Пояснення до роботи. Лабораторна робота виконується на установці, що складається з набору найпростіших конденсаторів: плоских

Лабораторна робота виконується на установці, що складається з набору найпростіших конденсаторів: плоских, циліндричних і вимірювального моста змінного струму, що підключається до мережі напругою 220 В.

Кожен тип конденсаторів замаркірований відповідним кольором: циліндричні конденсатори — червоним кольором; плоскі конденсатори з однаковою площею пластин електродів і різною товщиною діелектрика - синім кольором; плоскі конденсатори з однаковою товщиною діелектрика і різною площею пластин електродів -зеленим кольором. Кожен конденсатор приєднаний до гнізд із маркіруванням того ж кольору, розташованим на лицьовій частині панелі установки. Матеріал застосовуваних діелектриків у конденсаторах зазначений у п. 3.9.

Іспити конденсаторів проводяться автоматичним мостом змінного струму типу Р5079 з цифровим відліком. Блок-схема моста Р5079 приведена на рис. 2.1. Міст Р5079 складається з вимірювального ланцюга ИЦ, системи автоматичного зрівноважування, блоку індикації БИ, пристрою введення інформації УВИ, блоку живлення БП, генератора Г, блоку сенсорного управління БСУ і рознімних з'єднань кабелів для зв'язку з зовнішнім пристроєм. Генератор видає на вимірювальний ланцюг моста напругу 20 В частотою f = 1000 Гц.

Рисунок 2.1 - Блок-схема автоматичного моста змінного струму типу Р5079

 

Система автоматичного зрівноважування моста складається з виборчого підсилювача УИ, екстремум - детектора ЭД, блоку керування БУ і реверсивних лічильників СРП; СР1 і СР2, призначених для вибору піддиапазонів вимірів, а також зрівноважування вимірювального ланцюга відповідно по основному і допоміжному параметрам.

Блок сенсорного управління БСУ складається із семи сенсорних перемикачів і призначений для керування роботою моста.

 

3 Указівки до виконання лабораторної роботи і заходів щодо ТБ

3.1 Перевірити наявність зовнішнього заземлення на лицьовій частині панелі вимірювального моста Р5079 і з'єднання жили "Земля" кабелю зовнішнього зв'язку з аналогічним затискачем моста.

3.2 Приєднати жили () і (U') кабелю зовнішнього зв'язку до гнізд-виводів одного з досліджуваних конденсаторів (наприклад, згідно завдання по табл. 2.1.) і включити тумблер "мережа" на лицьовій панелі вимірювального моста.

3.3 Перед початком вимірів прогріти вимірювальний міст на протязі 10—15 хв.

3.4 Пуск вимірювального моста здійснюється легким торканням клавіш блоку сенсорного керування (БСУ) на лицьовій частині панелі.

3.5 Категорично забороняється робити пуск вимірювального моста при відключеному об'єкту вимірів!

3.6 Категорично забороняється торкатися не згаданих у даних указівках клавіш для зміни режимів роботивимірювального моста. Це може привести до виходу його з ладу!

3.7 У режимі виміру при ручному запуску послідовно доторкнутися до клавіш БСУ; С1; руч.; старт. Відлік результатів

вимірів (ємністі досліджуваного конденсатора, тангенса кута діелектричних втрат (tg d) призводити по закінченні варіацій цифр у всіх десяткових розрядах на світловому табло вимірювального моста.

3.8 Зміну об'єктів вимірів робити після закінчення процесу зрівноважування. Повторний запуск вимірювального моста здійсню-ється відповідно до рекомендацій п. 3.7.

3.9 Іспитам підподають:

а) плоскі конденсатори на основі двостороннього фольгіро-ваного склотекстоліта з однаковою площею електродів S = 27×10^{-4 м2}, але з різною товщиною діелектрика d, м;

б) плоскі конденсатори на основі двостороннього фольгіро-ваного гетинаксу з однаковою товщиною діелектрика d = 2×10^-3 м, але з різною площею електродів S, м²;

в) циліндричні конденсатори з діелектриками з лакоткани-ни, триацетатної плівки, політетрафторетилена з внутрішнім діамет-ром D1 = 12×10 ^{-3 м, зовнішнім діаметром D2 = 18} ×10 ^{-3 м і висотою електродів h = 18} ×10^{-3 м.}

Результати вимірів занести в табл. 3.1; табл. 3.2 і табл. 3.3.

 

Таблиця 3.1 - Дослідження плоских конденсаторів з діелектриком з стеклотекстоліту

 

Діелектрик конденсатора	Конден-сатор	Задано	Виміряно	Розраховано
S	d	C	tg δ	d	ρv	Pa	εr
№	м2	м	Ф	-	м	Ом∙м	Вт	-
Стекло-текстоліт		27∙10-4	1∙10-3			-
	27∙10-4	-						-
	27∙10-4	-						-

Примітка:

1. Виміри С и tg d для кожного конденсатора робити не менш трьох разів, але в зазначені таблиці записувати тільки середні їхні значення.

2. Отримані розрахункові значення і порів-няти з даними, що приводяться в підручнику або довід-ковій літературі для досліджуванихдіелектриків.

 

Таблиця 3.2 - Дослідження плоских конденсаторів з діелектриком з гетинаксу

Діелектрик конденсатора	Конден-сатор	Задано	Виміряно	Розраховано
S	d	C	tg δ	S	ρv	Pa	εr
№	м2	м	Ф	-	м2	Ом∙м	Вт	-
Гетинакс		28∙10-4	2∙10-3			-
	-	2∙10-3						-
	-	2∙10-3						-

 

Таблиця 3.3 - Дослідження циліндричних конденсаторів з різними діелектриками

Діелек- трик конденса-тора	Конден-сатор	Задано	Виміряно	Розраховано
D1	D2	h	C	tg δ	ρv	Pa	εr
№	м	м	м	Ф	-	Ом∙м	Вт	-
Лакотка-нина		12∙10-3	18∙10-3	18∙10-3
Триацетат-на плівка		12∙10-3	18∙10-3	18∙10-3
Політетра-фторетіле-нова плівка		12∙10-3	18∙10-3	18∙10-3

 

4 Розрахункові формули й інші рекомендації

4.1 У залежності від завдання і вихідних даних у табл. 3.1 і табл. 3.2 потрібно визначити: , S чи d. Для цього необхідно використовувати формулу ємністі для плоского конденсатора:

, Ф

де - відносна діелектрична проникність діелектрика;

=8,854∙10^-12, - діелектрична проникність вакууму (діелектрична постійна), Ф/м

S -площа пластин електродів, м²;

d - товщина діелектрика, м.

Примітка.Величина ємністі (С) кожного конкретного конденсатора вимірюється за допомогою моста змінного струму типу Р5079.

4.2 Величину діелектричної проникністі для діелектриків циліндричних конденсаторів (див. табл. 3.3) визначати з формули:

, Ф,

де h — висота електродів циліндричних конденсаторів, м;

D₁ і D₂ -відповідно внутрішній і зовнішній діаметри конденсаторів, м;

n= 6 — число шарів діелектрика в циліндричних конденса-торах.

Значення параметрів h, D1 і D2 приведені в п. 3.9 і табл. 3.3.

4.3 Величину питомого об'ємного опору діелектрика конденсатора p_v визначати з формули:

,

де f = 1000 Гц - частота напруги генератора вимірювального моста змінного струму;

ε_r - відносна діелектрична проникність діелектрика дослід-жуваного конденсатора (див. п. 4.1 і п. 4.2);

ρ_v - питомий об'ємний опір діелектрика конденсатора, Ом·м.

4.4 Величину активної потужності, що розсіюється, у діелектриках конденсаторів визначати по формулі:

, Вт,

де U - напруга, подавана на конденсатор, В, (див. п. 2);

- кутова частота, пер/с;

С - ємність конденсатора, Ф;

tg δ - тангенс кута діелектричних втрат.

4.5 Для одного з плоских конденсаторів визначеної ємністі (за указівкою викладача) встановити його схему заміщення і визначити струм витоку через діелектрик конденсатора. По величині струму через активний елемент схеми заміщення (R_из) визначити величину активної потужності, що розсіюється (Р_а), і порівняти її з результатами розрахунку в п. 4.4. Використовуючи схему заміщення, визначити кут діелектричних втрат (δ).

Величину опору ізоляції (R_из) визначати по формулі:

, Ом,

де p_v - питомий об'ємний опір діелектрика конденсатора, Ом·м (див. п. 4.3.);

d - товщина діелектрика, м;

S-площа пластин електродів конденсатора, м².

Аналіз отриманих розрахункових даних відобразити у висновках по проведеній роботі, який повинен бути направлений на порівняння електричних властивостей твердих діелектриків.

 

5 Зміст звіту

5.1 Мета роботи.

5.2 Блок - схема автоматичного моста змінного струму типу Р5079.

5.3 Вказівки по виконанню лабораторної роботи.

5.4 Таблиці вимірів і обчислень, розрахункові формули.

5.5 Графіки залежностей ємністі конденсатора від товщини діелектрика, -за даними табл. 3.1, та від площі пластин електродів, -за даними табл. 3.2.

5.6 Схема заміщення конденсатора і векторна діаграма (за да-ними п. 4.5).

5.7 Висновки за результатами вимірів і обчислень.

6 Зразковий перелік питань для допуску до відпрацьовування лабораторної роботи

6.1 Склад і призначення основних елементів лабораторної установки, порядок відпрацьовування лабораторної роботи.

6.2 Від чого залежить ємність конденсатора? Які параметри характеризують якість діелектрика конденсатора?

6.3 Яке фізичне явище характеризує діелектрична проник-ність, які діелектричні проникністі використовують у практичних розрахунках?

6.4 Які з відомих факторів могуть впливати на величину діелектричної проникністі ізоляційних матеріалів?

6.5 Дайте визначення поняття діелектричних втрат. Охарактеризуйте природу діелектричних втрат у постійному і змінному електричному полях. Що називається кутом діелектричних втрат?

6.6 Порівняєте діелектричні втрати в полярних діелектриках на постійній і змінній напругах.

6.7 Приведіть найпростіші схеми заміщення діелектрика з втратами і їхню практичну значимість.

6.8 Назвіть основні види діелектричних втрат в електро-ізоляційних матеріалах. Для чого вводять питомі втрати?

6.9 Укажіть фактори, що могуть впливать на величину діелектричних втрат.

6.10 Якими властивостями повинні володіти діелектрики, застосовувані для виготовлення високовольтних конденсаторів?

6.11 Які електричні параметри діелектриків конденсаторів можна визначити в ході виконання лабораторної роботи (із указівкою їхніх розмірностей)?

7 Перелік літератури

1 Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Topeeв Б.М. Электротехнические материалы: Учебник для вузов. — 7-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 304 с., ил.

2 Никулин Н.В., Назаров А. С. Радиоматериалы и радиодетали. — М.: Высшая школа, 1976. - 232 с., ил.

3 Штофа Я. Электротехнические материалы в вопросах и ответах: Пер. со словац. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 200 с., ил.