|
|
контрольная электроснабжение. оренбургский государственный университет
 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Электроэнергетический факультет Кафедра электро- и теплоэнергетики КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТАпо дисциплине «Электротехническое и конструкционное материаловедение» Расчет параметров электротехнических материаловОГУ 130302.4022.912 О Руководитель работы А.А. Веремеев «»2022 г. Исполнитель Студент гр. З-20ЭЭ(б)Э(у) А.А. Кондратов «»2022 г. Оренбург 2022
Содержание
|
|
1 Задача №1…………………….…………………………………………......…
|
6
|
2 Задача №2………………………………………………………………………
|
9
|
3Задача №3……………………………………………………………………….
|
10
|
4Задача №4……………………………………………………………………….
|
11
|
5Задача №5……………………………………………………………………….
|
15
|
6Задача №6………………………………………………………………………..
|
17
|
7Задача №7………………………………………………………………………..
|
19
|
8Задача №8………………………………………………………………………..
|
21
|
Список использованных источников…………………………………………...
|
|
|
Лист
|
3
|
Задача №1
К образцу прямоугольной формы из диэлектрического материала размерами a=400 мм, b=350 мм и высотой h=1,5мм прикладывается постоянное напряжение U=1кВ. Напряжение подводится к граням ab, покрытым слоем металла. Требуется определить: ток утечки, мощность потерь, удельные потери на постоянном токе.
Затем к образцу прикладывается переменное напряжение с действующим значением U. Требуется определить мощность потерь и удельные диэлектрические потери при частотах f1=60 Гц, f2=6 Гц, f3=0,6 Гц
В цепях постоянного напряжения через диэлектрик длительно протекает незначительный ток, обусловленный движением свободных зарядов. Он называется током сквозной проводимости или током утечки. Ток утечки равен сумме объемного IVи поверхностного ISтоков: I=IV+IS.
Токи IVиISможно определить по закону Ома. Рассчитаем объемный ток утечки IV:
𝑈
𝐼𝑉 = 𝑅
𝑉
𝐼 = 0.7 = 23333 · 10−13 А
𝑉 0,00003
Объемный ток утечки ISравен:
𝑈
𝐼𝑆 = 𝑅
𝑆
𝐼 = 0,7 = 194 · 10−13 А
𝑆 0,0036
где 𝑅 = 𝜌 ℎ – объемное сопротивление образца;
𝑉 𝑎∙𝑏
1,2
𝑅𝑉 = 1,5 = 0,00003 ∙ 1013
300 ∙ 200
𝑅 = 𝜌 ℎ – поверхностное сопротивление.
𝑆 𝑆 2(𝑎+𝑏)
1,2
𝑅𝑆 = 3 = 0,0036 · 1013
2(300 + 200)
|
|
Лист
|
4
|
      
Ток сквозной проводимости равен сумме:
𝐼 = 23333 + 194 = 235 · 10−15А
Диэлектрическая проницаемость ε позволяет определить способность диэлектрика образовывать электрическую емкость. Емкость плоского конденсатораСс двумя металлическими обкладками прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости материала, заключенного между обкладками:
𝑆 С = ε0 ∙ ε ∙ ℎ
С = 8,85 · 10−12 ∙ 2,05 ∙ 300 · 200 = 1,02 · 10−9
1,2
где h – высота диэлектрика, м;
S=a·b – площадь одной обкладки, м2;
ε0 = 8,85 · 10−12 Ф/м – электрическая постоянная.
Диэлектрическая проницаемость материалов ε зависит от интенсивности
процессов поляризации, протекающих в диэлектриках под воздействием внешнего электрического поля. Различают четыре основных вида поляризации: электронную (ε=1…2,2), дипольную (ε=3…8), ионную (ε=8…20) и спонтанную (ε=1500…4500 и более).
Активная мощность, выделяющаяся в проводнике, не зависит от характера напряжения – она одинакова как при действии постоянного напряжения, так и действующего значения переменного напряжения. Если такой же опыт провести с диэлектриком, то мощность при переменном напряжении будет больше.
Активную мощность, выделяющуюся в диэлектрике при постоянном напряжении можно определить по формуле:
P=U·I,
где U– постоянное напряжение, приложенное к диэлектрику, В;
I– ток утечки через диэлектрик, А.
𝑃 = 0.7 ∙ 235 · 10−15 = 164 · 10−15
При переменном напряжении активная мощность, выделившаяся в диэлектрике, определяется по формуле:
𝑃𝑎 = 𝑈2 ∙ 2𝜋 ∙ ƒ ∙ 𝐶 ∙ 𝑡𝑔ð
|
|
Лист
|
5
|
 
где U– действующее значение переменного напряжения, приложенное к диэлектрику, В;
f– частота, Гц;
С– емкость образца, Ф;
tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь. При f=f1:
𝑃𝑎 = 0,7 ∙ 2𝜋 ∙ 30 ∙ 1,02 · 10−9 ∙ 2,3 = 30.9 ∗ 10−8
При f=f2:
𝑃𝑎 = 0.7 ∙ 2𝜋 ∙ 3 ∙ 1,02 · 10−9 ∙ 2,3 = 3.09 ∗ 10−8
При f=f3:
𝑃𝑎 = 0.7 ∙ 2𝜋 ∙ 0,6 ∙ 1,02 · 10−9 ∙ 2,3 = 0.6*10−8
Выделившуюся в диэлектрике активную мощность называют мощность потерь или просто диэлектрическими потерями. Для сравнения характеристик диэлектриков пользуются удельными потерями, т.е. потерями в 1 м3 материала:
𝑝 = 𝑃 [Вт/м3],
𝑉
где V=a·b·h – объем исследуемого образца.
164 · 10−15
𝑝 = = 0,002 ∗ 10−15
300 · 200 · 1,2
Задача №2
Проводниковые материалы обладают способностью проводить электрический ток и характеризуются весьма малым или заданным удельным сопротивлением p, которое возрастает с увеличением температуры. Хорошая электропроводность обусловлена большим количеством свободных электронов, способных покинуть атомы. Концентрация свободных электронов в чистых металлах различается незначительно. Если в проводнике создается электрическое поле, то под действием этого поля электроны приобретают ускорение, пропорциональное напряженности, в результате чего возникает направленное движение электронов, течет электрический ток.
|
|
Лист
|
6
|
 
Поагрегатномусостоянию проводниковые материалы делят на газообразные, жидкие и твердые.
К газообразным относятся пары веществ и газы при таком значении напряженности электрического поля, которое обеспечивает начало процесса ионизации молекул. В ионизированном газе перенос электрических зарядов осуществляется как электронами, так и ионами. Если в единице объема сильно ионизированного газа наступает равенство между числом электронов и положительных ионов, то такой газ представляет собой особую проводящую среду, плазму. Проводимость газов используется в различных газоразрядных приборах.
К жидким проводникам относятся различные растворы солей, кислот, щелочей и др. веществ, а также их расплавы, проводящие электрический ток и называемые электролитами. Жидкими проводниками являются также расплавы металлов. К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Как правило, температура плавления металлов высока, за исключением ртути, у которой она составляет -39°С. Поэтому при нормальной температуре в качестве жидкого металлического проводника может быть применена только ртуть. Температуру плавления, близкую к нормальной (29,8°С), имеет еще галлий. Другие металлы являются жидкими проводниками лишь при повышенных или высоких температурах.
Твердыми проводниками материалами являются металлы и их сплавы. Металлы в твердом состоянии являются кристаллическими веществами, для которых характерен особый вид металлической связи между атомами. Электропроводность металла, как в твердом, так и жидком состоянии обусловлена переносом электрических зарядов только электронами, поэтому твердые и жидкие металлы часто называют проводниками с электронной проводимостью, или проводниками первого рода.
По характеру применения в радиоэлектронных приборах металлические материалы разделяют на металлы высокой проводимости ( p≤ 0,1 мкОм*м) и сплавы высокого сопротивления (p≥ 0,3 мкОм*м).
Металлы высокой проводимости (серебро, медь, алюминий, железо, золото и др.) используют для изготовления проводов, микропроводов, проводящих покрытий и пленок, различных токопроводящих деталей, в контактных материалах и припоях.
Кроме того, в настоящее время находят большое применение сверхпроводники, обладающие ничтожно малым удельным сопротивлением при очень низких температурах (алюминий, ртуть, свинец, ниобий, соединения ниобия с оловом, титаном, цирконием и др.).
Сплавы высокого сопротивления применяют при изготовлении резисторов и резистивных элементов различных типов и назначения. Распространены: медно-марганцевые сплавы (манганины), медно-никелевые сплавы (константаны), сплавы железа, никеля и хрома (нихром).
|
|
Лист
|
7
|
Основными характеристиками проводниковых материалов являются: 1.Удельное электрическое сопротивление.
Температурный коэффициент сопротивления.
Теплопроводность.
Контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила.
Временное сопротивление разрыву и относительное удлинение при растяжении.
Удельное электрическое сопротивление ρ — величина, характеризующая способность материала оказывать сопротивление электрическому току. Удельное сопротивление выражается формулой:
𝑟 · 𝑆
𝜌 = 𝑙
Для длинных проводников (проводов, шнуров, жил кабелей, шин) длину проводника l обычно выражают в метрах, площадь поперечного сечения S — в мм2, сопротивление проводника r — в ом, тогда размерность удельного сопротивления [Ом·мм2/м].
Температурный коэффициент сопротивления α — величина, характеризующая изменение сопротивления проводника в зависимости от температуры.
Средняя величина температурного коэффициента сопротивления в интервале температур t2°—t1° может быть найдена по формуле:
𝑟2 − 𝑟1
𝛼 = 𝑟 (𝑡 − 𝑡 )
1 2 1
Теплопроводность λ — величина, характеризующая количество тепла, проходящее в единицу времени через слой вещества. Измеряется в [ккал/м·час·град]. Наибольшей теплопроводностью обладают металлы. У неметаллических материалов теплопроводность значительно ниже. Она достигает особенно низких значений у пористых материалов, которые применяют специально для тепловой изоляции. Согласно электронной теории высокая теплопроводность металлов обусловливается теми же электронами проводимости, что и электропроводность.
Контактная разность потенциалов и термоэлектродвижущая сила. Известно, что положительные ионы металла расположены в узлах кристаллической решетки, образующей как бы ее каркас. Свободные электроны заполняют решетку наподобие газа, который называют иногда «электронным газом». Давление электронного газа в металле пропорционально абсолютной температуре и числу свободных электронов в единице объема, которое зависит
|
|
Лист
|
8
|
   
от свойств металла. При соприкосновении двух разнородных металлов в месте соприкосновения происходит выравнивание давления электронного газа. В результате диффузии электронов металл, у которого число электронов уменьшается, заряжается положительно, а металл, у которого число электронов увеличивается, заряжается отрицательно. В месте контакта возникает разность потенциалов. Эта разность пропорциональна разности температур металлов и зависит от их вида. В замкнутой цепи возникает термоэлектрический ток. Э. д. с, которая создает этот ток, называется термоэлектродвижущей силой. Явление контактной разности потенциалов применяется в технике для измерения температуры при помощи термопар. При измерении малых токов и напряжений в цепи в местах соединения различных металлов может возникнуть большая разность потенциалов, которая будет искажать результаты измерений. В этом случае необходимо подобрать материалы так, чтобы точность измерения была высокой.
5. Временное сопротивление разрыву и относительное удлинение при растяжении.
При выборе проводов, помимо сечения, материала проводов, изоляции, необходимо учитывать их механическую прочность. Особенно это касается проводов воздушных линий электропередач. Провода испытывают растяжение. Под действием силы, приложенной к материалу, последний удлиняется. Если обозначить первоначальную длину l1, а конечную длину l2, то разность l2 -l1=Δlбудет абсолютным удлинением.
Отношение 𝑙2−𝑙1 = ∆𝑙 = s называется относительным удлинением.
𝑙1 𝑙1
Сила,производящая разрыв материала, называется разрушающей
нагрузкой, а отношение этой нагрузки к площади поперечного сечения материала в момент разрушения называется временным сопротивлением на разрыв и обозначается σр [кГ/мм2].
Кадмиеваябронза БрКд1, содержащая 0,9...1,2% Cd, характеризуется износостойкостью, способностью к искрогашению и поэтому широко применяется для изготовления электроконтактных проводов на транспорте, коллекторных шин, электродов сварочных машин и других деталей электротехнических устройств.
Кадмий существенно упрочняет медь, причем его упрочняющее действие проявляется не только в отожженном состоянии, но и в холоднодеформированном.
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м 0,0196 Теплопроводность λ, Вт/(м*К) 330
Временное сопротивление σb, Мпа 420
Предел текучести σ0,2, Мпа 400
Относительное удлинение δ,% 17
У кадмиевой бронзы при сравнительно небольшом снижении удельной электропроводности существенно повышены механическая прочность,
|
|
Лист
|
9
| |
|
|
Скачать 103.49 Kb.