
nhôm của lò luyện mà người ta chia nhôm khối ra làm các loại:
Nhôm có ký hiệu: AB1 có không nhỏ hơn 99,90% nhôm.
 58

Nhôm có ký hiệu: AB2 có không nhỏ hơn 99,85% nhôm.

Nhôm có ký hiệu: A-00 có không nhỏ hơn 99,70% nhôm.
Nhôm có ký hiệu: A-0 có không nhỏ hơn 99,60% nhôm.
Nhôm có ký hiệu: A-1 có không nhỏ hơn 99,50% nhôm.
Nhôm có ký hiệu: A-2 có không nhỏ hơn 99,00% nhôm.
Nhôm có ký hiệu: A-3 có không nhỏ hơn 98,00% nhôm.
Các tạp chất có trong nhôm chiếm từ :0,10% từ nhôm có ký hiệu AB1 đến
2,00% ở nhôm có ký hiệu A-3 và các tạp chất đó chủ yếu là: Fe, Si, Cu và
Fe+Si.
Nhôm sử dụng trong kỹ thuật điện có tạp chất trong thành phần không
quá 0,5%. Nhôm tinh khiết hơn có các nhãn hiệu là AB00 (không quá 0,03% tạp
chất) được sử dụng để sản xuất nhôm lá, các điện cực và vỏ tụ điện điện phân.
Nhôm có độ tinh khiết cao hơn nữa là AB000 có tạp chất không quá 0,004%.
Các tạp chất khác nhau ở trong nhôm sẽ làm giảm điện dẫn của nhôm ở mức độ
khác nhau. Nếu thêm niken, silíc, kẽm hay sắt vào nhôm không quá 0,5% sẽ làm
giảm điện dẫn của nhôm đã ủ không quá (2  3)%. Một điều đáng chú ý là với
cùng một trọng lượng, tác dụng các tạp chất đồng, bạc, magiê sẽ làm giảm điện
dẫn của nhôm đến (5 10)%. Điện dẫn của nhôm giảm rất nhiều nếu chất
phụ của nhôm là titan và mangan.
Công nghệ gia công nhôm như cán, kéo và ủ cũng tương tự như đối với đồng.
Nhôm có thể cán thành lá rất mỏng từ (6  7) m dùng làm bản cực trong các tụ
giấy.
Sản xuất và chế tạo
Thông thường người ta sản xuất nhôm theo hai cách sau:
Nhôm nhận được từ bauxit, qua quá trình công nghệ của oxit nhôm khan
Al2O3 hầu như không có tạp chất.
Tách kim loại nhôm thông qua điện phân của oxit hòa tan thành criolit
nóng chảy ở nhiệt độ (900  950)0C. Tuy nhiên dùng phương pháp điện thì tiêu
thụ một lương điện năng rất lớn (18.000 Kwh/tấn) và tiêu thụ khoảng 750kg
điện cực cacbon.
Kim loại thô được nóng chảy trong lò dùng ngọn lửa hay dùng điện sau đó rót
thành khối hay thanh để dát mỏng hoặc kéo thành sợi cùng với ủ nhiệt trở lại.
 59

Hợp kim nhôm:

Hợp kim nhôm là hợp kim của nhôm với các nguyên tố kim loại khác như
đồng, silic, mangan, magiê, kẽm ...
Tùy theo thành phần và đặc tính công nghệ của hợp kim nhôm người ta chia nó
làm hai nhóm:
Nhóm hợp kim nhôm biến dạng và nhóm hợp kim nhôm đúc.
Nhóm hợp kim nhôm biến dạng: Được dùng để chế tạo các tấm nhôm, các băng,
các dây nhôm cũng như các chi tiết có thể rèn và ép được.
Điển hình của nhóm hợp kim nhôm biến dạng là Đura. Đura là hợp kim
của nhôm với đồng, magiê và mangan. Magiê và đồng làm tăng độ bền, còn
mangan làm tăng tính chịu ăn mòn của đura. Thành phần hóa học của đura là
(2,5  6)% Cu, (0,4  2,8)% Mg và (0,4  1)% . Đura được ký hiệu bằng chữ
kèm theo con số chỉ số hiệu của đura như đura 1, đura 6, đura 16...
Nhóm hợp kim nhôm đúc: Được dùng để sản xuất các chi tiết đúc. Điển hình của
nhóm hợp kim nhôm đúc là Silumin. Là hợp kim nhôm với silic (có chứa từ
613% Si). Ngoài thành phần silic silumin còn chứa đồng, magiê, kẻm. Silumin
có tính đúc tốt (dễ chảy loảng) và độ co ngót nhỏ.
Trong kỹ thuật điện hợp kim nhôm chủ yếu được dùng làm dây dẫn điện
là hơp kim mang tên ”aldrey”. Chúng là tổ hợp của nhôm với Mg(0,3  0,5)%,
Silic (0,4  0,7)%, và sắt (0,2  0,3)%. Tổ hợp làm cho hợp kim có tính chất cơ
khí tốt nhất là nhôm với Mg2Si. Sự hòa tan dung dịch rắn (ở nhiệt độ 500 0C) của
tổ hợp này sẽ làm tăng tính dẫn điện của hợp kim.
Dây dẫn bằng hợp kim ”aldrey” sẽ nhận được thông qua việc “tôi” hợp
kim (nung nóng đến 500  6000C) kéo nó thành sợi ở kích thước mong muốn và
làm già hóa nhân tạo bằng cách nung nóng ở nhiệt (đô 150  200)0C. Dây dẫn
bằng hợp kim ”aldrey” có đặc tính như sau:
Điện trở suất ở 200C: là 0,0333 mm2/m.
Điện dẫn suất ở 200C: 30m/mm2.
Hệ số thây đổi điện trở suất theo nhiệt độ đối với 10C: là 0,0035.
- Sức bền lâu dài: 24kG/mm2  nhôm = 12 kG/mm2.
Sức bền đứt: 30kG/mm2  nhôm = 16 kG/mm2.
 60

4.3. Chì và hợp kim chì.

Chì:
Sản xuất và chế tạo: Chì nhận được từ các mỏ như: Galen (PbS),
xeruzít (PbCO3), Anglezít(PbSO4) vv...và thường qua nhiều phương pháp để thu
được chì thô. Sản phẩm thu được (chì thô) gồm (92  96)% chì. Chì thô được
tinh luyện theo phương pháp khô, thông qua nóng chảy hay theo phương pháp
điện phân để loại bỏ tạp chất và cuối cùng thu được chì với mức độ tinh khiết là
(99,5  99,994)% chì kỹ thuật được cung cấp dưới dạng thỏi (35  55)kg và
được dùng trong cấu tạo cáp điện và nhiều lỉnh vực khác.Chì dùng trong acquy
cung cấp dưới dạng thỏi (35  45)kg.
Đặc tính:
Chì là kim loại có màu tro sáng ngả hơi xanh da trời là kim loại công
nghiệp rất mềm. Người ta có thể uốn cong dễ dàng hoặc cắt bằng dao cắt công
nghiệp. Chổ mới cắt sẽ ánh kim loại sáng nhưng nó sẽ mờ đi nhanh do oxy hoá
bề mặt bởi lớp oxyt thiếu (Pb20) và (PbO). Chì có điện trở xuất cao (0,205 
0,222mm2/m ở nhiệt độ: 200C). Chì có thể chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

Nó có sức bền với thời tiết xấu do có những tổ hợp bảo vệ hình thành ở bề mặt
(PbCO3, PbSO4.v.v..).
Nó không bị tác dụng của axit clohydrc, axit sunfuaric, axit sunfuarơ,
fluorhydric, phosphoric hoặc amoniăc, sút, borax và clo.
Nó hoà tan dễ dàng trong axit HNO3 pha loảng hay axit axetic
(CH3COOH) pha loảng, bị phá hủy bới các chất hữu cơ mục nát, vôi và một vài
hợp chất khác.
Sự bay hơi của chì rất độc.
Chì là kim loại dễ dát mỏng, có thể được dát và kéo thành những lá mỏng.
Chì dễ chảy lỏng (327,30C).
Chì không có sức đề kháng ở dao động, đặc biệt ở nhiệt độ cao nó rất dễ bị nứt
khi có lực va đập (dao động).
 61

Hợp kim chì: Là hợp kim của chì với các nguyên tố: Sb, Te, Cu, Sn với một hàm
lượng nhỏ thì có cấu trúc mịn hơn và chịu được sự rung động song ít bền với sự
ăn mòn.

Hợp kim chì - thiếc: là chất hàn mềm có nhiệt độ nóng chảy 4000C.
Chì kỹ thuật: PbTc1= 99,92%; PbTc2= 99,80%; PbTc3= 99,50%.
Hàm lượng tạp chất của chì kỹ thuật được cho trong bảng (bảng 3.8).
Chì dùng sản xuất bình ăcquy: PbAc1= 99,99%; PbAc2= 99,98%; PbAc3=
99,96%.
Hàm lượng các tạp chất của chì dùng sản xuất bình ăcquy được cho trong
bảng (bảng 3.9).
Chì atimon: PbSb3 = (96,5  99,2)%;
PbSb6 = (93,4  96,3)%;
PbSb12 = (86,8  92,7)%,
PbSb20 = (77,1 85)%;
PbSb30 = (66,5  76,4)%
Hàm lượng tạp chất của chì atimon được cho trong bảng (bảng 3.10).
Ứng dung của chì và hợp kim chì:
Chì và hợp kim chì được dùng để làm lớp vỏ bảo vệ cáp điện nhằm chống
lại ẩm ướt.Vỏ chì ở cáp được chế tạo từ.
Đôi khi lớp vỏ này sử dụng như dây dẫn thứ tư (ví dụ: trường hợp cáp có 3 dây
dẫn). Chì còn được dùng chế tạo ăcquy điện có các tấm bản chì PbAc1,c2.
Một ứng dung quan trong của chì là tham gia vào các hợp kim.
Nó được sử dung như một vật liệu bảo vệ đối với tia X (rơnghen).Những tấm chì
bảo vệ thường theo tiêu chuẩn chiều dày (4  9)mm (1mm chiều dày ở 200 
300kv) có tác dụng bảo vệ như tấm thép dày 11,5mm hay lớp gạch có chiều dày
110mm.

Bảng 2.7.Chì kỹ thuật

Ký % Hàm lượng tạp chất % (max)
hiệu chì Ag Cu As Sb Sn Zn Fe Bi Mg +
(Phẩm (min) Ca
 62

chất) +Na
PbTc1 99,92 0,002 0,005 0,005 0,009 0,002 0,005 0,006 0,050 0,012
PbTc2 99,80 0,002 0,010 0,008 0,020 0,002 0,008 0,006 0,120 0,022
PbTc3 99,50 0,002 0,090 0,050 0,200 0,100 0,070 0,010 0,150 0,030

Bảng 2.8: Chì dùng sản xuất bình ắc qui

Ký % Hàm lượng tạp chất % (max)
Ag Cu As Sb Sn Zn Fe Mg +
hiệu chì
Ca
(Phẩ (min
+Na
m )
chất)
PbAc1 99,99 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,001 0,002 0,003
3 5 5 5 0 0 0
PbAc2 99,98 0,000 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,003
5 0 0 0 0 0 0
PbAc3 99,96 0,001 0,005 0,005 0,005 0,002 0,002 0,004 0,005
0 0 0 0 0 0 0

Bảng 2.9.Chì antimoan

Ký hiệu % chì Hàm lượng tạp chất % (max)
(Phẩm (min) Sb Cu Zn Các tạp chất
chất) khác
PbSb3 96,5  99,2 0,03  3 0,3 - 0,20
PbSb6 93,4  96,3 3,1  6 0,3 0,05 0,25
PbSb12 86,8  92,7 6,1  12 0,6 0,10 0,50
PbSb20 77,1 85,0 12,1  20 1,8 0,25 0,85
PbSb30 66,5  76,4 20,1  30 2,0 0,50 1,00

4.4. Sắt (thép)

Thép là hợp kim của sắt với cacbon vói hàm lương cacbon không quá
2,14%. Thép là kim loại rẻ tiền và dễ kiếm nhất, nó có độ bền cơ cao nên đôi lúc
cũng được dùng làm vật dẫn. Nhưng ngay cả sắt tinh khiết cũng có điện trở suất
lớn hơn rất nhiều so với đồng và nhôm (khoảng 0,1 mm2/m).Trong kỹ thuật
điện người ta thường dùng thép có hàm lượng cacbon thấp.
Dòng điện xoay chiều trong thép sẽ gây nên hiệu ứng bề mặt đáng kể,
vì vậy điện trở dây thép đối với dòng điện xoay chiều cao hơn điện trở cao hơn
điện trở đối với dòng điện một chiều. Ngoài ra dòng điện xoay chiều trong thép
còn gây ra tổn thất từ trể. Để làm dây dẫn điện người ta thường dùng thép mềm
có từ (0,10  0,15)% cacbon, giới hạn bền kéo (70  75)kG/mm2, độ dãn dài
 63

tương đối khi đứt (5  8)%, điện dẫn suất nhỏ hơn đồng sáu bảy lần. Vì thế thép
dùng làm dây dẫn đường dây tải điện trên không với công suất tương đối nhỏ.
Trong trường hợp này sử dụng thép có lợi vì khi trị số dòng điện nhỏ, tiết diện
dây không xác định theo điện trở mà theo độ bền cơ của nó.
Thép cũng dùng làm vật liệu dẫn điện dưới dạng thanh dẫn, đường ray
tàu điện, đường sắt chạy điện, tàu điện ngầm vv... Để làm lỏi của dây nhôm, lỏi
dây dùng dây thép có độ bền đặc biệt với giới hạn bền kéo từ (120 
150)kG/mm2 và độ giản dài tương đối từ (4  5)%. Nhược điểm của thép là khả
năng chống ăn mòn kém ngay cả ở nhiệt độ bình thường và đặc biệt khi độ ẩm
cao thép bị gỉ rất nhanh, nhiệt độ càng cao tốc độ ăn mòn càng mạnh. Vì vậy bề
mặt dây thép cần được bảo vệ bằng lớp kim loại bền hợn. Thông thương dây
thép được mạ bằng kẽm để bảo vệ cho thép khỏi bị gỉ. Dây dẫn bằng thép có độ
bền cơ khí lớn gấp (2  2,5) lần so với đồng do đó dây dẫn thép được dùng ở
những khoảng cột lớn, ở những tuyến vượt sông rộng vv...và có thể sử dụng cho
những khoảng cột từ (1500  1900)m. Dây dẫn bằng thép có thể được mắc với
độ võng bé hơn các dây dẫn khác.

Bảng 1.11 Thành phần của một số thép được sử dụng trong kỹ thuật điện
Thành phần %
Tên
C Si Mn P S Cu Ni Các tạp
chất
Sắt armco  0,03  0,05  0,35  0,015  0,025  0,01 - N+O+ xỉ
Sắt kỹ thuật 0,017 0,009 0,035 0,01 0,05 - 0,068 0,05 0,08
điện nóng
chảy trong
chân không
Thép dùng 0,1 0,13  0,08  0,04  0,04  0,05
làm dây dẫn

4.5. Wonfram: (Còn gọi là Tungstene) ký hiệu là:W.

Là vật liệu chủ yếu làm dây tóc của bóng đèn có tim.
Điện trở suất: (0,0530  0,0612)mm2/m.
Nhiệt độ nóng chảy: 33800C (cao nhất trong các kim loại).
Hệ số nhiệt độ: (0,0040  0,0052)
 64

Là kim loại rắn, rất nặng, có màu xám. Vonfram được dùng làm tiếp điểm, làm
các điện trở phát nóng cho các lò điện.
Ưu điểm:
Ổn định khi làm việc.
Độ mài mòn cơ nhỏ do vật liệu có độ cứng cao.
Có khả năng chống tác dụng của hồ quang, không làm dính tiếp điểm do khó
nóng chảy.
Độ ăn mòn bề mặt nhỏ, nghĩa là ăn mòn điện tạo thành những vết rổ và gờ do bị
làm nóng cục bộ.
Nhược điểm:
Khó gia công.
Ở điều kiện khí quyển tạo thành màng oxít.
Cần có áp lực lớn để giảm điện trở tiếp xúc.
Đối với các tiếp điểm có công suất cắt lớn dùng kim loại gốm. Người ta ép phôi
từ bột wonfram được ép với áp lực lớn và thiêu kết trong khí hydrô ở nhiệt độ
cao để có độ bền cao nhưng lại xốp, sau đó thấm bạc hoạc đồng nóng chảy để
tăng điện dẫn.
4.6. Kim loại dùng làm tiếp điểm và cổ góp
Vật liệu được dùng làm các tiếp điểm điện cần phải thoả mãn những điều
kiện sau:
Có sức bền cơ khí và độ rắn tốt.
Có điện trở suất nhỏ và dẫn nhiệt tốt không bị nung nóng quá nhiệt độ cho phép
khi những tiếp điểm có dòng điện định mức lâu dài đi qua.
Có sức bền đối với sự ăn mòn do tác nhân bên ngoài.
Có nhệt độ nóng chảy và hoá hơi cao.
1
Ôxyt của nó phải có điện dẩn suất lớn  (tức  nhỏ).

Có thể gia công dễ dàng.

Giá thành hạ.
Bên cạnh những điều kiện trên vật liệu làm tiếp điểm còn phải thoả mãn
với các điều kiện khác nữa tuỳ vào dạng tiếp điểm như:
Đối với các tiếp điểm cố định.
Đối với các tiếp điểm di động.
Đối với các tiếp điểm trượt.
 65

Sức bền của tiếp điểm và các yếu tố ảnh hưởng đến sức bền tiếp điểm: (không
cháy, không dính, phá hỏng do lực điện động).
Sức bền của tiếp điểm bị ảnh hưởng bởi:
Bản chất bề mặt:Điện trở của tiếp điểm càng lớn thì cảu vật liệu lớn và
điện trở càng nhỏ khi ứng suất nghiền đập của vật liệu càng nhỏ. Ví dụ vật liệu
mềm dẫn đến điện trở tiếp xúc nhỏ trong một số trường hợp các tiếp điểm cứng
hơn song lại được bọc bằng vật liệu mềm hơn (thiếc đối với đồng và đồng thau,
thiếc và cadimi đối với thép...).
Bản chất của vật liêu ảnh hưởng đến điện trở của tiếp điểm.
Bản chất của vật liệu và những điều kiện làm việc ảnh hưởng đến sự ăn mòn các
tiếp điểm như: sự tác động của không khí, hơi nước, các chất hoá học... Tạo nên
trên bề mặt tiếp điểm làm tăng điện trở tiếp xúc.
Lực ấn tiếp điểm:Là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng tới điện trở tiếp xúc
của tiếp điểm.
Nhiệt độ tiếp điểm: với nhiệt độ < 2500C thì điện trở suất tăng theo nhiệt
độ. Giữa (250  400)0C sức bền cơ sẽ giãm. Vật liệu trở nên mềm hơn, tức là
tăng diện tích tiếp xúc thực tế làm giảm điện trở tiếp xúc. Nếu vượt quá trị số
này thì điện trở tiếp xúc sẽ không tăng nữa và làm nóng chảy vật liệu.
Trạng thái về bề mặt khi tiếp xúc:Việc gia công bề mặt tiếp xúc cần phải loại
được màng ôxyt và những vật chất xa lạ, đồng thời phải tạo được tối đa số điểm
tiếp xúc khi tiếp xúc bề mặt.
Phân loại vật liệu làm tiếp điểm điện: Có 3 dạng tiếp điểm: tiếp điểm cố định,
tiếp điểm di động, tiếp điểm trượt.
Vật liệu dùng tiếp điểm cố định:
Đối với vật liệu dùng làm tiếp điểm cố định người ta sử dụng đồng, nhôm,
thép và kẽm.
Đồng: có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, với phẩm chất tương đối cứng, cho
phép tác động đóng cắt thường xuyên. Được dùng ở điện áp nhỏ, điều kiện làm
việc bình thường. Để tăng sức bền đối với sự ăn mòn các tiếp điểm người ta mạ
niken hoặc tẩm thiếc khi nóng hay bọc bạc.
Nhôm có độ dẫn điện và dẫn nhiệt tương đối lớn có sức bền cơ thấp và có điện
trở suất lớn hơn đồng, do vậy không dùng ở nơi có dòng ngắn mạch lớn.
Thép có tổn thất lớn trong dòng điện xoay chiều nên được sử dụng ở nơi
có công suất bé và điện áp lớn. Nó bị ăn mòn mạnh trong không khí ẩm ướt.
 66

Vật liệu dùng làm tiếp điểm cắt:

Những kim loại và hợp kim dùng làm tiếp điểm cắt gồm: Rođi, platin, palađi,
vàng, bạc, vonfram, molipden, đồng, niken...
Platin: có tính ổn định cao đối với sự ăn mòn trong không khí, không tạo màng
ôxyt nên đảm bảo được sự ổn định điện của tiếp điểm, tuy nhiên platin độ cứng
thấp nên mài mòn nhanh chóng do đó ít sử dung platin tinh khiết. Hợp kim
platin với iriđi có độ cứng cao và nhiệt độ nóng chảy cao,sức bền tốt đối với sự
tác động của hồ quang,được dùng chế tạo các tiếp điểm quan trọng có độ chính
xác cao và dòng điện nhỏ.
Palađi: Có tính chất tương tự như platin song nó có sức bền tốt hơn đối với sự
ôxyt hoá trong không khí.
Rođi: Rất thông dụng đễ làm các tiếp điểm có yêu cầu chính xác, nó có độ cứng
cao, nhiệt độ nóng chảy và điện dẩn suất cao, có sức bền đối với sự ăn mòn.
Vàng: có đặc điểm là sức bền kém, do vậy ít dùng vàng nguyên chất để làm tiếp
điểm.
Bạc: Được dùng làm tiếp điểm vì có độ dẫn điện và dẫn nhiệt, lớp oxy hóa bề
mặt từ bạc có điện trở suất giống như bạc tinh khiết nhưng độ bền cơ khí kém và
nhanh chóng bị phá hủy khi tiếp điểm bị phát nóng. Tiếp điểm bạc bền vững,
yêu cầu lực ép tiếp điểm nhỏ. Một đặc điểm cơ bản nữa của bạc là có điện trở
tiếp xúc Rtx nhỏ. Bạc bị ăn mòn nhiều khi có sự xuất hiện của hồ quang điện. Độ
cứng thấp của bạc đã hạn chế ứng dụng nó vào trong các tiếp điểm đóng, cắt
dòng điện lớn và có tần số thao tác cao.
Người ta dùng hợp kim bạc với đồng có độ cứng cao, hợp kim này có độ cứng
và sức bền đối với sự mài mòn cơ khí, không bị dính trong thời gian làm việc có
tuổi thọ cao được dùng ở các tiếp điểm có áp suất cần thiết.
Molipđen: Bị ăn mòn lớn hơn wonfam bị ăn mòn mạnh ở nhiệt độ trên 600 0C.
Oxyt molipđen tạo nên xốp không dẫn điện nên không dùng molipđen nguyên
chất mà sử dụng hợp kim wonfam với molipđen ở những máy cắt điện trong
chân không, trong khí trơ.
Đồng: Được sử dụng làm tiếp điểm làm việc có ứng lực cơ khí lớn, dòng điện
lớn.
Niken: Dùng làm tiếp điểm có dòng điện nhỏ,điện áp lớn trong môiởtường
hydrocacbua.
 67

Coban: Được dùng dưới dạng hợp kim cho những tiếp điểm có yêu cầu tăng độ
cứng.
Vật liệu dùng làm tiếp điểm trượt:
Đối với tiếp điểm trượt người ta dùng:
Đồng hợp kim: Được dùng làm cổ góp máy điện và tiếp điểm máy cắt,
dao cách ly. Để có sức bền cơ khí cao người ta tạo hợp kim với cadmi. Các hợp
kim đồng thanh (đồng thanh - antimon, đồng với berili, đồng với cadmi), đồng
thau được dùng làm vòng tiếp xúc hay cổ góp. Chúng có sức bền cơ khí cao đối
với sự mài mòn và ăn mòn.
Gang cầu (thép có 8% Mn) cũng có thể đôi khi được dùng làm cổ góp.
Nhôm: Được dùng làm các chi tiết tiếp xúc ở cần lấy điện của các phương tiện
vận tải bằng điện.
Cacbon điện graphít: Được dùng làm khí cụ điện vì nó không mài mòn, dây dẫn
điện và điện cực vì có tuổi thọ cao.
Các vật liệu kim loại gốm:
Các đặc điểm xem xét của các vật liệu nguyên chất cho thấy rằng không
một vật liệu nào trong số đó đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu đối với vật liệu
tiếp điểm.
Các tính chất cơ bản của vật liệu tiếp điểm như tính dẫn điện cao và tính
chịu hồ quang cao, không thể nhận được ở hợp kim giữa các vật liệu có tính chất
trội ở cùng các đặc tính như vậy, ví dụ như bạc và Wolfram, đồng và Wolfram,
bởi vì các các vật liệu này không thể tạo nên được hợp kim.
Các vật liệu, có tính chất mong muốn trội được kết hợp với nhau qua
phương pháp luyện kim bột (kim loại gốm). Các tính chất vật lý của vật liệu
thành phần bên trong vật liệu kim loại gốm được đáp ứng. Ví dụ như tính chịu
đựng hồ quang trong vật liệu kim loại gốm là do các thành phần wolfram hoặc
Molipđen chứa trong đó. Để nhận điện trở tiếp xúc nhỏ, thành phần thứ hai
trong tiếp điểm có thể là bạc hoặc đồng. Thành phần wolfram càng lớn thì tính
chịu hồ quang, độ bền cơ, tính chống hàn dính càng cao nhưng đồng thời lại làm
tăng điện trở tiếp xúc và giảm tính dẫn điện của tiếp điểm. Thông thường các
kim loại gốm có chứa 50% hoặc lớn hơn, wolfram được ứng dụng trong các
thiết bị đóng cắt phụ tải nặng nề hoặc cắt các dòng điện ngắn mạch.
Tính chất và thành phần của một số loại kim loại gốm thưòng gặp của Nga được
cho trong (bảng 2.12).
 68

Bảng 2.12 Tính chất và thành phần của kim loại

Mã hiệu vật Các thành phần chính Trọng lượng Điện trở suất Độ cứng
liệu riêng kg/m3 ..m Brinel
KMK – A 10 Bạc ôxýt Cadmi 9700 0,030 45 - 75
KMK – A20 Bạc ôxýt đồng 9500 0,025 45 - 60
KMK – A31 Bạc – Nikel 9500 0,032 60 - 80
MKM – A60 Bạc - Wolfram – Nikel 13500 0,041 120 - 160
MKM – A61 Bạc - Wolfram – Nikel 15000 0,045 170 - 210
KMK – B20 Đồng - Wolfram – Nikel 12100 0,06 120 - 150
KMK – B21 Đồng - Wolfram – Nikel 13800 0,07 170 - 200

Đối với các tiếp điểm của khí cụ điện cao áp thường sử dụng kim loại
gốm MKM – A60, MKM – A61, KMK – B20, KMK – B21.
Trong các khí cụ điện hạ áp thường áp dụng vật liệu: KMK – A 10, từ Bạc và
ôxýt cadmium (CdO). Đặc điểm cơ bản của vật liệu này là sự phân hủy của CdO
thành Cd và O2. Khí O2 nhận được dưới tác động của hồ quang có tác dụng làm
giảm nhiệt độ của tiếp điểm và đẩy mạnh quá trình khử ion.
4.7. Hợp kim có điện trở cao và chịu nhiệt.
Khái niệm:
Các hợp kim điện trở cao là những hợp kim có điện trở suất tương đối
lớn nên có tính chất cản trở dòng điện cao gây sự toả nhiệt trên dây điện trở.
* Đặc tính:
Điện trở suất tương đói lớn nên hạn chế được chiều dài dây dẫn. Chịu
nhiệt độ cao (yếu tố cần thiết đối với điện trở toả nhiệt). Có độ bền về cơ cao.
Hệ số nhiệt độ thấp. Chống sự oxy hoá.
Một số hợp kim thường sử dụng:
Mai so: (Mailiechort) (60% Cu+ 25% Zn + 15%Ni)
Được sử dụng làm dây điện trở các bếp điện và cũng được dùng làm điện
trở không toả nhiệt như: Điện trở phòng thí nghiệm, biến trở khởi động, biến trở
điều tốc.
Điện trở suất: 0,30 mm2/m (ở 200C)
Nhiệt độ nóng chảy: 13000C.

Constantan: (60% Cu+ 40%Ni)

 69

Có hệ số nhiệt độ thấp nên điện trở ít phụ thuộc nhiệt, sử dụng làm điện trở
chuẩn trong phòng thí nghiệm, không làm điện trở toả nhiệt.Hợp kim maganin
cũng có đặc tính tương tự như constantan.
Điện trở suất: 0,49 mm2/m (ở 200C)
Nhiệt độ nóng chảy: 12400C.
Ferro - nickel: ( 74% Fe+ 25% Ni + 1%Cr)
Là loại hợp kim điện trở được sử dụng làm điện trở hoặc biến trở và có
thể làm điện trở tỏa nhiệt chịu được đến 500 0C. Tuy nhiên hợp kim này không
bền so với điện trở toả nhiệt loại RNC vì nó dễ giòn gãy khi vận hành và nhiệt
độ mới đạt đến màu đỏ sậm.
Điện trở suất: 0,80 mm2/m (ở 200C).
Nhiệt độ nóng chảy: 15000C.
Sắt - nickel - Crome: ( 50% Fe+ 40% Ni + 10%Cr)
Đây là hợp kim điện trở chủ yếu làm điện trở tỏa nhiệt trong bàn ủi, bếp
điện, mỏ hàn điện. Vì đặc tính của điện trở RNC chịu được nhiệt độ vận hành
cao đến 9000C.
Điện trở suất: 1,02 mm2/m (ở 200C)
Nhiệt độ nóng chảy: 14500C.
Nickel - Crome: ( 80% Ni + 20%Cr)
Hợp kim có đặc tính chịu được nhiệt độ vận hành rất cao (1100 0c) và nó
có tính chất được bảo vệ bởi 1 lớp oxít cách điện nhờ thế có thể quấn các vòng
dây điện trở khít lại với điều kiện điện áp giữa các vòng dây không lớn. Công
suất tiêu tán trên bề mặt của dây điện trở tỏa nhiệt khoảng:
2W/cm2 khi ở nhiệt độ 6000C đến 8000C.
1W/cm2 khi ở nhiệt độ 9000C
0,7W/cm2 khi ở nhiệt độ 10000C.

Bảng 2.13. Hợp kim có điện trỏ cao và chịu nhiệt

 Nhiệt Nhiệt độ
Tên hợp kim Thành phần mm2/ Hệ số  độ-1 nóng chảy làm việc
m (ở cho phép
(0C)
200C) (0C)
Maiso 60 Cu+ 25 Zn + 0,300 0,0003 1290 400
15Ni
Constantan 60 Cu+ 40Ni 0,460 0 1240 400
 70

Ferro- nickel74 Fe+ 25 Ni + 0,800 0,00090 1500 500

1Cr
Manganin 86Cu+12Mn+2Ni 0,420 ±0,00002 200
Hợp kim: RNC1 55Fe+35Ni+10Cr 1,020 0,00032 1450 700
Hợp kim: RNC2 25Fe+60Ni+15Cr 1,110 0,00015 1450 900
(Feronicrôm)
Hợp kim: RNC3 80Ni+20Cr 1,030 0,00009 1475 1100

4.8. Lưỡng kim

Định nghĩa:
Người ta gọi sản phẩm dùng vật liệu lưỡng kim là những sản phẩm kỹ thuật
được chế tạo bằng nhiều cách để tạo thành một khối liên hệ chặt chẽ của 2 kim
loại.
Dây dẫn lưỡng kim thép - đồng:
Ở những đường dây thông tin dùng dòng điện có tần số cao (2000 
8000Hz) thì hiệu ứng màng ngoài rất rõ. Dòng điện chạy qua lớp bề mặt chiều
dày (0,5  0,6)mm, còn bên trong trở thành mất tác dụng dẫn điện. Vì vậy người
ta chế tạo lõi dây dẫn bằng thép như vậy sẽ tiết kiệm được đồng (kimloại màu)
mà vẫn không làm ảnh hưởng tới điện trở ở dòng điện xoay chiều. Đồng thời nó
làm tăng sức bền cơ cho dây dẫn và lớp đồng bên ngoài cũng là lớp bảo vệ tốt
đối với sự ăn mòn của môi trường.
Do vậy người ta dùng dây dẫn bằng vật liệu lưỡng kim đồng thép đối với
đường dây thông tin có đường kính từ (1  4mm). Dây dẫn lưỡng kim để chế tạo
thanh góp trong các thiết bị dùng để nối.
Việc bọc lõi thép có thể thực hiện theo:
Phương pháp dát mỏng khi nóng.
Phương pháp điện phân.
Phương pháp bọc khi nóng: Thanh thép được làm sạch lớp oxyt và đặt vào
giữa khuôn mẫu, xung quanh thanh thép người ta rót đồng nóng chảy (1200 
12600C). Lõi thép có d = (80  85)mm, dài (700  800)mm. Sau đó để nguội về
sau sẽ dát mỏng hoặc kéo thành sợi theo kích thước mong muốn.
Phương pháp bọc theo cách điện phân:
Đồng sẽ bám vào dây thép, trong bễ gabanic sulfat đồng đảm bảo có một
lớp bọc bằng đồng, đồng nhất song không cho một sự dính chặt hoàn toàn. Đồng
thời phương pháp này tiêu thụ lương điện năng lớn.
Ngoài ra người ta còn dùng dây dẫn lưỡng kim nhôm.
 71

Nhiệt lưỡng kim:

Nhiệt lưỡng kim là sự ghép nối từ 2 dãi băng hẹp có cùng chiều dày bằng
những kim loại hay hợp kim có hệ số giản nở theo chiều dài rất khác nhau,
chúng được chế tạo bằng phương pháp dát mỏng khi nóng. Tỉ lệ trọng lượng là
1:1.
Khi nung nóng lưỡng kim loại sẽ cong và tác động lên các chi tiết để
mở rơle nhiệt hay những thiết bị tự động.
Việc uốn cong của tấm lưỡng kim khi nung nóng phụ thuộc vào chiều dày của
thanh và độc lập với chiều rộng của thanh. để tránh ứng suất cục bộ thì thanh
lưỡng kim phải được xư lý nhiệt trước.
Đối với hợp kim có hệ số giản nở theo chiều dài ít người ta dùng hờp
kim niken (36  46%) hợp kim được dùng nhiều là hợp kim inva (H36) có:
36,1%Ni, 63,1%Fe, 0,4% Mn, 0,4%Cu.
Đối với hợp kim giản nở theo chiều dài nhiều thì người ta dùng hợp kim đồng -
kẽm, thép hợp kim crôm - niken, hợp kim với niken và molipđen.

CÂU HỎI
1. Trình bày khái niệm về vật liệu dẫn điện? Nêu tính chất của vật liệu dẫn
điện?
2. Trình bày điện trở và điện trở suất? Cho biết nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào
đến điện trở của vật liệu?
3. Các tác nhân của môi trường ảnh hưởng như thế nào đến vật liệu dẫn điện?
4. Thế nào là hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiêt động?
5. Nêu các tính chất chung của kim loại và hợp kim?
6. Nêu những hư hỏng thường gặp của vật liệu dẫn điện, nguyên nhân và biện
pháp khắc phục?
7. Nêu tính chất, đặc điểm và công dụng của đồng và hợp kim đông, nhôm và
hợp kim nhôm, chì và hợp kim chi?
8. Trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc và độ bền tiếp điểm ?
Cho biết các vật liệu được dùng làm tiếp điểm?
9. Nêu những hợp kim có điện trở cao và chịu nhiệt? Nêu một số hợp kim điển
hình?
 72

10. Thế nào là lưỡng kim, nhiệt lưỡng kim hãy trình bày và cho một vàI ví dụ
minh họa.?

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU DẪN TỪ

Mã chương : 11-03

Giới thiệu :
Một trong những tác dụng cơ bản của dòng điện là tác dụng từ. Đó chính
là cơ sở để chế tạo các loại máy điện. Để truyền tải được năng lượng từ trường
cần phải có những vật liệu có từ tính, đó chính là nhóm vật liệu dẫn từ (còn gọi
là vật liệu sắr từ ). Để sử dụng có hiệu quả các vật liệu dẫn từ chúng ta phải am
hiểu về khái niệm, tính chất, các đặc tính của vật liệu dẫn từ và công dụng của
từng loại vật liệu dẫn từ. Nội dung bài học này nhằm trang bị cho người học
những kiến thức cơ bản về vật liệu dẫn từ để sử sụng chúng một cách có hiệu
quả tốt nhất.

Mục tiêu:
- Nhận dạng, phân loại chính xác các loại vật liệu dẫn từ dùng trong công
nghiệp và dân dụng.
- Trình bày được các đặc tính cơ bản của một số loại vật liệu dẫn từ thường
dùng.
- Sử dụng phù hợp các loại vật liệu dẫn từ theo từng yêu cầu kỹ thuật cụ thể.
- Xác định được các nguyên nhân gây ra hư hỏng và có phương án thay thế
khả thi các loại vật liệu dẫn từ thường dùng.
- Rèn luyê ̣n được tính cẩn thâ ̣n, chính xác, chủ đô ̣ng trong công việc

1. Khái niệm và tính chất vật liệu dẫn từ.

Mục tiêu:
 73

Trình bầy được khái niệm, tính chất của vật liệu dẫn từ
1.1. Khái niệm về vật liệu dẫn từ.
Một trong những tác dụng cơ bản của dòng điện là tác dụng từ. Đó chính là cơ
sở để chế tạo các loại máy điện. Để truyền tải được năng lượng từ trường cần
phải có những vật liệu có từ tính, đó chính là nhóm vật liệu dẫn từ (còn gọi là
vật liệu sắr từ ). Kim loại chủ yếu có từ tính là sắt cacbon, niken và các hợp kim
của chúng, bên cạnh đó còn có côban cũng được gọi là chất sắt từ đã qua quá
trình tinh luyện.
1.2. Tính chất vật liệu dẫn từ .
1.2.1. Các đặc tính của vật liệu dẫn từ .
Các nguyên tố có tính chất sắt từ là: sắt cacbon, niken và các hợp kim
của chúng, bên cạnh đó còn có côban cũng được gọi là chất sắt từ. Nguyên nhân
chủ yếu gây nên từ tính của vật liệu là các điện tích luôn chuyển động nằm theo
quỹ đạo kín, tạo nên những dòng điện vòng đó là sự quay của các điện tử xung
quanh trục của mình và sự quay theo quỷ đạo của các điện tử trong nguyên tử.
Hiện tượng sắt từ là do trong một số vật liệu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
nhất định đã phân thành những vùng mà trong từng vùng ấy các điện tử đều định
hướng song song với nhau. Các vùng ấy được gọi là đômen tử.
Như vậy tính chất đặc trưng cho trạng thái sắt từ của các chất là nó có độ
nhiễm từ tự phát ngay khi không có từ trường ngoài. Mặc dù trong chất sắt từ có
những vùng từ hóa tự phát nhưng mômen từ của các đômen lại có hướng rất
khác nhau. Các chất sắt từ đơn tinh thể có khả năng từ hóa dị hướng nghĩa là
theo các trục khác nhau mức từ hóa khó hay dễ cũng khác nhau. Trong trường
hợp các chất sắt từ đa tinh thể có tính dị hướng thể hiện rất rõ người ta gọi chất
đó là có cấu tạo thớ từ tính. Tạo được thớ từ theo ý muốn có ý nghĩa lớn, nó
được sử dụng trong kỹ thuật để nâng cao đặc tính từ của vật liệu theo hướng xác
định. Quá trình từ hóa vật liệu sắt từ dưới ảnh hưởng của từ trường bên ngoài
gồm có các hiện tượng sau:
+ Tăng thể tích của các đômen có mômen từ tạo với hướng từ trường góc nhỏ
nhất và giảm kích thước của các đômen khác (quá trình chuyển dịch mặt phân
cách của các đômen).
+ Quay các véc tơ mômen từ hóa theo hướng từ trường ngoàI (quá trình định
hướng).
 74

Quá trình từ hóa vật liệu sắt từ có thể đặc trưng bằng đường cong từ hóa B =
f(H), có dạng tương tự với tất cả các vật liệu sắt từ.
Khi từ hóa chất sắt từ đơn tinh thể thì kích thước của chúng có thay đổi.
Quá trình từ hoá lại vật liệu sắt từ trong từ trường biến đổi bao giờ cũng có tổn
hao năng lượng dưới dạng nhiệt do tổn hao từ trễ và tổn hao động học.
Tổn hao động học là do dòng điện xoáy cảm ứng trong khối sắt từ và một phần
còn do hiệu ứng gọi là hậu quả từ hoá hay độ nhớt từ. Tổn hao dòng điện xoáy
phụ thuộc vào điện trở. Điện trở suất chất sắt từ càng cao thì tổn hao dòng điện
xoáy càng nhỏ.
Công suất tổn hao dòng điện xoáy có thể tính theo công thức:
Pf   . f 2 .Bmax
2
.V

Trong đó:  : là hệ số phụ thuộc vào loại chất sắt từ (trong đó phụ thuộc vào
điện trở suất) và hình dáng của nó.
f: là tần số dòng điện.
Bmax: cảm ứng từ lớn nhất đạt được trong một chu trình.
V: thể tích chất sắt từ.
Chú ýGđến các tổn hao có liên quan tớiThậu quả từ hoá khi chất sắt từ làm việc ở
B
chế độ xung. 1
1.2.2. Đường cong từ hoá.
1200 1.2
2
4

800 0.8

3 100000 
max
400 0.4
5000 4
2
5
6 init H
H
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 ơcstet 0 16 32 48 64 80 96 A/m

a) b)

Hình .1 : ĐƯỜNG CONG TỪ HÓA VÀ ĐƯỜNG CONG CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG

THẤM TỪ CƠ BẢN CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU TỪ.
a) Đường cong từ hóa b) Đường cong cường độ trường thấm từ

Sắt đặc biệt tinh khiết

Sắt tinh khiết (99,98%Fe)
Sắt kỹ thuật tinh khiết (99,92%Fe)
Pécmalôi (78%Ni)
Niken
Hợp kim sắt - Niken (26%Ni)
 75

Độ từ thẩm là tỉ số của đại lượng cảm ứng từ B và cường độ từ trường H

ở điểm xác trên đường cong từ hóa cơ bản. Trong hệ SI hằng số 0 = 4.10-
7
H/m.
Trên hình vẽ trục dọc bên trái đặt giá trị cảm ứng từ tính theo gaus, Bên phải
tính theo hệ SI - tesla (T), 1gaus =10 -4 T. Trên trục ngang là cường độ từ trường
H đơn vị là ơcstet, theo hệ SI là A/m, 1ơcstet = 79,6 A/m  80 A/m. Việc tính
đổi các trị số của cảm ứng từ hoặc cường độ từ trường từ thứ nguyên của một hệ
đơn vị này sang hệ đơn vị khác rất đơn giản.
Độ từ thẩm bđ khi H = 0 gọi là độ từ thẩm ban đầu, đó là trị số của nó trong
trường yếu khoảng 0,001 ơcstet. Giá trị lớn nhất của độ từ thẩm gọi là độ từ
thẩm cực đại ký hiệu max. Ở từ trường mạnh, trong vùng bảo hòa từ độ từ thẩm
tiến tới bằng 1.
Hệ số từ thẩm động  là đại lượng đặc trưng cho vật liệu sắt từ trong từ trường
xoay chiều, nó là tỉ số giữa biên độ cảm ứng từ với biên độ cường độ từ trường:
B max
  H
max

Với sự tăng của tần số từ trường xoay chiều, độ từ thẩm động giảm vì quán tính
của các quá trình từ.
Nếu tiến hành từ hóa vật liệu sắt từ trong từ trường ngoài, sau đó bắt đầu
ở một điểm nào đó trên đương cong từ hóa cơ bản, giảm cường độ từ trường thì
cảm ứng từ cũng giảm, nhưng không theo đường từ hóa cơ bản mà giảm chậm
hơn do hiện tượng từ trễ. Khi tăng từ trường theo chiều ngược lại thì mẫu vật
liệu có thể bị khử tứau đó lại được từ hóa lại, nếu đổi chiều từ trường thì cảm
ứng từ lại có thể quay lại điểm ban đầu. Ta có đường cong kín đặc trưng cho
tình trạng từ hóa của mẫu, đó là vòng từ trễ của chu trình từ hóa.
 76

Ở giai đoạn đầu khi tăng dòng điện từ hóa trong cuộn dây thì cường độ từ
trường H sẽ tăng và cảm ứng từ B cũng tăng tỉ lệ thuận. Sau đó khi ta tăng H thì
B tăng ít hơn. Giai đoạn gần bảo hòa, hệ số giảm dần đến khi cường độ từ
trường H đủ lớn thì từ cảm B hầu như không tăng nữa. Giai đoạn bảo hòa từ và
hệ số sẽ tiến tới 1.
Hệ số từ thẩm của chất sắt từ không phải là hằng số. Quan hệ giữa từ cảm
B và cường độ từ trường H không phải là đường thẳng.

2. Mạch từ và tính toán mạch từ.

Mục tiêu:
- Trình bầy được khái niệm về mạch từ, các hư hỏng thường gặp,nguyên
nhân, biện pháp khắc phục
Mạch từ là gồm lõi sắt từ có hay không có các khe không khí và từ thông
sẽ đóng kín qua chúng. Việc sử dụng vật liệu sắt từ nhằm mục đích thu được từ
trở cực tiểu, đối với từ trở này, sức từ động cần thiết để đảm bảo cảm ứng từ hay
từ thông mong muốn có giá trị của nó nhỏ nhất. Mạch từ rất đơn giản bao gồm
bởi lõi cuộn dây hình xuyến (hình 4.2) hoặc người ta dùng các mạch từ nối tiếp
hay rẽ nhánh mà các đoạn có thể thực hiện bằng các vật liệu khác nhau, hay vật
liệu cùng một bản chất (hình 4.4). Tính toán một mạch từ tức là xác định sức từ
động theo các giá trị của từ thông đã cho, các kích thước của mạch và bản chất
của các vật liệu được sử dụng.

R1 R2

Hình 4.2: Cuộn dây hình xuyến

2.1. Các công thức cơ bản

 77

Khi tính toán mạch từ, có thể áp dụng các định luật cơ bản của mạch điện
bởi vì giữa chúng tồn tại sự tương tự qua lại.
a) Định luật Kirchauffe 1: áp dụng cho mạch từ được phát biểu nh sau.
Đối với một nút bất kỳ trong mạch từ, tổng các từ thông đi vào (có chiều về phía
điểm nút) và đi ra (có chiều đi ra khỏi điểm nút) bằng zéro.
n


i 1
i 0 (4.1)

b) Định luật Kirchauffe 2: phát biểu như sau: đối với một mạch vòng khép kín
trong mạch từ, tổng các từ áp rơi trên mạch vòng đó và các sức từ động bằng
zéro.
n m

 Fi    K Rmk  0 .
i 1 k 1

(4.2)
c) Định luật Ohm phát biểu như sau: đối với một nhánh bất kỳ trong mạch từ
tích số giữa từ thông chảy qua và tổng trở từ bằng từ áp rơi giữa hai đầu của
nhánh đó.
 i Z mi  U mi . (4.3)
Trong các công thức trên:
i : là từ thông chảy qua các nhánh của mạch từ (wb).
Fi : là sức từ động của các nhánh từ tương ứng (A.t).
Rmk : từ trở của nhánh từ tương ứng (1/H).
Zmi : tổng trở từ của các nhánh (1/H).
Umi : từ áp rơi trên các nhánh từ (A).
Tổng trở Zmi của nhánh từ bao gồm hai thành phần là từ trở R mi và từ kháng Xmi,
giữa chúng có quan hệ tam giác vuông.
Z mi  2
Rmi  X mi
2
. (4.4)
Đối với mạch từ một chiều (DC) không tồn tại thành phần từ kháng X mi vì vậy
trong đó chỉ bao gồm các thành phần từ trở Rmi.
li
Rmi 
i Si . (4.5)

Trong đó:
I1 : là chiều dài của nhánh từ tương ứng (m).
S1: tiết diện của nhánh từ đó (m2).
I : là từ thẩm vật liệu từ của nhánh từ tương ứng (H/m).
 78

Ví dụ:
Mạch từ được trình bày như (hình 4.1). Lõi được làm từ vật liệu từ có độ
từ thẩm  lớn hơn rất nhiều với từ thẩm của chân không 0 với: 0 = 4.10-7
(H/m).
Lõi có tiết diện không đổi và được kích từ bởi cuộn dây có N vòng dây, trong đó
chảy dòng điện I (A). Cuộn dây N sẽ sinh ra từ trường trong lõi thép nh được
biểu diễn trong (hình 4.1).

F
i

iN

Hình 4.3: Mạch từ

Từ thông  đi qua bề mặt S bằng tích phân mặt của các thành phần pháp tuyến
của từ cảm B. Như vậy.
   B.dS

(4.6)
Trong hệ đo lờng SI, từ thông  có thứ nguyên là weber (wb).
Khi từ cảm là đồng nhất bên trong một mặt cắt bất kỳ của lõi thép, phương trình
trên có thể được biểu diễn:
 i  Bi .S i . (4.7)
Trong đó:
i : từ thông trong lõi thép.
Bi : từ cảm.
Si : là tiết diện của lõi thép.
Từ phương trình  H .dL   J .dS ,
c S
quan hệ giữa sức từ động và cường độ từ
trương H có thể được biểu diễn:
 
F  NI   H . dl . (4.8a)
 79

Lõi thép có độ dài trung bình chính bằng chiều dài khép kín của đường sức từ
bất kỳ li .
Kết quả là tích phân đường (4.8) trở thành tích của các đại lượng vô hướng Hi , li
. Từ phương trình (4.8a) có thể viết lại:
F  NI  H i Li . (4.8b)
Với Hi là giá trị trung bình phần thực của véctơ H trong lõi thép. Chiều
của Hi trong lõi thép được xác định theo quy tắc bàn tay phải, nó có thể được
biểu diễn bằng hai cách tương tự nh nhau. Hãy hình dung rằng có một vật dẫn
điên đặt trong bàn tay phải, ngón tay cái chỉ chiều của từ trường Hi . Hoàn toàn t-
ương tự nếu như cuộn dây trong hình vẽ (hình 4.3) được nắm bởi bàn tay phải,
khi đó các ngón tay chỉ chiều dòng điện và ngón tay cái sẽ chỉ chiều từ trường.
Trong mỗi nhánh từ của mạch từ, quan hệ giữa từ cảm B i (T) và cường độ từ
trường Hi (A/m) được biểu diễn bằng đường cong từ hóa B = f(H) của vật liệu từ
nhận được từ thực nghiệm. Đẩi với các vật liệu phi từ tính như đồng nhôm, đồng
v.v…, các vật liệu cách điện như Fibre, bakelite v.v… và không khí, quan hệ
này được biểu diễn như sau:
B = 0.H. (4.9)
Với 0 là từ thẩm của chân không (H/m).
Trong mạch từ ta phân biệt các từ thông sau:
Từ thông làm việc lv là từ thông đi qua khe hở không khí chính của mạch từ.
Từ thông rò  là từ thông không đi qua khe hở không khí chính của mạch từ
mà khép kín theo các đường khác.
Từ thông tổng 0, là tổng của hai từ thông lv và  và thường đi qua phần gông
của mạch từ (hình 4.3).
Tỷ số giữa từ thông tổng và từ thông làm việc được định nghĩa là hệ số rò  của
một mạch từ cho trước:
 0  lv    
   1  . (4.10)
 lv  lv  lv
Khi tính toán mạch từ thường gặp hai dạng bài toán cơ bản sau đây.
Bài toán thuận: với nội dung như sau :
Cho trước từ thông  hoặc từ cảm B và hình dạng, kích thước của mạch
từ, cần xác định sức từ động cần thiết để sinh ra từ thông đó.
Bài toán nghịch: được phát biểu như sau:
 80

Cho trước sức từ động hình dạng, kích thước và vật liệu của mạch từ,
cần xác định giá trị các từ thông trong mạch từ.
Trong thực tế, có thể gặp các dạng bài toán mạch từ hơi khác một chút
ví dụ như: cho trước giá trị của lực hút điện từ tác động lên phần ứng tại một vị
trí xác định của khe hở không khí  ( là khoảng cách giữa nắp và lõi của mạch
từ) hoặc cho trước đặc tính lực hút điện từ P= f() và các điều kiện phụ về hình
dáng, kích thước và vật liệu của mạch từ, cần xác định từ thông hoặc giá trị sức
từ động cần thiết. Những bài toán về mạch từ như vậy tựu chung đều có thể đưa
về dạng của một trong hai bài toán cơ bản nêu ở trên.
Bài toán thuận có thể được giải quyêt như sau: Đối với mỗi nhánh từ của mạch
từ, có thể xem từ cảm ứng từ B là không đổi trên toàn bộ chiều dài của nhánh
đó, ta xác định giá trị cường độ từ trường H tương ứng dựa trên quan hệ
B = .H. (4.11)
Trong hệ đo lường SI, B được đo bằng weber/m2 hay còn đượcgọi là tesla
(T),  được đo bằng weber/A hoặc (H/m). Từ thẩm của sắt từ được biểu diễn
bằng  = r - 0 với giá trị phổ biến của r của các vật liệu từ dùng để chế tạo
các thiết bị điện nằm trong khoảng từ 2000 đến 80000, hoặc dựa trên quan hệ đ-
ường cong từ hóa của vật liệu cho trước. Tích giữa cường độ từ trường và chiều
dài nhánh từ chính là giá trị sức từ động cần thiết F i = Hi li . Sức từ động cần thiết
của toàn bộ mạch từ sẽ bằng tổng các sức từ động nhánh nằm trong một mạch
vòng khép kín.
n
F   Fi . (4.12)
i 1

Dạng bài toán cơ bản thứ hai thường khó giải hơn. Để nhận được từ thông
sinh ra từ sức từ động cho trước, có thể có thể thực hiện bài toán theo phương
pháp lặp như sau: đầu tiên ta chọn một cách tùy ý, một số giá trị từ thông , sau
đó theo cách giải bài toán thuận ta xác định được các giá trị tương ứng của sức
từ động. Kết quả nhận được cho phép xây dựng đường biểu diễn quan hệ:
 = f(Fi ), từ đó ứng với sức từ động ban đầu để cho ta tra ra giá trị từ thông cần
thiết.
2.2. Sơ đồ thay thế của mạch từ.
Sự tương tự giữa mạch từ và mạch điện cho phép ta xây dựng sơ đồ thay thế của
mạch từ. Trong đó sức từ động của mạch từ sẽ tương ứng với sức điện động của
 81

mạch điện, từ thông  tổng tương tự với cường độ dòng điện I, từ trở R m tương
tự với điện trở R, tổng trở từ Zm tương tự với tổng trở điện Z v.v…
Xét một mạch từ điển hình

Nắp Rn

Rd2 Rd1
Rd
lâi

Rl2 Rl1

iN
Rg
Gông
a)
b)

Hình 4.4: a. Mạch từ

b. Sơ đồ thay thế
Cùng với sơ đồ thay thế của nó đựơc biểu diễn như trong hình (hình 4.4),
trong đó Rn là từ trở của nắp mạch từ; R là từ trở của khe hở không khí , nó
thường được biểu diễn trong sơ đồ thay thế bằng giá trị nghịch đảo gọi là từ đảo
gọi là từ dẫn của khe hở không khí G; Rl từ trở của lõi mạch từ và Rg từ trở của
gông mạch từ. Ở đây không biểu diễn bề dày của mạch từ, mà đối với mạch từ
thực tế bất kỳ luôn tồn tại, vì vậy cần phảI hiểu là ở tất cả các phần của mạch từ
như nắp, gông, lõi đều phải kể đến tiết diện của chúng.
Đối với các mạch từ xoay chiều (AC) vì có sự xuất hiện của các tổn hao
trong lõi thép ( tổn hao do từ trễ và do dòng điện Foucault) nên thay vì các từ trở
Rn, Rl, Rg ta phải biểu diễn bằng các tổng trở từ tương ứng Zn, Zl, Zg.
Ngoài ra để tránh các loại ký hiệu chồng chéo lên nhau, khi biểu diễn các
đại lượng từ trong các sơ đồ thay thế ta đã cố ý bỏ đi các ký hiệu mạch đã biểu
diễn các công thức trên.
2.3. Mạch từ xoay chiều.
Mạch từ xoay chiều (AC), không xét tới từ trở của lõi thép.
Mạch từ xoay chiều có đặc điểm khác mạch từ một chiều:
Dòng điện trong cuộn dây xoay chiều phụ thuộc tổng trở của nó.
 82

U
I .
Z
(4.13)
Với: Z  r 2   L  2 .
Trong đó:
- r: điện trở của cuộn dây. ().
- : Tần số góc của nguồn điện (s-1).
- L: Hệ số tự cảm của cuộn dây (H)
L  N 2 .G .
(4.14 a)
IN 2 .G IN 2  g .l 
L  .g.l  N 2 G   . (4.14 b)
I 3I  3 
  lv  
L  . (4.14 c)
I I
Trong đó:
N: số vòng dây của cuộn dây.
G: Từ dẫn của mạch từ (H).
: Từ thông móc vòng.
I: Dòng điện
Khi không xét đến từ trở của lõi thép thì: G  G. vì vậy.
U .
I . (4.15)
.N 2 .S . 0
Trong đó:
S: là tiết diện lõi từ (m2).
: độ lớn của khe hở không khí.
Dễ thấy rằng trong biểu thức 3 khi U = Const thì dòng điện I chủ yếu phụ
thuộc vào độ lớn của khe hở không khí  và phụ thuộc này là theo tỷ lệ thuận.
Đối với mạch từ xoay chiều, khi khe hở không khí  tăng lên dẫn đến sự tăng
theo của từ trở mạch từ và ngược lại. nhưng đồng thời dòng điện trong cuộn dây
cũng tăng lên có nghĩa là sức từ động (F= IN) của mạch từ cũng tăng lên, ta thấy
rằng từ thông trong mạch từ lúc này bị tác động của hai yếu tố thứ nhất khi từ
trở tăng nó có xu hướng bị giảm xuống, đồng thời sức từ động F tăng nó có xu
hướng. Tổng hợp hai yếu tố này lại ta thấy rằng từ thông không thay đổi nhiều
khi khe hở không khí  biến đổi.
 83

Đối với mạch từ xoay chiều cuộn dây điện áp, số vòng dây N có quan hệ
chặt chẽ tới giá trị từ thông  trong mạch từ và điện áp U.
U
N . (4.16)
4,44. f . m
Trong đó:
f: tần số của nguồn điện (Hz).
m: giá trị biên độ của từ thông xoay chiều trong mạch từ (wb).
Từ đó ta thấy rằng khi U= const và m= const thì N là đại lượng xác định.
Khi cuộn dây trong mạch từ là cuộn dây dòng, dòng điện chảy qua cuộn dây phụ
thuộc vào phụ tải, số vòng dây của nó được xác định bởi:
F
N .
I
(4.17)
Vì có tổn hao trong lõi thép và trong vòng ngắn mạch của mạch từ xoay
chiều, nên từ thông  không cùng pha với sức từ động cuộn dây.
Từ thông tổng và các thành phần của nó chảy trong các nhánh từ khác
nhau có thể lệch pha với nhau. Sự chênh lệch pha này là do tổng trở từ của mỗi
nhánh có thể khác nhau.
Sự lệch pha giữa từ thông và sức từ động cho thấy rằng trong thành phần
của tổng trở từ của mạch từ xoay chiều có sự hiện diện của từ kháng X.
Từ kháng là do tổn hao trong mạch từ sinh ra.
Lực hút điện từ xoay chiều có dạng đập mạch với tần số gấp đôi tần số
của nguồn điện. Vì vậy xuất hiện hiện tượng rung nắp mạch từ xoay chiều khi
nó vận hành. Để làm giảm hiện tượng rung này có thể sử dụng biện pháp đặt
vòng ngắn mạch ôm lấy một phần cực từ của nó.
Xet mạch từ xoay chiều có cuộn dây đặt trên gông như hình (hình 4.5).
Bài toán được đặt ra như sau:
Cho trước điện áp cuộn dây xoay chiều U, hình dạng và kích thước mạch từ, từ
thông làm việc lv. Hãy xác định dòng điện I chảy trong cuộn dây đó bỏ qua từ
trở của lõi thép mạch từ.

Hình 4.5: Mạch từ xoay chiều có cuộn dây đặt trên gông
 84

Giải
- Sức từ động của cuộn dây có thể được xác định từ:
 lv
2 .I .N  . (4.18)
G
G là tổng từ dẫn của hai khe hở không khí trong mạch từ và có công thức tính
như sau:
S
Gδ   0 . (4.19)

Từ thông rò  đượcxác định từ giá trị từ dẫn rò quy đổi:
   2 N .g .l . (4.20)
Từ thông tổng:
 0   lv     2 .I .N (G   g .l ) . (4.19)
Số vòng dây:
U
N . (4.20)
4,44. f . 0 m
y
Từ (4.18) và (4.19) xác định được xgiá trị dòng
d điện:

4,44. f . 0 m  02m
I  . (4.21)
2 .U .(G  g.l ) 2U (G  g.l )
Trong trờng hợp, khi mạch từ có cuộn dây đặt trên lõi, thì trình tự giải không
iN
có gì khác, tuy nhiên cần lưu ý tới việc xác định đúng giá trị từ dẫn rò quy đổi
G.
Đối với mạch từ kiểu Solenoide như hình (hình 4.6). Với bài toán cho trước giá
trị từ thông lv và số vòng dây N của cuộn dây xác định theo trình tự sau:

Hình 4.6: mạch từ kiểu Solenoide

 85

Tính sức từ động cuộn dây kích thích:

 lv
2 .I .N  .
G
Từ thông tổng, móc vòng với tất cả các cuộn dây bằng:
3 3
 0   lv  x  y  2 .I .N (G   g x 3.l 2y ) .
Số vòng dây:
U UG
N 
4,44. f . 0 m  x3  y 3  .
4,44. f . lv Glv  g
 3l 2 
Dòng điện cuộn dây.
 lv
I .
2 .N .G
Ta cũng có thể tính toán bằng cách là mạch từ được chia nhỏ ra thành
các đoạn l1, l2, v.v….có cùng một tiết diện trên toàn bộ chiều dài của nó, tức là

phải chịu một từ trường giống hệt nhau. Kế tiếp ta xác định cảm ứng từ B 
S
trên mỗi đoạn và ta tìm cường độ tương ứng của trường từ theo các đường cong
từ hóa tự nhiên (hình 4.7)

Hình 4.7: a) Các chu trình từ trễ và đường cong từ hóa tự nhiên
b) Vòng từ trễ (mắc từ trễ) ở một số giá trị giới hạn khác nhau của lực từ
 86

Cường độ từ trường trong khe hở hay trong vật liệu không từ sẽ được tính theo
công thức:
B0
H0   0,8.10 6 B0
0
Ở đây H0 được xác định bằng A/m),
B0: bằng tesla.
Hay H0= 0,8.B0 nếu H0 được xác định bằng A/cm và B0 bằng gauss.
Theo lý thuyết của Ampe, tổng số của các từ áp trên tất cả các đoạn của mạch từ
là bằng với dòng tổng.
H1l1+ H2l2+ H0l0+....= I.
Ví dụ:
Cần bao nhiêu vòng dây quấn trên lõi (hình 4.8) dưới đây để có một từ
thông 47.10-4Wb, giả thiết rằng dòng điện trong cuộn dây là 25A và phần phía
trên của lõi được làm bằng thép  330 và phần phía dưới làm bằng thép khuôn?
Đoạn đầu trên của ba đoạn bằng thép  330 có chiều dài 540 (0,54m) và tiết diện
S1 = 36cm2 (0,0036 m2), đoạn thứ hai bằng thép khuôn có l2= 17 cm (0,17m) và
S2 = 48cm2 (0,0048m2), đoạn thứ ba được tạo nên bởi một khe hở l 0= 5 x 2 = 10
mm (0,01m) và S0= 36cm2 (0,0036m2).
l1
1,3
60 60
340
280

5
80

l2
60
150

Hình 4.9: Đường cong từ hóa thép 330

Hình 4.8: Mạch từ của ví dụ (đường số 2)
 87

Bài giải:
Cảm ứng từ trong các đoạn thứ nhất, hai và thứ ba là:
 47.10 4
B1    1,3T
S1 36.10  4

 47.10 4
B2    0,98T
S 2 48.10 4

 47.10 4
B0    1,3T
S 0 36.10  4
Theo đường cong từ hóa tự nhiên đối với thép  330 (Hình 4.9) ta thấy rằng cảm
ứng từ 1,3T tương ứng với cường độ từ trường 750A/m.
Từ áp trên đoạn thứ nhất là:
Um1= H1l1= 750 x 0,54 = 405 A.
Cường độ từ trường trên đoạn thứ hai là:
H2= 400A/m
Từ áp trên đoạn thứ hai là:
Um2= H2l2= 400 x 0,17 = 68 A.
Cường độ từ trường trong khe hở là:
H0= 0,8.106.B0 = 0,8.106 x 1,3 =1,04. 106 A/m
Từ áp trong khe hở là:
Um0= H0l0= 1,04. 106 x 0,01 = 10400 A.
Sức từ động là:
Fm = Um1 + Um2 + Um0 = 405 + 68 + 10400 = 10873 A.
Số lượng vòng của cuộn dây là:
Fm 10873
   435 vòng.
I 25
2.4. Những hư hỏng thường gặp.
 88

Các loại vật liệu dẫn từ được sử dụng để chế tạo các mạch từ của các thiết bị
điện, máy điện và khí cụ điện, nên khi sử dụng lâu ngày sẽ bị hư hỏng và ta
thường gặp các dạng hư hỏng sau:
+ Hư hỏng do bị ăn mòn kim loại: đa phần chúng là các chất sắt từ và các
hợp chất sắt từ nên chúng cũng bị tác dụng của môi trường xung quanh và tác
dụng đó diễn ra dưới hai hình thức ăn mòn, ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa
như những kim loại khác mặc dầu trên bề mặt chúng có sơn lớp sơn cách điện.
+ Hư hỏng do điện: trong quá trình làm việc do xẩy ra các hiện tương như
quá điện áp, do bị ngắn mạch nên các cuộn dây đặt trên mạch từ bị cháy nên làm
hỏng các mạch từ.
+ Hư hỏng do bị già hóa của kim loại: dưới tác dụng của tời gian và môI
trường làm cho các tính chất của vật liệu từ thay đổi.
+ Hư hỏng do các lực tác động từ bên ngoài: dưới tác dụng của ngoại lực
làm cho các vật liệu từ bị biến dạng hoặc bị hỏng.
+ Dưới tác dụng của nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng lên (khoảng 125 0C) các vật
liệu có từ tính sẽ mất từ tính.
3. Một số vật liệu dẫn từ thông dụng
Mục tiêu:
Trình bầy được tính chất, công dụng của các loại vật dẫn từ thông dụng
- Vật liệu sắt từ mềm:
Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao, lực kháng từ và tổn hao từ trễ nhỏ.
Được dùng để chế tạo mạch từ của các thiết bị điện, đồ dùng điện. Đặc điểm của
loại vật liệu này là độ dẫn từ lớn, tổn hao bé.
Các vật liệu chính là:
a.Sắt (thép cácbon thấp).
Nhìn chung sắt thỏi chứa một lượng nhỏ tạp chất, như là cácbon, sulfur,
mangan, silíc, và các nguyên tố khác làm yếu đi những tính chất từ tính của nó.
Bởi vì điện trở suất của nó tương đối thấp, thép thỏi phần lớn chỉ dùng cho các
lõi từ. Nó thường được làm bằng sắt đúc tinh chế trong các lò luyện kim hoặc lò
thổi với tổng lượng chứa (0,08 – 0,1)% tạp chất. Vật liệu này được biết
đến dưới cái tên là thép armco được sản xuất theo nhiều cấp độ khác nhau.
Thép điện cácbon thấp, hoặc tấm điện, một trong những loại khác nhau của
thép thỏi, độ dày của tấm từ 0,2 đến 4mm, không chứa trên 0,04% cácbon và
không quá 0,6% của các nguyên tố khác. Độ thẩm từ cao nhất đối với những loại
 89

thép khác nhau không trên mức 3500  4500, lực kháng từ tương ứng không cao
hơn (100  62)A/m...
Sắt đặc biệt tinh khiết được sản xuất bằng cách điện phân trong dung dịch
của sulfát sắt hay clorua sắt. Nó chứa 0,05 tạp chất.
Vì có điện trở tương đối thấp nên sắt tinh khiết kỹ thuật được sử dụng tương đối
ít, chủ yếu làm mạch từ từ thông không đổi.

Bảng 3.1. Các thành phần hóa học các tính chất từ của một vài loại sắt
Các tính chất từ
Tạp chất (%) Độ thẩm từ Lực kháng
Vật liệu
C O2 Ban đầu Lớn nhất từ HC
min max (A/m)
Sắt thỏi 0,02 0,06 250 7000 64
Sắt điện phân 0,02 0,01 600 15000 28
Sắt cacbonyl 0,005 0,005 3300 21000 6,4
Sắt điện phân nóng 0,01 - - 61000 7,2
chảy trong chân không
Sắt tinh chế trong 0,005 0,003 6000 200000 3,2
hyđrô
Sắt tinh chế cao trong - - 20000 340000 2,4
hyđrô
Tinh chế đơn của sắt - - - 1430000 0,8
tinh khiết nhất được ủ
ram trong hyđrô

b.Thép lá kỹ thuật điện.

- Tính chất.
Từ những lá thép cacbon thấp có thành phần C < 0,04% và các tạp chất khác <
0,6%) có trị số từ thẩm tương đối từ 3500  4500, cường độ từ trường khử từ
(6496)A/m.
Người ta đưa thêm silic vào thành phần của những lá thép này. Hàm
lượng silic này dùng để hạn chế tổn hao do từ trễ và tăng điện trở của thép để
giảm tổn hao do dòng điện xoáy. Nếu thành phần silic nhiều (trên 5%) thì làm
tăng độ dòn, giảm độ dẻo nên vật liệu rất khó gia công.
Tùy theo thành phần silic có trong thép nhiều hay ít mà tính chất từ thay
đổi khác nhau. Thép có hàm lượng silic cao chủ yếu làm mạch từ cho máy biến
áp. Thép có hàm lượng silic rất nhỏ được dùng làm mạch từ trong trường hợp từ
thông không đổi.
 90

- Phân loại.
Theo thành phần ta có: sắt kỹ thuật; thép silic.
Theo công nghệ chế tạo ta có 2 loại: thép cán nóng và thép cán nguội.
Trong thép cán nóng và thép cán nguội ta có:
+ Thép đẳng hướng: có tính năng từ tính tốt hơn thường dùng làm lõi thép
máy biến áp.
+ Thép vô hướng: thường dùng trong máy điện quay.
- Giải thích ký hiệu.
Nếu lá thép kỹ thuật điện có hàm lượng C< 0,4% và tạp chất < 0,6% ta
gọi là sắt kỹ thuật.
Thép silic: có ký hiệu bằng chữ  và các con số.
Ví dụ: +  11,  12,  13.
+  21,  22.
+  31,  32.
+  41,  42,  43,  44,  45,  46,  47,  48.
+  31O,  320,  330,  330A,  340,  370,  380.
+  110O,  1200,  1300,  3100,  3200.
Trong đó:
Con số thứ nhất chỉ hàm lượng gần đúng của silíc theo phần trăm; khi
tăng hàm lượng silíc, khối lượng riêng giảm và điện trở suất của nó tăng lên.
Con số thứ hai đặc trưng cho tính chất điện và từ của thép.
+ Các con số 1, 2, 3 đảm bảo suất tổn hao xác định khi từ hoá lại ở tần số
Pécmaloi50Hz) và cảm ứng từ trong từ trường mạnh.
+ Chữ A ký hiệu suất tổn hao rất thấp
+ Số 4 cho biết thép được định mức tổn hao khi từ hóa ở tần số 400Hz và
cảm ứng từ trong từ trường trung bình.
+ Thép có ký hiệu số 5, 6 dùng trong từ trường yếu từ (0,002 0,008)A/cm và
trị số bđ của chúng được đảm bảo.
+ Con số 7, 8 chỉ đặc điểm chủ yếu của độ từ thẩm trong cường độ từ trường
trung bình từ (0,03 10)A/cm.
+ Con số 0 thứ 3 chỉ thép được cán nguội (thép có thớ).
+ Có hai số 0 liên tiếp là thép được cán nguội và ít thớ.
c. Công dụng.
 91

Thép với hàm lượng silic cao chủ yếu dùng để làm lỏi thép máy biến áp
mà ta thường gọi là tôn silic.
Thép có thớ đẳng hướng: có tính năng từ tính tốt hơn thường dùng làm
lõi thép máy biến áp. Sử dụng các thép này làm máy biến áp điện lực giảm được
trọng lượng và kích thước.
Thép có thớ vô hướng: thường dùng trong máy điện quay.
Các kích thước thường dùng nhất của thép kỹ thuật điện được cho trong bảng

Bảng 3.2. Kích thước thường dùng của thép kỹ thuật điện
Kích thước Đơn vị đo Trị số thường dùng nhất
Dày mm 0,1; 0,2; 0,35; 0,5, 1
Rộng m 0,24; 0,6; 0,7; 0,75; 0,86; 1
Dài m 0,72; 1,2; 1,34; 1,5; 1,75; 2

Các tiêu chuẩn quy định tính chất điện và từ đối với các nhãn hiệu thép kỹ
thuật điện là:
Cảm ứng từ (ký hiệu bằng chữ B với con số chỉ cường độ từ trường tương
ứng tính theo A/cm);
Tổng suất tổn hao công suất dòng điện xoay chiều tính bằng W trên 1kg
thép đặt trong từ trường xoay chiều, được ký hiệu bằng chữ P với con số ở dạng
phân số; tử số giá trị biên độ cảm ứng từ tính theo kilôgam, mẫu số là tần số tính
bằng héc.

Bảng 3.3.Giá trị cảm ứng từ của một số loại thép kỹ thuật điện
Nhãn hiệu thép Bề dày (mm) B0,002 – B0,009 B0,1 – B10 gauss,
gauss, không không nhỏ hơn
nhỏ hơn
 45 và  46 0,2 – 0,35 1,2 – 8,8 –
 47 và  48 0,2 – 0,35 – 0,3 – 1,3
 370 và  380 0,2 – 0,5 – 1,4 –1,7

Pécmaloi: (permallois): Là hợp kim của sắt - niken có độ từ thẩm ban đầu
rất lớn trong từ trường yếu, bởi vì chúng không có hiện tượng dị hướng và từ
giảo.
Pécmalôi được chia làm 2 loại:
 92

Loại nhiều niken: (7280)%Ni được dùng làm lỏi cuộn cảm có kích thước
từ nhỏ, mạch từ trong máy biến áp âm tần nhỏ, mạch từ trong máy biến áp xung
và trong các máy khuếch đại từ.
Loại ít niken: (4050)%Ni có cường độ từ cảm bảo hòa lớn hơn gấp 2 lần
loại có nhiều niken. Được dùng làm mạch từ cho máy biến áp điện lực, lõi cuộn
cảm và các dụng cụ có mật độ từ thông cao.
Alusife: Hợp kim sắt với silíc và nhôm có tên gọi là alusife. Thành phần tốt
nhất của alusife là 9,5% Si, 5,6% Al. còn lại là Fe. Hợp kim này có đặc tính
cứng và giòn, nhưng cũng có thể chế tạo ở dạng đúc định hình.
Các sản phẩm chế từ alusife như: màn từ, thân các dụng cụ v.v...được chế
tạo bằng phương pháp đúc với thành của chi tiết không mỏng hơn (2-3) mm vì
hợp kim này giòn. Điều này làm hạn chế rất nhiều khi sử dụng vật liệu này. Vf
vật liệu này giòn nên có thể nghiền thành bột để sản xuất lõi ép cao tần.

Ferit: Là những vật liệu sắt từ nó là bột các oxýt sắt, kẻm và một số vật liệu
ở dạng mịn, có thể định dạng theo ý muốn thông qua công nghệ kết dính và dồn
kết dính các bột kim loại. Ferit có điện trở suất rất lớn nên dòng điện xoáy chạy
trong đó rất nhỏ. Dùng làm mạch từ của các cuộn dây trong máy móc điện tử,
máy khuếch đại tần số . . .

3.1.Vật liệu sắt từ cứng:

Các vật liệu sắt từ cứng thường có tổn hao do từ trễ lớn, cường độ từ
trường khử từ cao, độ từ thẩm nhỏ hơn so với vật liệu sắt từ mềm.
Tùy theo thành phần trạng thái và phương pháp chế tạo các vật liệu sắt từ cứng
được chia làm nhiều loại:
- Thép hợp kim hóa, được tôi đến trạng thái máctenxít.
- Các hợp kim từ cứng. alni, alnisi, alnico, macnico...
- Các nam châm dạng bột.
Là loại có độ dẫn từ thấp hơn, có từ dư lớn, nhưng có khả năng luyện
từ, chủ yếu dùng để chế tạo nam chậm vĩnh cửu trong máy điện, trong các cơ
cấu đo. Vật liệu chủ yếu là thép cácbon, thép crom, thép vonfram, thép côban .
Hợp kim làm nam châm vĩnh cữu.
a. Thép hợp kim hóa được tôi đến trạng thái mactenxít.
 93

Là loại thép được hợp kim hoá với các chất như: vonfram, crôm,
molipden, côban. Loại thép này là vật liệu đơn giản và dễ kiếm nhất để làm nam
châm vĩnh cửu. Thành phần và tính chất của thép này cho trong bảng. Các tính
chất cho trong bảng (bảng4.6.) được đảm bảo đối với thép mactenxít sau khi
nhiệt luyện đặc biệt đối với từng loại một và sau đó được ổn định trong nước sôi
5 giờ.
b. Các hợp kim từ cứng.
Thường được gọi là hợp kim aluni: (Al - Ni - Fe) Loại này có năng lượng
từ lớn. Nếu cho thêm côban hoặc silic thì tính chất từ của hợp kim tăng lên. Hợp
kim aluni, nếu cho thêm silic gọi là alunisi, nếu cho thêm côban gọi là alunico.
Nếu trong hợp kim alunico có hàm lượng côban là lớn nhất ta gọi là
macnico.

Bảng 3.4. Thành phần, tính chất thép Mactenxit làm nam châm vĩnh cửu
Thành phần hóa học % Cáctính chất từ
(không nhỏ hơn)
Nhãn C Cr VV Co Mo Cảm Lực
hiệu ứng từ kháng
dư Bd từ Hk
k.gauss ơcstet
EX 0,95 đến 1,30 đến - - - 9,0 58
1,10 1,60
EX3 0,90 đến 2,80 đến - - - 9,5 60
1,10 3,60
E7B6 0,68 đến 0,30 đến 5,20 đến - - 10,0 62
0,78 0,50 6,20
EX5K5 0,90 đến 5,50 đến - 5,50 đến - 8,5 100
1,05 6,50 6,5
EX9K15M 0,90 đến 8,0 đến - 13,5 đến 1,20 8,0 170
1,05 10,0 16,5 đến
1,70

Tất cả các hợp kim trên đều có khuyết điểm khó chế tạo thành các chi
tiết có kích thước chính xác do hợp kim có tính chất cứng và giòn. Nên chỉ có
thể gia công bằng phương pháp mài. Tùy theo thành phần và phương pháp gia
công mà tính chất từ có thể thay đổi. Nam châm hợp kim manicô nhẹ hơn nam
 94

châm aluni cùng năng lượng 4 lần và nhẹ hơn nam châm thép crôm thông
thường 22 lần.
c. Các nam châm dạng bột.
Chế tạo nam châm vĩnh cửu bằng phương pháp luyện kim bột được đề
ra vì hợp kim đúc sắt – niken – nhôm không thể chế tạo sản phẩm nhỏ và có
kích thước chinh xác được. Chúng ta cần phân biệt hai loại nam châm bột kim
loại gốm và nam châm bột có các hạt gắn bằng chất kết dính nào đó (nam châm
kim loại dẻo).
Loại thứ nhất được chế tạo bằng cách ép bột nghiền từ các hợp kim từ
cứng, sau đố thiêu kết ở nhiệt độ cao. Các chi tiết nhỏ chế tạo bằng công nghệ
này có kích thước tương đối chính xác, không cần gia công thêm.
Loại thứ hai được chế tạo bằng phương pháp ép giống như ép các chi
tiết bằng chất dẻo nhưng chất độn ở đây được nghiền từ hợp kim từ cứng. Vì
chất độn cứng nên cần áp suất riêng để ép cao ( 5 tấn /cm 2). Nam châm kim loại
bột kinh tế nhất khi sản xuất tự động hóa hàng loạt nam châm có cấu tạo phức
tạp và kích hước không lớn. Công nghệ hợp kim dẻo có thể chế tạo nam châm
có lõi. Tính chất từ của các nam châm kim loại dẻo kém nhiều, lực kháng từ
giảm (10  15)%, từ dư giảm (35  50)%, năng lượng tích lũy giảm (40  60)%
so với nam châm đúc. Nam châm kim loại dẻo có điện trở cao, do đó có thể sử
dụng nó trong các thiết bị có trường biến đổi tần số cao.
3.2.Các vật liệu từ có công dụng đặc biệt.
3.2.1.Các chất sắt từ mềm đặc biệt.
Các vật liệu từ mềm có thể chia thành các nhóm dựa vào các tính chất
từ đặc biệt của chúng đó là:
a. Các hợp kim có đặc tính độ từ thẩm thay đổi rất ít khi cường độ từ trường
không đổi
Loại hợp kim thuộc nhóm này có tên gọi là pecminva, là hợp kim của ba
nguyên tố: Fe – Ni – Co với hàm lượng các thành phần là 25; 45 và 30%. Hợp
kim ủ ở nhiệt độ 10000C, sau đó giữ ở nhiệt độ (400  500)0C rồi làm nguội
chậm. Pecminva có lực kháng từ nhỏ, độ từ thẩm ban đầu của nó bằng 300 và
giữ không đổi trong khoảng cường độ trường đến 3 ơcstet với cảm ứng từ 1000
gauss. Pecminva ổn định từ kém, nhạy cảm với nhiệt độ và ứng suất cơ.
b. Các hợp kim có độ từ thẩm phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ
 95

Là hợp kim nhiệt từ gồm: Ni – Cu; Fe – Ni; Fe – Ni – Cr. Các hợp kim này
dùng để bù sai số nhiệt độ trong các thiết bị, sai số này gây bởi sự biến đôi từ
cảm của nam châm vĩnh cửu hay điện trở của dây dẫn trong các dụng cụ điện
khi nhiệt độ môi trường khác với nhiệt đọ lúc khắc độ. Để có độ từ thẩm phụ
thuộc nhiều vào nhiệt độ, ngưòi ta sử dụng tính chất của các chất sắt từ là cảm
ứng từ giảm khi tăng nhiệt độ đến gần điểm Quyri. Đối với các chất sắt từ này
điểm Quyri nằm trong khoảng 0 đến 1000C tùy thuộc vào nguyên tố hợp kim
hóa phụ. Hợp kim Ni – Cu với hàm lượng 30% Cu có thể bù sai số trong giới
hạn từ (20 đến 80)0C; với 40% Cu từ (- 50 đến 10)0C.
c. Các hợp kim có độ từ giảo cao
Là hợp kim của Fe – Cr; Fe – Co và Fe – Al. Các hợp kim này dùng làm lõi máy
phát dao động âm ở tần số âm thanh và siêu âm. Độ từ giảo các hợp kim này có
dấu dương. Để chế tạo vật liệu này có thể dùng niken lá mỏng rất tinh khiết với
độ từ giảo âm.
d. Các hợp kim có độ từ giảo bảo hòa rất cao
Là hợp kim của Fe – Co có từ cảm bảo hòa từ rất cao đến 24000 gauss.
Điện trở của hợp kim không lớn. Hợp kim có tên gọi là Pecmenđuyara với hàm
lượng côban từ 50 đên 70%. Pecmenđuyara có giá thành cao nên chỉ dùng ở các
thiết bị đặc biệt, trong các bộ phận của loa động, màng ống điện thoại, dao động
ký v.v...
3.2.2.Ferít.
Ferít là gốm từ có điện dẫn điện tử không đáng kể, do đó nó có thể
xếp vào loại bán dẫn điện tử. Trị số điện trở suất rất lớn cùng với tính chất từ
tương đối tốt làm cho ferít được dùng rất rộng rãi ở tần số cao. Người ta chia
ferít thành 3 loại:
a.Ferít từ mềm.
Loại ferít từ mềm có từ cảm lớn nhất (hơn 3000gauss) và lực kháng
từ nhỏ khoảng 0,2 ơcstet. Ferít với trị số  lớn có trị số tổn hao lớn và tăng
nhanh khi tần số tăng. Ferít có hằng số điện môi tương đối lớn, trị số này phụ
thuộc vào tần số và thành phần ferít. Khi tần số tăng hằng số điện môi giảm.
Tang góc tổn hao của ferít từ 0,005 đến 0,1. Ferít có hiện tượng từ giảo và ở các
ferít khác nhau hiệu ứng này cũng khác nhau. Đặc tính của vật liệu Ferít được
cho trong bảng sau: (Bảng 3.5)
 96

Bảng 3.5.Các đặc tính vật liệu của Ferit

Mật độ Nhiệt dung Nhiệt dẫn Hệ số giãn Điện trở suất
riêng J(g.độ) riêng nở nhiệt theo , .cm.
W(cm.độ) chiều dài
l.độ-1
35 0,7 5  102 10-5 10  107

Hiện nay người ta thường sử dụng các nhóm ferít hỗn hợp như: mangan – kẽm;
niken – kẽm, liti – kẽm.
b.Ferít từ cao tần.
Ngoài ferít từ mềm, ở tần số cao có thể dùng thép kỹ thuật điện hoặc
pecmalôi cán nguội và điện môi từ.
Bề dày tấm thép đạt tới (25-30)m. Các tính chất từ của vật liệu cán mỏng gần
giống với khi chưa cán nhưng giá thành chúng cao hơn và công nghệ lắp ghép
mạch từ bằng vật liệu mỏng khá phức tạp.
Vật liệu điện môi từ chế tạo bằng cách nén bột sắt từ có chất kết dính cách điện
hữu cơ hay vô cơ. Các chất sắt từ thường dùng là sắt cácbonyl, pécmalôi, alusife
v.v.... Chất dính kêt cách điện là nhưa fenol – foócmalđêhyt, polistirol, thủy tinh
v.v..Các chất sắt từ cần phải có từ tính cao, còn các chất kết dính thì phải tạo
thành lớp cách điện liên tục không gián đoạn giữa các hạt ferít. Các lớp này cần
có bề dày đồng nhất và độ bền kết dính giữa các hạt với nhau.
c.Ferít có vòng từ trễ chữ nhật.
Ferít có vòng từ trễ chữ nhật được đặc biệt chú ý trong kỹ thuật máy tính
để làm bộ nhớ. Vật liệu và các sản phẩm của nó có một loạt yêu cầu đặc biệt. Để
đặc trưng cho chúng thường dùng một vài tham số phụ. Trong số này phải kể
đến tham số cơ bản của hệ số chữ nhật Kcn của chu trình từ trễ, nó là tỉ số giữa
cảm ứng từ dư Bdư và cảm ứng từ lớn nhất Bmax .
Bdu
K cn 
Bmax
Để xác định Bmax thường đo nó ở trị số H max= 5Hk. Hệ số Kcn càng gần tới 1 càng
tốt. Ferít từ trễ chữ nhật khi sử dụng cần chú ý đến sự thay đổi tính chất của
chúng theo nhiệt độ. Ví dụ khi nhiệt độ biến đổi từ -200C đến 600C thì lực kháng
từ giảm (1,5  2) lần, cảm ứng từ giảm (5  35)%.
 97

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Câu hỏi:
1. Trình bày khái niệm vật liệu từ? Nêu các đặc tính chủa vật liệu dẫn từ?
2. Thế nào là đường cong từ hóa? Trình bày đường cong từ hóa của một số vật
liệu từ điển hình?
3. Trình bày khái niệm về mạch từ? Nêu các cách tính toán một số mạch từ đơn
giản?
4. Nêu các định luật cơ bản về mạch từ? Thế nào là bài toán thuận, bài toán
nghịch?
5. Từ một mạch từ hãy vẽ ra sơ đồ thay thế và nêu các đại lượng có trong sơ
đồ?
6. Cho biết các hư hỏng thường xẩy ra của mạch từ?
7. Thế nào là vật liệu từ mềm, từ cứng và vật liệu từ có công dụng từ đặc biệt?
8. Nêu tính chất của thép lá kỹ thuật điện? Cách phân loại và giải thích các ký
hiệu của thép lá kỹ thuật điện?
9. Nêu tính chất và công dụng của các loại vật liệu từ đã học?
Bài tập:
1. Mạch từ trong hình vẽ (hình BT: 4.1) có các kích thước S = S  = 9 cm2,  =
0,050 cm, LC = 30cm và N = 500 vòng. Giả sử như đối với sắt r = 70000.
a. Hãy xác định từ trở RC và R. Giả sử mạch từ làm việc tại BC = 0,1T.
b. Hãy xác định từ thông  và dòng điện I.

lC
Hinh BT: 4. 1

2. Đối với mạch từ trong (hình BT: 4.1). Hãy xác định:
a. Tự cảm L.
b. Năng lượng dự trữ w khi BC =1T.
 98

c. Điện áp cảm ưng e. Cho tần số f = 60Hz, BC = 1,0 sint với  = 2/60=377.
 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]- Nguyễn Trọng Thắng, Công nghệ chế tạo và tính toán sửa chữa máy
điện 1, 2, 3, NXB Giáo Dục 2000.
[2]- Trần Khánh Hà, Máy điện 1, 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2004.
[3] -Nguyễn Xuân Phú (chủ biên), Quấn dây, sử dụng và sửa chữa động cơ
điện xoay chiều và một chiều thông dụng, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2000.
[4]- Đặng Văn Đào, Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo dục 2004.
[5]-Trần Thế San, Nguyễn Đức Phấn, Thực hành kỹ thuật cơ điện lạnh, NXB
Đà Nẵng 2001.
[6] Nguyễn Xuân Phú, Khí cụ Điện - Kết cấu, sử dụng và sửa chữa, NXB
Khoa học và Kỹ thuật 2002.

Ђᾀѳ ۳‫ݥ‬
Ђᾳṇḫ‫ݮ‬