Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - материаловедение - файл М у по диэлектрикам.doc


Лекции - материаловедение
скачать (1364.4 kb.)

Доступные файлы (7):

iqtest.exe
Вопросы к экзамену.doc24kb.01.01.2003 08:40скачать
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.doc585kb.01.01.2003 08:35скачать
М у по введение.doc41kb.08.09.2006 20:16скачать
М у по диэлектрикам.doc349kb.21.11.2005 18:28скачать
М у по полупроводникам.doc1571kb.06.09.2005 18:34скачать
М у по проводникам.doc506kb.20.04.2005 21:11скачать

М у по диэлектрикам.doc

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ


по курсу «Материаловедение»


Нижний Новгород 2005

УДК 621.313


Составитель: А.В. Богатырева



Методические указания к лабораторной работе «Определение диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь изоляционных материалов» для студентов специальностей 100200, 100400, 180400, 180500, 180700, 180800, 180900, 200400 / НГТУ; Сост.: А.В. Богатырева - Н. Новгород.2005. - 18с.
^

Даются описание лабораторных установок, порядок выполнения работы, задания и краткие сведения из теории.




Редактор: Э.Б. Абросимова




Подп. к печ. 18.04.2005. Формат 60х84I /16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ.л. . Уч.-изд. л. . Тираж 200 экз. Заказ .

___________________________________

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. 603600, Н. Новгород, ул.Минина, 24.

© Нижегородский государственный

технический университет, 2005

ВВЕДЕНИЕ


Основным, характерным для любого диэлектрика процессом, возникающим при воздействии на него электрического напряжения, является поляризация — ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул.

О явлениях, обусловленных поляризацией диэлектрика, можно судить по значению диэлектрической проницаемости, а также угла диэлектрических потерь, если поляризация диэлектрика сопровож­дается рассеянием энергии, вызывающим нагрев диэлектрика. В нагреве технического диэлектрика могут участвовать содержащиеся в нем немногочисленные свободные заряды, обусловливающие воз­никновение под воздействием электрического напряжения малого сквозного тока, проходящего через толщу диэлектрика и по его по­верхности. Наличие сквозного тока объясняется явление электро­проводности технического диэлектрика, численно характеризуемой значениями удельной объемной электрической проводимости и удельной поверхностной электрической проводимости, являющимися об­ратными соответствующим значениям удельных объемного и поверхностного электрических сопротивлений.

Любой диэлектрик может быть использован только при напря­жениях, не превышающих предельных значений, характерных для него в определенных условиях. При напряжениях выше этих пре­дельных значений наступает пробой диэлектрика — полная потеря им диэлектрических свойств.

Значение напряжения, при котором происходит пробой диэлек­трика, называется пробивным напряжением, а соответствующее зна­чение напряженности внешнего однородного электрического поля — электрической прочностью диэлектрика.


^ ЦЕЛЬ РАБОТЫ


Определить диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь образцов изоляционных материалов.


КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
^

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ



Под влиянием электрического поля связанные электрические заряды диэлектрика смещаются в направлении действующих на них сил и тем больше, чем выше напряженность поля. При снятии элек­трического поля заряды возвращаются в прежнее состояние. В по­лярных диэлектриках, содержащих дипольные молекулы, воздей­ствие электрического поля вызывает еще и ориентацию диполей в направлении поля; при отсутствии поля диполи дезориентируются вследствие теплового движения.



Рис.1.


Любой диэлектрик с нанесенными на него электродами, вклю­чённый в электрическую цепь, может рассматриваться как конден­сатор определенной емкости (рис. 1).

Заряд конденсатора, как известно, равен

Q = CU, (1)

где С - емкость конденсатора; U - приложенное напряжение.

Заряд Q при заданном значении приложенного напряжения сла­гается из заряда Q0, который присутствовал бы на электродах, если бы их разделял вакуум, и заряда Qд, который обусловлен по­ляризацией диэлектрика, фактически разделяющего электроды:

Q = Qo + Qд. (2)

Одной из важнейших характеристик диэлектрика является его относительная диэлектрическая проницаемость . Эта величина представляет собой отношение заряда Q, полученного некотором напряжении на конденсаторе, содержащем данный диэлектрик, к заряду Q0, который можно было бы получить в конденсаторе тех же размеров и при том же напряжении, если бы между электродами находился вакуум:

.
^

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ



Диэлектрическими потерями Ра называют мощность, рассеиваемую в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вы­зывающую нагрев диэлектрика.

Диэлектрические потери зависят от электрического тока, проходящего в диэлектрике, помещенном в электрическом поле.

Поляризационные процессы смещения связанных зарядов в ве­ществе до момента установления равновесного состояния протекают во времени, создавая токи смещения, в диэлектриках. Токи смеще­ния упругосвязанных зарядов при электронной и ионной поляри­зациях столь кратковременны, что их обычно не удается зафиксиро­вать прибором. Токи смещения различных видов замедленной поля­ризации, наблюдаемые у большого числа технических диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжения; при переменном напряжении они протекают в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

Наличие в технических диэлектриках небольшого числа свобод­ных зарядов приводит к возникновению слабых по величине сквоз­ных токов. Ток утечки в техническом диэлектрике представляет собой сумму сквозного тока и тока абсорбции



Диэлектрические потери в электроизоляционном материале можно характеризовать рассеиваемой мощностью, отнесенной к единице объема, или удельными потерями. Чаще для оценки способности диэлектрика рассеивать мощность в электрическом поле используют эквивалентную электрическую схему замещения диэлектрика в электрическом поле. В такой схеме емкостные элементы С1, С2 имитируют процессы поляризации, а активные сопротивления R2 и R3 отражают потери при поляризации и протекании сквозного тока соответственно.



Рис.2. Эквивалентная электрическая схема замещения

диэлектрика в электрическом поле


На основе электрической схемы замещения строится векторная диаграмма токов и напряжении диэлектрика.



I1 – емкостной ток, обусловленный мгновенными видами поляризации, не вызывающий нагрев диэлектрика;

I2’ – емкостной ток, обусловленный замедленными видами поляризации, не вызывающий нагрев диэлектрика;

I2” – активный ток, обусловленный замедленными видами поляризации, вызывающий нагрев диэлектрика;

I3 – сквозной ток в диэлектрике, вызывающий нагрев диэлектрика.


Рис.3. Векторная диаграмма, построенная для электрической схемы замещения диэлектрика в электрическом поле


По векторной диаграмме определяется угол диэлектрических потерь, который характеризует количества тепла, выделяющегося в диэлектрике. Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до 90° угол фазового сдвига между током и напряжением в емкост­ной цепи. Для идеального диэлектрика вектор тока в такой цепи будет опережать вектор напряжения на 90°, при этом угол диэлек­трических потерь будет равен нулю. Чем больше рассеиваемая в диэлектрике мощность, переходящая в теплоту, тем меньше угол фазового сдвига и тем больше угол и его функция tg .

Тангенс угла диэлектрических потерь имеет важное значение, т.к. его величина прямопропорциональна диэлектрическим потерям. С ростом частоты нагрев диэлектрика увеличивается, а это значит, что в высоковольтной и высокочастотной технике необходимо применять диэ­лектрики с низким значением tg (порядка 10-5). Кроме того, конден­сатор с диэлектриком, имеющим большое значение tg , ухудшает доб­ротность колебательного контура.



отсюда .

Недопустимо большие диэлектрические потери в электроизо­ляционном материале вызывают сильный нагрев изготовленного из него изделия и могут привести к его тепловому разрушению. Даже если напряжение, приложенное к диэлектрику, недостаточно велико для того, чтобы за счет диэлектрических потерь мог произойти недопустимый перегрев, то и в этом случае большие диэлектрические потери могут принести существенный вред, увеличивая, например, активное сопротивление колебательного контура, в котором исполь­зован данный диэлектрик, а, следовательно, и величину затухания.

Природа диэлектрических потерь в электроизоляционных мате­риалах различна в зависимости от агрегатного состояния вещества. Диэлектрические потери могут обусловливаться сквозным током и активными составляющими токов смещения. При изучении диэлек­трических потерь, непосредственно связанных с поляризацией диэлектрика, можно характеризовать это явление поляризации кри­выми, представляющими зависимость электрического заряда на электродах конденсатора с данным диэлектриком от приложенного к конденсатору напряжения (рис. 4). При отсутствии потерь, вы­зываемых явлением поляризации, заряд линейно зависит от напря­жения (рис. 4, а) и такой диэлектрик называется линейным. Если в линейном диэлектрике наблюдается замедленная поляризация, связанная с потерями энергии, то кривая зависимости заряда от напряжения приобретает вид эллипса (рис. 4, б). Площадь этого эллипса пропорциональна количеству энергии, которая поглощается диэлектриком за один период изменения напряжения.

Для нелинейного диэлектрика – сегнетоэлектрика - кривая за­висимости заряда от напряжения приобретает вид петли гистерезиса, характерной для магнитных материалов. Площадь петли пропорциональна потерям энергии за один период в единице объема диэлектрика.

­

Рис. 4. Зависимость заряда от напряжения для

ли­нейного диэлектрика без потерь (а), с потерями (б)


В технических электроизоляционных материалах, помимо по­терь от сквозной электропроводности и потерь от замедленной поля­ризации, возникают диэлектрические потери, которые сильно влияют на электрические свойства диэлектриков. Эти потери вызываются наличием изолированных друг от друга посторонних проводящих или полупроводящих включений углерода, оксидов железа; они зна­чительны даже при малом содержании таких примесей в электроизо­ляционном материале.

При высоких напряжениях потери в диэлектрике возникают вследствии ионизации газовых включений внутри диэлектрика, особенно интенсивно происходящей при высоких частотах.


^ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Смолы

Смолы — применяемое в практике, хотя и не вполне строгое с научной точки зрения, название обширной группы материалов, которые характеризуются как некоторым сходством химической природы (это сложные смеси органических веществ, главным образом высокомолекулярных), так и некоторыми общими для них физическими свойствами. При достаточно низких температурах смолы - это аморфные, стеклообразные массы, более или менее хрупкие.

При нагреве смолы (если только они ранее не претерпевают химических изменений) размягчаются, становясь пластичными, а затем жидкими. Применяемые в электроизоляционной технике смолы большей частью нерастворимы в воде и мало гигроскопичны, но растворимы в подходящих по химической природе органических растворителях. Обычно смолы обладают клейкостью и при переходе из жидкого состояния в твёрдое (при охлаждении расплава или при испарении летучего растворителя из раствора) прочно пристают к соприкасающимся с ними твердым телам.

Смолы широко применяются в виде важнейшей составной части лаков, компаундов, пластических масс, пленок, искусственных и синтетических волокнистых материалов и т. п. По своему происхождению смолы делятся на природные, искусственные и синтетические.

Природные смолы представляют собой продукты жизнедеятельности животных организмов (пример — шеллак) или растений-смолоносов (канифоль); их получают в готовом виде и лишь подвергают сравнительно несложным операциям очистки, переплавки и т. п. Сюда же относятся ископаемые смолы (копалы), представляющие собой остатки разложившихся в земле деревьев-смолоносов.

Наибольшее значение в электрической изоляции имеют синтетические смолы — полимеризационные и конденсационные. Общим недостатком конденсационных смол является то, что при их отверждении происходит выделение воды или других низкомолекулярных веществ, остатки которых могут ухудшить электроизоляционные свойства смолы. Кроме того, молекулы конденсационных смол, как правило, содержат полярные группы, что повышает их угол диэлектрических потерь и гигроскопичность; полимеризационные же смолы могут быть и неполярными (примеры: полимеры углеводородного состава, политетрафторэтилен).


^ Электроизоляционные лаки

Большое значение в электроизоляционной технике имеют лаки и компаунды. В процессе изготовления изоляции их используют в жидком виде, но в готовой, работающей изоляции они находятся уже в твердом состоянии. Таким образом, лаки и компаунды являются твердеющими материалами.

Лаки - это коллоидные растворы смол, битумов, высыхающих масел, составляющие, так называемую лаковую основу в летучих растворителях. При сушке лака растворитель улетучивается, а лаковая основа переходит в твердое состояние, образуя (в тонком слое) лаковую пленку.

По применению электроизоляционные лаки разделяются на три группы: пропиточные, покровные и клеящие.

^ Пропиточные лаки служат для пропитки пористой, и в частности волокнистой изоляции (бумага, картон, пряжа, ткань, изоляция обмоток электрических машин и аппаратов). После пропитки поры в изоляции оказываются заполненными уже не воздухом, а высохшим лаком, имеющим значительно более высокую электрическую прочность и теплопроводность, чем воздух. Поэтому в результате пропитки повышается пробивное напряжение, увеличивается теплопроводность (это важно для отвода тепла потерь), уменьшается гигроскопичность, улучшаются механические свойства изоляции. После пропитки органическая волокнистая изоляция в меньшей мере подвергается окисляющему влиянию воздуха, а потому ее нагревостойкость повышается.

^ Покровные лаки служат для образования механически прочной, гладкой, блестящей, влагостойкой пленки на поверхности твердой изоляции (часто — на поверхности предварительно пропитанной пористой изоляции). Такая пленка повышает напряжение поверхностного разряда и поверхностное сопротивление изоляции, создает защиту лакируемого изделия от действия влаги, растворителей и химически активных веществ, а также улучшает внешний вид изделия и затрудняет приставание к нему загрязнений.

Некоторые покровные лаки (эмаль-лаки) наносят не на твердую изоляцию, а непосредственно на металл, образуя на его поверхности электроизоляционный слой (примеры: изоляция эмалированных проводов, изоляция листов электротехнической стали в расслоенных магнитопроводах электрических машин).

К покровным лакам принадлежат также пигментированные эмали; это лаки, в состав которых входит пигмент, т. е. порошок неорганического состава (обычно - оксиды металлов), придающий пленке - определенную окраску, улучшающий ее механическую прочность, теплопроводность и адгезию к поверхности, на которую нанесен лак. В полупроводящих лаках пигментом является углерод (сажа); пленки таких лаков имеют низкое удельное поверхностное

^ Клеящие лаки применяются для склеивания между собой твердых электроизоляционных материалов (пример: клейка листочков расщепленной слюды при изготовлении миканитов) или для приклеивания их к металлу. Помимо высоких электроизоляционных свойств и малой гигроскопичности (общие требования для всех электроизоляционных лаков), клеящие лаки должны обеспечивать особо высокую адгезию к склеиваемым материалам.

Приведенное разделение лаков по областям применения не всегда может быть выдержано достаточно строго. Так, при изготовлении гетинакса и текстолита лак, пропитывающий отдельные слои бумаги или ткани и склеивающий эти слои друг с другом, является одновременно пропиточным и клеящим.

По режиму сушки различают лаки горячей (печной) сушки, которые требуют для сушки повышенной температуры (обычно более 100° С), и лаки холодной (воздушной) сушки, которые достаточно быстро и хорошо сохнут при комнатной температуре.

Режим сушки лака определяется как его основой, так и растворителем. Если основа лака термореактивна, для сушки обычно нужна повышенная температура; лаки с термопластичной основой не требуют запекания пленки при высокой температуре.

Лаки, в состав которых входит растворитель, кипящий при высокой температуре (например, керосин), требуют печной сушки независимо от вида лаковой основы; лаки с растворителем, легко испаряющимся при нормальной температуре (например, бензин или ацетон), могут быть лаками [воздушной сушки, если только их основа не требует высокой температуры для запекания пленки. Как правило, лаки печной сушки дают более высококачественную пленку, чем лаки воздушной сушки; последние применяются в основном при ремонтных работах.

Компаунды

Компаунды отличаются от лаков отсутствием в их составе растворителя.

Они состоят из различных смол, битумов, восков, масел и др.; если компаунд в исходном состоянии тверд, его перед употреблением нагревают до необходимой температуры, чтобы получить массу достаточно низкой вязкости.

По применению компаунды делятся на две основные группы.

Пропиточные компаунды, назначение которых аналогично назначению пропиточных лаков.

Заливочные компаунды служат для заполнения сравнительно больших полостей, промежутков между различными деталями в электрических машинах и аппаратах, а также для получения сравнительно толстого покрытия на тех или иных электротехнических деталях, узлах, блоках.

Применение заливочных компаундов преследует цели защиты изоляции от увлажнения и от действия химически активных веществ, увеличения разрядного напряжения, улучшения условий отвода тепла и пр.

Наиболее старыми по времени внедрения в электропромышленность компаундами являются битумы с определённой температурой размягчения (тугоплавкие битумы требуют высокой температуры при компаундировании, но зато имеют более высокие электроизоляционные свойства, нагревостойкость и стойкость к действию растворителей). Иногда битумные компаунды используют для пропитки статорных обмоток электрических машин. По сравнению с пропиточными лаками они способны обеспечить лучшую влагостойкость и влагонепроницаемость изоляции, так как при охлаждении после пропитки затвердевают полностью и в них не остается крупных пор (каналов) — следов растворителя, испаряющегося из затвердевающего материала, что может иметь место при пропитке лаками. Для пропитки роторных обмоток битумные компаунды непригодны из-за своей термопластичности; битум, размягченный при нагреве до рабочей температуры машины, может быть выброшен из вращающейся обмотки действием центробежной силы. Чтобы несколько повысить нагревостойкость и маслостойкость битумного,компаунда, к нему примешивают некоторое количество высыхающего масла. Если же требуется понизить температуру размягчения,компаунда, к нему добавляют некоторое количество компаунда-разбавителя, т. е. битума с низкой, температурой размягчения (60—70° С). В этом, в частности, возникает необходимость, когда компаунд долгое время применялся для пропитки различных изделий и от нагрева в присутствии воздуха повысил температуру размягчения. При заполнении компаундом воздушных промежутков между катушками электрических аппаратов и металлическими кожухами существенно улучшаются условия отвода тепла, вследствие чего мощность аппарата может быть повышена. Теплоотвод можно улучшить еще больше, если применить обладающий повышенной удельной теплопроводностью кварц-компаунд, т. е. битум, смешанный с минеральным кристаллическим наполнителем — чистым кварцевым песком.

В кабельной технике большое значение имеют кабельные компаунды.


^ Волокнистые материалы (бумага и картон)

Бумага и картон — это листовой или рулонный материал коротковолокнистого строения, состоящий в основном из целлюлозы. Для их производства обычно применяют древесную целлюлозу. В состав древесины помимо целлюлозы и воды входят различные вещества, которые рассматриваются как примеси: лигнин (при­дающий древесине хрупкость), смолы (особенно в древесине хвойных пород), соли и др. Для удаления примесей размельченная в щепу древесина подвергается варке в котлах, содержащих водные растворы щелочей или кислот, которые переводят в растворимые в воде соединения; затем целлюлоза тщательно отмывается водой от примесей.

При изготовлении же бумаги, применяемой в качестве электрической изоляции применяется суль­фатная и натронная целлюлоза, получаемая путем варки древесины в растворах, содержащих едкий натрий NаОН. Щелочная целлюлоза обычно не отбеливается и сохраняет желтоватый цвет, обусловленный неудаленными красящими веществами древесины. Щелочная целлюлоза дороже сульфитной. Однако, поскольку в процессе щелочной варки исходная целлюлоза древесины в меньшей мере подвергается де­струкции (разрушению макромолекул) и сохраняет более высокую молекулярную массу и длину волокон, чем в процессе кислотной варки, щелочные бумаги имеют более высокую механическую прочность и более стойки к тепловому старению, что для технических бумаг, в частности электроизоляционных, чрезвычайно важно.


^ Слоистые пластики (гетинакс и текстолит)

Из слоистых пластиков наиболее широкое распространение по­лучили гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит.

Гетинакс - слоистый листовой материал, изготовленный методом горячего прессования двух или более слоев бумаги, пропи­танной термореактивной смолой. В зависимости от марки гетинакса в качестве связующего вещества применяют фенолформальдегидную или эпоксидную смолу.

Гетинакс сохраняет основные параметры в интервале темпера­тур от -60 до +105°С; обладает анизотропностью (электрическая прочность гетинакса вдоль слоев в 5...8 раз ниже, чем поперек, а удельное электрическое сопротивление ниже в 50... 100 раз). Влагостойкость вдоль слоев гетинакса значительно ниже, чем поперек. Гетинакс растворяется в кислотах и щелочах, устойчив к действию минеральных масел и жиров.

Изделия из гетинакса изготавливают механической обработкой, штамповкой и вытяжкой. Детали из листов толщиной более 15 мм штампуют с нагреванием до температуры 120...130°С, а вытягива­ют с нагреванием до температуры 150...180°С. Для повышения вла­гостойкости изделия из гетинакса пропитывают в бакелитовой смо­ле, разведенной в спирте, с последующей сушкой, т.е. подвергают бакелизации.

Выпускается гетинакс в виде листов и плит толщиной 0,4.. .50 мм в виде трубок и цилиндров, из которых изготавливают каркасы ка­тушек и изоляционные трубки диаметром 10...80 мм с толщиной стенок 1,5...5 мм. Гетинакс используют также в качестве оснований для печатных плат.

Текстолит - слоистый материал, изготовленный методом го­рячего прессования хлопчатобумажной ткани, пропитанной фенолформальдегидной смолой. Промышленность выпускает текстолит конструкционный и электротехнический на основе таких тканей, как бязь, миткаль, шифон (для изделий, работающих на высоких частотах).

Текстолит конструкционный выпускается в виде листов толщи­ной 0,5...8 мм и плит толщиной 8...70 мм. Текстолит используют в интервале температур от -60 до + 150°С.

Текстолит электротехнический выпускается в виде листов тол­щиной 0,5...8 мм и плит толщиной 0,5...50 мм. Этот текстолит ис­пользуют в интервале температур от -60 до + 105°С.

Листовой текстолит применяют как конструкционно-изоляцион­ный материал для изготовления изделий, которые подвергаются ударным нагрузкам, истиранию (детали переключателей), не требу­ют высоких электроизоляционных свойств (панели, каркасы, щиты, крепежные планки), а также в качестве оснований для печатных плат!

Детали из текстолита изготавливают по такой же технологии, как и детали из гетинакса, подвергая их бакелизации.

Текстолит значительно дороже гетинакса, так как стоимость тка­ни значительно выше стоимости бумаги.

Стеклотекстолит - это слоистый материал, полученный горячим прессованием стеклоткани, пропитанной термореактивны­ми смолами. Выпускается в виде листов толщиной 0,5.. .8 мм и плит толщиной 9...35 мм. Стеклотекстолит используют при температу­ре до 200 °С. Он обладает повышенной влагостойкостью и лучши­ми электрическими и механическими параметрами по сравнению с гетинаксом и текстолитом, но хуже обрабатывается механически.

Асботекстолит - это слоистый пластик, полученный горя­чим прессованием асбестовой ткани, пропитанной резольной фенолформальдегидной смолой. Выпускается в виде плит толщиной 6...30 мм. Применяется для изготовления деталей с повышенной теплостойкостью.


^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


1. Определить диэлектрическую проницаемость образца, используя прибор "ИЗМЕРИТЕЛЬ ДОБРОТ­НОСТИ", косвенным методом.

2. Определить, используя ту же методику, тангенс угла диэлектрических потерь образца.

3. Построить векторные диаграммы напряжений и токов образца по полученным данным в относительных единицах.


^ ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ


Выполнение работы делится на два этапа - это подготовка прибо­ра-измерителя к работе и непосредственное проведение замеров.


^ ПОРЯДОК ПОДГОТОВКИ ПРИБОР Q-ИЗМЕРИТЕЛЯ К РАБОТЕ


- Включить прибор и прогреть его 10-15 мин;

- Поста­вить переключатель режимов в положение "УСТАНОВКА НУЛЯ" , ручку "УРОВЕНЬ" - в крайнее левое положение. Переключатель "ШКАЛА Q" пос­тавить в положение "60". Ручками "НУЛЬ Q" и "НУЛЬ УРОВНЯ" устано­вить нули ламповых вольтметров.

- Перевести переключатель режимов в положение "КАЛИБРОВКА". Руч­кой "УРОВЕНЬ" установить стрелку вольтметра "УРОВЕНЬ" на риску, а потенциометром с гравировкой "60", ручка которого выведена под шлиц на переднюю панель, установить стрелку Q - вольтметра на конечную риску шкалы "30". Таким же методом установите нули вольтметров и откалибруйте шкалы 200 и 800, регулируя соответственно потенциомет­рами с гравировкой "200" и "800".

- Переключатель режимов поставить в положение "ИЗМЕРЕНИЕ". Прибор готов к измерениям.


^ ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЯ


Измерения и tg проводят по схеме, изображенной на рис. 5, на базе кото­рой построен прибор-измеритель, принцип работы схемы основан на ре­зонансном методе.

С генератором высокой частоты связан измерительный контур, кото­рый состоит из сменной катушки индуктивности Lx и конденсатора пере­менной емкости Со (рис. 5). Напряжение, вводимое в контур (е), измеряется вольтметром уровня V1 . Параллельно измерительному конден­сатору Со включен электронный Q-вольтметр, измеряющий напряжение на реактивном элементе контура. При е=соnst показания Q-во­льтметра в случае резонанса пропорциональны добротности контура, поэ­тому его шкала проградуирована в единицах добротности.



Рис. 5. Схема измерительного контура


Процесс измерения состоит в следующем:

- подключить к клеммам куметра "Lх" вспомогательную катушку индуктивности, соответствующую установленному диапазону частот;

- настроить контур измерителя без образца Сх в резонанс на час­тоте f изменением емкости Со и определить значение резонансной емко­сти C1 и добротности контура Q1;

- подключить конденсатор с исследуемым диэлектриком Сх подключите к клемам прибора "Сх". Емкость конту­ра при этом возрастет (рис. 6);




Рис. 6. Резонансные кривые без образца (1), с образцом (2)


- настроить вторично контур в резо­нанс на той же частоте путем изменения емкости измерительного контура. При этом определяются новые значения С и Q .

- измерения провести на пяти различных частотах и занести измеренные данные в табл. 1.


Таблица 1

Образец толщиной h

f

Cx

Qx














^ ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ:

- расстояние между измерительными электродами при определении С1 и Q1 без диэлектрика должно быть максимальным, для снижения влияния емкости электродов;

- величины С2 и Q2 с диэлектриком должны быть меньше С1 и Q1 при одинаковой частоте;

- диаметр измерительных электродов равен 2,5 см;

- приложенное напряжение равно 1В

- расстояние между электродами при исследовании образца равно тол­щине этого образца и определяется при помощи микрометра для каждого образца.


^ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ


Зная величины С1, Q1, С2, Q2, можно с помощью приведенных формул определить величины емкости и добротности конденсатора с образцом диэлектрика Сх и Qх, а затем величины и tg для соответству­ющей частоты:



где h - толщина образца в см, S - площадь электрода в см2, Сх - в пикофарадах.

Данные расчетов свести в таблицу 2.

Таблица 2

Образец толщиной h

f

tg
















По полученным расчетным данным построить векторные диаграммы токов и напряжений, определить величину Ра и построить график зависимости потерь диэлектрика от частоты. В выводе сравнить параметры раз­личных образцов, дать их качественную оценку.


^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ


  1. Что такое поляризация и диэлектрическая проницаемость? Как они связаны между собой?

  2. Какие основные виды поляризации наблюдаются у диэлектриков?

  3. Как изменяется диэлектрическая проницаемость при различных видах поляризации при изменении температуры диэлектрика?

  4. Как изменяется диэлектрическая проницаемость при различных видах поляризации при изменении частоты приложенного напряжения?

  5. Дайте понятие электропроводности диэлектриков.

  6. В чем отличие электропроводности диэлектриков в постоянных и переменных электрических полях?

  7. Что такое диэлектрические потери и почему они возникают?

  8. С помощью электрической схемы замещения и векторной диаграммы, построенной для неё, дайте понятие угла диэлектрических потерь.

  9. Пробой в жидких, твердых и газообразных диэлектриках.

  10. Классификация диэлектриков.

  11. Дайте характеристику различным диэлектрическим материалам (трансформаторное и конденсаторное масла, битумы, смолы, лаки, компаунды, волокнистые материалы, слоистые пластики).



ЛИТЕРАТУРА





  1. Богородицкий Н.П. и др. Электротехнические материалы. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

  2. Журавлева. Электроматериаловедение. – М.:ПрофОбрИздат, 2002

  3. Справочник по электротехническим материалам. Т.1, 2, 3.

  4. Электротехнический справочник, Т.1.



Скачать файл (1364.4 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации