Лабораторные работы по материаловедению

Летающий спутник

Летающий спутник

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Электротехника
ТОЭ типовые задания примеры
решения задач
Радиотехнические схемы Генераторы
Лабораторные работы
Контрольная работа
Конспект лекций
Электротехника, электроника
Линейные цепи постоянного тока
Переменный ток. Приборы и оборудование
Комплексный метод расчета
цепей синусоидального тока
Электрические цепи с
взаимной индуктивностью
Расчет неразветвленных
магнитных цепей
Электромагнитные устройства
Трансформаторы
Однофазный асинхронный двигатель
Электронно-оптические приборы
Электронные усилители и генераторы
Источники питания электронных устройств
Измерение тока и напряжения
Работа электрической машины
постоянного тока в режиме генератора
История искусства
Стили в архитектуре и дизайне
Стиль АРТДЕКО
Париж оставался центром стиля арт-деко
Развитие традиционной архитектуры
Восточного Китая
ТВОРЧЕСТВО ЛЕ КОРБЮЗЬЕ
ТВОРЧЕСТВО  ВАЛЬТЕРА ГРОПИУСА
Людвиг Мис ван дер Роэ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ДОМ
Здание Калифорнийской Академии наук
История дизайна
Дизайн в моде
Литература о дизайне
Линия борьбы с академизмом
в искусстве и эстетике
Объяснение промышленного искусства
Дизайнерское проектирование
для промышленности
ТОМАС МАЛЬДОНАДО
Джордж Нельсон
ДИЗАЙН В ДЕЙСТВИИ
фирма «Вестингауз»
„ОЛИВЕТТИ" Фабрика пишущих машин
Активное развитие дизайна «Оливетти»
НОН-ДИЗАЙН
ДИЗАЙН В ДЕЙСТВИИ
авторские концепции дизайна
ДИЗАЙН И ИСКУССТВО
Европейский «артистический» дизайн
Первичность деятельности художника
Современный элитарный дизайн
Художественное проектирование
Индустриальный дизайн
Стиль в дизайне. Понятие "фирменный стиль"
Абстракционизм
ПЕРВЫЕ ШКОЛЫ ДИЗАЙНА Баухауз
ДИЗАЙН В ПРЕДВОЕННУЮ ЭПОХУ
ПОСЛЕВОЕННЫЙ ДИЗАЙН
ДИЗАЙН 60-х
АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ДИЗАЙН
Государственный дизайн
ДИЗАЙН-ТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО
Прикладное искусство Византии IV–VII века
Поверхности
Начертательная геометрия
Задачи по математике
Математика Методические указания
к выполнению контрольных работ
Решение линейных дифференциальных уравнений и систем
операционным методом
Область сходимости степенного ряда
Математический анализ
Пример решения типового задания
Найти значение производной функции
Линейная алгебра
Задачи по физике
Оптика
Электростатика
Энергетика
Системы теплоснабжения
Региональный опыт энергосбережения
Тепловые насосы
Проектирование аккумуляторов теплоты
Малая гидроэнергетика
Ветроэнергетика в России
Гелиоэнергетика
Активные гелиосистемы отопления зданий
Гидротермальные системы
Закрытые системы геотермального
теплоснабжения
Мини-теплоэлектростанция на отходах
Энергия морских течений
Водородная экономика
Основы технической механики
Сопротивление материалов
Контрольная работа
Шарнирное соединение деталей
Вычисления моментов инерции
однородных тел
 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить методы измерения электрической емкости диэлектриков, тангенса угла диэлектрических потерь и определить параметры изоляционных материалов электроустановок напряжением до 1кВ.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

Изучить виды диэлектрических потерь в электроизоляционных материалах электроустановок напряжением до 1 кВ.

Изучить прямые и косвенные методы определения электрической емкости различных диэлектриков в конденсаторах и тангенса угла диэлектрических потерь изоляционных материалов.

Изучить лабораторную установку, приборы и приспособления для определения электрической емкости диэлектриков и диэлектрических потерь изоляции электрооборудования напряжением до 1 кВ.

Выполнить измерения и расчеты электрической емкости и тангенса угла диэлектрических потерь изоляции электроустановок напряжением до 1кВ.

Провести анализ полученных значений тангенса угла диэлектрических потерь изоляции электроустановок напряжением до 1кВ и сделать выводы по лабораторной работе.

Ответить на вопросы преподавателя, оформить и защитить отчет по лабораторной работе.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Любой электроизоляционный материал в рабочем режиме является средой электрического поля электроустановок. Диэлектрик вместе с токопроводящими металлическими деталями, находящимися под разными потенциалами, образуют конденсатор. В идеальной среде электрического поля с проводимостью, равной нулю, при приложении переменной разности потенциалов к электродам и возникновении электрического поля, через диэлектрик будет проходить только реактивный емкостный ток, не вызывающий выделения тепла.

При переменном напряжении емкостный ток проходит в течение всего времени воздействия напряжения, а при постоянном только вначале, пока есть электрическое поле и происходит зарядка конденсатора. Через диэлектрик, электрическая проводимость которого не равна нулю, кроме емкостного тока, будет протекать и активный ток. То есть в условиях эксплуатации в диэлектрике кроме обратимого поглощения энергии будет происходить и необратимое поглощение энергии.

Потери энергии в диэлектрике называют диэлектрическими потерями, которые по физической природе и особенностям подразделяют на четыре основных вида: потери на электропроводность, релаксационные потери, ионизационные потери и резонансные потери.

Потери на электрическую проводимость. Данный вид потерь существует в диэлектриках, имеющих заметную объемную или поверхностную электропроводность. Если при этом другие виды потерь малы, то частотные зависимости параметров  и  получают, используя параллельную эквивалентную схему замещения диэлектрика. Потери на электропроводимость зависят от частоты приложенного напряжения, параметр  уменьшается с частотой по гиперболическому закону. Рассмотрим частотные зависимости параметров потерь  и тангенса угла диэлектрических потерь   (рисунок 1).

Рисунок 1 – Частотные (а) и температурные (б) зависимости потерь на электрическую проводимость диэлектриков

Значение параметра  при данной частоте может быть вычислено по формуле:

,  (1)

если известно удельное сопротивление , измеренное на постоянном токе, и диэлектрическая проницаемость , измеренная при данной частоте.

Потери сквозной электропроводности возрастают с ростом температуры по экспоненциальному закону:

,  (2)

где  - постоянные величины для каждого электроизоляционного материала.

В зависимости от температуры параметр  изменяется по тому же закону, так как реактивная мощность исследуемого диэлектрика от температуры материала практически не зависит.

Релаксационные потери. Этот вид потерь обусловлен активными составляющими поляризационных токов в электроизоляционном материале электроустановок. Релаксационные потери характерны для диэлектриков, обладающих замедленными видами поляризации. Они проявляются в области высоких частот, когда сказывается отставание поляризации от изменения электрического поля.

Релаксационные потери наблюдаются и у линейных диэлектриков с ионно-релаксационным и электронно-релаксационным механизмами поляризации.

Потери, обусловленные миграционной поляризацией, имеются в материалах электроустановок со случайными примесями или отдельными компонентами, намеренно введенными в диэлектрик для требуемого изменения его электрических свойств. Случайными примесями в диэлектрике могут быть полупроводящие вещества, например, восстановленные окислы. Ввиду разнообразия структуры неоднородных диэлектриков не существует общей формулы расчета данного вида диэлектрических потерь.

Ионизационные потери свойственны диэлектрикам в газообразном состоянии.

Резонансные потери возможны в твердых электроизоляционных материалах электроустановок, если частота вынужденных колебаний, вызываемых электрическим полем, совпадает с частотой собственных колебаний диэлектрика.

Объемные и поверхностные токи утечки в твердых электроизоляционных материалах обуславливают мощность диэлектрических потерь. При определении диэлектрических потерь материала электроустановки обычно учитывается только объемный ток утечки.

В исследуемой электрической схеме реальный конденсатор автоматики электроустановки с потерями заменен идеальным конденсатором, шунтированным активным сопротивлением. Учитывая, что емкостный ток:

, (3)

то мощность диэлектрических потерь:

  (4)

или

, (5)

где  - фактическая емкость диэлектрика;  - круговая частота сети.

Данная формула определяет количество энергии, рассеиваемой в диэлектрике электрооборудования за единицу времени. Тангенс угла диэлектрических потерь имеет значение как электрическая характеристика диэлектрического материала электроустановки. При эксплуатации электроустановок часто пользуются понятием добротности изоляции , величиной обратной параметру . Данные параметры могут характеризовать как конкретный электроизоляционный материал, так и конструкцию электрической машины или аппарата в целом. Безразмерная величина параметра  для большинства жидких и твердых диэлектриков электроустановок колеблется в пределах от десятитысячных до десятых долей единицы.

Известно, что емкость любого конденсатора зависит только от его геометрических размеров и свойств применяемых в нем диэлектрических материалов. Для определения величин емкости диэлектрика и параметра  при эксплуатации электроустановок применяют различные методы измерения.

Косвенный метод. Принципиальная электрическая схема с использованием амперметра, вольтметра и ваттметра для реализации данного лабораторного метода показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Принципиальная электрическая схема для измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь

Искомые значения параметров вычисляются по формулам:

,  (6)

где

, (7)

.  (8)

Недостатки метода: большие аппаратурные затраты и погрешности при расчетах параметров диэлектрика электроустановки.

Прямой метод. При эксплуатации электроустановок параметры емкости СХ и   часто определяют при помощи различных измерительных мостов переменного тока.

Электрическая схема универсального измерительного моста Е7-11 представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Принципиальная электрическая схема универсального измерительного моста Е7-11

Мост уравновешивается изменением величин емкостей С1 и С3. Значения искомых параметров равны:

 (9)

.  (10)

Формула для расчета параметра  показывает, что шкалу переменного конденсатора С1 можно проградуировать непосредственно в значениях тангенса угла диэлектрических потерь, что повышает точность измерений.

Вторая мостовая схема показана на рисунке 4.

Рисунок 4 - Принципиальная электрическая схема измерительного моста Р-571 с последовательной (а) и параллельной (б) RC – цепочками

В электрической схеме уравновешивание плеч моста выполняется изменением переменных сопротивлений R2, R3 и R4. Шкалы измеряемых сопротивлений проградуированы в значениях параметров С и , что повышает точность измерений.

Схема универсального моста Е7-11 позволяет производить измерения на частотах 100Гц и 1000Гц, а мост Р-571 только на частоте 1000Гц. Для этого во всех измерительных мостах имеются соответствующие встроенные генераторы рабочей частоты.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторный стенд имеет в своем составе элементы схемы управления, измерения и контроля. В состав установки входят: измерительные мосты Е7-11, Р-571, образцы диэлектриков, измерительные шнуры. В качестве опытных образцов диэлектриков выбраны стандартные конденсаторы как наиболее удобные элементы исследования диэлектрических свойств электроизоляционных материалов, так как:

электроды и диэлектрики изготовлены в заводских условиях и надежно герметизированы;

электрические свойства исследуемых материалов не зависят от состояния окружающей среды;

тип и параметры диэлектрика можно определить по справочнику.

Конденсаторы с исследуемыми диэлектриками закреплены на специальных подставках из электроизоляционного материала и выходами припаяны к медным проводникам для подключения измерительных приборов стенда.

Примечание. Мост Р-571. Диапазоны измерений, пределы погрешностей, области частот, характеристики измерения емкости  и параметр «» сведены в таблицу, которая расположена на левой стенке прибора.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

В процессе работы необходимо подготовить мосты Е7 - 11 и Р-571 к работе и измерить электрические емкости и углы диэлектрических потерь исследуемых конденсаторов.

Измерительный мост Е7 – 11. Подготовка к работе.

1. Проверить рабочее состояние прибора, для этого установить:

переключатель добротность «Q» или параметр «» в положение «»;

рукоятки переключателей «Пределы» и «Чувствительность» в крайнее правое положение;

рукоятку переключателя «» в положение «0»;

переключатель «Множитель» в положение «1000»;

2. Измерить емкость исследуемого конденсатора СХ, уравновешивая плечи моста изменением величин емкостей С1 и С3.

3. Измерить параметр «», для чего выполнить операции:

нажать кнопку «Выбор предела» и вращая влево ручку моста «Пределы» до изменения знака напряжения в схеме, выбрать предел измерения параметра «»;

отпустить кнопку «Выбор предела»;

вращая рукоятки переключателей «Множитель», «» и «Чувствительность» добиться минимального показания прибора;

вычислить значение параметра «» по шкалам моста;

4. Записать параметры исследуемого конденсатора в таблицу 1.

Таблица 1 – Параметры образцов конденсаторов автоматики электроустановок и их диэлектрических материалов

Тип конденсатора

Диэлектрик

Емкость по маркировке, мкФ

Отклонение емкости, %

Измеренное значение СХ, мкФ

Параметр

   

5. Определить типы конденсаторов и номинальные емкости по маркировке на корпусах элементов.

6. Определить диэлектрические материалы всех конденсаторов на специальных подставках. Основные справочные данные конденсаторов по типам:

К50-6, К50-12, К50-35 - с оксидными диэлектриками, алюминиевые, электролитические или с фольговыми электродами;

К73П-2, К73-17 - пленочные полиэтилентерефталатные (ПЭТ) или лавсановые, с металлизированными электродами;

К40У2-9 - бумажные, фольговые;

МБМ - металлобумажные, металлизированные;

КОН - конденсаторная бумага.

7. Занести данные по исследуемым конденсаторам в таблицу 1.

8. Провести анализ электрических свойств диэлектрических материалов образцов конденсаторов, используя данные таблицы 2.

Таблица 2 – Основные электрические характеристики диэлектрических материалов образцов конденсаторов

Материал

диэлектрика

Диэлектрическая

проницаемость

при частоте

1кГц

Параметр

  103

при частоте 1кГц

Удельное

сопротиле-ние

Ом м

Электрическая

прочность

мВ / м

Оксид Al2O3

7 – 11

0,3 – 1,0

1013 - 1015

300 – 1000

Оксид Ta2O3

14 – 50

0,5 – 1,0

1012 - 1016

100 – 600

ПЭТ

2,95 – 3,25

5 – 14

1014 - 1016

140 – 180

КОН

3 - 7

2,5 – 3,2

1013 - 1016

360 - 690

9. Провести оценку данных полученных экспериментальным путем (таблица 1) и справочных сведений (таблица 2).

10. Сделать выводы по работе. Оформить и защитить отчет.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Наименование и цель работы.

2. Фамилию студента и номер учебной группы.

3. Основные виды диэлектрических потерь в электроизоляционных материалах электроустановок.

4. Прямые и косвенные методы определения электрической емкости и тангенса угла диэлектрических потерь изоляционных материалов.

5. Описание лабораторной установки и ее электрической схемы.

6. Исследуемые электрические и другие характеристики и необходимые таблицы с результатами измерений и вычислений.

7. Расчетные формулы и экспериментальные данные, полученные при измерениях и вычислениях.

8. Обоснованные выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Какие могут быть виды потерь энергии в диэлектрике?

Чем вызваны потери на электропроводимость в диэлектрике?

Чем обусловлены релаксационные потери в диэлектрике?

Как миграционная поляризация влияет на электрические свойства диэлектриков?

При каких условиях возможны резонансные потери в твердых электроизоляционных материалах?

Что обуславливает мощность диэлектрических потерь в твердых электроизоляционных материалах?

Какая зависимость определяет количество энергии, рассеиваемой в диэлектрике за единицу времени?

Какие параметры характеризуют электрические характеристики диэлектрического материала?

Какие достоинства косвенного метода измерения параметров диэлектрических материалов?

Какие недостатки косвенного метода измерения параметров диэлектрических материалов?

Нарисуйте электрическую принципиальную схему для косвенного метода измерения параметров диэлектрических материалов?

Какие достоинства прямого метода измерения параметров диэлектрических материалов?

Какие недостатки прямого метода измерения параметров диэлектрических материалов?

Нарисуйте принципиальную электрическую схему для измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь.

Нарисуйте электрическую принципиальную схему для прямого метода измерения параметров диэлектрических материалов.

Перечислите элементы принципиальной электрической схемы универсального измерительного моста Е7-11.

Перечислите элементы принципиальной электрической схемы измерительного моста Р-571 с последовательной RC – цепочкой.

Перечислите элементы принципиальной электрической схемы измерительного моста Р-571 с параллельной RC – цепочкой.

Математика примеры решения задач