西安交通大學(xué)電氣材料課后題

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(shè)備中應(yīng)用的材料。

電氣材料是構(gòu)成電力設(shè)備的基礎(chǔ)物質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備各種功能的基礎(chǔ)，是電力設(shè)備安

全可靠運(yùn)行的基本保證，

2.根據(jù)其電氣功能，電氣材料主要分為電介質(zhì)絕緣材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電材料、磁性材

料，

1-2.什么是電力設(shè)備？電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備主要有哪些類別？

電力設(shè)備是指在電力系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)電能的生產(chǎn)、傳輸、變換、分配、使用的設(shè)備的總稱。

電力設(shè)備的分類：

按電力先后順序，分為：發(fā)電設(shè)備、變電設(shè)備、輸電設(shè)冬和用電設(shè)備。

按在電力系統(tǒng)中所起的作用，分為：一次設(shè)備、二次設(shè)備。

按技術(shù)重要程度，分為：核心設(shè)備、輔助設(shè)備。

按經(jīng)濟(jì)價(jià)值差異，分為：大型貴重設(shè)備、普通設(shè)備,.

1-3.電氣材料的作用和地位？

1.電氣材料是構(gòu)成電力設(shè)備的基礎(chǔ)物質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備各種功能的基礎(chǔ)，是電力設(shè)備安

全可靠運(yùn)行的基本保證。隨著導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料和絕緣材料的發(fā)展，使

人們?cè)陔姶艌?chǎng)理論與量子力學(xué)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制造出各種電力設(shè)備與器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能

產(chǎn)生、傳輸、變換及應(yīng)用過(guò)程的控制，發(fā)展形成現(xiàn)代電力工業(yè)并使之成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命

脈。

2.在電氣功能技術(shù)領(lǐng)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(shù)的產(chǎn)

生，往往都要通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備和器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)備和器件需要各種材料來(lái)進(jìn)行制作，即

使是原理上可行的新技術(shù)和新產(chǎn)品，如果沒(méi)有相應(yīng)的材料，也都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

L4.電氣設(shè)備的作用和地位？

1.電力設(shè)備是電力系統(tǒng)E勺基本組成單元。

電力系統(tǒng)是發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)的變壓器和輸電線路以及各種用電設(shè)備按照一定的

規(guī)律連接而組成的統(tǒng)一整體，電腦產(chǎn)生、傳輸、變換、分配使用等多個(gè)環(huán)節(jié)都是通過(guò)電

力設(shè)備來(lái)完成的。

2.電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵布于電力設(shè)備的絕緣和電力設(shè)備的故障檢測(cè)，電力設(shè)備

的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平?jīng)Q定著電力系統(tǒng)運(yùn)行的效率和質(zhì)量，

15電氣材料與電力設(shè)備二者之間的關(guān)系？

1.在電氣工程技術(shù)領(lǐng)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(shù)的產(chǎn)

生，往往都要通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備和器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)備和器件需要各種材料來(lái)進(jìn)行制作，即使是

原理上可行的新技術(shù)和新產(chǎn)品，如果沒(méi)有相應(yīng)的材料，也都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。電氣材料是構(gòu)成電力

設(shè)備的基礎(chǔ)物質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備各種功能的基礎(chǔ)，是電力設(shè)備安全可靠運(yùn)行的基本保證。

2.電力系統(tǒng)和電力設(shè)備發(fā)展出對(duì)干電氣材料的發(fā)屐提出來(lái)新的要求。（例如，特高壓者流輸

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(chǔ)

2-1請(qǐng)舉例說(shuō)明電氣材料的結(jié)構(gòu)弓性能的關(guān)系？

電氣材料的結(jié)構(gòu)對(duì)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(zhì)結(jié)構(gòu)不

同所致。

舉例:ZnO壓敏陶瓷

2-2如何描述原子的微觀結(jié)構(gòu)？

1.原子模型：“殼層模型”認(rèn)為原子是由位丁原子中心帶正電的原子核和環(huán)繞核的帶負(fù)電

的電子云所組成。原子核由質(zhì)子和中子組成，每個(gè)質(zhì)子帶一個(gè)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(fù)電荷相等，通常情況卜整個(gè)原子呈現(xiàn)電中性。

原子的質(zhì)量主要集中在原子核。

2.電子運(yùn)動(dòng)：按照量子刀學(xué)用統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)去認(rèn)識(shí)電子在核外空間的兒率分布。描述電子的

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，需要有四個(gè)量子數(shù)

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ms)o

3.原子中的電子分布：可以用泡利不相容原理、能屬最小原理和洪特原理來(lái)描述。一般來(lái)

說(shuō)，原子中的電子只能處于一系列特定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以在每一主殼層上就只能容納一

定數(shù)量的電子；同樣，也不能將所有的電子填入一個(gè)亞殼層中。原子中電子的分布主要

由泡利不相容原理和能優(yōu)最低原理來(lái)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(yuǎn)離原子核，在原子相互作用中扮演

重要角色。在化學(xué)反應(yīng)中，這些電子首先與相鄰原子的外層電廣發(fā)生相互作用，故最外

層的電子也稱為價(jià)電子，決定元素的化合價(jià)。例如堿金屬Li、Na、K等原子在閉殼層外

有一個(gè)電子，很容易失去這個(gè)電子而成為一價(jià)正離子，以形成穩(wěn)定的閉殼層結(jié)構(gòu)。

2-3原子中電子分布應(yīng)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?chē)\(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子所組成。當(dāng)兩個(gè)原子靠近時(shí)，相

鄰原子核及價(jià)電子之間產(chǎn)生相互作用，同時(shí)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(jié)果在兩個(gè)原子間形成穩(wěn)定結(jié)合的化學(xué)鍵而生成一個(gè)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(gè)分離原子的能量，使分子形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)v

2-5化學(xué)鍵的類型及構(gòu)成物質(zhì)的特點(diǎn)？

化學(xué)鍵可分為共價(jià)鍵、離子鍵和金屬鍵三大類。

1.共價(jià)鍵：兩個(gè)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(jià)電子而形成的化學(xué)鍵所形成的化合物稱為共價(jià)化合物。

當(dāng)這類共價(jià)鍵物質(zhì)的固體熔化或液體汽化時(shí)，分子內(nèi)的化學(xué)鍵并木破壞，只需克服組成

固體或液體物質(zhì)的微弱分子間力。因此，這類共價(jià)鍵物質(zhì)具有較低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，

2.離子鍵：原子間的相互作用產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移，形成正負(fù)離子，正負(fù)離子間庫(kù)侖力的相互作

用而形成的化學(xué)鍵。離子鍵往往由金屬-非金屬元素組成。

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結(jié)構(gòu)特征：氧離子在立方體的頂點(diǎn)和面心得位置，二階陽(yáng)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(jié)構(gòu)。陽(yáng)離子占據(jù)著全部氧八面空隙，配位數(shù)為6.

應(yīng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)：晶胞是四方柱體，而3、不是立方體?？梢越频膶⒎健?看成是。2-做六

方密堆積，Ti4+八面體空隙的一半，在柱體的頂點(diǎn)和體心位置。由六個(gè)。2-形成一個(gè)八

面體，把Ti4+包圍起來(lái)。

應(yīng)用：由于這種結(jié)構(gòu)，在電場(chǎng)作用下TiO2將產(chǎn)生很強(qiáng)的離子位移和電子位移極化，從

而具有很高的介電常數(shù)，所以成為許多陶瓷電容器的基本原料。

3.A2B3型氧化物

A12O3就是典型的A2B3結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：氧離子做六方密堆積，AI3+占據(jù)八面體空隙。但是因?yàn)樵贏I2O3晶格中AI

和。的數(shù)目比為2:3,所以只有2/3的八面體空隙被A13+占據(jù)。

應(yīng)用：緊密結(jié)構(gòu)和極大的離子鍵強(qiáng)度，使它具有很高的機(jī)械強(qiáng)度硬度和穩(wěn)定性，成為很

好的結(jié)構(gòu)材料。

4.ABQ3型復(fù)合化合物

（鈣鈦礦結(jié)構(gòu)），屬于這種結(jié)構(gòu)的有CaTiO3.BaTiO3.PbTiO3.PbZrC3、SrTiO3等▽

結(jié)構(gòu)特征：A位一般是稀土或堿土元索離子，B位一般是過(guò)渡元素離子，A位和B位皆

可被半徑相近的其他金屬栗了?部分取代而保持其晶體結(jié)構(gòu)基本不變。

應(yīng)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(jié)

構(gòu)、獨(dú)特的電磁性能以及很高的氧化還原、氫解、異構(gòu)化、電催化等活性，作為一種新

型的功能材料。在環(huán)境保護(hù)和工業(yè)催化等領(lǐng)域具有很大的開(kāi)發(fā)潛力。

5.AB2O4型離子化合物

通式AB2Q4型的離子化合物，又稱尖晶石型結(jié)構(gòu)化合物，是離子晶體中的一個(gè)大類。A

為二價(jià)陽(yáng)離子，如Mg2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn2+、Zn2+、Cd2+等；B為三價(jià)陽(yáng)離

子，如A13+、A13+-,Fc3+、Co3+、Cr3+、Ga3+等。結(jié)構(gòu)中02-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(niǎo)

離子為6配位。尖晶石型化合物結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，有的可用作高溫耐火材料，有的可用作電

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子陶瓷材料。

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6.正四面體結(jié)構(gòu)

種類繁多的硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)就是硅一氧四面體

結(jié)構(gòu)特征：在這種四面體內(nèi)，硅原子占據(jù)中心。四個(gè)氧原子占據(jù)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(shù)熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)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(yīng)用于各種工業(yè)、科學(xué)研究及日常生活中。

2-9能級(jí)是如何產(chǎn)生？

由玻爾的理論發(fā)展而來(lái)的現(xiàn)代量子物理學(xué)認(rèn)為原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的,因此各狀態(tài)對(duì)

應(yīng)能吊:也是不連續(xù)的。這些能量值就是能級(jí)。

2-10簡(jiǎn)述能級(jí)的分裂及能帶的形成。

能級(jí)分裂：以氫分子的形成為例。當(dāng)兩個(gè)H原子相互靠近形成分子時(shí)，一個(gè)原子上的電

子與另一個(gè)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(shù)。當(dāng)兩H

原子的波函數(shù)相互干涉時(shí)，產(chǎn)生同相交疊和異相交疊，分別形成兩個(gè)分子軌道。能級(jí)分裂為

兩個(gè)。

能帶形成：能級(jí)分裂的最大寬度，取決于固體中原子間的最小距離，N個(gè)軌道相互作用產(chǎn)

生的N個(gè)分裂能級(jí)。當(dāng)N相當(dāng)大（7023）時(shí)，相鄰分裂能級(jí)間間隔非常小，幾乎是連續(xù)

的額，從而產(chǎn)生能帶。

2-11簡(jiǎn)述電子的共有化運(yùn)動(dòng)。

1.當(dāng)兩個(gè)原子相距較遠(yuǎn)時(shí)，能級(jí)如同兩個(gè)孤立原子被一個(gè)高而寬的勢(shì)壘相隔，電子只在各

自的原子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，其能覺(jué)為分立能級(jí)；而當(dāng)兩個(gè)原子靠的很近時(shí)，原子勢(shì)場(chǎng)相互影響,

勢(shì)壘寬度減小高度降低原子原來(lái)處丁較高能級(jí)上的電子可能穿透勢(shì)壘或越過(guò)勢(shì)壘，形成

電子的共有化運(yùn)動(dòng)。

2.通過(guò)求子力學(xué)證明:由于晶體中電子共有化運(yùn)動(dòng)，使每個(gè)原子具有相同的價(jià)電子能級(jí)分裂

成為一系列和原來(lái)能級(jí)很接近的新能級(jí)，這些新能級(jí)基本上連成一片而形成能帶。

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2-12從能帶理論的角度簡(jiǎn)述導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的異同。

1.能帶的填充與導(dǎo)電性的關(guān)系：若固體由N個(gè)原子組成則每個(gè)能帶內(nèi)有N個(gè)能級(jí)，按照

泡利不相容原理，最多可容納2N個(gè)電子。所有能級(jí)全部被電子所填充的能帶叫滿帶，

而只有部分能級(jí)為電子所填充的叫不滿帶。在外電場(chǎng)作用下，只有不滿帶中的電子才具

有導(dǎo)電能力，而滿帶中的電子是不導(dǎo)電的

2.導(dǎo)體：除滿帶外還存在不滿帶，即導(dǎo)帶，導(dǎo)帶以下的第一個(gè)滿帶稱為價(jià)帶。導(dǎo)體中的電

子易在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生遷移運(yùn)動(dòng)。表現(xiàn)為電阻率很低，通常在10-8?102c?m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2eVo固體中的電子不易在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生遷移運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為電阻率很高，在

108-1016Q?m范圍。

4.半導(dǎo)體：能帶結(jié)構(gòu)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(dǎo)電，同時(shí)產(chǎn)牛空穴電流。Ge和Si禁帶寬度分別為0.74eV和l.17eV,

此類介質(zhì)的電阻率較低，一般在102?1O8C?m范圍。

2-13簡(jiǎn)述缺陷結(jié)構(gòu)及缺陷能級(jí)。

1.通常晶體中總是存在缺陷，這些缺陷往往來(lái)源于結(jié)晶的不完整與外來(lái)質(zhì)。缺陷結(jié)構(gòu)包括

點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。外來(lái)雜質(zhì)缺陷則有替位與填隙兩種，他們一般都屬于點(diǎn)缺陷。

2.當(dāng)晶體中存在缺陷時(shí)，將在禁帶中引入附加能級(jí)，稱之為缺陷能級(jí)，缺陷能級(jí)可分為淺

能級(jí)和深能級(jí)。淺能級(jí)是指離導(dǎo)帶比較近即電離能比較小的能級(jí)，深能級(jí)則是指離導(dǎo)帶

比較遠(yuǎn)即電離能比較大的能級(jí)。禁帶中的淺能級(jí)易于釋放電荷（電了或空穴）到導(dǎo)帶或

價(jià)帶中去，成為導(dǎo)電載流子，故這些淺能級(jí)又稱為旗主或受主能級(jí)。而深能級(jí)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(jí)或俘獲中心，又稱之

為陷阱能級(jí)。

2-14

計(jì)算略

2-15

計(jì)算略

第三章電介質(zhì)材料

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3-1按分子中正負(fù)電荷的分布情況不同，電介質(zhì)可以分為哪幾類？試述各類的基本特征。

1.分為久非極性電介質(zhì)；b.極性電介質(zhì)；c.離子型電介質(zhì)。

2.各種類型的基本特征：

a.非極性電介質(zhì)：無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，正負(fù)電荷中心重合，故其電氣性能穩(wěn)定。

b.極性電介質(zhì)：化學(xué)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，即止負(fù)電荷中心不重合，分子具有偶極矩。

c.離子型電介質(zhì)：組成基本單元為離子，故其介電常數(shù)大機(jī)械強(qiáng)度高。

3-2什么事電介質(zhì)的極化？試說(shuō)明電介質(zhì)極化的種類及其機(jī)理。

在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)出現(xiàn)束縛電荷的現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。

電介質(zhì)的極化主要有三種形式：

1.電子極化：原子內(nèi)的電子云和原子核在外電場(chǎng)中發(fā)生遷移形成電偶極矩的現(xiàn)象；外電場(chǎng)

關(guān)閉，原子會(huì)返回原來(lái)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(chǎn)生的。

3.離子極化：正負(fù)離子在外電場(chǎng)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(duì)彈性體施加一個(gè)外界作用（稱為應(yīng)力）后，彈性體會(huì)發(fā)生形狀的改變（稱為應(yīng)變），彈性

模量的一般定義是：應(yīng)力除以應(yīng)變。

從宏觀角度來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，則

是原子、離子和分了之間跡合強(qiáng)度的反映。

3-4試述熱導(dǎo)率的物理意義。

熱導(dǎo)率是當(dāng)溫度垂直梯度為1攝氏度/米時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)單位水平截面積所傳遞的熱曷。熱

導(dǎo)率是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的量度。

3-5絕緣材料的耐熱等級(jí)（溫度指數(shù)）是什么含義？對(duì)電力設(shè)備的材料選擇有什么意義？

電解質(zhì)的最高允許工作溫度就是指在此溫度下介質(zhì)的電學(xué)力學(xué)化學(xué)等性能能保證長(zhǎng)期正常

運(yùn)行，當(dāng)超過(guò)這一溫度，電解質(zhì)的性能將顯著下降。國(guó)阮上根據(jù)絕緣材料的耐熱程度，即最

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高允許工作溫度,劃分了絕緣材料的耐熱等級(jí)。便于電機(jī)電器在設(shè)計(jì)和維修時(shí)合理選用材料。

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3-6絕緣材料老化的含義是什么？

絕緣材料在貯存、使用過(guò)程中，在熱、電、光、氧、潮氣和化學(xué)藥品、各種機(jī)械力、高能輻

射以及微生物等因素長(zhǎng)時(shí)訶作用下，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(zhǎng)時(shí)間和不可逆。

3-7六氟化硫氣體為什么具有高的耐電強(qiáng)度？

SF6是一種電負(fù)性氣體。

1）當(dāng)氣體中有電負(fù)性元素時(shí)，分子具有強(qiáng)烈的吸附電子的能力，SF6分子中含有6個(gè)F原

子，具有很強(qiáng)的電負(fù)性，吸引電子的能力強(qiáng)。

2）SF6分子吸附電子后變?yōu)樨?fù)離子，其質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子，移動(dòng)速度慢，在電場(chǎng)中容易與正

離子結(jié)合而成為中件分子。

3）SF6氣體分子的分子量高，體積大，在電離過(guò)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(zhuǎn)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(qiáng)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燒.環(huán)烷燒和芳香燒組成口

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(xué)結(jié)構(gòu)和物理性能發(fā)生哪些變化？

聚乙烯交聯(lián)后，其化學(xué)結(jié)構(gòu)從線型分子變?yōu)榻宦?lián)的網(wǎng)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(dá)90℃,燃燒不滴落，抗端變，抗環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂。

3-10寫(xiě)出以下高分子絕緣材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式：聚丙烯、聚四氟乙烯、天然橡膠、硅橡膠，（手

寫(xiě)）

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3-11為什么玻璃表面的電導(dǎo)比體內(nèi)大？有什么辦法可以降低表面電導(dǎo)？其作用機(jī)理如訶？

玻璃中導(dǎo)電載流子遷移時(shí)，受到空余網(wǎng)隙結(jié)構(gòu)的制約，要越過(guò)高的勢(shì)壘。而這些載流子在玻

璃表面運(yùn)動(dòng)的時(shí)候則不受這種空余網(wǎng)隙的限制，活化能低很多。

保持表面清潔。玻璃是一?種離子忤很強(qiáng)的介質(zhì),表面對(duì)干強(qiáng)極性的水分子有很大的親和作用，

當(dāng)相對(duì)濕度大于80%時(shí)，玻璃表面附著的水分子數(shù)大為增加，表面電導(dǎo)也大為增加，由于高

頻電流具有集膚效應(yīng)，故對(duì)于高頻絕緣玻璃更應(yīng)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(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方式、消耗能戰(zhàn)、與.頻率和溫

度的關(guān)系等方面，對(duì)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(duì)于原子核的位移和形變引起的v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(fù)離廣受外電場(chǎng)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lO^HZ內(nèi)與頻率無(wú)關(guān)。

純凈玻璃主要損耗源來(lái)自電導(dǎo)，室溫下電導(dǎo)和電導(dǎo)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(yīng)用有哪些？

1.導(dǎo)電陶瓷：導(dǎo)電率遠(yuǎn)大于一般陶瓷（大于lO^S/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(zhì)提取裝置。有些快離子導(dǎo)體內(nèi)某些

離子的氧化還原著色效應(yīng)可制作著色電色顯示器。具有充放電特性，用于制作甩池，庫(kù)侖計(jì),

電阻器，電化學(xué)開(kāi)關(guān)，電積分器，記憶元件等多種離子器件。

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2.半導(dǎo)體陶瓷：具有半導(dǎo)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(chǎng)，濕度等變化的影響。多用于制造敏感元件。

3.超導(dǎo)陶謊：具有超導(dǎo)電性。

4.介電陶瓷：在電場(chǎng)作用卜具有極化能力，且能在體內(nèi)長(zhǎng)期建立起電場(chǎng)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(shù)，如無(wú)線電，電視，電子計(jì)算機(jī)，自動(dòng)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(yīng)有哪些？

納米材料是指把組成相或晶粒結(jié)構(gòu)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(yīng):表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)和庫(kù)侖堵塞效

應(yīng)。

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(jiǎn)稱環(huán)境材料。是1990年10月在一次關(guān)于材料服務(wù)于

人類生活、行為的未來(lái)狀況與環(huán)境關(guān)系的討論會(huì)上，由日本材料科學(xué)家和工程師提出來(lái)的。

一般來(lái)說(shuō)，環(huán)境友好材料是指材料在整個(gè)壽命周期中，同時(shí)具有滿意的使用性能和優(yōu)良的環(huán)

境協(xié)調(diào)性，或者能夠改善環(huán)境的材料,

第四章半導(dǎo)體材料

（略）

第五章導(dǎo)電材料

5-1材料的導(dǎo)電性能如何表征？什么是導(dǎo)電材料？導(dǎo)電材料如何分類?

1.導(dǎo)體的導(dǎo)電性能可.以通過(guò)體積電阻率和電導(dǎo)率進(jìn)行表征。

體積電阻率是微觀水平上阻礙電流流動(dòng)的度量。

電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)，表征電流通過(guò)材料的容易程度。

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2.導(dǎo)體是指價(jià)電子所在能帶為半滿帶，相鄰能級(jí)間隔小的一類材料，在外電場(chǎng)作用下，電子

很容易從較低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)，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(dǎo)電材料的分類：

（1）導(dǎo)電材料按導(dǎo)電機(jī)理（電荷載體）可分為電子導(dǎo)電材料、離子導(dǎo)電材料和混合型導(dǎo)

電材料。

（a）電子導(dǎo)體，以電子載流子為主體的導(dǎo)電；

（b）離子導(dǎo)體，以離子載流子為主體的導(dǎo)電；

（O混合型導(dǎo)體，其載流子電子和離子兼而有之。

（2）導(dǎo)體材料按照化學(xué)成分主要有以下四類：

（a）金屬材料：這是主要的導(dǎo)體材料，電導(dǎo)率在107?108S/m之間，常用的有銀、

銅和鋁等。

（b）合金材料:電導(dǎo)率在105?107S/m之間，如黃銅（銅鋅），銀絡(luò)合金等。

（C）無(wú)機(jī)非金屬材料：電導(dǎo)率在105?108S/m之間，如石墨在基晶方向?yàn)?/p>

2.5*106S/mo

（d）高分子導(dǎo)電材料：導(dǎo)電高分子是指其本身或經(jīng)過(guò)“摻雜”后具有導(dǎo)電性的一類

高分子材料。

5-2金屬材料的電導(dǎo)率（或電阻率）受哪些因素影響？

電導(dǎo)率依賴于以下三個(gè)元素：?jiǎn)挝惑w積材料中的載流子數(shù)目、每個(gè)載流子上的電荷量和每個(gè)

載流子的遷移率”

材料微觀結(jié)構(gòu)、溫度、合金元素和雜質(zhì)都會(huì)通過(guò)改變以上三個(gè)要素，對(duì)金屬材料的電導(dǎo)率產(chǎn)

生影響。

5-3試從自由電子能帶論角度討論金屬、半導(dǎo)體與固體介質(zhì)材料的區(qū)別。

金屬：價(jià)電子所在能帶為半滿帶，相鄰能級(jí)間隔小，外電場(chǎng)作用下，電子容易從較低能級(jí)躍

遷到高能級(jí)，大量電子很容易獲得能量進(jìn)行共有化運(yùn)動(dòng)。

半導(dǎo)體：滿帶與空帶之間也存在禁帶，但禁帶很窄（0.卜2eV）

固體介質(zhì)材料：滿帶與空帶之間有一個(gè)較寬的禁帶（3?6eV）,電子很難從低能級(jí)躍遷到高

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能級(jí)上去形成共有化運(yùn)動(dòng),

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5-4什么是接觸電位差和熱電勢(shì)？這一特性可以利用在哪些方面？

1.接觸電位是指在沒(méi)有電流的情況下，兩種不同物質(zhì)接觸面兩側(cè)的電位差，即兩種不同的

金屬相互接觸時(shí)產(chǎn)生的電位差。兩物體緊密接觸，其間距小于25*10-8cm時(shí)，就出現(xiàn)雙

電層和接觸電位差。其數(shù)值與兩種金屬的性質(zhì)與接觸面的溫度有關(guān)，與接觸面的大小和

接觸時(shí)間的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。

2.如果接觸點(diǎn)溫度不相同，所產(chǎn)生的電位差是溫度的函數(shù)，即所謂的熱電勢(shì)。熱電偶就是

利用熱電勢(shì)來(lái)進(jìn)行側(cè)紋的。

5-5固體材料中熱導(dǎo)有哪幾種方式？金屬材料與固體介質(zhì)材料的熱導(dǎo)有何不同？如何提高

它們的熱導(dǎo)率？

1.固體材料的熱導(dǎo)主要右聲子熱導(dǎo)和自由電子熱導(dǎo)兩種方式。

2.金屬材料中既有聲子，也有自由電子熱導(dǎo)，而固體介質(zhì)中材料的熱導(dǎo)率取決于聲子。

3.提高熱導(dǎo)率的途徑：

a.提高溫度：聲子以聲速在材料內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，溫度越高，相互碰撞越劇烈，所以熱導(dǎo)系

數(shù)隨溫度升高而增大。

b.降低雜質(zhì)：金屬中的雜原子、空穴、晶格缺陷都會(huì)使熱導(dǎo)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(jìn)行變形加工，不易脆斷，應(yīng)用時(shí)安

全性比較好。

韌性：韌性好的材料不易在服役過(guò)程中發(fā)生脆斷破壞。

5-7常用的導(dǎo)電金屬主要有哪些？它們的電導(dǎo)率分別是多少？如何選擇使用？

常用的導(dǎo)電材料有銅及銅合金，鋁及鋁合金，鐵及鐵合金。

1.銅電導(dǎo)率100%IACS。銅按純度不同分為普通純銅和無(wú)氧銅兩類。普通純銅用于電線電

纜線芯和一般導(dǎo)體零件，無(wú)氧銅主要用于電真空開(kāi)美、電子管和電子儀器零件、耐高溫

導(dǎo)體和真空開(kāi)關(guān)觸頭用。

2.銅合金的電導(dǎo)率10-85%IACSo主要可使機(jī)械強(qiáng)度提高，而電導(dǎo)率降低不大，可做各種

導(dǎo)電零件。

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3.鋁和鋁合金電導(dǎo)率60%IACS。具有含量高，重量輕，比強(qiáng)度高，高的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率，

耐氧化性好，高反射率，，延展性、可塑性好等特點(diǎn)?？捎糜谌萜髋c包裝，建筑材料，

導(dǎo)電材料，及車(chē)輛汽車(chē)等。

4.鐵的電阻率高，約為銅的五倍，而且化學(xué)穩(wěn)定性低，易氧化，在頻率較高時(shí)集膚效應(yīng)明

顯，所以很少用作導(dǎo)皂材料，但是在裸的架空線中，由于要求能承受的機(jī)械應(yīng)力，而銅

及鋁線強(qiáng)度不夠，因而經(jīng)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(jī)械強(qiáng)度高，電導(dǎo)率降低不大。

青銅：錫銅合金強(qiáng)度提高，硅青銅強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性提高，鋁青銅硬度強(qiáng)度提高。

白銅：防腐蝕性好，延展性好。

錦銅：調(diào)整銀干鋅可得釗銀的外觀，用于裝飾。

5-9鋁合金的性能與純鋁相比有何不同？

拉伸強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度大幅提高。但鋁的中間金屬化合物一般硬而脆，會(huì)對(duì)機(jī)械性能產(chǎn)生不利

影響。

5-10什么是觸頭材料？觸頭材料應(yīng)具有哪些特性？

觸頭材料是用于開(kāi)關(guān)、繼電器、電氣連接及電氣接插元件等開(kāi)關(guān)電器的核心材料，又稱電觸

頭材料或電接觸材料。有強(qiáng)電和弱電兩大類。

1.強(qiáng)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(qiáng)度、滅弧能力和一定的機(jī)械強(qiáng)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(dǎo)電性、極高的化學(xué)穩(wěn)定性、

良好的耐磨性及抗蟲(chóng)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(diǎn)？

開(kāi)關(guān)電器對(duì)觸頭材料的要求，最重要的是以下幾個(gè)方面：

（1）良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；（2）抗熔焊性；（3）耐電弧燒蝕性；（4）大電流分段時(shí)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(xué)穩(wěn)定性；（8）抗環(huán)境介質(zhì)

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污染。

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常用的觸頭材料：

（1）銅鴇系觸頭材料：具有良好的耐電弧侵蝕性、抗熔焊性和高強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。用于在油路

斷路器和斷路器及其他惰性氣氛的開(kāi)關(guān)斷路器，不易氧化，對(duì)分解的影響小，觸頭

損耗也小少。

（2）銀鴇系觸頭材料：廣泛用語(yǔ)言自動(dòng)開(kāi)關(guān)、大容量:斷路器、塑殼斷路器中。具有良好

的熱、電傳導(dǎo)性，耐電弧腐蝕性，金屬遷移的熔焊趨勢(shì)小等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是接

觸電阻不穩(wěn)定。

（3）銅格系觸頭材料：銅銘合金具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，為CuCr觸頭大的工作電流和

開(kāi)斷能力提供了保證。而Cr相對(duì)較高的熔點(diǎn)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(chǎn)生熱電子發(fā)射保證了火弧室在運(yùn)行過(guò)程中的真空度。

（4）銀銀、銀墨觸頭材料：銀銀觸頭材料具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，接觸電阻低而穩(wěn)定，

電弧侵飩小兒均勻。

（5）銀氧化錫觸頭材料：銀氧化錫觸頭材料具有耐屯磨損、抗熔焊、接觸電阻低而穩(wěn)定

的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)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(dǎo)電能力，具有很大的各向異性；2）較高的熱導(dǎo)率（介于鋁和軟之間）；

3）耐高溫，且高溫力學(xué)性能好，在真空或保護(hù)氣氛中，能在3000C左右高溫下工作

（可作為高溫發(fā)熱體）。在2500C內(nèi)隨溫度升高而增大；4）密度小（介于鋁和鎂之

間）；5）與液態(tài)金屬不浸潤(rùn)；6）化學(xué)穩(wěn)定性好：僅與強(qiáng)氧化劑作用；7）具有自潤(rùn)

滑性；8）熱發(fā)射電流隨溫度丁|高而增大。

2.電碳材料主要用于制造電工設(shè)備的固定電接觸或轉(zhuǎn)動(dòng)電接觸的零部件等電碳制品。如，

電機(jī)的電刷，電力開(kāi)關(guān)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(yáng)極以及熔融金屬用的電極等。

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5-13石墨材料為什么軟而滑？

石墨的晶體結(jié)構(gòu)為六方層狀結(jié)構(gòu)，同層原子為共價(jià)鍵結(jié)合層，層間的結(jié)合力為范德華力，由

于層間結(jié)合弱，受力可滑動(dòng)，因此石墨材料較軟，且具有自潤(rùn)滑性。

5-14什么是超導(dǎo)材料？超導(dǎo)體應(yīng)具有什么特性？

1.定義：材料的甩阻隨著溫度的降低會(huì)發(fā)生降低，在溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，F(xiàn)R阻率會(huì)趨于

一個(gè)極低的常數(shù)，這一常數(shù)稱為剩余電阻；某些材料會(huì)出現(xiàn)當(dāng)溫度降低到某一程度時(shí)電

阻突然消失的現(xiàn)象，我們稱之為超導(dǎo)現(xiàn)象。

2.當(dāng)材料處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，應(yīng)具有以下三個(gè)特性：

（1）完全導(dǎo)電性超導(dǎo)為進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)，其電阻率實(shí)際上等于零。例如：空溫下將超導(dǎo)體

放入磁場(chǎng)中，冷卻到低溫進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，夫掉外加磁場(chǎng)后，線圈產(chǎn)牛感應(yīng)電流，由

于沒(méi)有電阻，此電流將永不衰減，即超導(dǎo)體中"持久電流”。

（2）完全抗磁性不論開(kāi)始時(shí)有無(wú)外磁場(chǎng)，只有TVT”超導(dǎo)體變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)后，體內(nèi)的磁

感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，即超導(dǎo)體能把磁力線全部排斥到體外，這種現(xiàn)象為邁斯納效應(yīng)。

（3）即使在低于臨界溫度以下，若進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)的電流強(qiáng)度以及周?chē)拇未艌?chǎng)強(qiáng)度超過(guò)

某一值時(shí)，超導(dǎo)的狀態(tài)被破壞，而成為普通的常導(dǎo)狀態(tài)，電流和磁場(chǎng)的這種臨界值

分別成為臨界電流Ic和臨界磁場(chǎng)He.

5-15超導(dǎo)材料如何分類？常用的超導(dǎo)材料都有哪些？

L超導(dǎo)體可以依據(jù)它們?cè)诖艌?chǎng)中的磁化特性分為兩大類：

（1）第一類超導(dǎo)體：只有一個(gè)臨界磁場(chǎng)He,超導(dǎo)態(tài)具有邁納斯效應(yīng)，表面層的超導(dǎo)電流

維持體內(nèi)完全抗磁性。除Nb、V、Tc以外，其他的超導(dǎo)金屬元素都屬于這一類。

<2）第二類超導(dǎo)體：有兩個(gè)臨界磁場(chǎng)Hei和Hc2。當(dāng)外加磁場(chǎng)HOvHcl時(shí)，同第類，

超導(dǎo)體具有邁納斯效應(yīng)，體內(nèi)沒(méi)有磁感應(yīng)線穿過(guò)。當(dāng)Hc1<H0<Hc2時(shí)，處于混合態(tài),

這時(shí)體內(nèi)有磔感應(yīng)線穿過(guò)，形成許多半徑很小的圓柱形正常態(tài)，正常態(tài)周?chē)沁B通

的超導(dǎo)圈。整個(gè)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(méi)有電阻。

外加磁場(chǎng)達(dá)到

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Hc2時(shí)，正常態(tài)區(qū)域擴(kuò)大，超導(dǎo)區(qū)消失，整個(gè)金屬變?yōu)檎B(tài)。金屬鋰屬于典型的

第二類超導(dǎo)體。

第六章磁性材料

6-1磁性材料的導(dǎo)磁能力用什么表示？

磁性材料的導(dǎo)磁能力用磁導(dǎo)率來(lái)表征。

磁體置于外磁場(chǎng)中，它的滋場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，磁場(chǎng)強(qiáng)度M和磁場(chǎng)H的比值：

/M/H

成為磁體的磁化率。它表示單位磁場(chǎng)強(qiáng)度在磁體中所感應(yīng)的磁化強(qiáng)度，是表征磁體磁化難易

程度的一個(gè)參量。

將B與H的比值定義為絕對(duì)磁導(dǎo)率：

N絕對(duì)二B/H

將B與M0H的比值定義為相對(duì)磁導(dǎo)率：

呼B/piOH=1+x

磁導(dǎo)率是表征磁體的導(dǎo)磁率以及磁化難易程度的一個(gè)磁學(xué)物理量。絕對(duì)磁導(dǎo)率是有量綱的，

其單位是T?m?A-1或H?m-1,磁化率x和相對(duì)磁導(dǎo)率R沒(méi)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(jù)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(gè)種類。

6-3畫(huà)出鐵磁材料的磁滯由線。

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6-4軟磁材料的主要特點(diǎn)是什么？

1.軟磁材料是指具有高磁導(dǎo)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(chǎng)作用下磁滯回線面積小且磁損耗低，是電工和電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料，廣泛的用于電機(jī)、

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(nèi)應(yīng)力，高的電阻率

（降低交變場(chǎng)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、藤鋼、銀輅合金（玻莫合金）、鉆鐵合金、鐵基和鉆基非晶態(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(diǎn)？

1.永磁材料又稱為硬磁材料，是一類經(jīng)過(guò)外加強(qiáng)磁場(chǎng)磁化再去掉外磁場(chǎng)后能長(zhǎng)時(shí)期保留其

較高剩余磁性，并能經(jīng)受不太強(qiáng)的外加磁場(chǎng)和其它環(huán)境因素（如溫度和振動(dòng)等）的干擾

的強(qiáng)磁材料。因這類強(qiáng)磁材料能長(zhǎng)期保留其剩磁，故稱永磁材料，又因其具有高的矯頑

力，能經(jīng)受外加不太強(qiáng)的磁場(chǎng)干擾，故又稱為硬磁材料。

2.一般來(lái)說(shuō)，永磁材料具有以下幾點(diǎn)基本要求：

（1）高的最大磁能積（BH）max。強(qiáng)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(diǎn)的磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)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(chǔ)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(nèi)稟矯頑力iHco矯頑力BHc是指強(qiáng)磁材料B-H退磁曲線上

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B=0處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，內(nèi)稟矯頑力iHc則是指強(qiáng)磁材料M-H

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退磁曲線上M=0的磁場(chǎng)強(qiáng)度，M為磁化強(qiáng)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填度，高矯頑力值能從具有強(qiáng)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(qiáng)度MroBr和Mr是永磁材料閉合磁路在經(jīng)

過(guò)外加磁場(chǎng)磁化后磁場(chǎng)為零時(shí)的磁通密度和磁化強(qiáng)度，它們是開(kāi)磁路的氣隙中能得

到的磁場(chǎng)磁通密度的量度。

（4）高的穩(wěn)定性，即對(duì)外加干擾磁場(chǎng)和溫度、震動(dòng)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(jù)永磁材料其成分和磁性等特點(diǎn)，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(yīng)，有何應(yīng)用？

1.磁致伸縮是指在交變磁場(chǎng)的作用下，物體產(chǎn)生于交變磁場(chǎng)頻率相同的機(jī)械振動(dòng)；或者相

反，在拉伸、壓縮力作用下，由于材料的長(zhǎng)度發(fā)生變化，使材料內(nèi)部磁通密度相應(yīng)的發(fā)

生變化，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，機(jī)械能轉(zhuǎn)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(jī)等；回聲器件，如聲吶.回聲探測(cè)儀等；機(jī)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(shè)備

7-1汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由哪些部件構(gòu)成?有何特點(diǎn)？

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組、護(hù)環(huán)和風(fēng)扇組成。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子收到

了離心力很大，所以轉(zhuǎn)子都呈細(xì)長(zhǎng)型，且制成隱極式，以便更好?地固定勵(lì)磁繞組。

7-2汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣都包括哪些內(nèi)容？

定子?繞組絕緣包括股間絕緣、排間絕緣、換位部件的加強(qiáng)絕緣和線棒的主.絕緣。

7-3發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的意義何在？目前主要的冷卻介質(zhì)有哪些?

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發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生的各種損耗轉(zhuǎn)化為熱能,會(huì)引起發(fā)電機(jī)發(fā)熱，尤其是大型汽輪發(fā)

電機(jī)，因其結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，中部熱量不易散發(fā)發(fā)熱問(wèn)題顯得更為嚴(yán)重，發(fā)電機(jī)的發(fā)熱部件，主要

是定子繞組、定子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組以及鐵芯兩端的金屬部件,必須通過(guò)高效的冷卻措施，使

這些部件發(fā)出的熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)電機(jī)各部分溫度不超過(guò)允許值。

目前大型發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)主要有空氣、氫氣、水和油。

7-4水輪發(fā)電機(jī)的布置方式、主要組成部件有哪些？

水輪發(fā)電機(jī)組的布置方式，按機(jī)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(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)架、推力軸承、導(dǎo)軸承、冷卻器、制動(dòng)器等部件組成O

7-5風(fēng)力發(fā)電機(jī)按傳動(dòng)形式可分為哪幾類？分別有何特點(diǎn)？

1）高傳動(dòng)比齒輪箱型：風(fēng)力發(fā)電機(jī)絹中的齒輪箱的主要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)牛

的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)的體積小，并可以和電網(wǎng)直接連接，但

齒輪箱帶來(lái)的噪音、故障率高和維護(hù)成本大。

2）直接驅(qū)動(dòng)型：應(yīng)用多級(jí)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以免去風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中常見(jiàn)的齒輪箱，讓風(fēng)力

發(fā)電機(jī)直接拖動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)在低速狀態(tài)，這就沒(méi)有了齒輪箱所帶來(lái)的噪聲，故障率高和

維護(hù)成本大的問(wèn)題，提高了運(yùn)行可靠性。

3）中傳動(dòng)比齒輪箱：是以上兩種形式的結(jié)合。減小了傳統(tǒng)齒輪箱的傳動(dòng)比和多級(jí)風(fēng)力發(fā)電

機(jī)的級(jí)數(shù)，從而減小了發(fā)電機(jī)的體積。

7-6交流勵(lì)磁變速恒頻雙饋發(fā)電機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？

優(yōu)點(diǎn)是：允許發(fā)電機(jī)在同步速上下30%的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，簡(jiǎn)化了調(diào)整設(shè)置，減少了調(diào)速時(shí)

的機(jī)械應(yīng)力，同時(shí)使機(jī)組控制更加靈活、方便，提高了機(jī)組的運(yùn)行效率；需要變頻控制的功

率僅是電機(jī)額定容用的部分，使變頻裝置體積減小，成本降低，投資減少，并且可以實(shí)現(xiàn)

有功、無(wú)功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)。

缺點(diǎn)是：雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須使用齒輪箱，隨著發(fā)電機(jī)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(jīng)常維護(hù)，同時(shí)齒輪箱也是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲污染的一個(gè)主要因

素，在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，效率低，電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組有集電環(huán)、電刷，增加維護(hù)和故障率，控制系

統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

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7-7影響太陽(yáng)能電池效率的主要因素有？

1）太陽(yáng)能出池的理論效率存在極限值。由于只有能量高于半導(dǎo)體帶隙的光子才能對(duì)太陽(yáng)能

電池作出貢獻(xiàn)，而且不論能量多高，每一個(gè)光子只能產(chǎn)生一對(duì)電子和空穴，這兩點(diǎn)將單結(jié)太

陽(yáng)能電池的極限效率限制在了44%左右。

2）太陽(yáng)能電池的效率還收到光生載流子符合過(guò)程、各種寄生電阻等問(wèn)題的嚴(yán)重影響。

3）太陽(yáng)能電池的工作條件（太陽(yáng)光入射強(qiáng)度和溫度）對(duì)效率也有非常大的影響。

7-8根據(jù)材料的不同，太陽(yáng)能電池有哪幾種分類?各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

1.體電池

1）單晶硅：具有統(tǒng)一的晶相結(jié)構(gòu)；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(yáng)能材料

1）硅系薄膜太陽(yáng)能材料：非晶硅具有較高的光吸收系數(shù)，可以薄膜化，非晶硅的禁帶寬度

比晶硅大，開(kāi)路電壓高，高溫性和光響應(yīng)性能好，主要原料硅烷，資源豐富。缺點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)

換效率低，光致衰減現(xiàn)象非常嚴(yán)重。2）化合物薄膜太陽(yáng)能電池：化合物半導(dǎo)體的禁帶寬度

在l-L7cV范圍內(nèi)可調(diào)，與太陽(yáng)譜匹配較好，對(duì)光吸收系數(shù)大，對(duì)溫度不敏感，弱光特性好,

可在較高溫度下使用，無(wú)光電衰退效應(yīng)。3）有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池：具有正溫度系數(shù)，使用

壽命可達(dá)15-20年，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是需要用到電解液。

7-9簡(jiǎn)單論述太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及其各部分的功能。

1）太陽(yáng)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(shí)配備旁路元件和接線箱等附件。

2）控制器：控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)，過(guò)放電保護(hù)的作用，

同時(shí)兼具最大功率點(diǎn)跟蹤，溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>

3）蓄電池：儲(chǔ)存電能，直接并網(wǎng)系統(tǒng)可不采用蓄電池。

4）逆變器：直流變?yōu)榻涣骷罢{(diào)壓。

5）其他：監(jiān)控與通信、雷電保護(hù)等輔助設(shè)備。

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7-10請(qǐng)描述燃料出池和原電池的異同點(diǎn)。

原電池是用于儲(chǔ)存電能的化學(xué)裝置，充電時(shí)電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能,

并不直接產(chǎn)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(xué)反應(yīng)就可以一直持續(xù)產(chǎn)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(diǎn)。

火力優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟、成本較低、常規(guī)化化石燃料容易獲得；

缺點(diǎn)：耗能大、效率低、污染大、運(yùn)輸壓力大。

水力優(yōu)點(diǎn)：無(wú)污染，可再生；

缺點(diǎn)：受季節(jié)和氣候因素影響大，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定破壞。

核能優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生溫室氣體，燃料運(yùn)輸壓力?。?/p>

缺點(diǎn)：放射件，退役處理處置難度大，建設(shè)成本高。

燃料電池優(yōu)點(diǎn)：能源轉(zhuǎn)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(diǎn)：造價(jià)偏高，管理復(fù)雜。

7-12根據(jù)燃料電池的發(fā)電原理，試設(shè)計(jì)幾種在日常生活中的應(yīng)用實(shí)例。

燃料電池可以用作移動(dòng)電源安放在車(chē)輛,船舶上；燃料電池可以用于電鍍。

7-13作為燃料電池的結(jié)構(gòu)材料（陽(yáng)極、電解質(zhì)、陰極），請(qǐng)思考影響其性能的關(guān)鍵部件，并

分析原因。

電極材料：良好的電子導(dǎo)體，又具有電催化活性，以便實(shí)現(xiàn)快速的電荷交換；化學(xué)活性穩(wěn)定,

不與其他材料發(fā)生反應(yīng)；多孔結(jié)構(gòu)，保持一定的孔隙率便于氣體擴(kuò)散；廉價(jià)且具有一定的如

循環(huán)特性。

電解質(zhì)：為致密層，隔絕羽、陽(yáng)極氣體；具有較高的離子電導(dǎo)率；具有極低的電子電導(dǎo)率;

具有一定的熱穩(wěn)定性；易于加工，經(jīng)濟(jì)可行。

7-14如果已經(jīng)構(gòu)建了一套開(kāi)路電壓為L(zhǎng)1V,最大電流為10A的單體燃料電池，請(qǐng)根據(jù)要求

搭建一個(gè)4400W,110V的燃料電池堆，并畫(huà)出模擬電路圖。

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7-16請(qǐng)思考燃料出池未能廣泛應(yīng)用的主要原因。

1.燃料電池造價(jià)偏高；2.反應(yīng)/啟動(dòng)性能低；3.碳?xì)淙剂蠠o(wú)法直接利用；4.氫氣存儲(chǔ)技術(shù);

5.靠燃料基礎(chǔ)建設(shè)不足。

第八章變電設(shè)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(diào)壓裝置等部件構(gòu)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(dǎo)線或鋁導(dǎo)線繞制成的線圈和絕緣

件構(gòu)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(nèi)。

絕緣套管：不僅僅作為高低壓引線對(duì)地的絕緣，而且還起著固定引線的作用。

調(diào)壓裝置：又叫分接開(kāi)關(guān)：是采用倒換高壓繞組的分接頭，改變高壓繞組的匝數(shù)方法進(jìn)行分

級(jí)調(diào)壓的裝置。分有載調(diào)壓和無(wú)載調(diào)壓兩種；變壓器的結(jié)構(gòu)還有儲(chǔ)油柜、安全氣道、呼吸器、

散熱器片、凈油器及測(cè)溫裝置等。

8-2變壓器型號(hào)SFPSZ8-63000/220代表的含義是什么？

表示第八次改型設(shè)計(jì)三相三繞組、強(qiáng)迫油循環(huán)、風(fēng)冷、銅繞組、有載調(diào)壓、額定容量為

63OOOKV*A,高壓側(cè)為223Kv等級(jí)。

8-3什么是變壓器的相電壓比？它與變壓器的匝數(shù)有什么關(guān)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、二次繞蛆的接法不同，額定電壓與相電壓存在比例關(guān)系。

8-4電壓互感器的作用是K么？二次測(cè)為什么不許短路？

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在高壓系統(tǒng)中，不能直接裝電壓表測(cè)量高電壓，而采用電壓互感器把高電壓按照一定比例變

為低壓，間接測(cè)好高電壓。這樣能使高低壓隔離，既能保證人身的設(shè)備的安全，又能使出壓

表的討程擴(kuò)大，滿足統(tǒng)一監(jiān)測(cè)監(jiān)控回路系統(tǒng)電壓的需要。

如果電壓互感器二次側(cè)短路，則二次側(cè)電流很大，極容易燒壞電壓互感器，所以電壓互感器

二次側(cè)不允許短路。

8-5甩流互感器的作用是什么？二次側(cè)為什么不允許開(kāi)路？

在高壓系統(tǒng)中，不能直接裝電流表測(cè)電流，而必須采用阻流互感器將電流按一定比例變小，

這樣使測(cè)吊:人員和儀表與高電壓隔離，既能保證安全，又能使儀表導(dǎo)線截面變小，可制造輕

便、經(jīng)濟(jì)的儀器儀表，而且量程經(jīng)電流互感器的變換可擴(kuò)大范圍，使電流表和其他儀器的額

定電流標(biāo)準(zhǔn)化。

當(dāng)電流互感器二次側(cè)開(kāi)路對(duì)，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(chǎn)生很高的電壓，峰值可達(dá)幾千伏，威脅人身安全的儀表安全,

使電流互感器的鐵芯過(guò)熱，絕緣損壞而燒毀，所以電流互感器二次側(cè)不允許開(kāi)路。

8-6什么是電壓互感器的準(zhǔn)確度級(jí)？我國(guó)電壓互感器的準(zhǔn)確度級(jí)有哪些？各適用于什么場(chǎng)

合？

電壓互感器的準(zhǔn)確級(jí)用來(lái)描述一定工況下的誤差允許值.測(cè)量用電壓互感器的準(zhǔn)確級(jí)用在規(guī)

定的一次電壓、二次負(fù)荷和功率因數(shù)下的最大允許百分誤差來(lái)標(biāo)稱，標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級(jí)分為

0.1,020.5,1,3五級(jí)。保護(hù)用電壓互感器的準(zhǔn)確級(jí)用5%額定電壓到與額定電壓因數(shù)K相對(duì)應(yīng)

的電壓范圍內(nèi)最大電壓誤差的白分?jǐn)?shù)來(lái)標(biāo)稱，標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確級(jí)有3P和6PO

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，是個(gè)帶空氣間隙鐵芯的電感線圈，線圈有多個(gè)抽頭，可以通過(guò)

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(diǎn)與地之間，用以在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)提供電感性電流，以抵

消流過(guò)接地點(diǎn)的電容性電流，也使得故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓速度降低，達(dá)到熄滅電

弧的目的。當(dāng)消弧線圈正確調(diào)諧時(shí)，還可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓的幾率，有效的

抑制過(guò)電壓的幅值，同時(shí)也最大限度的減小了故障點(diǎn)熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓等。

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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(bǔ)償線路的容性充電電流，限制系統(tǒng)電壓升高和操作過(guò)電壓的產(chǎn)生，保

證線路可靠運(yùn)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(diǎn)經(jīng)消弧線圈接電的系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈是否帶有阻壓？

消弧線圈的結(jié)構(gòu)是一個(gè)鐵芯帶有氣隙的可調(diào)電感線圈一股為單相式。道弧線圈接在系統(tǒng)中性

點(diǎn)和地之間，正常情況卜.中性點(diǎn)電壓為零，線圈中沒(méi)有電流。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí),

中性點(diǎn)電位升高，而且和詼障相電壓相位相反，經(jīng)過(guò)消孤線圈感抗后，在線圈中會(huì)產(chǎn)生感性

電流，該電流流經(jīng)故障點(diǎn)，并與故障點(diǎn)的容性電流方向相反。當(dāng)選擇合適容量的消弧線圈時(shí),

線圈中的感性電流和非故爆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(wú)功功率，提高功率因數(shù)，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(zhì)量。

8-11應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電容器主要有哪兒類？有什么作用？

L并聯(lián)電容器：發(fā)出無(wú)功功率，提高功率因數(shù)。

2.串聯(lián)電容器：補(bǔ)償線路的分布性電感阻抗，提高系統(tǒng)的靜動(dòng)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(shù)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(chǔ)能的充放電特性，可稱為儲(chǔ)能電容器。

6.標(biāo)準(zhǔn)電容器：用于高壓測(cè)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。

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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(duì)電介質(zhì)材料有什么影響？

1）為了達(dá)到高比容量的目的，應(yīng)采用介電常數(shù)盡可能高的材料；

2）為了保證電容器具有純?nèi)菘?，即避免因極化過(guò)程造成能量損耗，導(dǎo)致產(chǎn)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(shí)。

3）電容器電介質(zhì)還應(yīng)具有高的絕緣電阻值，并保證甩阻值在不同頻率與溫度條件下盡可能

穩(wěn)定，避免因?yàn)殡s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(zhì)具有高的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)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(duì)人體無(wú)害或基本無(wú)害。

8-13簡(jiǎn)述晶閘管正常工作時(shí)的特性。

1）當(dāng)晶閘管承受反向電壓的時(shí)候，無(wú)論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。

2）當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通。

3）晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用，不論門(mén)極觸發(fā)電流是否存在，晶閘管都保持導(dǎo)

通。若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降

到接近于零的某一數(shù)值下，

8-14畫(huà)出3相橋式整流的結(jié)構(gòu)圖與觸發(fā)角為60,時(shí)直流側(cè)與晶閘管上承受的電壓波形？

見(jiàn)電力電子書(shū)。

8-15逆變顛超的原因有哪些？

逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源會(huì)通過(guò)晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓

和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)，由「逆變電路內(nèi)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(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等,

致使晶閘管不能正常換相，

2.晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通。

3.交流電源缺相或突然消失。

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4.換相的裕量角不足，引起換相失敗。

8-16簡(jiǎn)述無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t

無(wú)功補(bǔ)償分為集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和隨機(jī)隨器補(bǔ)償。應(yīng)該遵循全面規(guī)劃、合理市局、分級(jí)補(bǔ)

償、就地平衡的原則;集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主；高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償

相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主；調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主的原則。

8-17無(wú)功補(bǔ)償有哪些方式，各有什么特點(diǎn)？

1.并聯(lián)電容器補(bǔ)償：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便，補(bǔ)償容昂:與供電池壓平方成正比。

2.串聯(lián)電容器：利用其容抗抵消部分線路的感抗，相當(dāng)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(diǎn)能力，

3.調(diào)相機(jī)：既能過(guò)勵(lì)磁輸出感怦功率，又能欠勵(lì)磁運(yùn)行吸收感性功率，可以供給無(wú)功功率、

改善功率因數(shù)，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)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(wú)功功率。

5.靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC):雙向連續(xù)、平滑調(diào)節(jié)無(wú)功功率，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)速度快，但

其本身產(chǎn)生的諧波需要進(jìn)行抑制，否則會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成污染。

第九章開(kāi)關(guān)設(shè)備

9-1開(kāi)關(guān)電器的功能是什么？

開(kāi)關(guān)電器是一種重要的輸配電設(shè)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(dòng)系統(tǒng)中重要的控制和保護(hù)設(shè)備。開(kāi)關(guān)電器的主要功能是接通和斷開(kāi)電路,

即對(duì)電路進(jìn)行“開(kāi)通”和“關(guān)斷”，具體來(lái)講。開(kāi)關(guān)電器的主要作用表現(xiàn)控制作用、保護(hù)作

用、隔離作用、接地保護(hù).

9-2開(kāi)關(guān)電器有哪些類型？

開(kāi)關(guān)電器按照使用電壓的高低分為高壓開(kāi)關(guān)電器和低壓開(kāi)關(guān)電器；按照安裝地點(diǎn)分為戶內(nèi)和

戶外兩類；按照功能分為斷路器，隔離開(kāi)關(guān)，熔斷器，負(fù)荷開(kāi)關(guān)，自動(dòng)重合器和自動(dòng)分段器;

按照組裝方式分為裝配式和成套式。

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9-3開(kāi)關(guān)電器的主要技術(shù)參數(shù)有哪些？

開(kāi)關(guān)電器的主要技術(shù)參數(shù)包括額定電壓、額定絕緣水平、額定電流、穩(wěn)定短時(shí)耐受電流、額

定短路開(kāi)斷電流、額定短路關(guān)合電流、自動(dòng)重合閘性能等。

9-4高壓斷路器的作用是什么？對(duì)其有哪些基本要求？

高壓斷路器是電力系統(tǒng)的最重要的控制和保護(hù)設(shè)備，對(duì)維持電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)和可靠運(yùn)行

起著非常重要的作用。在負(fù)荷投入或轉(zhuǎn)移時(shí)，它應(yīng)準(zhǔn)確地關(guān)合、承載、開(kāi)斷運(yùn)行回路的正常

電流，在設(shè)備（如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等）出現(xiàn)故障或母線、輸配電線路出現(xiàn)故障時(shí)，

它能自動(dòng)地將故障切除，從而保障非故障點(diǎn)的安全連續(xù)運(yùn)行。

高壓斷路器的基本要求：1）工作可靠；2）具有足夠的開(kāi)斷能力；3）具有盡可能短的切斷

時(shí)間；4）具有自動(dòng)重合閘性能；5）具有足夠的接卸強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性能；6）結(jié)構(gòu)筒單、

價(jià)格低廉

9-5高壓斷路器主要結(jié)構(gòu)和主要類型有哪些？

真空高壓斷路器由真空滅孤室、保護(hù)罩、動(dòng)觸頭、靜觸頭、導(dǎo)電桿、開(kāi)合操作機(jī)構(gòu)、支持絕

緣子、支持套管、支架等構(gòu)成，其核心是真空滅弧室。

高壓斷路的主要類型：1）油斷路器；2）真空斷路器；3）空氣斷路器；4）六氟化硫斷路器。

9-6真空斷路器有哪些特點(diǎn)？

1）絕緣性能好；2）滅弧性能強(qiáng)；3）使用壽命長(zhǎng)（機(jī)械壽命和電壽命）；4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

體積小，重量輕，噪聲低；5）因無(wú)油，火災(zāi)的可能性很小，同時(shí)對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染；6）檢

修間隔時(shí)間長(zhǎng)、維護(hù)方便，

9-7隔商開(kāi)關(guān)在系統(tǒng)中的作用是什么？

隔離開(kāi)關(guān)的作用是線路上基本沒(méi)有電流時(shí)，將電氣設(shè)備和高壓電源隔開(kāi)或接通。其主要功能

旦，

7E-

1）隔離電壓；2）切合小電流；3）切換電路；

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9-8開(kāi)關(guān)電器中常采用的滅弧方法有哪些？是列舉2-3種并說(shuō)明其滅弧原理？

1）提高觸頭的分閘速度

迅速拉長(zhǎng)電弧，有利于迅速減小弧柱中的電位梯度，增捫電弧與周I制介質(zhì)的接觸面積，加強(qiáng)

冷卻和擴(kuò)散的作用。

2）吹弧

用新鮮而且低溫的介質(zhì)吹弧時(shí)，可以將帶電質(zhì)點(diǎn)吹到弧隙以外，加強(qiáng)了擴(kuò)散，并代之以絕緣

性能高的新鮮介質(zhì)，同時(shí)由于電弧被拉K變細(xì)，使弧隙的電導(dǎo)下降。吹弧還使甩弧的溫度下

降，熱游離減弱，復(fù)合加快。

3）用優(yōu)質(zhì)滅弧介質(zhì)

火弧介質(zhì)的特性，如導(dǎo)熱系數(shù)、電強(qiáng)度、熱游離溫度、熱容量等，對(duì)電弧的游離程度具有很

大影響，這些參數(shù)值越大，去游離作用越強(qiáng)。在高壓開(kāi)關(guān)中，廣泛采用壓縮空氣、六氟化硫

氣體、直空等作為滅弧介質(zhì)。

9-9負(fù)荷開(kāi)關(guān)的作用是什么?它與隔離開(kāi)關(guān)在結(jié)構(gòu)原理上的主要區(qū)別是什么？

高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)是一種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，具有一定開(kāi)斷和關(guān)合能力的開(kāi)關(guān)電器。它具有一定開(kāi)斷

和關(guān)合能力的開(kāi)關(guān)電器。它具有滅弧裝置和一定的分合間速度，能開(kāi)斷正常的復(fù)合電流和過(guò)

負(fù)荷電流，也能關(guān)合一定的短路電流，但不能開(kāi)斷短路電流。因此，高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)可用于控

制供電線路的負(fù)荷電流，也可以用來(lái)控制空載線路，空載變壓器及電容器等。高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)

在分閘時(shí)有明顯的斷口，可起到隔離開(kāi)關(guān)的作用，與高壓熔斷器串聯(lián)使用，前者作為操作電

器投切電路的正常負(fù)荷電流，而后者作為保護(hù)電器開(kāi)斷電路的短路電流及過(guò)負(fù)荷電流。在功

率不打二大或可靠性要求不高的配電回路中代替斷路器，可以簡(jiǎn)化配電裝置，降低設(shè)備費(fèi)用。

9-10低壓斷路器中的熱脫器的作用是什么？

熱脫扣器要負(fù)擔(dān)主電路的過(guò)載保護(hù)功能，具執(zhí)行部件主要由熱膨脹系數(shù)不同的雙金屬片構(gòu)

成。當(dāng)電路過(guò)載時(shí)，熱脫扣器的熱敏元件使得雙金屬片向上彎曲，推動(dòng)自由脫口機(jī)構(gòu)動(dòng)作，

通常用于長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)。

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9-11熔斷器的作用與特點(diǎn)？

熔斷器是一種短路電流保護(hù)器，廣泛用于高、低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及用出設(shè)備中，主要

進(jìn)行短路保護(hù)或嚴(yán)重過(guò)載保護(hù)。

熔斷器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、布置緊湊、使用方便、動(dòng)作直接，不需要繼電保井和二

次回路相配合；價(jià)格低。熔斷器的缺點(diǎn)是每次熔斷后須停電更換熔件才能再次使用，增加了

停電時(shí)間，保護(hù)特性不穩(wěn)定，保護(hù)選擇性不易配合。

9-12熔斷器的結(jié)構(gòu)與工作原理

熔斷器主要是由熔體、觸頭、滅弧裝置和安裝熔體的絕緣管組成。

熔體在正常工作時(shí)起導(dǎo)通電路的作用，在故障情況下熔體將首先熔化，從而切斷電路以實(shí)現(xiàn)

對(duì)其他設(shè)備的保護(hù)。熔斷器的動(dòng)作是靠熔體的熔斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)通過(guò)熔斷器的電流大于規(guī)定

值時(shí)，以其自身產(chǎn)牛的熱量使熔體熔化而自動(dòng)分?jǐn)嚯娐贰?/p>

9-13高壓熔斷器是如何分類的？

高壓熔斷器有不同的分類方式：

按照安裝地點(diǎn)不同：分為戶內(nèi)式和戶外式。

按熔管的安裝情況：分為固定式和自動(dòng)跌落式。

按開(kāi)斷電流的方式：分為限流式和無(wú)限流式°

9-14為什么在一般的高壓熔斷器中采用高熔點(diǎn)的銅絲，而不采用低熔點(diǎn)的鉛錫合金作熔件？

銅絲進(jìn)過(guò)處理后，其保護(hù)特性優(yōu)于鉛錫合金。當(dāng)銅絲和鉛錫合金絲長(zhǎng)度相等、其額定電流也

想相等時(shí)，鉛錫合金電阻率大，制造的體積也大，因此熱容量也大，其熔斷的時(shí)間較長(zhǎng)；而

銅絲電阻率小，體積小，熱容量小，熔斷時(shí)間較短,但由銅絲做的熔絲因截面積小而不易安

裝，因此必須將銅絲做大，為了降低其熔化溫度，最簡(jiǎn)單的方法是用冶金效應(yīng)法，即難熔的

金屬在某種合金狀態(tài)下變?yōu)橐兹鄄牧系姆椒āＨ缭陔y熔金屬銅的表面焊上金屬錫的小球，當(dāng)

熔件發(fā)熱到錫的熔化溫度對(duì)，錫小球先熔化，滲入銅絲內(nèi)部產(chǎn)生銅錫合金，該合金熔點(diǎn)比銅

大大降低，且發(fā)熱量劇增，因此，銅絲將首先在焊有小錫球處熔斷，產(chǎn)生電弧，電弧的高溫

足以使銅絲沿全K熔化，切斷電路。

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9-15繼電器的作用？

繼電器是一種電子控制電器，根據(jù)電氣量:（如電壓、電流等）或非電氣量（如熱、時(shí)間、壓

力、轉(zhuǎn)速等）的變化接通或斷開(kāi)電路以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)電力裝置的電器。實(shí)質(zhì)上，它是

一種用小電流控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換

電路等作用。

1）擴(kuò)大控制范圍；2）放大作用；3）綜合信號(hào)；4）自動(dòng)、遙控、監(jiān)測(cè)功能。

9-16繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理？

繼電器由感測(cè)機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成,感測(cè)機(jī)構(gòu)已感應(yīng)到的電氣訛傳遞給時(shí)間機(jī)構(gòu),

將它與額定的整定值進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到整定值時(shí)，中間機(jī)構(gòu)便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，接通或斷開(kāi)

被控電路。

9=17什么是熱繼電器？

熱繼電器是用于電動(dòng)機(jī)或者其他電氣設(shè)備、電氣線路的過(guò)載保護(hù)電器。熱繼電器是電流通過(guò)

熱元件加熱，是銀鎘合金雙金屬片分曲，推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的電器。

9-18什么是成套開(kāi)關(guān)設(shè)備？主要絕緣性能參數(shù)有哪些？

以開(kāi)關(guān)設(shè)備為主題的成套配電設(shè)備，即制造廠根據(jù)用戶對(duì)一次接線的要求，將各種一次電器

元件以及控制、測(cè)埴、保護(hù)等裝置組裝在一起而構(gòu)成的成套配電設(shè)備。

絕緣性能參數(shù)：絕緣配合、作用電壓、外絕緣、電氣間隙、對(duì)地電氣間隙、爬電距離、爬電

比距等。

第卜章輸配電線路

10-1架空數(shù)電線路的金具分類及用途如何？

1）懸垂線夾：用于將導(dǎo)線固定在絕緣子串上或?qū)⒌鼐€懸掛在直線趕他上，亦