Тангенс угла диэлектрических потерь, схемы замещения диэлектрика

В диэлектрическом конденсаторе с идеальным диэлектриком, т.е. с диэлектриком без потерь, вектор тока Ic опережает вектор напряжения на 90^o . В реальных диэлектриках угол между током, протекающим через емкость, и напряжением меньше 90^o за счет потерь, которые вызывают протекание активного тока Ia, совпадающего по фазе с напряжением. Векторные диаграммы и схемы замещения для идеального диэлектрика и диэлектрика с потерями показаны на рисунке.

Рис. 1. Схемы замещения и векторные диаграммы:

а) — идеального диэлектрика;

б), в) —диэлектрика с потерями;

б) — параллельная схема;

в) — последовательная схема

Расчет полных и удельных диэлектрических потерь на переменном напряжении

Используя рисунок, получим выражение для расчета полных диэлектрических потерь P = U^. Ia = U^. I_c^. tg, Ic = U^. w^. C, P = U^2. ω^. C^. tg, где ω = 2πf - угловая частота. В системе СИ Р выражается в Ваттах, если f - в Герцах (ω - в рад/с), С - в Фарадах. Формулу для удельных диэлектрических потерь получим, если в качестве диэлектрика возьмем куб со стороной грани в 1 м, считая, что напряжение приложено к двум противоположным граням. Тогда с учетом того, что емкость единичного куба можно подсчитать по формуле С = ₀S/d,

где S = 1 м², d = 1м , ₀=1/36  10⁹ Ф/м и E= U/d получим

Коэффициент диэлектрических потерь

Для упрощения расчетов часто пользуются комплексными величинами. Комплексная диэлектрическая проницаемость записывается в виде

^* = ' - j ",

где действительная часть ' имеет физический смысл относительной диэлектрической проницаемости, а " характеризует потери

" = ' tg,

и называется коэффициентом диэлектрических потерь.

Экспериментальная часть

Для определения тангенса угла диэлектрических потерь используется мост Е12-2.

Между контактами вставляется измерительная емкость. Переключатель «Частота, Гц» в положении «1000». Переключатель «Вид измерения» в положении «С». Переключатель «tg—Q» в положении tg. Переключатель «Множитель» в положении минимума микроамперметра. Переключатель «Отсчет» грубый и плавный в положении минимума микроамперметра. Ручкой tg находим тангенс угла диэлектрических потерь по минимуму микроамперметра.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое потери в диэлектриках?

2. Причины возникновения потерь в диэлектриках, помещённых в постоянное и переменное электрические поля.

3. Что такое угол и тангенс угла диэлектрических потерь?

4. Нарисовать векторную диаграмму напряжения и токов в диэлектрике.

5. Объяснить зависимость tgd от частоты.

Библиографический список

1. Пасынков В.В. Материалы электронной техники/ В.В.Пасынков. — М.: Высш. шк., 1980 г. 340 с.

Содержание

Лабораторная работа № 1………………………… ….1

Лабораторная работа № 2…………………………….18

Лабораторная работа № 3…………………………….32

Лабораторная работа № 4…………………………….42

Библиографический список…………………………..45

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам № 1—4

по дисциплине «Материалы и элементы

электронной техники»

для студентов специальности 210107

«Электронное машиностроение»

очной формы обучения

Составители:

Акулинин Станислав Алексеевич

Минаков Сергей Алексеевич

В авторской редакции

Компьютерный набор С.А. Минакова

Подписано в печать 16.04.2010.

Уч.-изд. л. 2,7. «С»

ГОУВПО «Воронежский государственный

технический университет»