西安交通大學電氣材料課后題.doc

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第一章 緒論1-1.什么是電氣材料？主要有哪些種類？1.電氣材料是指在電力設備中應用的材料。電氣材料是構成電力設備的基礎物質，是實現(xiàn)電力設備各種功能的基礎，是電力設備安全可靠運行的基本保證。2.根據其電氣功能，電氣材料主要分為電介質絕緣材料、半導體材料、導電材料、磁性材料。1-2.什么是電力設備？電力系統(tǒng)中的電力設備主要有哪些類別？電力設備是指在電力系統(tǒng)中能夠實現(xiàn)電能的生產、傳輸、變換、分配、使用的設備的總稱。電力設備的分類：按電力先后順序，分為：發(fā)電設備、變電設備、輸電設備和用電設備。按在電力系統(tǒng)中所起的作用，分為：一次設備、二次設備。按技術重要程度，分為：核心設備、輔助設備。按經濟價值差異，分為：大型貴重設備、普通設備。1-3.電氣材料的作用和地位？1. 電氣材料是構成電力設備的基礎物質，是實現(xiàn)電力設備各種功能的基礎，是電力設備安全可靠運行的基本保證。隨著導電材料、半導體材料、磁性材料和絕緣材料的發(fā)展，使人們在電磁場理論與量子力學的基礎上，設計制造出各種電力設備與器件，實現(xiàn)對電能產生、傳輸、變換及應用過程的控制，發(fā)展形成現(xiàn)代電力工業(yè)并使之成為國民經濟的命脈。2. 在電氣功能技術領域中，電氣材料始終占有不可替代的重要地位。各種電氣新技術的產生，往往都要通過相應的設備和器件來實現(xiàn)，設備和器件需要各種材料來進行制作，即使是原理上可行的新技術和新產品，如果沒有相應的材料，也都無法實現(xiàn)。1-4.電氣設備的作用和地位？1. 電力設備是電力系統(tǒng)的基本組成單元。電力系統(tǒng)是發(fā)電廠的發(fā)電機、電力網的變壓器和輸電線路以及各種用電設備按照一定的規(guī)律連接而組成的統(tǒng)一整體，電腦產生、傳輸、變換、分配使用等多個環(huán)節(jié)都是通過電力設備來完成的。2. 電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行的關鍵在于電力設備的絕緣和電力設備的故障檢測，電力設備的生產能力和技術水平決定著電力系統(tǒng)運行的效率和質量。1-5.電氣材料與電力設備二者之間的關系？1.在電氣工程技術領域中，電氣材料始終占用著不可替代的重要地位。各種電氣新技術的產生，往往都要通過相應的設備和器件來實現(xiàn)，設備和器件需要各種材料來進行制作，即使是原理上可行的新技術和新產品，如果沒有相應的材料，也都無法實現(xiàn)。電氣材料是構成電力設備的基礎物質，是實現(xiàn)電力設備各種功能的基礎，是電力設備安全可靠運行的基本保證。2.電力系統(tǒng)和電力設備發(fā)展也對于電氣材料的發(fā)展提出來新的要求。（例如，特高壓直流輸電、環(huán)境友好絕緣材料、納米絕緣材料）第二章 電氣材料基礎2-1 請舉例說明電氣材料的結構與性能的關系？電氣材料的結構對性能起決定性的作用，各種材料之所以具有不同性能，是由于物質結構不同所致。舉例:ZnO壓敏陶瓷2-2 如何描述原子的微觀結構？1. 原子模型：“殼層模型”認為原子是由位于原子中心帶正電的原子核和環(huán)繞核的帶負電的電子云所組成。原子核由質子和中子組成，每個質子帶一個單位正電荷，中子為電中性，原子核所帶正電荷與核外電子云所帶負電荷相等，通常情況下整個原子呈現(xiàn)電中性。原子的質量主要集中在原子核。2. 電子運動：按照量子力學用統(tǒng)計的觀點去認識電子在核外空間的幾率分布。描述電子的運動狀態(tài)時，需要有四個量子數（n,l,m,ms）。3. 原子中的電子分布：可以用泡利不相容原理、能量最小原理和洪特原理來描述。一般來說，原子中的電子只能處于一系列特定的運動狀態(tài)，所以在每一主殼層上就只能容納一定數量的電子；同樣，也不能將所有的電子填入一個亞殼層中。原子中電子的分布主要由泡利不相容原理和能量最低原理來確定，并遵循洪特規(guī)則。4. 原子中電子的得失：閉殼層外的最外亞層上的電子遠離原子核，在原子相互作用中扮演重要角色。在化學反應中，這些電子首先與相鄰原子的外層電子發(fā)生相互作用，故最外層的電子也稱為價電子，決定元素的化合價。例如堿金屬Li、Na、K等原子在閉殼層外有一個電子，很容易失去這個電子而成為一價正離子，以形成穩(wěn)定的閉殼層結構。2-3 原子中電子分布應遵循什么原理？泡利不相容原理、能量最小原理和洪特規(guī)則。2-4 分子是如何形成的？原子是由帶正電的原子核和圍繞其周圍運動的帶負電的電子所組成。當兩個原子靠近時，相鄰原子核及價電子之間產生相互作用，同時存在著方向相反的吸引力和排斥力，在某一距離下兩種作用力相互抵消，結果在兩個原子間形成穩(wěn)定結合的化學鍵而生成一個分子。鍵的形成意味著兩相連原子系統(tǒng)的能量必須小于兩個分離原子的能量，使分子形成更穩(wěn)定的結構。2-5 化學鍵的類型及構成物質的特點?化學鍵可分為共價鍵、離子鍵和金屬鍵三大類。1. 共價鍵：兩個相同或不同元素的原子由于共同擁有（以電子云重疊的方式）部分或全部價電子而形成的化學鍵所形成的化合物稱為共價化合物。當這類共價鍵物質的固體熔化或液體汽化時，分子內的化學鍵并未破壞，只需克服組成固體或液體物質的微弱分子間力。因此，這類共價鍵物質具有較低的熔點和沸點。2. 離子鍵：原子間的相互作用產生電子轉移，形成正負離子，正負離子間庫侖力的相互作用而形成的化學鍵。離子鍵往往由金屬-非金屬元素組成。離子鍵化合物具有許多共同的物理性質。例如：1） 強度高、易碎、熔點高（與金屬相比）2） 易溶于極性液體如水中，形成導電離子3） 所有電子被嚴格束縛在離子上，因此，離子型固體介質是典型的絕緣體4） 離子鍵固體具有比金屬鍵和共價鍵固體更低的熱導率3. 金屬鍵：當許多金屬原子堆積成固體時，價電子會脫離單一原子而被所有原子共享，成為自由電子，滲入離子間的空間而形成電子氣或電子云。電子氣負電荷與金屬陽離子的相互吸引作用，大于將價電子移離單一原子所需的能量，因而形成金屬鍵。金屬鍵晶體的特點：導電導熱性能好、延展性好。2-6 什么是分子間力及其作用？1. 由于一個原子中電子分布狀態(tài)與其它原子核間的靜電吸引所致，這就是所謂的分子間力，又稱為范德華力。2. 分子間作用力包括取向力、誘導力和色散力三種。3. 分子間力影響物質的熔點、沸點、溶解度、表面張力等理化特性。2-7 什么是晶體？如何表征晶體結構？1 晶體是原子、離子和分子按照一定的周期性在空間排列，在結晶過程中形成具有一定規(guī)則幾何外形的固體。2 為了更好的觀察、描述晶體內部原子排列的方式，可把晶體中按周期重復排列的原子（結構單元）抽象成一個幾何點來表示，從晶體結構中抽象出來的幾何點的集合稱之為晶體點陣，簡稱晶格。晶格中忽略了周期中所包含的具體結構單元內容，而集中反應周期重復方式，既然晶格具有周期性，只要繪出一個點陣的最小周期單元（一個陣點及相應空間位置）點陣的原胞，即可反應整個晶體的原子排布。所以可簡單的將晶體表示為晶體結構=點陣+原胞。2-8 舉例說明典型離子晶體的結構特征及應用。1. AB型氧化物MgO、CaO、SrO等就是典型的AB型結構。結構特征：氧離子在立方體的頂點和面心得位置 ，二階陽離子在各邊的中央和立方體的中心。這兩組離子互成立方面心結構。陽離子占據著全部氧八面空隙，配位數為6.應用：電子陶瓷2. AB2型氧化物金紅石就是典型的AB2型氧化物。結構特點：晶胞是四方柱體，而 3、不是立方體?？梢越频膶iO2看成是O2-做六方密堆積，Ti4+八面體空隙的一半，在柱體的頂點和體心位置。由六個O2-形成一個八面體，把Ti4+包圍起來。應用：由于這種結構，在電場作用下TiO2將產生很強的離子位移和電子位移極化，從而具有很高的介電常數，所以成為許多陶瓷電容器的基本原料。3. A2B3型氧化物Al2O3就是典型的A2B3結構結構特點：氧離子做六方密堆積，Al3+占據八面體空隙。但是因為在Al2O3晶格中Al和O的數目比為2：3，所以只有2/3的八面體空隙被Al3+占據。應用：緊密結構和極大的離子鍵強度，使它具有很高的機械強度硬度和穩(wěn)定性，成為很好的結構材料。4. ABO3型復合化合物（鈣鈦礦結構），屬于這種結構的有CaTiO3、BaTiO3、PbTiO3、PbZrO3、SrTiO3等。結構特征：A位一般是稀土或堿土元素離子，B位一般是過渡元素離子，A位和B位皆可被半徑相近的其他金屬栗子部分取代而保持其晶體結構基本不變。應用:它是研究催化劑表面及催化性能的理想樣品，由于這類化合物具有穩(wěn)定的晶體結構、獨特的電磁性能以及很高的氧化還原、氫解、異構化、電催化等活性，作為一種新型的功能材料。在環(huán)境保護和工業(yè)催化等領域具有很大的開發(fā)潛力。5. AB2O4型離子化合物通式AB2O4型的離子化合物，又稱尖晶石型結構化合物，是離子晶體中的一個大類。A為二價陽離子，如Mg2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn2+、Zn2+、Cd2+等；B為三價陽離子，如Al3+、Al3+、Fe3+、Co3+、Cr3+、Ga3+等。結構中O2-離子作立方緊密堆積，其中A離子填充在四面體空隙中，B離子在八面體空隙中，即A離子為4配位，而B離子為6配位。尖晶石型化合物結構較穩(wěn)定，有的可用作高溫耐火材料，有的可用作電子陶瓷材料。6. 正四面體結構種類繁多的硅酸鹽的基本結構就是硅氧四面體結構特征：在這種四面體內，硅原子占據中心。四個氧原子占據四角，這些四面體，依著不同的配合，形成了各類硅酸鹽。用途：它們大多數熔點高，化學性質穩(wěn)定，是硅酸鹽工業(yè)的主要原料。硅酸鹽制品和材料廣泛應用于各種工業(yè)、科學研究及日常生活中。2-9 能級是如何產生? 由玻爾的理論發(fā)展而來的現(xiàn)代量子物理學認為原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的，因此各狀態(tài)對應能量也是不連續(xù)的。這些能量值就是能級。2-10 簡述能級的分裂及能帶的形成。 能級分裂：以氫分子的形成為例。當兩個H原子相互靠近形成分子時，一個原子上的電子與另一個原子上的電子及原子核發(fā)生相互作用，電子系統(tǒng)獲得新的能量和波函數。當兩H原子的波函數相互干涉時，產生同相交疊和異相交疊，分別形成兩個分子軌道。能級分裂為兩個。 能帶形成：能級分裂的最大寬度，取決于固體中原子間的最小距離，N個軌道相互作用產生的N個分裂能級。當N相當大（1023）時，相鄰分裂能級間間隔非常小，幾乎是連續(xù)的額，從而產生能帶。2-11 簡述電子的共有化運動。1. 當兩個原子相距較遠時，能級如同兩個孤立原子被一個高而寬的勢壘相隔，電子只在各自的原子內部運動，其能量為分立能級；而當兩個原子靠的很近時，原子勢場相互影響，勢壘寬度減小高度降低原子原來處于較高能級上的電子可能穿透勢壘或越過勢壘，形成電子的共有化運動。2. 通過量子力學證明:由于晶體中電子共有化運動，使每個原子具有相同的價電子能級分裂成為一系列和原來能級很接近的新能級，這些新能級基本上連成一片而形成能帶。2-12 從能帶理論的角度簡述導體、半導體和絕緣體的異同。1. 能帶的填充與導電性的關系：若固體由N個原子組成則每個能帶內有N個能級，按照泡利不相容原理，最多可容納2N個電子。所有能級全部被電子所填充的能帶叫滿帶，而只有部分能級為電子所填充的叫不滿帶。在外電場作用下，只有不滿帶中的電子才具有導電能力，而滿帶中的電子是不導電的2. 導體：除滿帶外還存在不滿帶，即導帶，導帶以下的第一個滿帶稱為價帶。導體中的電子易在電場作用下產生遷移運動。表現(xiàn)為電阻率很低，通常在10-8102m范圍。3. 絕緣體：其最低的一系列能帶被填滿，而其上的能帶則完全為空帶，切禁帶寬度較寬，大于2eV。固體中的電子不易在電場作用下產生遷移運動，表現(xiàn)為電阻率很高，在1081016m范圍。4. 半導體：能帶結構與絕緣體相同，但禁帶寬度較窄，一般小于2eV。固體中的電子易受熱激發(fā)到空帶參加導電，同時產生空穴電流。Ge和Si禁帶寬度分別為0.74eV和1.17eV，此類介質的電阻率較低，一般在102108m 范圍。2-13 簡述缺陷結構及缺陷能級。1. 通常晶體中總是存在缺陷，這些缺陷往往來源于結晶的不完整與外來質。缺陷結構包括點缺陷、線缺陷和面缺陷。外來雜質缺陷則有替位與填隙兩種，他們一般都屬于點缺陷。2. 當晶體中存在缺陷時，將在禁帶中引入附加能級，稱之為缺陷能級。缺陷能級可分為淺能級和深能級。淺能級是指離導帶比較近即電離能比較小的能級，深能級則是指離導帶比較遠即電離能比較大的能級。禁帶中的淺能級易于釋放電荷（電子或空穴）到導帶或價帶中去，成為導電載流子，故這些淺能級又稱為施主或受主能級。而深能級則不易放出電荷，它們便成為俘獲電子或空穴的中心，所以稱之為俘獲能級或俘獲中心，又稱之為陷阱能級。2-14計算略2-15計算略第三章 電介質材料3-1 按分子中正負電荷的分布情況不同，電介質可以分為哪幾類？試述各類的基本特征。1. 分為a.非極性電介質；b.極性電介質；c.離子型電介質。2. 各種類型的基本特征：a. 非極性電介質：無外電場作用時，正負電荷中心重合，故其電氣性能穩(wěn)定。b. 極性電介質：化學結構不對稱，即正負電荷中心不重合，分子具有偶極矩。c. 離子型電介質：組成基本單元為離子，故其介電常數大機械強度高。3-2 什么事電介質的極化？試說明電介質極化的種類及其機理。在外電場作用下，電介質出現(xiàn)束縛電荷的現(xiàn)象稱為電介質的極化。電介質的極化主要有三種形式:1. 電子極化：原子內的電子云和原子核在外電場中發(fā)生遷移形成電偶極矩的現(xiàn)象；外電場關閉，原子會返回原來現(xiàn)象。2. 取向極化：只出現(xiàn)于極性分子，是有永久電偶極子的取向改變而產生的。3. 離子極化：正負離子在外電場作用下發(fā)生遷移的現(xiàn)象。3-3 試述彈性模量的物理意義。對彈性體施加一個外界作用（稱為應力）后，彈性體會發(fā)生形狀的改變（稱為應變），彈性模量的一般定義是：應力除以應變。從宏觀角度來說，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子和分子之間鍵合強度的反映。3-4 試述熱導率的物理意義。熱導率是當溫度垂直梯度為1攝氏度/米時，單位時間內單位水平截面積所傳遞的熱量。熱導率是物質導熱能力的量度。3-5 絕緣材料的耐熱等級（溫度指數）是什么含義？對電力設備的材料選擇有什么意義？電解質的最高允許工作溫度就是指在此溫度下介質的電學力學化學等性能能保證長期正常運行，當超過這一溫度，電解質的性能將顯著下降。國際上根據絕緣材料的耐熱程度，即最高允許工作溫度，劃分了絕緣材料的耐熱等級。便于電機電器在設計和維修時合理選用材料。3-6 絕緣材料老化的含義是什么？絕緣材料在貯存、使用過程中，在熱、電、光、氧、潮氣和化學藥品、各種機械力、高能輻射以及微生物等因素長時間作用下，其性能發(fā)生不可逆變的現(xiàn)象稱為老化。老化特別著重于長時間和不可逆。3-7 六氟化硫氣體為什么具有高的耐電強度？SF6是一種電負性氣體。1) 當氣體中有電負性元素時，分子具有強烈的吸附電子的能力，SF6分子中含有6個F原子，具有很強的電負性，吸引電子的能力強。2) SF6分子吸附電子后變?yōu)樨撾x子，其質量遠大于電子，移動速度慢，在電場中容易與正離子結合而成為中性分子。3) SF6氣體分子的分子量高，體積大，在電離過程中容易與電子發(fā)生碰撞，使電子平均自由程減小，且碰撞將電離能量轉化為熱能消耗，使分子發(fā)生碰撞電離的難度增大。因而，SF6具有高的耐電強度。3-8 礦物絕緣油和植物絕緣油的主要成分分別是什么？礦物絕緣油由飽和的烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴組成。植物絕緣油的主要成分是不飽和脂肪酸。3-9 聚乙烯交聯(lián)后，其化學結構和物理性能發(fā)生哪些變化？ 聚乙烯交聯(lián)后，其化學結構從線型分子變?yōu)榻宦?lián)的網狀大分子。與聚乙烯相比，交聯(lián)聚乙烯的耐熱性好，工作溫度達90，燃燒不滴落，抗蠕變，抗環(huán)境應力開裂。3-10 寫出以下高分子絕緣材料的化學結構式：聚丙烯、聚四氟乙烯、天然橡膠、硅橡膠。（手寫）3-11 為什么玻璃表面的電導比體內大？有什么辦法可以降低表面電導？其作用機理如何？玻璃中導電載流子遷移時，受到空余網隙結構的制約，要越過高的勢壘。而這些載流子在玻璃表面運動的時候則不受這種空余網隙的限制，活化能低很多。保持表面清潔。玻璃是一種離子性很強的介質，表面對于強極性的水分子有很大的親和作用，當相對濕度大于80%時，玻璃表面附著的水分子數大為增加，表面電導也大為增加，由于高頻電流具有集膚效應，故對于高頻絕緣玻璃更應保證其表面清潔。3-12 玻璃中共存在哪幾種類型的極化與損耗？試從質點運動方式、消耗能量、與頻率和溫度的關系等方面，對各種類型的極化與損耗加以比較。1. 電子位移極化：氧離子的電子云相對于原子核的位移和形變引起的。由于正離子半徑小，電子云受原子核束縛緊，形變有限。2. 離子位移極化：正負離子受外電場作用而引起的彈性位移。這兩種極化都不能引起大的損耗，在1010HZ內與頻率無關。純凈玻璃主要損耗源來自電導，室溫下電導和電導引起的損耗都很小。但隨溫度的升高而增大。3-13 功能陶瓷的分類、性能和應用有哪些？1. 導電陶瓷：導電率遠大于一般陶瓷（大于10-2S/cm）。具有很好的離子選擇性，用于制作多種固態(tài)離子選擇電極，氣敏壓敏熱敏傳感器及高純物質提取裝置。有些快離子導體內某些離子的氧化還原著色效應可制作著色電色顯示器。具有充放電特性，用于制作電池，庫侖計，電阻器，電化學開關，電積分器，記憶元件等多種離子器件。2. 半導體陶瓷：具有半導體特性的功能陶瓷。電阻率顯著受到外界環(huán)境變化的影響，如溫度，光照，電場，濕度等變化的影響。多用于制造敏感元件。3. 超導陶瓷：具有超導電性。4. 介電陶瓷：在電場作用下具有極化能力，且能在體內長期建立起電場的功能陶瓷。主要包括絕緣陶瓷，電容器陶瓷，微波陶瓷等。5. 磁性陶瓷：泛稱為鐵氧體，主要用于高頻技術，如無線電，電視，電子計算機，自動控制，超聲波，微波及離子加速器等許多方面。3-14 什么是納米材料，納米材料的特殊效應有哪些？ 納米材料是指把組成相或晶粒結構的尺寸控制在100納米以下的具有特殊功能的材料。納米材料的特殊效應:表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應、量子隧道效應和庫侖堵塞效應。3-15 什么事環(huán)境友好材料？ 環(huán)境友好材料也稱生態(tài)環(huán)境材料，簡稱環(huán)境材料。是1990年10月在一次關于材料服務于人類生活、行為的未來狀況與環(huán)境關系的討論會上，由日本材料科學家和工程師提出來的。一般來說，環(huán)境友好材料是指材料在整個壽命周期中，同時具有滿意的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調性，或者能夠改善環(huán)境的材料。第四章 半導體材料（略）第五章 導電材料5-1 材料的導電性能如何表征？什么是導電材料？導電材料如何分類？1. 導體的導電性能可以通過體積電阻率和電導率進行表征。體積電阻率是微觀水平上阻礙電流流動的度量。電導率是電阻率的倒數，表征電流通過材料的容易程度。2.導體是指價電子所在能帶為半滿帶，相鄰能級間隔小的一類材料，在外電場作用下，電子很容易從較低能級躍遷到較高能級，大量的共有化電子很易獲得能量，集體定向遷移形成電流。3.導電材料的分類：（1） 導電材料按導電機理（電荷載體）可分為電子導電材料、離子導電材料和混合型導電材料。（a） 電子導體，以電子載流子為主體的導電；（b） 離子導體，以離子載流子為主體的導電；（c） 混合型導體，其載流子電子和離子兼而有之。（2） 導體材料按照化學成分主要有以下四類：（a） 金屬材料：這是主要的導體材料，電導率在107108S/m之間，常用的有銀、銅和鋁等。（b） 合金材料:電導率在105107S/m之間，如黃銅（銅鋅），鎳鉻合金等。（c） 無機非金屬材料：電導率在105108S/m之間，如石墨在基晶方向為2.5*106S/m。（d） 高分子導電材料：導電高分子是指其本身或經過“摻雜”后具有導電性的一類高分子材料。5-2 金屬材料的電導率（或電阻率）受哪些因素影響?電導率依賴于以下三個元素：單位體積材料中的載流子數目、每個載流子上的電荷量和每個載流子的遷移率。材料微觀結構、溫度、合金元素和雜質都會通過改變以上三個要素，對金屬材料的電導率產生影響。5-3 試從自由電子能帶論角度討論金屬、半導體與固體介質材料的區(qū)別。金屬：價電子所在能帶為半滿帶，相鄰能級間隔小，外電場作用下，電子容易從較低能級躍遷到高能級，大量電子很容易獲得能量進行共有化運動。半導體：滿帶與空帶之間也存在禁帶，但禁帶很窄（0.12eV）固體介質材料：滿帶與空帶之間有一個較寬的禁帶（36eV），電子很難從低能級躍遷到高能級上去形成共有化運動。5-4 什么是接觸電位差和熱電勢？這一特性可以利用在哪些方面？1. 接觸電位是指在沒有電流的情況下，兩種不同物質接觸面兩側的電位差，即兩種不同的金屬相互接觸時產生的電位差。兩物體緊密接觸，其間距小于25*10-8cm時，就出現(xiàn)雙電層和接觸電位差。其數值與兩種金屬的性質與接觸面的溫度有關，與接觸面的大小和接觸時間的長短無關。2. 如果接觸點溫度不相同，所產生的電位差是溫度的函數，即所謂的熱電勢。熱電偶就是利用熱電勢來進行側紋的。5-5 固體材料中熱導有哪幾種方式？金屬材料與固體介質材料的熱導有何不同？如何提高它們的熱導率？1. 固體材料的熱導主要有聲子熱導和自由電子熱導兩種方式。2. 金屬材料中既有聲子，也有自由電子熱導，而固體介質中材料的熱導率取決于聲子。3. 提高熱導率的途徑：a. 提高溫度：聲子以聲速在材料內部運動，溫度越高，相互碰撞越劇烈，所以熱導系數隨溫度升高而增大。b. 降低雜質：金屬中的雜原子、空穴、晶格缺陷都會使熱導率降低。5-6 材料的塑形與韌性在工程上的意義是什么？塑性：塑性是變形加工的條件，塑性較好的材料才可以進行變形加工，不易脆斷，應用時安全性比較好。韌性：韌性好的材料不易在服役過程中發(fā)生脆斷破壞。5-7 常用的導電金屬主要有哪些？它們的電導率分別是多少？如何選擇使用？常用的導電材料有銅及銅合金，鋁及鋁合金，鐵及鐵合金。1. 銅電導率100%IACS。銅按純度不同分為普通純銅和無氧銅兩類。普通純銅用于電線電纜線芯和一般導體零件，無氧銅主要用于電真空開關、電子管和電子儀器零件、耐高溫導體和真空開關觸頭用。2. 銅合金的電導率10-85%IACS。主要可使機械強度提高，而電導率降低不大，可做各種導電零件。3. 鋁和鋁合金電導率60%IACS。具有含量高，重量輕，比強度高，高的熱導率和電導率，耐氧化性好，高反射率，延展性、可塑性好等特點?？捎糜谌萜髋c包裝，建筑材料，導電材料，及車輛汽車等。4. 鐵的電阻率高，約為銅的五倍，而且化學穩(wěn)定性低，易氧化，在頻率較高時集膚效應明顯，所以很少用作導電材料，但是在裸的架空線中，由于要求能承受的機械應力，而銅及鋁線強度不夠，因而經常以鋼作為5-8 銅合金主要有哪些？它們具有怎樣的特性？黃銅：機械強度高，電導率降低不大。青銅：錫銅合金強度提高，硅青銅強度、硬度、耐腐蝕性提高，鋁青銅硬度強度提高。白銅：防腐蝕性好，延展性好。鎳銅：調整鎳于鋅可得到銀的外觀，用于裝飾。5-9 鋁合金的性能與純鋁相比有何不同？拉伸強度，屈服強度大幅提高。但鋁的中間金屬化合物一般硬而脆，會對機械性能產生不利影響。5-10 什么是觸頭材料？觸頭材料應具有哪些特性？觸頭材料是用于開關、繼電器、電氣連接及電氣接插元件等開關電器的核心材料，又稱電觸頭材料或電接觸材料。有強電和弱電兩大類。1. 強電觸頭主要用于電力系統(tǒng)和電氣裝置，要求為低接觸電阻、耐電蝕、耐磨損及具有較高的耐電壓強度、滅弧能力和一定的機械強度等。2. 弱電觸頭主要用于儀器儀表、電信和電子裝置。具有極好的導電性、極高的化學穩(wěn)定性、良好的耐磨性及抗電火花燒損性。5-11 常用的觸頭材料主要有哪些？它們各具什么特點？開關電器對觸頭材料的要求，最重要的是以下幾個方面：(1) 良好的導電性和導熱性；（2）抗熔焊性；（3）耐電弧燒蝕性；（4）大電流分段時不易發(fā)生電弧重燃；（5）低截流水平；（6）低的氣體含量；（7）化學穩(wěn)定性；（8）抗環(huán)境介質污染。常用的觸頭材料:（1） 銅鎢系觸頭材料：具有良好的耐電弧侵蝕性、抗熔焊性和高強等優(yōu)點。用于在油路斷路器和斷路器及其他惰性氣氛的開關斷路器，不易氧化，對分解的影響小，觸頭損耗也小少。（2） 銀鎢系觸頭材料：廣泛用語言自動開關、大容量斷路器、塑殼斷路器中。具有良好的熱、電傳導性，耐電弧腐蝕性，金屬遷移的熔焊趨勢小等優(yōu)點。其主要缺點是接觸電阻不穩(wěn)定。（3） 銅鉻系觸頭材料：銅鉻合金具有良好的導電、導熱性，為CuCr觸頭大的工作電流和開斷能力提供了保證。而Cr相對較高的熔點和硬度保證了觸頭有較好的耐壓和抗熔焊性能，Cr的難以產生熱電子發(fā)射保證了滅弧室在運行過程中的 真空度。（4） 銀鎳、銀墨觸頭材料：銀鎳觸頭材料具有良好的導電導熱性，接觸電阻低而穩(wěn)定，電弧侵蝕小兒均勻。（5） 銀氧化錫觸頭材料：銀氧化錫觸頭材料具有耐電磨損、抗熔焊、接觸電阻低而穩(wěn)定的特點，廣泛應用于電流從幾十安到幾千安，電壓從幾伏到上千伏的多種低壓電器中。5-12 電碳材料具有什么特性？主要用于何處？1. 電碳材料是以碳和石墨為基體的電工材料。電碳材料優(yōu)良特性如下：1) 具有良好的導電能力，具有很大的各向異性；2）較高的熱導率（介于鋁和軟之間）；3）耐高溫，且高溫力學性能好，在真空或保護氣氛中，能在3000左右高溫下工作（可作為高溫發(fā)熱體）。在2500內隨溫度升高而增大；4）密度?。ń橛阡X和鎂之間）；5）與液態(tài)金屬不浸潤；6）化學穩(wěn)定性好，僅與強氧化劑作用；7）具有自潤滑性；8）熱發(fā)射電流隨溫度升高而增大。2. 電碳材料主要用于制造電工設備的固定電接觸或轉動電接觸的零部件等電碳制品。如，電機的電刷，電力開關和繼電器的石墨觸頭等。此外，還可用于弧光放電的石墨電極，光譜分析用的碳棒，碳膜及碳電阻，碳和石墨電熱元件，干電池碳棒，大型電子管石墨陽極以及熔融金屬用的電極等。5-13 石墨材料為什么軟而滑？石墨的晶體結構為六方層狀結構，同層原子為共價鍵結合層，層間的結合力為范德華力，由于層間結合弱，受力可滑動，因此石墨材料較軟，且具有自潤滑性。5-14 什么是超導材料？超導體應具有什么特性？1. 定義：材料的電阻隨著溫度的降低會發(fā)生降低，在溫度接近絕對零度時，電阻率會趨于一個極低的常數，這一常數稱為剩余電阻；某些材料會出現(xiàn)當溫度降低到某一程度時電阻突然消失的現(xiàn)象，我們稱之為超導現(xiàn)象。2. 當材料處于超導狀態(tài)時，應具有以下三個特性：（1） 完全導電性 超導體進入超導態(tài)時，其電阻率實際上等于零。例如：室溫下將超導體放入磁場中，冷卻到低溫進入超導狀態(tài)，去掉外加磁場后，線圈產生感應電流，由于沒有電阻，此電流將永不衰減，即超導體中“持久電流”。（2） 完全抗磁性 不論開始時有無外磁場，只有TTc，超導體變?yōu)槌瑢B(tài)后，體內的磁感應強度恒為零，即超導體能把磁力線全部排斥到體外，這種現(xiàn)象為邁斯納效應。（3） 即使在低于臨界溫度以下，若進入超導體內的電流強度以及周圍的次磁場強度超過某一值時，超導的狀態(tài)被破壞，而成為普通的常導狀態(tài)，電流和磁場的這種臨界值分別成為臨界電流Ic和臨界磁場Hc。5-15 超導材料如何分類？常用的超導材料都有哪些？1. 超導體可以依據它們在磁場中的磁化特性分為兩大類：（1） 第一類超導體：只有一個臨界磁場Hc，超導態(tài)具有邁納斯效應，表面層的超導電流維持體內完全抗磁性。除Nb、V、Tc以外，其他的超導金屬元素都屬于這一類。（2） 第二類超導體：有兩個臨界磁場Hc1和Hc2。當外加磁場H0Hc1時，同第一類，超導體具有邁納斯效應，體內沒有磁感應線穿過。當Hc1H0Hc2時，處于混合態(tài)，這時體內有磁感應線穿過，形成許多半徑很小的圓柱形正常態(tài)，正常態(tài)周圍是連通的超導圈。整個樣品的周界仍有逆磁電流，就是在混合態(tài)也有逆磁性，又沒有電阻。外加 磁場達到Hc2時，正常態(tài)區(qū)域擴大，超導區(qū)消失，整個金屬變?yōu)檎B(tài)。金屬鈮屬于典型的第二類超導體。第六章 磁性材料6-1 磁性材料的導磁能力用什么表示？磁性材料的導磁 能力用磁導率來表征。磁體置于外磁場中，它的磁場強度發(fā)生變化，磁場強度M和磁場H的比值：=M/H成為磁體的磁化率。它表示單位磁場強度在磁體中所感應的磁化強度，是表征磁體磁化難易程度的一個參量。將B與H的比值定義為絕對磁導率：絕對=B/H將B與0H的比值定義為相對磁導率： =B/0H=1+磁導率是表征磁體的導磁率以及磁化難易程度的一個磁學物理量。絕對磁導率是有量綱的，其單位是TmA-1或Hm-1，磁化率和相對磁導率沒有量綱，且均為張量。6-2 磁性材料的分類？一般磁性材料根據磁化率的大小和方向可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性和變磁性等六個種類。6-3 畫出鐵磁材料的磁滯曲線。6-4 軟磁材料的主要特點是什么？1.軟磁材料是指具有高磁導率和低矯頑力的材料。該類磁性材料容易磁化也容易退磁，在交變磁場作用下磁滯回線面積小且磁損耗低，是電工和電子技術的基礎材料，廣泛的用于電機、變壓器、繼電器、電感、互感以及電磁鐵的磁芯等。2.良好的軟磁性能要求材料有盡可能低的磁各向異性和磁致伸縮，低的內應力，高的電阻率（降低交變場下的渦流損耗）。6-5 軟磁材料主要有哪些？常用的軟磁材料有純鐵、硅鋼、鎳鉻合金（玻莫合金）、鈷鐵合金、鐵基和鈷基非晶態(tài)材料、軟磁鐵氧體、納米晶鐵基合金等。6-6 硬磁材料主要有什么特點？1. 永磁材料又稱為硬磁材料，是一類經過外加強磁場磁化再去掉外磁場后能長時期保留其較高剩余磁性，并能經受不太強的外加磁場和其它環(huán)境因素（如溫度和振動等）的干擾的強磁材料。因這類強磁材料能長期保留其剩磁，故稱永磁材料，又因其具有高的矯頑力，能經受外加不太強的磁場干擾，故又稱為硬磁材料。2. 一般來說，永磁材料具有以下幾點基本要求：（1） 高的最大磁能積（BH）max。強磁材料的B-H磁滯回線的第二和第四象限部分成為退磁曲線，退磁曲線上每一點的磁通密度和磁場強度的乘積BH成為磁能積，其中（BH）最大者稱為最大磁能積，它是永磁材料單位體積存儲和可利用的最大磁能密度的量度。（2） 高的矯頑力BHc和高的內稟矯頑力iHc。矯頑力BHc是指強磁材料B-H退磁曲線上B=0處的磁場強度，內稟矯頑力iHc則是指強磁材料M-H退磁曲線上M=0的磁場強度，M為磁化強度。BHc和iHc是永磁材料抵抗磁的和非磁的干擾而保持其永磁特性的量度，高矯頑力值能從具有強磁晶各向異性的永磁材料中獲得。（3） 高的剩余磁通密度Br和高的剩余磁化強度Mr。Br和Mr是永磁材料閉合磁路在經過外加磁場磁化后磁場為零時的磁通密度和磁化強度，它們是開磁路的氣隙中能得到的磁場磁通密度的量度。（4） 高的穩(wěn)定性，即對外加干擾磁場和溫度、震動等非磁性環(huán)境因素變化的穩(wěn)定性。6-7 硬磁材料主要有哪些？目前根據永磁材料其成分和磁性等特點，可分為金屬永磁材料、鐵氧體永磁材料、稀土永磁材料。6-8 什么是磁致伸縮效應，有何應用？1. 磁致伸縮是指在交變磁場的作用下，物體產生于交變磁場頻率相同的機械振動；或者相反，在拉伸、壓縮力作用下，由于材料的長度發(fā)生變化，使材料內部磁通密度相應的發(fā)生變化，在線圈中產生感應電流，機械能轉換為電能。2. 工程中常用磁致伸縮材料制成各種超聲器件，如超聲波發(fā)生器、超聲接收器、超聲探傷器、超聲鉆頭、超聲焊機等；回聲器件，如聲吶、回聲探測儀等；機械濾波器、混頻器、壓力傳感器以及超聲延遲線等。第七章 發(fā)電設備7-1 汽輪發(fā)電機轉子由哪些部件構成?有何特點？發(fā)電機的轉子主要由轉子鐵芯、勵磁繞組、護環(huán)和風扇組成。由于發(fā)電機轉速高，轉子收到了離心力很大，所以轉子都呈細長型，且制成隱極式，以便更好地固定勵磁繞組。7-2 汽輪發(fā)電機定子繞組絕緣都包括哪些內容？定子繞組絕緣包括股間絕緣、排間絕緣、換位部件的加強絕緣和線棒的主絕緣。7-3 發(fā)電機冷卻系統(tǒng)的意義何在？目前主要的冷卻介質有哪些？發(fā)電機運行時，其內部產生的各種損耗轉化為熱能，會引起發(fā)電機發(fā)熱，尤其是大型汽輪發(fā)電機，因其結構細長，中部熱量不易散發(fā)發(fā)熱問題顯得更為嚴重，發(fā)電機的發(fā)熱部件，主要是定子繞組、定子鐵芯、轉子繞組以及鐵芯兩端的金屬部件，必須通過高效的冷卻措施，使這些部件發(fā)出的熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)電機各部分溫度不超過允許值。目前大型發(fā)電機的冷卻介質主要有空氣、氫氣、水和油。7-4 水輪發(fā)電機的布置方式、主要組成部件有哪些？水輪發(fā)電機組的布置方式，按機組軸線方向可分為立軸布置和臥軸布置兩類。水輪發(fā)電機由定子、轉子、機架、推力軸承、導軸承、冷卻器、制動器等部件組成。7-5 風力發(fā)電機按傳動形式可分為哪幾類？分別有何特點？1）高傳動比齒輪箱型：風力發(fā)電機組中的齒輪箱的主要功能是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉速。發(fā)電機的體積小，并可以和電網直接連接，但齒輪箱帶來的噪音、故障率高和維護成本大。2）直接驅動型：應用多級同步風力發(fā)電機可以免去風力發(fā)電系統(tǒng)中常見的齒輪箱，讓風力發(fā)電機直接拖動發(fā)電機轉子運轉在低速狀態(tài)，這就沒有了齒輪箱所帶來的噪聲，故障率高和維護成本大的問題，提高了運行可靠性。3）中傳動比齒輪箱：是以上兩種形式的結合。減小了傳統(tǒng)齒輪箱的傳動比和多級風力發(fā)電機的級數，從而減小了發(fā)電機的體積。7-6 交流勵磁變速恒頻雙饋發(fā)電機組的優(yōu)缺點有哪些？優(yōu)點是：允許發(fā)電機在同步速上下30%的轉速范圍內運行，簡化了調整設置，減少了調速時的機械應力，同時使機組控制更加靈活、方便，提高了機組的運行效率；需要變頻控制的功率僅是電機額定容量的一部分，使變頻裝置體積減小，成本降低，投資減少，并且可以實現(xiàn)有功、無功功率的獨立調節(jié)。缺點是：雙饋風力發(fā)電機必須使用齒輪箱，隨著發(fā)電機組功率的提高，齒輪箱成本變得很高，且容易出現(xiàn)故障，需要經常維護，同時齒輪箱也是風力發(fā)電系統(tǒng)產生噪聲污染的一個主要因素，在低負荷運行時，效率低，電機轉子繞組有集電環(huán)、電刷，增加維護和故障率，控制系統(tǒng)結構復雜。7-7影響太陽能電池效率的主要因素有？1）太陽能電池的理論效率存在極限值。由于只有能量高于半導體帶隙的光子才能對太陽能電池作出貢獻，而且不論能量多高，每一個光子只能產生一對電子和空穴，這兩點將單結太陽能電池的極限效率限制在了44%左右。2）太陽能電池的效率還收到光生載流子符合過程、各種寄生電阻等問題的嚴重影響。3）太陽能電池的工作條件(太陽光入射強度和溫度)對效率也有非常大的影響。7-8根據材料的不同，太陽能電池有哪幾種分類?各有什么優(yōu)缺點？1.體電池1）單晶硅：具有統(tǒng)一的晶相結構；2）多晶硅：由于有晶界存在，晶相不一致，表面減反射效果差，缺陷較多，電池效率比單晶硅效率低，但多晶硅材料適合批量制造，成本低于單晶硅。2.薄膜太陽能材料1）硅系薄膜太陽能材料：非晶硅具有較高的光吸收系數，可以薄膜化，非晶硅的禁帶寬度比晶硅大，開路電壓高，高溫性和光響應性能好，主要原料硅烷，資源豐富。缺點是光電轉換效率低，光致衰減現(xiàn)象非常嚴重。2）化合物薄膜太陽能電池：化合物半導體的禁帶寬度在1-1.7eV范圍內可調，與太陽譜匹配較好，對光吸收系數大，對溫度不敏感，弱光特性好，可在較高溫度下使用，無光電衰退效應。3）有機薄膜太陽能電池：具有正溫度系數，使用壽命可達15-20年，結構簡單，成本低，易于大規(guī)模工業(yè)化生產。缺點是需要用到電解液。7-9簡單論述太陽能發(fā)電系統(tǒng)的構成及其各部分的功能。1）太陽能電池組件及電纜、匯流箱：將各電池組件串接、防止逆流元件相互并聯(lián)連接，同時配備旁路元件和接線箱等附件。2）控制器：控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護，過放電保護的作用，同時兼具最大功率點跟蹤，溫度補償的功能。3）蓄電池：儲存電能，直接并網系統(tǒng)可不采用蓄電池。4）逆變器：直流變?yōu)榻涣骷罢{壓。5）其他：監(jiān)控與通信、雷電保護等輔助設備。7-10 請描述燃料電池和原電池的異同點。原電池是用于儲存電能的化學裝置，充電時電能轉換成化學能，放電時將化學能轉換成電能，并不直接產生電，而且一充一放，電能使用效率低。而燃料電池只要通入燃料氣和氧化氣，電化學反應就可以一直持續(xù)產生電，是一種發(fā)電裝置。7-11 試分析火力、水利、核能、燃料電池發(fā)電模式的優(yōu)缺點?；鹆?優(yōu)點：技術成熟、成本較低、常規(guī)化化石燃料容易獲得； 缺點：耗能大、效率低、污染大、運輸壓力大。水力 優(yōu)點：無污染，可再生； 缺點：受季節(jié)和氣候因素影響大，對生態(tài)環(huán)境造成一定破壞。核能 優(yōu)點：不產生溫室氣體，燃料運輸壓力??； 缺點：放射性，退役處理處置難度大，建設成本高。燃料電池 優(yōu)點：能源轉換效率高，清潔環(huán)保，可靠性和操作性好，噪聲低，燃料廣泛，占地面積小，建廠靈活。 缺點：造價偏高，管理復雜。7-12 根據燃料電池的發(fā)電原理，試設計幾種在日常生活中的應用實例。燃料電池可以用作移動電源安放在車輛、船舶上；燃料電池可以用于電鍍。7-13 作為燃料電池的結構材料（陽極、電解質、陰極），請思考影響其性能的關鍵部件，并分析原因。電極材料：良好的電子導體，又具有電催化活性，以便實現(xiàn)快速的電荷交換；化學活性穩(wěn)定，不與其他材料發(fā)生反應；多孔結構，保持一定的孔隙率便于氣體擴散；廉價且具有一定的如循環(huán)特性。電解質：為致密層，隔絕陰、陽極氣體；具有較高的離子電導率；具有極低的電子電導率；具有一定的熱穩(wěn)定性；易于加工，經濟可行。7-14 如果已經構建了一套開路電壓為1.1V，最大電流為10A的單體燃料電池，請根據要求搭建一個4400W，110V的燃料電池堆，并畫出模擬電路圖。7-16 請思考燃料電池未能廣泛應用的主要原因。1.燃料電池造價偏高； 2.反應/啟動性能低； 3.碳氫燃料無法直接利用； 4.氫氣存儲技術； 5.氫燃料基礎建設不足。第八章 變電設備8-1 電力變壓器的主要組成部分是什么？各部分的作用？電力變壓器主要由鐵芯、繞組、油箱、絕緣套管和調壓裝置等部件構成。鐵芯：變壓器的磁路部分，又是你變壓器器身的骨架，由鐵芯柱、鐵扼和夾緊裝置組成。繞組：變壓器的電路部分，由包有絕緣的圓形或矩形的銅導線或鋁導線繞制成的線圈和絕緣件構成。油箱：變壓器的盛油容器和支持部件，變壓器器身浸放在油箱內。絕緣套管：不僅僅作為高低壓引線對地的絕緣，而且還起著固定引線的作用。調壓裝置：又叫分接開關，是采用倒換高壓繞組的分接頭，改變高壓繞組的匝數方法進行分級調壓的裝置。分有載調壓和無載調壓兩種；變壓器的結構還有儲油柜、安全氣道、呼吸器、散熱器片、凈油器及測溫裝置等。8-2 變壓器型號 SFPSZ8-63000/220代表的含義是什么？表示第八次改型設計三相三繞組、強迫油循環(huán)、風冷、銅繞組、有載調壓、額定容量為63000KV*A，高壓側為220Kv等級。8-3 什么是變壓器的相電壓比？它與變壓器的匝數有什么關系？相電壓比與變壓器的額定電壓比有什么不同？是一次、二次繞組的電壓比U1/U2=N1/N2=K由于一次、二次繞組的接法不同，額定電壓與相電壓存在比例關系。8-4電壓互感器的作用是什么？二次測為什么不許短路？在高壓系統(tǒng)中，不能直接裝電壓表測量高電壓，而采用電壓互感器把高電壓按照一定比例變?yōu)榈蛪?，間接測量高電壓。這樣能使高低壓隔離，既能保證人身的設備的安全，又能使電壓表的量程擴大，滿足統(tǒng)一監(jiān)測監(jiān)控回路系統(tǒng)電壓的需要。如果電壓互感器二次側短路，則二次側電流很大，極容易燒壞電壓互感器，所以電壓互感器二次側不允許短路。8-5 電流互感器的作用是什么？二次側為什么不允許開路？在高壓系統(tǒng)中，不能直接裝電流表測電流，而必須采用電流互感器將電流按一定比例變小，這樣使測量人員和儀表與高電壓隔離，既能保證安全，又能使儀表導線截面變小，可制造輕便、經濟的儀器儀表，而且量程經電流互感器的變換可擴大范圍，使電流表和其他儀器的額定電流標準化。當電流互感器二次側開路時，二次電流等于零，副邊磁化力也等于零，一次電流全部變成了激磁電流。這樣在二次線圈中產生很高的電壓，峰值可達幾千伏，威脅人身安全的儀表安全，使電流互感器的鐵芯過熱，絕緣損壞而燒毀，所以電流互感器二次側不允許開路。8-6什么是電壓互感器的準確度級？我國電壓互感器的準確度級有哪些？各適用于什么場合？電壓互感器的準確級用來描述一定工況下的誤差允許值。測量用電壓互感器的準確級用在規(guī)定的一次電壓、二次負荷和功率因數下的最大允許百分誤差來標稱，標準準確級分為0.1,0.2,0.5,1,3五級。保護用電壓互感器的準確級用5%額定電壓到與額定電壓因數K相對應的電壓范圍內最大電壓誤差的百分數來標稱，標準準確級有3P和6P。8-7 什么叫消弧線圈，它在系統(tǒng)中起什么作用？消弧線圈又稱消弧電抗器，是一個帶空氣間隙鐵芯的電感線圈，線圈有多個抽頭，可以通過改變抽頭接線和鐵芯氣隙改變電感量。接于三相變壓器的中性點與地之間，用以在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時提供電感性電流，以抵消流過接地點的電容性電流，也使得故障相接地電弧兩端的恢復電壓速度降低，達到熄滅電弧的目的。當消弧線圈正確調諧時，還可以有效的減少產生弧光接地過電壓的幾率，有效的抑制過電壓的幅值，同時也最大限度的減小了故障點熱破壞作用及接地網的電壓等。8-8并聯(lián)電抗器和串聯(lián)電抗器各有什么作用？線路并聯(lián)電抗器可以補償線路的容性充電電流，限制系統(tǒng)電壓升高和操作過電壓的產生，保證線路可靠運行。母線串聯(lián)電抗器可以限制短路電流，維持母線有較高的殘壓。而電容器組串聯(lián)電抗器可以限制高次諧波，降低電抗。8-9中性點經消弧線圈接地的系統(tǒng)正常運行時，消弧線圈是否帶有電壓？消弧線圈的結構是一個鐵芯帶有氣隙的可調電感線圈一般為單相式。消弧線圈接在系統(tǒng)中性點和地之間，正常情況下中性點電壓為零，線圈中沒有電流。當線路發(fā)生單相接地故障時，中性點電位升高，而且和故障相電壓相位相反，經過消弧線圈感抗后，在線圈中會產生感性電流，該電流流經故障點，并與故障點的容性電流方向相反。當選擇合適容量的消弧線圈時，線圈中的感性電流和非故障相的容性電流正好抵消，從而有利于接地電弧的熄滅。8-10 電力電容器在電力系統(tǒng)中的作用是什么？電力電容器在電力系統(tǒng)中的主要作用是向電力系統(tǒng)提供無功功率，提高功率因數，減少輸電線路輸送電流，減少線路能量損耗和壓降，改善電能質量。8-11 應用于電力系統(tǒng)的電容器主要有哪幾類？有什么作用？1. 并聯(lián)電容器：發(fā)出無功功率，提高功率因數。2. 串聯(lián)電容器：補償線路的分布性電感阻抗，提高系統(tǒng)的靜動穩(wěn)定性，增大輸電能力。3. 濾波電容器：濾除諧波4. 電熱電容器：改善中頻的功率因數或改善回路特性。5. 脈沖電容器：直流線路上主要做整流濾波及倍壓等用途，可稱為直流電容器。在脈沖線路上主要用其儲能的充放電特性，可稱為儲能電容器。6. 標準電容器：用于高壓測量回路中。7. 耦合電容器：主要接在工頻高壓輸電線上做高頻通訊及組成電容分壓器之用。8. 均壓電容器：主要用作高壓斷路器間的附件，并聯(lián)在斷路器的斷口上作均壓之用。8-12電容器對電介質材料有什么影響？1）為了達到高比容量的目的，應采用介電常數盡可能高的材料；2）為了保證電容器具有純容抗，即避免因極化過程造成能量損耗，導致產生熱量，要求具有盡可能低的損耗角正切值，特別要求在高工頻率或脈沖條件使用時。3）電容器電介質還應具有高的絕緣電阻值，并保證電阻值在不同頻率與溫度條件下盡可能穩(wěn)定，避免因為雜志的分接和材料的老化引起絕緣電阻值的下降。4）要求電介質具有高的擊穿電場強度。5）不污染環(huán)境，而且工藝好，與其他材料的相容性好，并對人體無害或基本無害。8-13 簡述晶閘管正常工作時的特性。1）當晶閘管承受反向電壓的時候，無論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。2）當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。3）晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否存在，晶閘管都保持導通。若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數值下。8-14 畫出3相橋式整流的結構圖與觸發(fā)角為60時直流側與晶閘管上承受的電壓波形？見電力電子書。8-15 逆變顛覆的原因有哪些？逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，由于逆變電路內阻很小，形成很大短路電流。逆變失敗的原因：1.觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相。2.晶閘管發(fā)生故障，該斷時不斷，或該通時不通。3.交流電源缺相或突然消失。4.換相的裕量角不足，引起換相失敗。8-16 簡述無功補償的原則無功補償分為集中補償、分散補償和隨機隨器補償。應該遵循全面規(guī)劃、合理布局、分級補償、就地平衡的原則；集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主；高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主；調壓與降損相結合，以降損為主的原則。8-17 無功補償有哪些方式，各有什么特點？1.并聯(lián)電容器補償：結構簡單、經濟方便，補償容量與供電電壓平方成正比。2.串聯(lián)電容器：利用其容抗抵消部分線路的感抗，相當于縮短了線路的電氣距離，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定極限和送點能力。3.調相機：既能過勵磁輸出感性功率，又能欠勵磁運行吸收感性功率，可以供給無功功率、改善功率因數，調整網絡電壓。改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.并聯(lián)電抗器：主要以吸收系統(tǒng)中的容性無功功率。5.靜止無功補償器（SVC）：雙向連續(xù)、平滑調節(jié)無功功率，運行維護簡單，調節(jié)速度快，但其本身產生的諧波需要進行抑制，否則會對系統(tǒng)造成污染。第九章 開關設備9-1開關電器的功能是什么？開關電器是一種重要的輸配電設備，是電力系統(tǒng)中發(fā)電、輸電、變電、供電、配電、用電各環(huán)節(jié)以及電力拖動系統(tǒng)中重要的控制和保護設備。開關電器的主要功能是接通和斷開電路，即對電路進行“開通”和“關斷”，具體來講。開關電器的主要作用表現(xiàn)控制作用、保護作用、隔離作用、接地保護。9-2開關電器有哪些類型?開關電器按照使用電壓的高低分為高壓開關電器和低壓開關電器；按照安裝地點分為戶內和戶外兩類；按照功能分為斷路器，隔離開關，熔斷器，負荷開關，自動重合器和自動分段器；按照組裝方式分為裝配式和成套式。9-3開關電器的主要技術參數有哪些？開關電器的主要技術參數包括額定電壓、額定絕緣水平、額定電流、穩(wěn)定短時耐受電流、額定短路開斷電流、額定短路關合電