Электронное учебно-методическое пособие по учебной дисциплине Материаловедение для учащихся специальности 2-41 01 31 Микроэлектроника
.pdf
7.4Оформленное задание.
7.5Выводы по работе.
8 Контрольные вопросы
8.1Дать определение пробоя диэлектрика.
8.2Назвать виды пробоев.
8.3Охарактеризовать каждый из видов пробоя.
8.4Перечислить причины увеличения электропроводности твердых ди-
электриков.
8.5Указать особенности твердых диэлектриков.
8.6Дать понятие коэффициента запаса электрической прочности.
8.7Указать зависимость пробивного напряжения от толщины диэлектрика.
201
Лабораторная работа № 4
Определение электрической прочности воздуха
1 Цель работы:
-изучить правила поведения и меры безопасного выполнения работы;
-определить опытным путем электрическую прочность воздуха;
-проанализировать зависимость электрической прочности воздуха от рас-
стояния между электродами и площадью их поверхности.
2 Оборудование и материалы:
- установка для определения электрической прочности воздуха.
3 Правила поведения и меры безопасности:
1)Перед тем, как приступить к выполнению работы, тщательно изучите ее
описание.
2)Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя.
3)Не оставляйте рабочее место без разрешения преподавателя.
4)Размещайте приборы и образцы на своем рабочем месте таким образом,
чтобы исключить их падение или опрокидывание.
5) Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении
работы.
6)Не включайте источники электропитания без разрешения преподавателя.
7)При проведении опытов будьте внимательны и дисциплинированны, точ-
но выполняйте указания преподавателя.
4 Теоретическая часть
Одной из важнейших характеристик диэлектриков является их электриче-
ская прочность. Напряженность однородного электрического поля, при которой про-
202
исходит пробой, т.е. разрушение диэлектрика с образованием в нем сквозного канала с очень большой проводимостью тока, называют электрической прочностью диэлек-
трика, которую рассчитывают по формуле
Епр
Uпр h
,
МВ/м или кВ/мм, |
(1) |
где h- расстояние между электродами.
С увеличением плотности воздуха его пробивная прочность увеличивается.
Значительное влияние на электрическую прочность воздуха оказывает форма элек-
тродов и расстояние между ними.
При различных электродах со скругленными краями степень их скругления оказывает весьма существе нное влияние на электрическую прочность воздуха,
снижая ее с уменьшением радиуса кривизны. Также влияет состояние поверхности электродов: для получения наиболее высокой прочности электроды должны обла-
дать гладкой поверхностью и перед пробоем очищаются от пыли.
Установка для определения электрической прочности воздуха состоит из включающего устройства с кнопочным дистанционным управлением (магнитный пускатель), вариатора для регулирования напряжения в обмотке низшего.
Рисунок 1- Схема установки для определения пробивной прочности воздуха
203
Обозначения на рисунке 1: QF1 - выключатель; FU1FU5 – предохраните-
ли; SB1 - кнопка “пуск”; SB2 - кнопка “стоп”; К - электромагнитный пускатель;
QF2 – выключатель; Р – разрядник; С – конденсатор; Кр – кенотрон; Т1-Т2 – транс-
фор-маторы; Т3 - трансформатор силовой; V – вольтметр; КВ - коммутатор вольт-
метра; А - автомат максимального тока; Rв - вводное сопротивление.
Таблица 1 – Зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами и их формой
Вид напря- |
Пара |
Измерить |
|
Вычислить |
жения |
электродов |
|
|
|
h мм |
Uпр кВ |
Епр кВ/мм |
||
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 Порядок выполнения работы
5.1Изучить правила поведения и меры безопасного выполнения работы.
5.2Ознакомиться со схемой установки для определения электрической прочности воздуха.
5.3Изучить методику определения электрической прочности воздуха.
5.4Исследовать зависимость электрической прочности воздуха от формы
204
электродов и расстояния между ними.
5.5 Построить график зависимости пробивного напряжения от расстояния между электродами для каждой пары электродов
6 Содержание отчета
6.1Название и цель работы.
6.2Оборудование и материалы.
6.3Правила поведения и меры безопасности при выполнении работы.
6.4Оформленное задание.
6.5Выводы по работе.
7 Контрольные вопросы
7.1 Указать причины увеличения электропроводности газообразных диэлек-
триков.
7.2Перечислить факторы, от которых зависит электрическая прочность газов.
7.3Указать особенности газообразных диэлектриков.
7.4Назвать основной недостаток газообразной электрической изоляции.
7.5Дать определение ударной ионизации и указать причины ее возникновения.
7.6Указать зависимость пробивного напряжения от формы электродов.
7.7Охарактеризовать зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами.
7.8Описать изменение тока и напряжения в момент пробоя газа.
205
Лабораторная работа № 5
Определение электрической прочности трансформаторного масла
1 Цель работы:
-изучить правила поведения и меры безопасного выполнения работы;
-определить электрическую прочность трансформаторного масла;
-проанализировать зависимость пробивного напряжения трансформаторно-
го масла от времени.
2 Оборудование и материалы:
-установка для определения электрической прочности
-трансформаторное масло
3 Правила поведения и меры безопасности:
1)Перед тем, как приступить к выполнению работы, тщательно изучите ее
описание.
2)Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя.
3)Не оставляйте рабочее место без разрешения преподавателя.
4)Размещайте приборы и образцы на своем рабочем месте таким образом,
чтобы исключить их падение или опрокидывание.
5) Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении
работы.
6)Не включайте источники электропитания без разрешения преподавателя.
7)При проведении опытов будьте внимательны и дисциплинированны, точ-
но выполняйте указания преподавателя.
4 Теоретическая часть
Электрическая прочность жидких диэлектриков в слабой степени зависит от
206
их химической природы, но весьма существенно от инородных примесей. Эти при-
меси в жидкостях могут давать растворы и дисперсные фазы, причем наибольшее влияние на электрическую прочность жидких диэлектриков оказывают дисперсные фазы в виде эмульсии растворов.
Возрастание пробивного напряжения в области температур 60-80°С объяс-
няется влиянием вида распределения воды в масле - вода находится в стадии моле-
кулярного раздробления, переходя в нее из состояния эмульсии.
Снижение пробивного напряжения с дальнейшим увеличением температуры объясняется обычным тепловым эффектом.
Увеличение пробивного напряжения в области низких температур является следствием вымерзания воды. Снижение пробивного напряжения ниже температуры
- 90, - 95°С, т.е. когда масло находится уже в твердом состоянии, объясняется обра-
зованием в нем трещин.
Особенно большое влияние на электрическую прочность масла оказывает содержание эмульсионной влаги. Влияние влаги особенно заметно в случае наличия
в трансформаторном масле органических волоконец, которые, впитывая в себя влагу, образуют под действием электрического поля проводящие мостики меж-
ду электродами, значительно уменьшая пробивное напряжение.
Существенное влияние на электрическую прочность трансформаторного масла оказывает содержание в нем газовых включений. В силу этого включение напряжения после заливки масла в трансформатор следует производить, выждав не-
которое время, во избежание пробоя масла.
Длительность приложения напряжения заметно сказывается на электриче-
ской прочности трансформаторного масла. При увеличении времени экспозиции трансформаторное масло значительно снижает свое пробивное напряжение.
На величине пробивного напряжения жидких диэлектриков резко сказыва-
ется форма электродов и расстояние между ними аналогично тому, как это наблюда-
ется у газовых диэлектриков.
207
FU1FU2- предохранители; QFавтоматический выключатель;V- вольтметр; Rpпо-
тенциометр; Тртрансформатор силовой; УИустановка испытательная.
Рисунок 1 – Схема установки для испытания на пробой жидких диэлектриков
Таблица 1- Из правил технической эксплуатации
Для |
аппаратов |
и |
Пробивное напряжение масла, кВ/ 2,5 мм |
|
|
|
|||
трансформаторов с ра- |
|
|
||
для сухого и чистого |
для эксплуатационного |
|||
бочим напряжением, |
|
масла |
масла |
|
Кв |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выше 35 |
|
40 |
35 |
|
|
|
|
|
|
6 – 35 |
|
30 |
25 |
|
|
|
|
|
|
Ниже 6 |
|
25 |
20 |
|
|
|
|
|
Таблица 2 – Определение электрической прочности трансформаторного масла
Испытуемое |
Расстояние |
Измерено |
|
|
|
Вычислено |
||
масло и его |
между элек- |
Uпр1 |
Uпр2 |
Uпр3 |
Uпр4 |
Uпр5 |
Uпрср |
Епр |
характери- |
тродами, мм |
кВ |
кВ |
кВ |
кВ |
кВ |
кВ |
кВ/м |
стика |
|
|
|
|
|
|
|
|
чистое, сухое |
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
5 Порядок выполнения работы
5.1Изучить правила поведения и меры безопасного выполнения работы.
5.2Ознакомиться со схемой установки для определения электрической прочности трансформаторного масла.
208
5.3Изучить методику определения электрической прочности трансформа-
торного масла.
5.4Определить электрическую прочность трансформаторного масла.
5.5Построить график зависимости пробивного напряжения от времени
6 Содержание отчета
6.1Название и цель работы
6.2Оборудование и материалы
6.3Правила поведения и меры безопасности при выполнении работы.
6.4Оформленное задание.
6.5Выводы по работе
7 Контрольные вопросы
7.1Указать причины увеличения электропроводность жидких диэлектриков.
7.2Перечислить причины образования электрического пробоя жидких ди-
электриков.
7.3Установить причины роста пробивного напряжения при уменьшении температуры.
7.4Объяснить причины роста пробивного напряжения при увеличении тем-
пературы.
7.5Указать влияние примесей на пробивное напряжение жидких диэлектриков.
7.6Назвать функции трансформаторного масла при использовании в транс-
форматоре.
7.7 Перечислить основные свойства трансформаторного масла.
209
Лабораторная работа № 6
Анализ микроструктуры и определение плотности дислокаций на поверхности полупроводниковой пластины
1 Цель работы:
-изучить правила поведения и меры безопасного выполнения работы;
-провести микроанализ полупроводниковой пластины с помощью металло-
графического метода исследования;
- определить плотность дислокаций на поверхности полупроводниковой
пластины.
2 Оборудование и материалы:
-микроскоп металлографический;
-образцы полупроводниковых пластин.
3 Правила поведения и меры безопасности:
1)Перед тем, как приступить к выполнению работы, тщательно изучите ее
описание.
2)Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя.
3)Не оставляйте рабочее место без разрешения преподавателя.
4)Размещайте приборы и образцы на своем рабочем месте таким образом,
чтобы исключить их падение или опрокидывание.
5) Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении
работы.
6)Не включайте источники электропитания без разрешения преподавателя.
7)При проведении опытов будьте внимательны и дисциплинированны,
точно выполняйте указания преподавателя.
210