Лабораторная работа 1

 

Определение тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости диэлектриков

 

Цель работы:

- изучение явлений поляризации и диэлектрических потерь в диэлектрике, находящемся в электрическом поле;

-  определение  ε и tg δ для твердых изоляционных материалов.

 

1.1 Теоретическое введение

 

Диэлектрическая проницаемость ε и tg угла диэлектрических потерь tg δ являются важнейшими характеристиками диэлектриков, так как характеризуют: ε количественно определяет свойство диэлектрика поляризоваться  и образовывать электрическую емкость, tg δ величину мощности, теряемой в диэлектрике. Однако в связи с тем, что tg δ не дает количественного определения величины рассеиваемой мощности в диэлектрике, для вычисления последней обычно пользуются формулами общих (Р) или удельных (р) потерь.

 

                                       ,       [Вт],                                            (1.1)

 

                                        ,      [Вт/м³]                                          (1.2)     

где  U - напряжение, В;

       ω  -  угловая частота, с^-1;

        С_х -  емкость образца диэлектрика, Ф;

        Е  -  напряженность электрического поля, В/м;

δ - угол диэлектрических потерь (угол, дополняющий до 90º, угол сдвига фаз между током и напряжением).

Наиболее широко применяемые на практике методы определения ε и tgδ дают возможность непосредственно измерять и рассчитывать, зная форму и геометрические размеры образца диэлектрика, величины С_х и ε.

Зависимости ε и tgδ от температуры для электрорадиоматериалов, предназначенных для работы в электрических и температурных полях, особенно для полярных, являются достаточно важными характеристиками этих материалов.

 

1.2 Принципиальная схема высоковольтного моста

 

Рассмотрим порядок измерения tgδ и С_х на высоковольтном мосте, представленном на рисунке 1.1, дающий возможность определить величины

 

этих характеристик при частотах порядка 25―600 Гц.

 

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема высоковольтного моста

 

Работа на мосте переменного тока сводится к подбору регулируемого сопротивления R₃ и емкости С₄, при которых нульиндикатор G будет показывать нуль.

При достигнутом равновесии моста искомая величина емкости С_х вычисляется по формуле:

 

                                          С_х=С_э                                                           (1.3)

где С_э ― емкость образцового (воздушного) конденсатора, пФ (указана на конденсаторе).

По величине емкости С_х и известным величинам S и h подсчитывают диэлектрическую проницаемость электроизоляционного материала:

 

                                      ε=(1.4)

где h - толщина образца, м;

      S - площадь обкладок конденсатора с данным диэлектриком, м²;

     ε ₀ =8.85·10^-12, Ф/м ― электрическая постоянная.

tg при достигнутом равновесии моста численно равен величине регулируемой емкости С₄ моста, т.е:

                                    tgδ=│С₄│                                                                 (1.5)

Испытуемый диэлектрик или конденсатор С_х соединяется в схему моста с образцовым конденсатором С_э, емкость которого равна 100 10 пФ и тангенс угла не превышает 5·10^-5, магазином сопротивления R₃ и магазином емкости С₄ в точках А,В,С,Д.

Питание моста подведено к точкам С и Д от повысительного трансформатора типа НОМ ― 10.

Плечо R₃ представляет собой безреактивное сопротивление на 10х(1000+100+10+0.1) Ом. Сопротивление R₄ включено параллельно емкости  С₄, состоит из двух разных безреактивных сопротивлений, соединенных между собой последовательно.

Величина R₄ составляет