2.2Тәжірибелік жұмыстардың жоспары
№1 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма: Диэлектриктердің поляризациясы және қатынасты диэлектриктік өтімділік.
Жалпақ
конденсатор пластиналары арасында
қалыңдығы d
= 2 мм
диэлектрик-гетинакс орналасқан.
Конденсаторға U
= 100 В
кернеу берілген. Конденсатор пластиналарында
және диэлектрикте зарядтың беттік
тығыздығын
,
сондай-ақ диэлектриктің Р поляризациялануын
табу қажет. Гетинакстың қатынасты
диэлектриктік өтімділгі
.
Әдістемелік ұсыныстар
Диэлектриктің қатынасты өтімділігін келесі формуламен анықтау қажет
(1.1)
(1.1) өрнек бойынша диэлектриктері бар конденсатор заряды келесіге тең
(1.2)
Диэлектриктің бетіндегі заряд
(1.3)
Диэлектриктің бетіндегі заряд тығыздығы
(1.4)
Негізгі әдебиет:1[127-139]
Қосымша әдебиет:2[5-25]
Бақылау сұрақтары:
Диэлектриктік материалдар деп қандай матеиалдады айтамы?
Поляризация дегеніміз не?
Поляризация түрлері.
Диэлектриктік өтімділік.
№2 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма: Диэлектриктердің электрөткізгіштігі.
Тікбұрышты
формалы, өлшемдері а,
b
және h
биіктігі болатын диэлектрикке U
= 1000 В тұрақты кернеу берілген. Кернеу,
металл қабатымен қапталған, қарама-қарсы
ab
қырына беріледі. Диэлектриктердің
келесі өлшемдері белгілі: а
= 200 мм,
b
= 100 мм, h = 2 мм, меншікті көлемді кедергі
,
ал меншікті беттік кедергі
.
Ағын тоғын, шығн қуатын және меншікті диэлектриктік шығындарды анықтау қажет.
Әдістемелік ұсыныстар.
Диэлектритегі толық тоқ:
(2.1)
мұндағы
—
ағын тоғы
(тесу
тоғы),
—
абсорбция
тоғы.
Кернеуді бергенннен кейін оқшаулама кедергісі келесі формуламен анықталады
(2.2)
мұндағы U — берілген кернеу.
Тек
тесу тоғымен анықталатын және оқшаулама
кедергісі деп аталатын диэлектриктің
нақты кедергісі
,
келесі формуламен анықталады:
(2.3)
Меншікті көлемдік кедергісікелесі формуламен анықталады:
(2.4)
мұндағы
- үлгінің көлемдік кедергісі, Ом;
S—электрод
ауданы, м2;
h-үлгі
қалыңдығы, м.
Үлгінің меншікті кедергісі келесі формуламен анықтаймыз:
(2.5)
Меншікті беттік кедергі келесі формуламен анықтаймыз:
(2.6)
мұндағы
- бір-бірінен l
арақашықтықта қалып отыратын, ені d
параллель қойылған электродтар арасындағы
үлгі материалының беттік кедергісі.
Беттік кедергі к:лесіге тең болады
(2.7)
Негізгі әдебиет:1[127-146]
Қосымша әдебиет:2[33-55]
Бақылау сұрақтары:
Диэлектриктердің электрөткізгіштігі дегеніміз не?
Диэлектриктердің меншікті кедергілері.
Диэлектриктердің тесу тоғы.
№3 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма: Диэлектриктердің электрөткізгіштігі.Оқшаулағыштардың кедергі нормалары.
1.
Қатынасты диэлектриктік өтімділігі
болатын
таспалы, пленкалы диэлектриктен жасалған
конденсатор өз бетінше разрядталу
кезінде 25 мин ішінде өзінің зарядының
жартысын жоғалтады. Ағын тоғы тек
диэлектрик пленкасы арқылы өтеді деп
болжап, оның меншікті кедергісін
анықтаймыз.
2. Тарту (тяговый) электрқозғалтқыштарының оқшаулағыш кедергісі 10°С температура кезінде 48Мом-ға тең. Дәл осы электр машинасының оқшаулама кедергісі 40°С температура кезінде қандай болады, егер ∆T=10°С болса?
Әдістемелік ұсыныс.
Электрқондырғылар
құрылғыларының ережесі бақылау және
типтік сынаулар кезінде оқшаулағыштың
кедергісін нормалайды, мысалы, жұмыс
температурасы кезінде электр машиналары
үшін оқшаулағыш кедергісі
келесі формуламен есептеледі:
(3.1)
мұндағы
—вольттағы
номиналды кедергі;
-электр
машинасының номиналды қуаты
кВт.
Температура
өзгеру кезінде оқшаулағыш кедергісі
де өзгереді,
формулаға
сәйкес әрбір ∆Т°С-ге
темпеатураға көтерілген сайын ол 2 есеге
кемиді. Мысалы, кейбір тарту
электр қозғалтқыштарының типтері үшін
∆Т
–ні 10°С тең деп қабылдауға болады, яғни
температура әрбір 10°С өсу кезінде
оқшаулағыш кедергісі 2 есе кемиді.
Осындай түрде,
температурасы кезінде
оқшаулағыш кедергісінің шамасын біле
отырып, Т
температурасы кезінде
оқшаулағыш
кедергісінің шамасын келесі формуламен
анықтаймыз :
мұнда температуралық интервалды Кельвинде де, сондай-ақ Цельсий градустарында да өрнектеуге болады.
Негізгі әдебиет:2[127-133]
Қосымша әдебиет:2[87-135];2[70-85].
Бақылау сұрақтары:
Диэлектриктердің электрөткізгіштігі.
Оқшаулағыш кедергілерінің нормалары.
Оқшаулағыштың өзбетінше разрядталу процесстері.
№4 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма:Диэлектриктік шығындар.
Өлшемдері
a,
b
және биіктігі h
тікбұрышты формалы диэлектрикке әсер
ету мәні U=1000В
және жиілігі f
=100Гц
айнымалы кернеу берілген. Кернеу, металл
қабатымен қапталған, қарама-қарсы ab
қырына беріледі. Диэлектриктің келесі
өлшемдері берілген:
a
= 200 мм,
b=
100 мм, h
= 2 мм, қатынасты диэлектриктік өтімділік
,
20°С кезінде диэлектриктік шығындардың
тангенс бұрышы
.
Диэлектриктік шығындардың тангенс
бұрышының температуралық тәуелділігін
сипаттайтын коэффициенті
α = 18∙10-3К-1. 20 °С және 100 °С температура кезінде қуат шығынын және меншікті диэлектриктік шығынын анықтау қажет.
Әдістемелік ұсыныстар
Меншікті диэлектрикті шығындар үшін өрнек, яғни диэлектриктің көлем бірлігіндегі таралу қуаты, келесі түрде болады:
(4.1)
Электород ауданы S және қалыңдығы d болатын тікбұрышты формалы диэлектрик үшін U кернеу беріледі, және оның көлемі V = Sd, ал сиымдылығы
формуламен
анықталады. Сонда меншікті шығындар
үшін өрнекті келесі түрде жазуға болады:
(4.2)
Негізгі әдебиет:2[127-133]
Қосымша әдебиет:2[100-130]
Бақылау сұрақтары:
Диэлектриктік шығындар.
Диэлектриктік шығындардың тангенс бұрышы.
№5 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма: Диэлектриктердің тесілуі.
Бірқалыпты жағдайлар және шарлар арсындағы қашықтық 1 см кезінде диаметрлері 12,5 см болатын шардардың тесу кернеуі 31,7 кВ-қа тең. Атмосфералық қысым сынап бағансы бойынша 739 мм, ал температура 27°С кезінде тесу кернеуі қалай өзгереді?
Әдістемелік ұсыныстар
Тесу
кернеуі
деп белгіленеді және де көбнесе
киловольтта өлшенеді. Біртекті өрісте
диэлектриктің электр беріктілігі, тесу
кернеуінің тесілу орнындағы қалыңдыққа
қатынасымен анықталады:
(5.1)
мұндағы h —диэлектрик қалыңдығы.
Электрқондырғыларының көптеген түрлерінде оқшаулағыштар беттері мен ашық тоқжүргізу бөлшектері арасында оқшаулағыш орта ретінде ауа қызмет атқарады. Ауа және басқа да газ тәріздес диэлектриктер, электр станцияларының конденсаторларында, кабельдерінде және тарату құрылғыларындағы оқшаулағыштарда кеңінен қолданылады. Бұл электротехникалық заттардың конструкциясы, олар жұмыс істейтін атмосферадағы газдардың электр беріктілігін есекере отырып жобалайды.
Ауа
жоғары оқшаулағыш қасиеттерге ие, бірақ
оының электр беріктілігі бірқалыпты
жағдайда
,
басқа сұйық және қатты диэлектриктердің
беріктілігімен салыстырғанда үлкен
емес және де
құрайды.
Газдардың тесілуіне бір мезетте ρ қысым мен электродтар арасындағы қашықтық h –тың бір мезетте әсер етуі мәселесін қарастыру, газдың тесу кернеуінің олардың әр қайсысынан жеке-жеке тәуелділігін емес, керісінше газдың тесу кернеуінің осы шамалардың көбейтіндісінен ρh тәуелділігін тағайындады. Бұл жағадай Пашен заңы деген атаумен белгілі:
5.1-сурет. Ауа үшін Пашен заңының иллюстрациясы
5.1
суретте ауа үшін Пашен заңының
иллюстрациясы көрсетілген. Газ
температурасының бір қалыпты жағдайдан
аз
ғана ауытқуы кезінде тесу кернеуі газдың
қатынасты тығыздығына δ
пропорционалды болады. Бір қалыпты
жағдайда қатынасты тығыздық
болады,
ал бір қалыпты жағдайдан ауытқуы кезінде
ол келесі формуламен есептеледі:
(5.2)
Берілген
температура t
және қысым ρ
кезінде
тесу кернуін келесі түрде анықтауға
болады
(5.3)
мұндағы
— бір
қалыпты жағдайдағы тесу кернеуі.
(5.3) формуласын, егер δ— 0,95... 1,05 шектігінде жататын болса қолдануға болады. Олай болмаған жағдайда δ шамасы болйынша сәйкес келетін кестелер бойынша түзетулер енгізу қажет.
Негізгі әдебиет:1[149-164]
Қосымша әдебиет:2[142-160]
Бақылау сұрақтары:
Тесу кернеуі дегеніміз не?
Газдардың тесу кернеуі.
Сұйық және қатты диэлектриктердің тесу кернеуі.
Пашен заңы.
№6 Тәжірибелік жұмыс
Тапсырма: Екі қабатты оқшаулағыштар. Екі қабатты оқшаулағыштар заряды.
Метрополитен вагондарының ДК-117 типті тарту электрқозғалтқышының корпустық оқшаулағышы келесі параметрлері бар екіқабатты алмастыру схемасымен келтірілген: R1=1,4 ГОм, R2=13,6 ГОм, С1=8нФ, С2=11,1нФ. Оқшаулағыш 1000 В кернеу көзінен зарядталады. Абсорбция коэффициенті мен зарядталу процесі басталғаннан 3 мин. өткеннен кейінгі оөшаулағыштың кедергі шамасын анықтау қажет.
Әдістемелік ұсыныстар
Өндірісте қолданылатын оқшаулағыштарда диэлектриктердің комбинациясын жиі қолданады, олар оқшаулағыш конструкциясының қасиеттерін жақсартады.
6.1-Сурет. Екіқабатты диэлектрик және оның алмастыру схемасы
Екіқабатты оқшаулағышты 6.1, б суреттегі алмастыру схемасы түрінде көрсетейік. Бұл схема Максвелл-Вагнер екіқабатты конденсаторы деп аталады. Бұл алмастыру схемасының параметрлері келесі түрде өрнектеледі:
,
,
,
(6.1)
мұндағы S – қабаттар арасындағы бөлшектеу шекарасы мен электродтар ауданы, ε0=8,85∙10-12Ф/м - электр тұрақтылығы.
Өтпелі процесс аяғында конденсаторлардағы кернеулер немесе қабаттардағы кернеулер R1 және R2 кедергілеріне тура пропорционалды болады:
(6.2)
Конденсаторладағы
зарядтар С 1 және С2
келесі формулалалармен
анықталады:
(6.3)
Егер R1C1≠ R2C2 болса, онда Q1=Q2. Сондықтан-да, диэлектриктердің бөліну шекарасында Qаб абсорбция заряды жиналады. Тағайындалған режимде абсорбция заряды келесіге тең болады:
)
(6.4)
Өтпелі процесс тоғы өзіменен тағайындалған және абсорбция тоқтарының суммасын көрсетеді:
+
+
=
+Aept=Iy+Iаб.меpt.
(6.5)
мұндағы
– тоқтың тағайындалған мәні, А- бастапқы
щарттардан анықталатын және абсорбция
тоғының
,
р – сипаттамалық теңдеу түбірі, оны
6.1,б сурет схемасындағы Z(p) операторлық
кедергісін нөлге теңестіріп анықтауға
болады:
,
одан
(6.6)
(6.6,а)
Сонда (6.5) теңдеуін келесі түрде жазуға болады:
+
(6.7)
Ағу тоғының i уақыттан t тәуелділігін біле отырып t уақытының функциясы ретінде оқшаулағыштың R кедергісінің шамасын анықтауға болады:
.
(6.8)
I тоғы уақыт өтуіне байланысты мәніне ұмтыла отырып азаяды, сондықтан R кедергісінің шамасы уақыт өтуіне байланысты тағайындалған мәніне ұмтылып өседі:
(6.9)
Оқшаулағыш жағдайын оқшаулағыш кедергісінің абсолюттік мәні көмегімен бағалайды, сондай-ақ Каб абсорбция коэффициенті көмегімен де бағалайды, ол коэффициент кернеуді бергеннен 15 және 60 с уақыт өткеннен кейінгі тоқтардың қатынасына тең.
(6.10)
(6.11)
Негізгі әдебиет:1[164-167]
Қосымша әдебиет:2[161-204]
Бақылау сұрақтары:
Екі қабатты оқшаулағыштар дегеніміз не?
Екі қабатты оқшаулағыштар заряды қалай анықталады?
Абсорбция коэффициенті.
Оқшаулағыш кедергісі қалай анықталады?
№7 Тәжірибелік жұмысы
Тапсырма: Екі қабатты оқшаулағыштар. Параллель тарамақтары бар оқшаулағыштың алмастыру схемасы.
Екіқабатты диэлектрик екі электродтар арасында оқшаулағыш қызметін атқарады. Бірінші қабаттың материалы εr1=4 қатынасты диэлектриктік өтімділікке және γ1=4∙10-10 См/м меншікті көлемдік өтімділікке ие. Екінші қабаттың материалы εr2=2,5 қатынасты диэлектриктік өтімділікке және γ2=2∙10-9 См/м меншікті көлемдік өтімділікке ие. Бірінші қабаттың қалыңдығы d1=10мм, ал екіншісініңкі – d2=5мм. Электротардың ауданы S=500cм2. 6.1 а, суретте көрсетілген екі алмастыру схемаларының параметрлерін анықтау қажет, сондай-ақ оқшаулағыш сиымдылығының берілген кернеу жиілігінен тәуелділігін анықтау қажет. Оқшаулағыштың біртекті еместігінің себебі ылғалдылық деп санап, оның ылғалдылық дәрежесін анықтау қажет. Барлық берілгендер 20 ̊С температура үшін келтірілген.
Әдістемелік ұсыныстар
Көптеген жағдайларда 6.1 суретте көрсетілген алмастыру схемасын қолдану ыңғайлы, онда:
;
r=
.
(6.12)
мұндағы
Сr–
геометриялық сиымдылық немесе шексіз
жоғары жиілік кезінде біртекті емес
оқшаулағыштың сиымдылығы; Ry
– орнықталған режимдегі
оқшаулағыштың ағу (утечка) кедергісі;
және r- біртекті емес оқшаулағыштың
абсорбция зарядының жиналуын бейнелейді.
Негізгі әдебиет:1[161-172];[199-202]
Қосымша әдебиет:2[204-217]
Бақылау сұрақтары:
Екі қабатты оқшаулағыштар дегеніміз не?
Екі қабатты оқшаулағыштар заряды қалай анықталады?
Абсорбция коэффициенті.
Оқшаулағыш кедергісі қалай анықталады?
№8 Тәжірибелік жұмыс.
Тапсырма:Екіқабатты оқшаулағыштағы қайту кернеуі
Тарту электрқозғалтқыш (тяговый электродвигатель) якорының корпустық оқшаулағышы екіқабатты диэлектрик түрінде көрсетілген (6.1,б суретті қараңыз), оның параметрлері: R1=60 МОм, R2=180МОм ,С1=0,2мкФ, С2=0,3мкФ. Айнымалы кернеуден ажыратып және электродтардың қысқа мерзімді тұйықталуынан кейін U=1000В тұрақты кернеу көзінен зарядталған якор оқшаулағышындағы қайту кернеуінің шамасын есептеу қажет. Кернеудің қалпына келу процесі басталғаннан бастап 30 с өткеннен кейін қайту кернеуі неге тең болады?
Әдістемелік ұсыныстар
Абсорбция заряды абсорбция тоғымен тудырылады және де ол арқылы екі схема үшін де келесі түрде анықталады :
=
dt=-
.
(6.13)
Екі
схема үшін де бірдей мәнді
қойып келесіні аламыз:
.
(6.14)
конденсатор обкладкаларында жиналған абсорбция заряды (6.1,в суретті қараңыз), келесіге тең:
.
(6.15)
Негізгі әдебиет:1[101-120];2[158-170].
Қосымша әдебиет:2[218-249]
Бақылау сұрақтары:
Абсорбция тоғы дегеніміз не?
Абсорбция заряды дегеніміз не?
Оқшаулағыштың электрлі тозуы дегеніміз не?