ЭТМ лаба 3

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Институт машиностроения

Кафедра «Промышленная электроника»

Отчет по лабораторной работе №3

«Измерения тангенса диэлектрических потерь tgδ и диэлектрической проницаемости ε.»

Работу выполнили: Назаров М.О.

Работу проверил: Прядилов А.В

Тольятти 2021

1 Цель работы

Целью работы является изучение стандартных методов определения ди­электрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ при переменном (частота 50 Гц) напряжении твердых электроизоляци­онных материалов, исследование и обоснование влияния температуры на ε и tgδ образцов различных материалов.

2 Программа работы

2.1. Изучить принцип действия измерителя RLC типа E7-22 и методику измерения им емкости и тангенса диэлектрических потерь.

2.2. Определить ε и tgδ твердых электроизоляционных материалов при комнатной температуре.

2.3. В интервале температур от комнатной до 100°С снять зависимости tgδ и ε от температуры твердых электроизоляционных материалов.

2.4. Построить графики зависимостей tgδ и ε от температуры и сде­лать письменно выводы.

3 Методика измерения tg δ и ε

Относительная диэлектрическая проницаемость определяется измерением емкости конденсатора С_х, в котором применяется испытуемый диэлектрик. По известной емкости С_х определяется диэлектрическая проницаемость, для чего необходимо знать геометрические размеры конденсатора.

На частотах f=50 Гц tgδ и ε определяются на плоских (круг или квадрат) трубчатых и фасонных образцах. Плоские и трубчатые образцы имеют те же размеры, что и при определении р _v и р_s .

Для измерения С и tgδ используется трехэлектродная система, состоящая из высоковольтного, измерительного и охранного электронов, позволяю­щая уменьшить ошибки измерения, возникающие от краевого эффекта и наличия паразитных емкостей.

На частотах порядка 1000 Гц и выше при испытании твердых диэлектри­ков охранные электроды уже не дают требуемого эффекта, и поэтому изме­рения проводятся без них. В этом случае при измерении емкости плоских образцов вводится поправка.

Истинная емкость конденсатора:

C_х = С_изм-С_кр-С_эл,

где С_изм - измеренная емкость образца; С_кр - краевая емкость; С_эл - емкость электрода (незаземленного) относительно земли.

Краевая емкость:

С_кр=ηС_в,

где С_в - емкость конденсатора, в котором вместо испытуемого диэлектрика будет воздух (воздушный конденсатор); η - поправочный коэффициент, на­ходится по графику (рис.2).

Рисунок 1- Зависимость поправочного коэффициента 11 от соотношений: h/D и b/h, где b - толщина электрода; h - толщина диэлектрика; D - диаметр образца.

Емкость электрода:

С_э=17.7d₁,

где d₁ – диаметр электрода, м.

На средних частотах (1000 Гц и выше) диэлектрическая проницаемость и угол потерь диэлектрика определяется цифровым измерителем Е7-22.

1) Изучив принцип работы, органы настройки и инструкцию по экс­плуатации прибора, мы замерили необходимые геометрические размеры электродов и диэлек­трика конденсатора, собрали конденсатор и подключили его к прибору.

Включив прибор и дав ему прогреться в течение 5 минут, мы измерили емкость конденсатора С_изм и tgδ для бумаги, тексталита и полиэтилена. Данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 Таблица данных при t=27°c

Материалы	D, м	h, м	S, м2	tgδ	Сизм, пФ	ε
Полиэтилен	0,09	0,22*10-3	6.362*10-3	0,0076	260	1.016
Бумага	0,09	0,1*10-3	6.362*10-3	0,023	389	0.691
Тексталит	0,09	1,5*10-3	6.362*10-3	0,0105	123	3.277

Найдем значения S по формуле 1 для полиэтилена.

(1)

Аналгочично найдем S для других материалов. Теперь найдем ε по формуле 2 для полиэтилена.

(2)

Аналогично находим и для других материалов.

2) Затем берем печку и разогреваем катод и анод до температуры 40°с и повторяем п.1 Данные получены и занесены в таблицу 2.

Таблица 2 Таблица данных при t=40°c

Материалы	D, м	h, м	S, м2	tgδ	Сизм, пФ	ε
Полиэтилен	0,09	0,22*10-3	6.362*10-3	0,0060	247	0.965
Бумага	0,09	0,1*10-3	6.362*10-3	0,0456	399	0.709
Тексталит	0,09	1,5*10-3	6.362*10-3	0,0058	123	3.224

3) Дальше снова берем печку и разогреваем катод и анод до температуры 60°с. с и повторяем п.1 Данные получены и занесены в таблицу 3.

Таблица 3 Таблица данных при t=60°c

Материалы	D, м	h, м	S, м2	tgδ	Сизм, пФ	ε
Полиэтилен	0,09	0,22*10-3	6.362*10-3	0,0049	260	1.016
Бумага	0,09	0,1*10-3	6.362*10-3	0,0780	420	0.746
Тексталит	0,09	1,5*10-3	6.362*10-3	0,0038	129	3.437

Построим графики tgδ =f(t°), ε=f(t°).

Рисунок – 1 график зависимости ε=f(t°).

Рисунок – 2 график зависимости tgδ =f(t°)

На основании графиков tgδ =f(t°) и ε=f(t°) можно видеть, что тангенс диэлектрических потерь тексталита и полиэтилена уменьшился, а у бумаги увеличелся.

Вывод:

В данной лабораторной работе мы изучили стандартные методы определения ди­электрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ при переменном (частота 50 Гц) напряжении твердых электроизоляци­онных материалов, исследование и обоснование влияния температуры на ε и tgδ образцов различных материалов. Значения ε у всех трех образцов уменьшилось на диапазоне 40 °С, а при температуре 60°С увеличилось. Это объясняется тем, что поляризация уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением диэлектрика и, следовательно, с уменьше­нием частиц в единице объема.

Также было выяснено, что бумага и полиэтилен являются «нейтральными диэлектриками», а тексталит диэлектриком с полярной поляризацией.