Тольяттинский государственный университет
Кафедра "Промышленная электроника"
Отчет о лабораторной работе №3
Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь твёрдых электроизоляционных материалов на высоких частотах
По дисциплине
"Электротехнические материалы"
Руководитель: Чуркин И.М.
Исполнитель: студент Кислов Д.П.
Группа: ЭЛб-1301
Тольятти 2014
Цель работы
Целью работы является изучение стандартных методов определения диэлектрической проницаемости в и тангенса угла диэлектрических потерь tg 6 электроизоляционных материалов на высоких частотах, изучение и анализ характера влияния на диэлектрические характеристики различных материалов частоты электрического поля.
3.2. Указания к самостоятельной работе
При теоретической подготовке материала к лабораторной работе №3 следует изучить:
Физические основы и характерные черты различных видов поляризации диэлектриков на низких и высоких частотах.
Виды и физические основы диэлектрических потерь.
Физические основы влияния частоты электрического поля и температуры окружающей среды на величины и характер изменения г и tg8.
Стандартную методику определения 8 и tg5 твердых электроизоляционных материалов на высоких частотах (свыше 10 кГц) резонансным методом.
Порядок работы на приборе Е4-11.
Стандартный расчет результатов испытаний и порядок оформления протокола испытаний.
Теоретический материал к лабораторной работе №3 широко представлен в «Указании к самостоятельной работе» к предыдущей лабораторной работе, в «Инструкции по эксплуатации прибора Е 4-П»и в лекциях по курсу «Электротехнические материалы».
33. Программа работы
При температуре 20±5°С на частоте 1 мГц определить е и tg5 образцов твердых диэлектриков, выбранных по указанию преподавателя.
Рассчитать погрешность измерения 8 и tg5 на частоте 1 мГц.
Определить зависимость 8 и tg5 от частоты электрического поля в диапазоне частот от 50 кГц до 10 мГц (10-12 точек по указанию преподавателя) для предложенных образцов диэлектриков.
Полученные зависимости представить в виде графиков е =f (Jg f), tg§= =f( lg f), где f - частота электрического поля.
Сделать письменно выводы по проведенной работе.
Описание лабораторной установки
Для определения е и tg5 диэлектриков на высоких частотах используется резонансный метод измерения емкости и добротности конденсаторов с помощью измерителя добротности (Q - метра). Измерение основано на двукратной настройке в резонанс последовательного колебательного контура, содержащего образцовую катушку индуктивности L и конденсатор переменной емкости С (рис.3.1).
/
Рис.3.1. Принципиальная схема измерительного колебательного контура куметра
Сначала, не подключая испытуемый конденсатор, изменением емкости С контур настраивают в резонанс, где комплексное сопротивление контура минимально, а реактивные составляющие общего сопротивления равны:
oi)L = —. (3.1)
coCj
Резонанс фиксируют по максимальному показанию Qp проградуированного в единицах добротности вольтметра Q .
Далее испытуемый конденсатор, который может быть представлен в виде параллельной схемы замещения Сх и Rx, включается параллельно емкости С (рис.3.2). При неизменных частоте со и индуктивности L настройка контура в резонанс производится уменьшением переменной емкости С от величины С, до С2 так, чтобы Cj = С2 + Сх.
Значение добротности Q2, соответствующее резонансу в контуре с подключенным испытуемым конденсатором, меньше Q, за счет диэлектрических потерь в конденсаторе.
Тангенс угла диэлектрических потерь конденсатора tgS рассчитывается по формуле
(Q,-Q2) С,
tg5=-
Q, <№-€,)
где С, и Q, - соответственно значения емкости С и добротность контура в резонансе без образца; С2и Q2 - то же с образцом.
L
(и) ==Сх
Рис.3.2. Принципиальная схема измерительного колебательного контура куметра с подключенным испытуемым конденсатором
Указания к выполнению работы
Исследования образцов производятся с помощью измерителей добротности Е 4-7 или Е 4-11, предназначенных для эксплуатации в интервале частот от 50 Гц до 35 МГц.
Перед началом работы следует ознакомиться с прибором, комплектом образцовых индуктивностей, предлагаемыми образцами твердых электроизоляционных материалов, программой работы, приведенной в описании работ, и указаниями преподавателя. Начинать работу можно только по разрешению преподавателя в следующем порядке:
Включить тумблер питания в положение «СЕТЬ», при этом должна загореться сигнальная лампочка. Прибор готов к работе после 30-минутно- го прогрева.
Подготовить образцы диэлектриков для испытаний. Измерить толщину образцов, а также диаметры (сторону квадрата) образцов и электродов.
После прогрева произвести калибровку прибора, для чего, установив
кНг
переключатель «Частота » на требуемый поддиапазон, ручкой «Час-
МН2
кНг
тота » поставить стрелку на нужную частоту.
МНг
Переключатель “AQ-Q” поставить в положение «Q», а тумблер «Измерение-калибровка Qv» - в положение «Калибровка Qv»- Ручкой «Калиб
(3.3)
Rv
ровка Q V» стрелку измерительного прибора установить точно на риску под знаком «у»- После этого тумблер «Измерение-калибровка Qv» поставить в положение «Измерение». Прибор готов к измерениям.
Подобрать из комплекта такую катушку индуктивности, которая может резонировать на частоте измерения (диапазон частот указан на катушке), подключить ее к клеммам «L».
Настроить измерительный контур в резонанс, изменяя емкость измерительного конденсатора нажатием кнопки (<—>) и добиваясь максимального значения Q. В случае необходимости перейти на другой диапазон «Q». Точная настройка контура в резонанс производится нониусным конденсатором. Провести калибровку в соответствии с указанным в п.З описанием. Отметить полученные величины Q{ и Сг
Подключить к клеммам «Сх« измеряемый конденсатор. Контур вновь настроить в резонанс, произвести калибровку и определить значения Q2 и С2 ВНИМАНИЕ! При работе на шкалах Q «300» и «100» необходимо предварительно включить переключатель “AQ-Q” в положение «AQ» и ручкой «Нуль Q» установить стрелку указателя Q на отметку «0».
После выполнения всего объема испытаний снять образцовую катушку индуктивности и уложить ее в контейнер; отключить образцы от прибора; закрыть крышку на приборе; получить разрешение преподавателя на окончание работ; выключить питание прибора тумблером «СЕТЬ».
Обработать результаты измерений.
При использовании плоских образцов диэлектрическая проницаемость вычисляется по формуле:
С±, (3.4)
где h - толщина образца, см; D - диаметр электрода, см; Сх - емкость, пФ.
Расчет погрешности измерения тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости ведется по формулам:
Atg5 _ AQ, + AQ2 ДС, ДС,+ДС2 AQ, AQ2
tg5 Q,-Q2 + С, + С,-С2 + Q, + Q2 ’ (15)
Де ДС„ Ah 2AD
T=cr+T+_D* <3‘6>
где С = С,-С0; (3.7)
ДС = С,-ДС0. (3.8)
Графики зависимости выполняются на миллиметровой бумаге.
Содержание отчета
Цель работы.
Программа работы.
Описание методики измерения tg5 и е -
Результаты измерений, графики зависимостей е (f) и tg(f).
Выводы, вытекающие из анализа полученных графиков.
3.6. Вопросы для самоконтроля
Объяснить полученные зависимости при измерении температуры окружающей среды.
Объяснить методику проведения эксперимента.
Дать характеристику исследованных материалов, пояснить технологию их получения, основные свойства, области применения.
Дать характеристику быстрых видов поляризации диэлектриков.
Описать замедленные виды поляризации диэлектриков.
Виды диэлектрических потерь в полярных и неполярных диэлектриках.
Диэлектрическая проницаемость (абсолютная, относительная, диэлектрическая проницаемость вакуума) и ее зависимость от внешних факторов (температура, частота, напряжение). |
Скачать 24.7 Kb.