ЭТМ - Лаб работа 3

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).