تحليل مقاومة الموصل الكهربائي كدالة لمعلمات عملية تصلب العمل وقياسها

في السياق الاقتصادي الحالي، تواجه صناعة الكابلات الكهربائية تحديات فنية واقتصادية. وفي الواقع، وبسبب عولمة الأسواق العالمية والارتفاع المستمر في أسعار المواد الخام اللازمة لصناعة الكابلات الكهربائية، وخاصة النحاس، يتعين على الشركات المصنعة تكييف نماذجها الاقتصادية من أجل ضمان استدامة أنشطتها. ولذلك يجب عليهم وضع استراتيجية عالمية لتحسين أداء عمليات التصنيع من ناحية، ومن ناحية أخرى، لتحسين معايير تصميم الكابلات الكهربائية. الهدف هو جزء من نهج لتحسين استهلاك المواد الخام مع احترام إطار المتطلبات القياسية للكابلات الكهربائية. إلا أن هذا الهدف لا يمكن تحقيقه دون الفهم التفصيلي للظواهر الكهربائية السائدة في هياكل الكابلات. ولهذا السبب، تعد دراسة عمليات التصنيع ومعايير التصميم أمرًا ضروريًا لتحديد وقياس تأثيراتها على السلوك الكهربائي، وبشكل أكثر دقة على المقاومة الكهربائية الإجمالية للكابلات. تتكون الأخيرة عمومًا من قلب موصل من النحاس أو الألومنيوم وطبقة واقية واحدة أو أكثر من المواد العازلة و/أو المعدنية. تركز الأبحاث بشكل أساسي على دراسة الجزء الموصل من الكابل. يتكون هذا من خيوط وحدة مجمعة في طبقات متتالية متحدة المركز. يمكن أن يكون شكل الخيوط دائريًا أو جانبيًا أو مثلثيًا أو بيضاويًا، وما إلى ذلك. بشكل عام، يتم تصنيع القلب الموصل باستخدام عمليات التشوه الباردة، مثل الأسلاك والضغط. وخلال هذه العمليات يتعرض لتشوهات بلاستيكية للوصول إلى مواصفات هندسية محددة. تنتج هذه التشوهات عن مجالات الإجهاد الناتجة عن قوى الشد والالتواء والضغط والاحتكاك الخاصة بعمليات التصنيع. من المقبول أن تؤثر هذه التشوهات على السلوك الميكانيكي والكهربائي للنواة الموصلة. من وجهة نظر ميكانيكية، تؤدي التشوهات البلاستيكية لخيوط الوحدة إلى تصلب المادة عن طريق تصلب الانفعال، وبالتالي تعديل خواصها الميكانيكية الإجمالية. وينتج عن هذا زيادة في الحد المرن للمادة وصلابة ميكانيكية أكثر وضوحًا في جر القلب الموصل. ومن المفهوم أن التعديلات التي تمت ملاحظتها ليست هي نفسها من تصميم إلى آخر. وهي تعتمد بعد ذلك على معلمات التصميم، مثل عدد وشكل الخيوط الأولية، وعدد الطبقات، وخطوة الأسلاك، واتجاه الأسلاك، ومعدل الضغط (معدل ضغط النواة)، وشكل وحجم الوصلات البينية. مناطق الاتصال حبلا. من الناحية الكهربائية، يجب دراسة كل هذه الاختلافات من أجل تحديد تأثيرها، وفي نفس الوقت على التوصيل الكهربائي للمادة، وتوزيع التيار والمقاومة الكهربائية الكلية للكابل. يركز البحث على تحليل السلوك الكهربائي للخيوط الموصلة للكابلات الكهربائية، وبشكل أكثر تحديدًا على مقاومتها الكهربائية الإجمالية.
سيهتم التحليل بشكل أساسي بدراسة المقاومة الكهربائية في الوضع الثابت (التيار المباشر). وتتمحور الأهداف الصناعية حول النقاط التالية:
- فهم الظواهر الكهربائية التي تسود النفوس الموصلة،
- حجم النوى الموصلة للحصول على مقاومة كهربائية محددة،
- التقليل من استهلاك المواد الخام وخاصة النحاس.
ولتحقيق هذه الأهداف تم استخدام أدوات حسابية تعتمد على النماذج العددية للتنبؤ بالسلوك الميكانيكي والكهربائي للموصلات.
أولاً، سيسمح لنا إعادة إنتاج عمليات الكابلات والضغط بتقريب مجالات التشوه للنواة الموصلة والشكل الحقيقي لمناطق الاتصال بين الخيوط. ثانيًا، سيحدد التحليل الكهربائي تأثيرها على توصيل التيار، وبالتالي على المقاومة الكهربائية الكلية للنواة الموصلة.
سيتم استخدام هذه النماذج، المستندة إلى طريقة العناصر المحدودة، لتحديد تأثير معلمات عمليات الكابلات والضغط على الخواص الكهربائية للنوى الموصلة. سيتم استخدام نتائج عمليات المحاكاة لإنشاء مجموعة من معلمات التصميم من أجل تحسين استهلاك المواد الخام.
يتعرض القلب الموصل لتشوهات بلاستيكية بسبب تصلب المادة أثناء التصنيع؛ سيكون من المفيد بعد ذلك تحليل تأثيرها على التوصيل الكهربائي للمادة.
من وجهة النظر البلورية، ترجع هذه التشوهات البلاستيكية إلى تكوين وتكاثر وإزاحة العيوب الخطية المتنقلة في الشبكة البلورية للمعدن.
وتسمى هذه العيوب الاضطرابات. يؤدي العدد المتزايد من الاضطرابات الناتجة عن التشوهات البلاستيكية وتفاعلها مع بعضها البعض (أو مع الشوائب والرواسب وما إلى ذلك) إلى تقليل حركتها. وهذا يؤدي إلى تصلب الهيكل المعدني للمعدن.
وتسمى هذه الظاهرة "تصلب". يؤدي هذا أيضًا إلى انخفاض حجم الحبوب وبالتالي زيادة عدد حدود الحبوب في الهيكل المعدني.
بالإضافة إلى ذلك، فإن العيوب والفراغات الموجودة في الشبكة البلورية للمعدن، تشكل عوائق أمام حاملات الشحنات الكهربائية (الإلكترونات).
تسبب هذه الاختلافات تدهورًا في التوصيل الكهربائي للمادة، ولكن أيضًا توزيعًا غير متساوٍ لها في قسم النواة الموصلة.
سيتم وصف مقاومة التلامس الكهربائي والتباين في التوصيل الكهربائي كدالة لتصلب المادة بالإجهاد بشكل تجريبي.
بعد ذلك، سيتم استخدام الأخير في النماذج العددية من خلال تحديد استراتيجية اقتران ميكانيكي كهربائي، مما يجعل من الممكن مراعاة تأثير مقاومة التلامس وتصلب الإجهاد على المقاومة الكهربائية الإجمالية للكابلات.