Методические указания к лабораторным работам по курсу «электротехнические материалы» для студентов ІІ курса дневной и заочной форм обучения специальностей 090. 603, 090. 605, 0922. 02 (стр. 3 из 9)
, (2.4)где p – удельные потери, Вт/м3 ;
Е - напряженность электрического поля, В/м.
Для оценки способности диэлектрика рассеивать мощность в электрическом поле можно использовать угол диэлектрических потерь, а также тангенс этого угла.
Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до 90° угол фазового сдвига между током и напряжением в емкостной цепи.
Значение tgd для различных диэлектрических изменяется в широких пределах (от 0,00001 до 0,3).
Характер влияния температуры на тангенс угла диэлектрических потерь определяется составом и структурой материала.
Для неполярных диэлектриков характерно увеличение tgd при повышении температуры, так как увеличивается электропроводность диэлектрика, а относительная диэлектрическая проницаемость практически не изменяется.
Зависимость tgd от температуры для полярных диэлектриков имеет более сложный характер, так как при повышении температуры одновременно с увеличением потерь на электропроводность происходить нелинейное изменение потерь на поляризацию.
Существенное влияние на величину tgd оказывают также частота приложенного напряжения и его величина.
2.3. Приборы и оборудование
Определение емкости и tgd различных диэлектриков производится с помощью прибора Е7-11, принцип работы которого основан на использовании мостового метода измерения. Принципиальная электрическая схема прибора приведена на рис. 2.1. На схеме показан измерительный электрод 1, охранное кольцо 2, образец диэлектрика 3, высоковольтный электрод 4.
В первое плечо измерительного моста, между вершинами I и II, включается конденсатор, емкость которого необходимо измерить. В данной работе – это плоский конденсатор, обкладки которого представляют собой два электрода цилиндрической формы. Диэлектриком служит плоский образец той или иной толщины. Для уменьшения погрешности измерения используется третий электрод – охранное кольцо, которое заземляется с целью отвода поверхностных токов на землю.
Рис. 2.1. Принципиальная схема для измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь
Второе плечо измерительного моста, находящееся между вершинами II и III, разделено на семь поддиапазонов от 1 Ом до 1 Мом. Смена поддиапазонов осуществляется переключателем "Пределы".
Третье плечо, между вершинами III и IV, состоит из последовательно включенных декадного механизма сопротивлений и одного переменного резистора, условно показанных на схеме (рис. .2.1) в виде одного сопротивления R3. На лицевой панели прибора этим плечом является устройство "Множитель".
Четвертое плечо, находящееся между вершинами I и IУ, состоит из образцового конденсатора Со и переменного резистора R4, компенсирующего потери в измеряемом конденсаторе. Сопротивление R4 отградуировано в величинах тангенса диэлектрических потерь и установлено на лицевой панели прибора.
Питание на диагональ I - III может подаваться как от генератора, установленного в приборе, так и от внешнего генератора. К диагонали II - IУ подключен индикатор баланса измерительной схемы.
При равновесии моста выполняются условия:
; 
. (2.5)Таким образом, емкость измеряемого конденсатора Сх и tgd определяется через известные величины измерительного моста. Для непосредственного отсчета по шкалам прибора сопротивление R2 и R3 градуируются в значениях емкости, а сопротивление R4 - в значениях tgd.
2.4. Порядок выполнения работы
1.Подключить электроды, используемые для измерений, к соединительным кабелям прибора в соответствии со схемой (рис. 2.1).
2.Установить органы управления прибора следующим образом:
переключатель «L, C, R» в положение «С»;
переключатель «Q<05, Q>0,5, tgd» в положение «tgd»;
переключатель «Частота» в положение, соответствующее частоте, на которой предполагается производить измерения;
переключатель «Пределы» в крайнее правое положение;
шкалу «tgd» на нулевое значение.
3. В присутствии преподавателя включить измерительный прибор. Время прогрева прибора15 мин.
4. Измерить и записать в табл. 2.1 параметры исследуемых образцов и измерительного электрода.
Т а б л и ц а 2.1
Параметры исследуемых образцов диэлектрика и измерительного электрода
| Наименование | h, | Измерительный электрод | |
| диэлектрика | м | d, м | S, м2 |
5. Разместить один из исследуемых образцов между электродами.
6. Произвести выбор предела измерения. Для этого на шкале «Множитель» установить значение 1,090. Ручку «Чувствительность» перевести в положение, соответствующее 70 делениям на индикаторе разбаланса. Нажать кнопку «Выбор предела», и вращением переключателя «Пределы» влево изменять установленный предел до тех пор, пока знак фазы напряжения разбаланса на индикаторе прибора не изменится на противоположный. Определив предел, на котором будут производится измерения, необходимо отпустить кнопку «Выбор предела».
7.Произвести уравновешивание моста. Для этого, постепенно изменяя показания шкалы переключателей «Множитель», добиться минимального отклонения индикатора разбаланса от нулевого значения. Затем перейти к уравновешиванию моста по потерям.
Регулировка производится при постепенном увеличении чувствительности до тех пор, пока любое измерение рукояток «Множитель» и «tgd» приводит к увеличению показаний индикатора разбаланса.
8. Произвести отсчет результата измерения. Измеренная величина емкости равна отсчету по шкале «Множитель», умноженному на значение емкости, указанное в таблице (расположенной на передней панели прибора), для соответствующего положения переключателя «Пределы».
При измерении емкости на частоте 100 Гц отсчет результата измерения должен быть увеличен в 10 раз.
Измеренная величина тангенса угла диэлектрических потерь отсчитывается непосредственно по шкале «tgd».
9.Результаты измерений записать в табл. 2.2.
10. С помощью термометра определить температуру окружающей среды. Результаты измерения записать в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Результаты экспериментальных и расчетных значений
| Наименование диэлектрика | T, °C | Cx | er | tgd | Р, Вт |
11.Ручку «Чувствительность» установить в крайнее левое положение и в присутствии преподавателя заменить образец диэлектрика. Провести измерения емкости и tgd установленного образца в соответствии с методикой, изложенной в п.п. 2-9.
12.Определить зависимость относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от температуры. Для этого один из образцов исследуемых диэлектриков (по указанию преподавателя) разместить в термостате и произвести измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь для трех-четырех значений температуры.
13. Определить относительную диэлектрическую проницаемость исследуемых диэлектриков, использую формулу (2.2). Результаты расчета записать в табл. 2.2.
14. Построить графики зависимостей относительной диэлектрической проницаемости от температуры
и тангенса угла диэлектрических потерь от температуры 
.15. Определить мощность, рассеиваемую в исследуемых диэлектриках, используя формулу (2.3). Результаты расчета записать в табл. 2.2.
16. Составить отчет о работе, который должен содержать формулировку цели работы, принципиальную электрическую схему, используемую при измерениях, заполненные табл. 2.1 и 2.2, графики зависимостей
, и выводы по работе.Контрольные вопросы
1. Объясните физическую сущность процесса поляризации ди-электриков.
2. Назовите основные виды поляризации диэлектриков.
3. Дайте определение относительной диэлектрической проницаемости и приведите конкретные значения данного параметра для различных диэлектриков.
4. Укажите факторы, которые оказывают влияние на величину относительной диэлектрической проницаемости, и приведите примеры таких зависимостей.
5. Назовите основные параметры, характеризующие диэлектрические потери.
6. Приведите электрические схемы замещения, используемые для определения диэлектрических потерь, и постройте их векторные диаграммы.
7. Назовите основные виды диэлектрических потерь.
8. Укажите внешние факторы, которые оказывают влияние на величину диэлектрических потерь.
9. Приведите конкретные примеры зависимости диэлектрических потерь от внешних факторов для различных диэлектриков.
10. Опишите принцип работы электрической схемы экспериментальной установки.
Литература [1, с. 43-58; 2, с. 200-211].
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
3.1.Цель работы
Изучить принцип действия и конструкцию приборов для определения вязкости жидких диэлектриков, освоить методику определения динамической, кинематической и условной вязкостей.
3.2. Общие положения
Следует знать, что для жидких диэлектриков (электроизоляционных масел, лаков, пропиточных компаундов и подобных им материалов) вязкость является одной из характеристик, с помощью которой оцениваются их технологические и эксплуатационные свойства. Вязкость – это свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.