Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Виды диэлектрических потерь.




 

Для твёрдых диэлектриков характерны два основных вида диэлектрических потерь:

- потери на электропроводность (иначе они называются омическими или потерями сквозной проводимости) обусловлены протеканием через диэлектрик тока сквозной проводимости Iскв;

- релаксационные потери, обусловленные активной составляющей абсорбционного тока Iаб.а.

Потери на электропроводность преобладают в диэлектриках, имеющих заметную поверхностную или объёмную электропроводность. Тангенс угла диэлектрических потерь этого вида уменьшается с возрастанием частоты по гиперболическому закону. Его значение можно вычислить по формуле

. (10)

С увеличением температуры потери сквозной проводимости возрастают по экспоненциальному закону.

Рис. 5. Частотная и температурная зависимость потерь на электропроводность.

 

Релаксационные потери характерны для диэлектриков, обладающих релаксационными видами поляризации.

Рассмотрим релаксационные потери для случая дипольно-релаксационной поляризации с увеличением температуры тангенс угла диэлектрических, потерь изменяется по кривой с максимумом. При низких температурах из-за большой вязкости диэлектрика возможности поворота диполей ограничены. Время релаксации τ 0 существенно больше периода изменения напряжённости внешнего поля(1/ω), tgδ мал.

При увеличении температуры вязкость среды уменьшается, ориентация диполей облегчается, τ 0 приближается к 1/ω, дипольно-релаксационная поляризация получает большее развитие, tgδ возрастает и достигает максимума при tк.

Дальнейший рост температуры оказывает двоякое влияние на дипольно-релаксационную поляризацию. С одной стороны, вязкость продолжает снижаться, что увеличивает степень ориентации диполей, с другой стороны, усиливается тепловое движение молекул, которое оказывает разориентирующее влияние на диполи, τ 0«1/ω, запаздывание поляризации относительно поля уменьшается, тангенс угла диэлектрических потерь также уменьшается. С повышением частоты максимум tgδ смещается в область более высоких температур. Это объясняется тем, что для большей частоты вязкость при t к ещё слишком высока, и диполи не успевают ориентироваться по полю. Для этого необходимо уменьшить вязкость, следовательно, повысить температуру.

Аналогичный вид имеет частотная зависимость релаксационных потерь. При низких частотах диполи легко ориентируются по полю и tgδ мал.

Рис. 6. Температурная зависимость релаксационных потерь.

Рис. 7. Частотная зависимость релаксационных потерь.

 

При повышении частоты диполи не успевают следовать за изменением поля, tgδ растет и достигает максимума при f к. Когда же частота становится настолько велика, что τ 0»1/ω, дипольно-релаксационная поляризация выражена очень слабо, значение tgδ мало. С увеличением температуры максимум кривой смещается в высокочастотную область.

С учётом вкладов релаксационного механизма и электропроводности диэлектрика температурные и частотные зависимости тангенса угла диэлектрических потерь имеют вид кривых, представленных на рисунках 8 и 9.

В таблице 1 приведены значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь для некоторых диэлектрических материалов.

Рис. 8. Температурная зависимость полных диэлектрических потерь.

Рис. 9. Частотная зависимость полных диэлектрических потерь.

 

Таблица 1. Значения ε и tgδ для некоторых твёрдых диэлектриков.

Наименование ε tgδ
Органические диэлектрики    
Неполярные    
Полиэтилен 2,2-2,3 0,0003-0,0004
Полистирол 2,2-2,3 0,0003-0,0004
Фторопласт-4 1,9-2,2 0,0001-0,0002
Церезин   0,0002-0,0004
Полярные    
Поливинилхлорид 3,5-4,5 0,02-0,05
Лавсан 3,0-3,5 0,002-0,05
Полиметилметакрилат 2,8-3,5 0,003-0,02
Фторопласт-3   0,01-0,02
Эбонит 2,8 0,015
Резина 3-7 0,02-0,10
Гетинакс 6-7 0,04-0,08
Неорганические диэлектрики    
Диэлектрики с ионной и электронной поляризацией    
Кварцевое стекло 4,3 0,00026
Слюда 6,8 0,0003
Керамика    
корундовая 9,4 0,00005-0,0008
рутиловая   0,0003-0,0005
форстеритовая 8,5 0,0004
брокерит   0,0003
Диэлектрики с ионной, электронной и релаксационной поляризацией    
Стекло платиновое   0,01
Стекло боросиликатное   0,002
Ситаллы 5-7 0,01-0,3
Радиофарфор   0,004

 

3. Задание к выполнению экспериментальной части.

 

В практической части работы студентам предлагается выполнить следующие задания.

1. Изучить устройство прибора и методику работы на нём.

2. Определить зависимость ёмкости (С) и tgδ от температуры и частоты для указанных преподавателем материалов.

3. По измеренным значениям ёмкости вычислить значения диэлектрической проницаемости ε.

4. Построить графики зависимости ε и tgδ от температуры и частоты и сделать выводы на основе их анализа.

4. Необходимое оборудование и образцы.

 

1. Установка для определения С и tgδ, состоящая из термостата (рис.10) и измерителя С и tgδ (рис.11).

2. Набор образцов диэлектрических материалов.

Рис.10. Внешний вид передней панели термостата:

1 - кнопка вывода на цифровой индикатор значения текущей температуры в рабочей камере термостата;

2 - выключатель питания;

3 - индикатор превышения температуры в рабочей камере термостата относительно заданной;

4 - индикатор равенства температур в рабочей камере и заданной;

5 - индикатор пониженной температуры в рабочей камере относительно заданной;

6 - цифровой 3х-разрядный индикатор температуры;

7 - регулятор задаваемой температуры;

8 - приемная кассета для установки образца в рабочей камере;

9 - розетка для подключения тераомметра;

10- зажимы для закрепления кассеты в рабочей камере.

Рис.11. Внешний вид передней панели измерителя ёмкости и тангенса угла диэлектрических потерь:

1 - выключатель питания;

2 - цифровой 3х-разрядный индикатор ёмкости;

3 - индикаторы частоты измерительного напряжения;

4 - кнопка выбора частоты измерительного напряжения;

5 - индикатор "НЕБАЛАНС";

6 - цифровой 3х-разрядный индикатор тангенса угла диэлектрических потерь;

7 - индикатор "ИЗМЕРЕНИЕ";

8 - кнопка включения измерения;

9 - гнездо "ВХОД".

 

5. Методика и порядок выполнения работы.

 

Задание 1.

Изучение принципа работы установки для измерения С и tgδ.

Задание 2.

Определение зависимости С и tgδ от температуры и частоты.

1. Получить образцы диэлектрических материалов.

2. Плоский образец толщиной h и площадью S=pr2 разместить между двумя плоскими электродами такой же площади.

3. Поместить образец вместе с электродами в приёмную кассету термостата.

4. В заданном температурном интервале на указанных преподавателем частотах произвести измерение С и tgδ. Полученные данные записать в таблицу. Для этого необходимо проделать следующее.

4.1. Включить термостат и измеритель выключателями "СЕТЬ".

4.2. Нажать, кнопку "ИЗMEP.t" термостата и измерить значение температуры по цифровому индикатору.

4.3. Установить заданную частоту измерительного напряжения f 1 кнопкой 4 рис.11 измерителя.

4.4. Включить измерение кнопкой 8 измерителя. При этом загорается индикатор "ИЗМЕРЕНИЕ".

4.5. После потухания индикатора "ИЗМЕРЕНИЕ" произвести отсчёт значений С и tgδ по соответствующим цифровым индикаторам. Результат записать в Табл.1 Приложения.

ВНИМАНИЕ! Если после потухания индикатора "ИЗМЕРЕНИЕ", загорится индикатор "ДИСБАЛАНС", измерение необходимо повторить.

4.6. Установить заданную частоту измерительного напряжения f 2. Повторить пп. 4.4.-4.5. Результат записать в Табл.1 Приложения.

4.7. Плавно поворачивая регулятор "УСТАНОВКА" по часовой стрелке, задать требуемую температуру нагрева термостата на цифровом индикаторе. Температуру повышать ступенями на 5°С.

4.8. Контролировать нагрев термостата до заданной температуры по состоянию светодиодных индикаторов "М" (меньше), "Н" (норма), "Б" (больше). При зажигании светодиода "Н" (дублируется звуковым сигналом) сделать выдержку 3 мин для обеспечения установившегося температурного режима внутри рабочей камеры термостата. После наступления установившегося температурного режима провести измерения по пп. 4.2.-4.5.

4.9. При необходимости измерения можно проводить в режиме охлаждения от установленной максимальной температуры.

4.10. После окончания измерений перевести регулятор "УСТАНОВКА t" термостата в крайнее положение против часовой стрелки.

Задание 3.

Вычисление значений ε.

По измеренным значениям ёмкости образца рассчитать диэлектрическую проницаемость, используя формулу для плоского конденсатора:

,

где h - толщина образца;

С - ёмкость;

S - площадь сечения;

ε 0 - диэлектрическая постоянная, ε 0=8,85·10-12 ф/м.

Полученные данные записать в Табл.1 Приложения.

Задание 4.

Построение графиков зависимостей ε и tgδ от t и f, их анализ и выводы по работе.

 

6. Требования к отчету по выполненной работе.

 

Отчёт составляется каждым студентом в соответствии с порядком выполнения всех заданий. Форма отчета приводится в приложении.

7. Контрольные вопросы.

 

1. Виды поляризации.

2. Физический смысл диэлектрической проницаемости.

3. Температурно-частотная зависимость диэлектрической проницаемости.

4. Классификация диэлектриков по механизмам и видам поляризации.

5. Диэлектрические потери, их характеристики и виды.

6. Температурно-частотные зависимости tgδ для разных видов диэлектрических потерь.

7. Принцип действия прибора для измерения С и tgδ и его схема.

8. Литература.

 

1. Пасынков В.В., Сорокин B.C. Материалы электронной техники. М.: Высшая Школа, 1986.- 376 с.

2. Богородицкий Н.П., Пасынков ВВ., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. Л.: Энергоатомиздат, 1985.- 304с.

3. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергия 1982.- 302 с.

4. Вульф Б.К. Диэлектрические материалы. М.: МИЭМ, 1974.- 254 с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

Поделиться:





Читайте также:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...