12246

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ»

Книга

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине Электротехнические материалы ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Цель работы: ознакомиться с электроизоляционными проводниковыми и магнитными материалами методами их

Русский

2013-04-24

629 KB

50 чел.

методические указания по выполнению

лабораторных работ по дисциплине «Электротехнические материалы»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ  МАТЕРИАЛЫ

Цель работы: ознакомиться с электроизоляционными, проводниковыми и магнитными материалами, методами их получения, основными характеристиками, свойствами, областями применения.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомиться с образцами электроизоляционных материалов, приведенных на стенде.

2. Ознакомиться с проводниковыми материалами.

3. Ознакомиться с магнитными материалами.

4. Оформить отчет.

Основные теоретические положения

Размеры, стоимость, вес и надежность работы электрических машин и аппаратов в первую очередь зависят от того, насколько удачно подобраны электротехнические материалы, идущие на их изготовление. Вот для чего необходимо знать эти материалы.

По назначению все электротехнические материалы, в зависимости от их электрических свойств, подразделяются на:

− диэлектрические (изоляционные);

− проводниковые;

− полупроводниковые;

− магнитные.

Электроизоляционные материалы

Наиболее многочисленной группой, чрезвычайно важной для электротехники, являются диэлектрические материалы. Они предназначаются для ограничения путей электрического тока и по агрегатному состоянию их разделяют на: газообразные; жидкие; твердеющие; твердые.

По происхождению диэлектрики делятся на: природные (естественные); искусственные.

По химической природе изоляционные материалы разделяют на: органические; неорганические.

По строению их делят на: аморфные; кристаллические; волокнистые.

Указанная классификация в определенной степени влияет на свойства электроизоляционных материалов, которые оцениваются многочисленным рядом характеристик. Из них в практической деятельности, для каждого широко используемого материала, инженеру-электрику следует постоянно помнить две:

- электрическую прочность (пробивную напряженность), т.к. диэлектрик теряет изоляционные свойства если напряженность поля превысит критическое значение (МВ/м или кВ/мм);

- нагревостойкость, определяемую температурой, при которой электроизоляционный материал может работать длительно (в течение ряда лет). В соответствии с ГОСТ 8865-70 все электроизоляционные материалы по нагревостойкости разделены на классы

Т а б л и ц а  1 − Классы нагревостойкости

Классы нагревостойкости

Допустимая рабочая  температура, °C

Классы нагревостойкости

Допустимая рабочая температура, °C

Y

А

Е

В

90

105

120

130

F

H

C

155

180

более 180

Примечание. Температуры классов нагревостойкости электроизоляционных материалов не следует путать с допустимыми температурами обмоток электрических машин и аппаратов.

Проводниковые материалы. Проводниковые материалы могут быть: твердыми; жидкими; газообразными (при определенных условиях).

Твердые (металлические) проводниковые материалы разделяют на: металлы высокой проводимости; сплавы высокого сопротивления.

Из металлов высокой проводимости для электротехники наибольший интерес представляют медь, алюминий и их сплавы.

Т а б л и ц а  2 − Главнейшие усредненные физические свойства металлов

Металл

Плотность, Мг/м3

Температура плавления, °C

Удельное сопротивление, мкОм·м

Медь

Алюминий

8,9

2,7

1083

657

0,0172

0,028

На электрические свойства этих материалов оказывают влияние примеси (особенно на проводимость) и способ обработки (на механические характеристики).

В ремонтной практике электрических машин и аппаратов из проводниковых материалов широко используются обмоточные провода. Они изготавливаются из электролитической меди (ММ) и алюминия (АМ). Из меди марки M1, с содержанием примеси не более 0,1 %, можно получить провод диаметром до 0,03 − 0,02 мм, а из бескислородной меди марки МО, с содержанием примесей не более 0,05 %, в том числе кислорода не свыше 0,02 %, можно получать провод ещё меньшего диаметра.

Марки обмоточных проводов определяются как материалом провода, так и их изоляцией. Например, марка ПЭЛ − провод медный, покрыт лакостойкой эмалью на масляно-смоляной основе. АПЭЛ − изоляция та же, но материал провода − алюминий, на это указывает первая буква марки (А), при медном проводе специальных указаний не делается.

Изоляцию обмоточных проводов по её роду классифицируют на:

− эмалевую, например марки ПЭЛ, ПЭВ, ПЭМ, ПЭТВ, ПЭЛР и др.;

− волокнистую или стекловолокнистую − ПБД, ПШД, ПСД и др.;

− комбинированную − ПЭЛБО, ПЭЛБД, ПЭЛШО, ПЭЛЛО, ПЭВЛО, ПЭТВЛО, ПЭВТЛЛО и др.

Эмалевые изоляции проводов отличаются высокой электрической прочностью при малой толщине, что очень важно для лучшего использования площади пазов электрических машин или окон магнитопроводов трансформаторов. Однако они, как правило, имеют недостаточную механическую прочность.

Провода с волокнистой или стекловолокнистой изоляцией обладают большей механической прочностью, но, к сожалению, и большей толщиной, особенно из хлопчатобумажной или асбестовой пряжи.

Комбинированная изоляция проводов удачно сочетает преимущества двух указанных видов.

В особую группу целесообразно выделить провода с высокой нагревостойкостю:

− с эмалевой изоляцией ПЭТ-155 (155 °C), ПНЭТ-имид (200 °C);

− с волокнистой изоляцией ПСД (155 °C), ПСДК (180 °C);

− с комбинированной ПЭТЛО (130 °C) и др.

Сплавы высокого сопротивления получили широкое применение при изготовлении электроизмерительных приборов, образцовых резисторов и нагревательных элементов: никелин, хромель, константан.

В первых двух случаях от них требуется высокое удельное сопротивление и его высокая стабильность во времени. Малый температурный коэффициент термо-ЭДС: в паре данного сплава с медью. В последнем случае от  сплава  требуется  способность длительно работать  на  воздухе  при  высоких  температурах (1000 °C и более). Кроме того они должны быть дёшевы и  по возможности не содержать дефицитных составляющих.

К проводниковым материалам относят также припои, специальные материалы, применяемые при пайке.

В зависимости от температуры плавления припои делят на две группы:

− мягкие (до 400 °C) − припои оловянно-свинцовые (марка ПОС) применяются там, где требуется хороший электрический контакт;

− твёрдые (выше 500 °C) – припои медно-цинковые (ПМЦ), серебряные − ПСр и др., применяются для получения и хорошего электрического контакта и механически прочного соединения.

Флюсы − это вспомогательные материалы при пайке. Они способны хорошо растворять и удалять окислы из расплава, создавать на его поверхности прочную пленку для защиты металлов от окисления, улучшать растекаемость припоя. В электротехнике в качестве флюса используется канифоль, бура и др.

Полупроводниковые материалы. Полупроводниковыми называют вещества с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре лежит между проводниками и диэлектриками. Управляемость электропроводностью полупроводников температурой, светом, электрическим полем, механическим усилием и пр. положено в основу работы многих специальных устройств. Используемые в практике полупроводниковые материалы подразделяют на:

− простые полупроводниковые (элементы) к ним относятся кремний, германий;

− полупроводниковые химические соединения − тирит, вилит, силит.

Магнитные материалы. В качестве магнитных материалов используются материалы с высокой магнитной проницаемостью (μ > I) − железо, никель, кобальт и сплавы различного состава.

В зависимости от величины коэрцитивной силы (Нс) магнитные материалы принято делить на две большие группы: магнитно-мягкие, используемые в основном как проводники магнитного потока; магнитно-твёрдые, используемые как источники магнитного поля.

Магнитно-мягкие (с малым значением Нс) обладают высокой магнитной проницаемостью, малыми потерями на гистерезис. К ним относятся технически чистое железо, листовая электротехническая сталь, различные сплавы (пермаллои, альсиферы). Используются для изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов.

У магнитно-твёрдых материалов (с большим значением Нс) магнитная проницаемость ниже, чем у магнитно-мягких. Причём чем выше Нс, тем ниже магнитная проницаемость. К ним относятся легированные стали, закаливаемые на мартенсит, литые магнитно-твёрдые сплавы, магниты из порошков, магнитно-твёрдые ферриты. Используются для изготовления постоянных магнитов.

В электротехнике самое широкое применение получила листовая электротехническая сталь. Это сталь легированная кремнием, который резко повышает её удельное электрическое сопротивление, что снижает потери на вихревые токи, кроме того несколько увеличивает магнитную проницаемость и снижает потери на гистерезис, однако кремний понижает механические свойства стали.

Электротехническая сталь (толщиной 0,35 или 0,5 мм) по ГОСТ 21427.0-75 подразделяется на 38 марок. Она изготавливается в виде рулонов, листов и резной ленты и предназначается для изготовления магнитопроводов электрических машин, аппаратов и приборов.

Обозначения марок электротехнических сталей осуществляется в соответствии с их классификацией.

В обозначении марки цифры означают:

первая − класс по структурному состоянию и виду прокатки (1 − горячекатаная изотропная; 2 − холоднокатаная изотропная; 3 − холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой);

вторая − содержание кремния:

0 − с массовой долей кремния до 0.4 % включительно,

1 − с массовой долей кремния св. 0,4 до 0,8 % включительно,

2 − с массовой долей кремния св. 0,8 до 1,8 % включительно,

3 − с массовой долей кремния св. 1,8 до 2,8 % включительно,

4 − с массовой долей кремния св. 2,8 до 3,8 % включительно,

5 − с массовой долей кремния св. 3,8 до 4,8 % включительно;

третья − группа по основной нормируемой характеристике:

0 − удельные потери при магнитной индукции В = 1,7 Тл и частоте 50 Гц (P1,7/50),

1 − удельные потери при магнитной индукции В = 1,5 Тл и частоте 50 Гц (P1,5/50),

2 − удельные потери при магнитной индукции В = 1,0 Тл и частоте 400 Гц (P1/400) для горячекатаной или холоднокатаной изотропной стали и удельные потери при магнитной индукции В = 1,5 Тл и частоте 400 Гц (P1,5/400), для холоднокатаной анизотропной стали,

6 − магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля Н = 0,4 А/м (B0,4),

7 − магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля Н = 10 А/м (B10) или 5 А/м (B5);

четвертая – порядковый номер типа стали.

Горячекатаная изотропная электротехническая сталь изготавливается в виде листов по ГОСТ 21427.3-75 следующих марок:1211, 1212, 1213, 1311, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562, 1571, 1572.

По точности прокатки по толщине подразделяют на сталь нормальной (Н) и повышенной (П) точности.

По состоянию поверхности на сталь: с травленой (Т) и НТ − нетравленой поверхностью.

Пример условного обозначения листа толщиной 0,5 мм, шириной 1000 мм, длиной 2000 м, повышенной точности прокатки, класса 2 с травленой поверхностью, из стали марки 1512: лист 0,50х1000х2000-П-2-Т-1512.

На холоднокатаную анизотропную сталь распространяется ГОСТ 21427.1-83 (с целью ориентации в направлении намагничивания) марки: 3311, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416, 3404, 3405, 3406.

Выпускается в рулонах, листах, в виде ленты.

По виду покрытия: с электроизоляционным термостойким покрытием ЭТ, М – мягкое покрытие, БП – без изоляционного покрытия.

Тонколистовая холоднокатаная изотропная электротехническая сталь выпускается в виде рулонов, листов  резной ленты следующих марок по ГОСТ 21427.2-83: 2011, 2013, 2111, 2112, 2211, 2212, 2311, 2312, 2411, 2412, 242.

По типу покрытия, как  у стали холоднокатаной анизотропной.

Железно-никелевые сплавы. В этих сплавах важнейшей составной частью является никель Ni.  В зависимости от содержания Ni меняются магнитные свойства сплава (Рис. 1). При 27% Ni сплав NiFe является немагнитным. Индукция ВS достигает максимум при 50% Ni.

Р и с у н о к  1 – Величина индукции насыщения ВS = f (Ni, %)

При намагничивании в переменном поле существенное значение имеет величина активного электрического сопротивления сплава, т.к. от нее зависит величина потерь на вихревые токи. Из рис. 2 видно, что наибольшее активное сопротивление имеет сплав с содержанием Ni 30 – 35 %.

Р и с у н о к  2 − Удельное сопротивление ρ сплавов

Магнитные материалы этого типа называются пермаллоями. Эти сплавы по составу делятся на 4 группы: 1 − с содержанием кремния больше 75 %; 2 − около 65 %; 3 – 50 %; 4 − около 35 %.

Марки этих сплавов и химические составы устанавливаются по ГОСТ 10994-74 и приведены в [6]. Марки сплавов состоят из двузначного числа, обозначающего среднее содержание элемента в % и буквенных обозначений элементов. Буква П означает, что в результате особой технологии изготовления и режима термостойкости сплав обладает прямоугольной петлёй гистерезиса (Рис. 3). А − суженные пределы химического состава.

Р и с у н о к  3 − Осциллограммы петли гистерезиса 50 Гц

Наибольшее распространение получил сплав 79НМ:

Si = 0,3−0,5 %, Mn = 0,6−1,1 %, Ni = 78,5−80 %  Mо = 3,8−4,1 %, Cu = 0,2 %, плотность 8,6 Мг/м3.

Ферриты. Ферриты − магнитные материалы на основе оксидов металлов. Промышленные магнитно-мягкие ферриты − это в основном поликристаллические материалы, синтезируемые по керамической технологии, включающей в себя составление смеси оксидов в заданной пропорции, ферризацию смеси, формирование изделий и их последующее спекание.

Наибольшее распространение получили 2 группы магнитно-мягких ферритов:

1. Mn-Zn марганцево-цинковые − твердые растворы феррита марганца (MnFeO) и феррита цинка ZnFeO;

2. Ni-Zn никель-цинковые − твердые растворы феррита никеля (NiFeO) и феррита цинка ZnFeO.

Разнообразие марок Mn-Zn и Ni-Zn ферритов определяется соотношением основных компонентов, наличием легирующих присадок и режимов синтеза.

По своим электрическим свойствам ферриты являются полупроводниковыми материалами. Их проводимость увеличивается с ростом температуры.

Исходя из условий эксплуатации и области применения ферритовых сердечников, магнитомягкие ферриты делятся на 2 группы.

Ферриты общего применения (1-я группа) включает в себя Ni-Zn ферриты марок 100НН, 400НН, 900НHI, 600HH, 1000НН, 2000НН, и Mn-Zn ферриты марок 1000НМ, 1500НМ, 2000НМ, 3000НМ. Ферриты данной группы используется в слабых и сильных полях в диапазоне частот до 30 МГц в качестве сердечников трансформаторов, дросселей магнитных антенн и в другой аппаратуре, где нет особых требований к температурной и временной стабильности параметров.

Магнитные потери Mn-Zn ферритов значительно ниже, чем Ni-Zn при близких значениях начальной магнитной проницаемости. Ширина петли гистерезиса у них меньше ввиду меньших значений остаточной индукции и коэрцитивной силы при достаточно высоких значениях индукции.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. В отчете, используя литературные источники [1,2,3] каждому образцу электроизоляционных материалов, приведенных на стенде, дать краткую характеристику: метод получения, электрическая прочность, класс нагревостойкости, области применения, достоинства и недостатки.

2. По литературным источникам [1,2,3,4] каждому образцу проводниковых и полупроводниковых материалов, приведенных на стенде, составить характеристику:

а) медь, алюминий, латунь, бронза − получение, содержание примесей, марки, основные свойства, влияние обработки, области применения;

б) обмоточные провода − материал провода, его изоляция, допустимые температуры нагрева, области применения;

в) константан, нихром − содержание элементов, основные параметры, области применения;

г) припои − тип по температуре плавления, характерные особенности, области применения;

д) флюсы − группы по действию, оказываемому на металл, особенности, области применения;

е) угольные щётки − тип, основные параметры, области применения;

ж) кремний, германий, вилит, тирит, силит − получение, основные параметры, области применения.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Определение электрической прочности

трансформаторного масла

ПРОГРАММА РАБОТЫ

  1.  Усвоить методику электрического испытания трансформаторного мала.
  2.  Произвести стандартное испытание масла на электрическую прочность.
  3.  Определить величину электрической прочности масла в зависимости от расстояния между электродами разрядника.
  4.  Установить зависимость электрической прочности масла от числа пробоев.
  5.  Оформить отчет.

Основные теоретические положения

Во многих электрических аппаратах – трансформаторах, масляных выключателях, маслонаполненных конденсаторах и кабелях, масляных реостатах и других подобных устройствах – применяется в качестве заполнителя жидкий материал, представляющий собой нефтяное электроизоляционное масло. Часто это масло, в зависимости от его обработки, свойств и назначения, называется трансформаторным, кабельным, конденсаторным и т. п.

В электрических аппаратах масло выполняет ряд весьма важных и ответственных функций:

− повышение электрической прочности и надежности изоляции;

− создание надлежащих условий для охлаждения обмоток и магнитопровода, которые разогреваются вследствие неизбежных потерь в меди и стали.

В специальных аппаратах,  используемых для разрыва цепей при значительных напряжениях, или при больших токах (масляные выключатели), трансформаторное масло обеспечивает быстрое гашение электрической дуги, что позволяет отключать большие электрические мощности.

Таким образом, в электрических установках трансформаторное масло используется как изолирующее, охлаждающее и дугогасящее средство.

Надежность работы маслонаполненной аппаратуры определяется качеством электроизоляционного масла, которое должно периодически испытываться с целью определения его электрических параметров. Трансформаторное масло обычно различают: чистое и сухое, тщательно очищенное от всевозможных примесей, предназначенное для заливки в тот или иной аппарат (регенерированное); эксплуатационное, которое залито уже в аппарат и находится в эксплуатации. При воздействии повышенной температуры, влаги, воздуха (особенно озона), соприкосновение масла с металлами, в нем появляются продукты распада, масло теряет свою прозрачность, темнеет, в нем появляются механические примеси, взвешенный уголь, кислоты и смолы. Волокнистые примеси в еще большей степени снижают электрическую прочность масла. Они более гигроскопичны, чем масло, и впитывая в себя влагу, становятся полупроводящими частицами. Взвешенный уголь является хорошим проводником. При соприкосновении с воздухом трансформаторное масло быстро окисляется. Растворение в нем кислоты действует на твердую органическую изоляцию аппарата (бумага, картон, пряжа и др.) и металлы (бак, обмотка). Масло стареет. Масло, качество которого снизилось вследствие старения и загрязнения, очищают. Различают два вида испытаний эксплуатационного масла: на пробой и на сокращенный анализ. В объем испытания на пробой входит определение электрической прочности, наличия механических примесей, содержание взвешенного угля, воды. В объем сокращенного анализа дополнительно входит определение температуры вспышки, содержания органических кислот, наличия водорастворимых кислот и щелочей.

В соответствии с Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей изоляционное масло должно подвергаться лабораторным испытаниям в следующие сроки:

− для трансформаторов мощностью свыше 630 кВ·А, работающих с термосифонными фильтрами, не реже 1 раза в 5 лет (сокращенный анализ);

− для трансформаторов, работающих без термосифонных фильтров, а также для трансформаторов и аппаратов после капитального ремонта не реже 1 раза в 2 года.

В измерительных трансформаторах напряжением до 20 кВ и силовых трансформаторах мощностью до 630 кВ·А с термосифонными фильтрами пробу масла не отбирают, а масло заменяют по результатам профилактических испытаний.

Предельные допустимые значения в соответствии с ГОСТ 982-80 основных показателей качества свежего или регенерированного сухого и эксплуатационного масла приведены в табл.1.

Т а б л и ц а 1 – Основные показатели качества трансформаторного масла

Показатель качества масла

Допустимые значения

для свежего масла

для эксплуатационного масла

Электрическая прочность масла, кВ, определяемая в стандартном сосуде, для трансформаторов и изоляторов напряжением:

до 15 кВ

30

25

свыше 15 до 35

35

30

от 60 до 220

45

40

от 330 до 500

55

50

Содержание механических примесей

Отсутствие (визуально)

Отсутствие (визуально)

Содержание взвешенного угля

Отсутствие

Отсутствие

Кислотное число, мг КОН на 1г масла не более

0,02

0,02

Температура вспышки, 0С, не ниже

135

Снижение температуры не более чем на 500С

Тангенс угла диэлектрических потерь, не более, %:

при 200С

при 700С

при 900С

0,2

1,5

-

0,4

2,0

-

Важнейшей характеристикой каждого масла как электроизоляционного материала является его электрическая прочность, т.е. та минимальная напряженность электрического поля Епр, кВ/мм, при которой происходит пробой. Электрическая прочность определяется пробивным напряжением Uпр, отнесенным к толщине h диэлектрика в месте пробоя:

 .        (1)

Численное значение величины Епр зависит от качества изоляционного масла,  наличия в нем влаги,  различных твердых примесей, в особенности, если последние гигроскопичны (рис. 1). Таким образом, по величине электрической прочности трансформаторного масла можно судить о степени его загрязнения инородными веществами.

Р и с у н о к 1 − Зависимость действующего значения пробивного напряжения от

содержания влаги в изоляционном масле, полученная при испытании в

стандартном разряднике (h = 2,5 мм)

Электрическая прочность любого диэлектрика, в том числе и изоляционного масла с определенными свойствами, не является постоянной величиной, а зависит от степени равномерности электрического поля, рода прилагаемого напряжения, скорости изменения напряжения, а также от продолжительности его воздействия. Помимо этого на величину электрической прочности несколько влияет температура, в особенности для увлажненного масла (рис. 2), а в некоторых случаях и толщина слоя диэлектрика.

Р и с у н о к  2 − Зависимость действующего значения пробивного

напряжения трансформаторного  масла от температуры,

полученная при испытании в стандартном разряднике (h = 2,5 мм):

1 – чистое и сухое масло; 2 – эксплуатационное масло со следами влаги.

Для того чтобы по численному значению электрической прочности можно было судить о качестве масла, испытание его на пробой проводят в определенных условиях на специальном пробивном аппарате. Последний укомплектован разрядником, выполненным по ГОСТ 17711-72 в виде фарфорового сосуда с двумя стандартными латунными или медными шлифованными  электродами  Ø 25 мм, расположенными на расстоянии 2,5 мм друг от друга (рис. 3).

Р и с у н о к  3 − Стандартный разрядник для испытания трансформаторного масла на пробой

Сосуд после соответствующей подготовки заливается испытуемым  маслом, а к электродам подводится плавно повышаемое напряжение со скоростью порядка 1 – 2 кВ/сек до тех пор, пока слой масла толщиной h0 = 2,5 мм не будет пробит напряжением Uпр, кВ. Наступление пробоя определяется по наибольшему показанию киловольтметра пробивного аппарата.  

Быстро возникающие и также мгновенно исчезающие тонкие искры, проскакивающие между электродами при плавном повышении напряжения, во внимание не принимаются.

Для устранения посторонних влияний на результаты испытания изоляционного масла производят шесть последовательных пробоев изоляционного масла с интервалом 5 минут между ними.

После каждого пробоя масло слегка перемешивается стеклянной палочкой для удаления копоти и пузырьков воздуха, находящихся в пространстве между электродами.

За величину пробивного напряжения Uпр данного сорта масла принимают среднее арифметическое значение пяти полученных пробивных напряжений Uпр, за исключением  напряжения первого пробоя

                                                        .                                                 (2)

Численное значение Uпр нормируется как для чистого и сухого масла, так и для масла, находящегося в эксплуатации, в зависимости от величины рабочего напряжения заполняемого маслом аппарата, табл. 2

Т а б л и ц а  2 − Пробивное напряжение изоляционного масла

Для аппаратов с высшим рабочим напряжением U, кВ

Пробивное напряжение Uпр, кВ при  h0 = 2,5 мм для масла

До15 кВ

30

25

От 15 до 35кВ

35

30

От 60 до 220кВ

45

40

От 330 до 500кВ

55

50

Определение электрической прочности Eпр0, кВ/мм трансформаторного масла при  h0 = 2,5 мм производится по формуле (1).

Совершенно аналогично может быть найдена электрическая прочность Eпр при других значениях h и установлена зависимость Епр = f(h). В том случае, когда при выполнении этого опыта испытывается влажное трансформаторное масло, то перед каждым испытанием следует в фарфоровый сосуд наливать свежее масло, т.к. в противном случае вследствие подсушивания масла от многократных пробоев результаты испытания могут быть искажены.

Если же масло подвергать многократным пробоям без замены и перемешивания, а результаты опытов представить соответствующим графиком в виде ломанной линии с последующей заменой ее плавной средней линией (рис. 4), то по ее ходу можно судить о влажности испытуемого масла. Если кривая будет подниматься вверх, то это указывает на наличие влаги в масле, и наоборот.

   

Р и с у н о к  4 − Зависимость действующего значения Uпр трансформаторного масла

от числа пробоев

Несмотря на простоту эксперимента по испытанию трансформаторного масла на пробой, надежные данные могут быть получены только в том случае, когда электроды и фарфоровый сосуд будут совершенно чистые и перед заполнением сухие. Поэтому электроды периодически необходимо протирать замшей.

Перед началом каждого испытания сосуд с электродами следует промыть чистым сухим маслом и просушить в термостате, после чего прикосновение, как к электродам, так и к внутренней стенке сосуда недопустимо.

Проба масла должна отбираться в совершенно чистую и сухую стеклянную посуду, плотно закрывающуюся притертой пробкой.

Перед испытанием посуду с отобранной пробой насколько раз медленно переворачивают вверх дном для перемешивания масла, но не взбалтывают во избежание образования пузырей воздуха внутри масла. Затем вынимается пробка и некоторое количество масла сливается до краев сосуда.

После этого подготовленный и просушенный разрядник пробивного аппарата трижды ополаскивается маслом, которое каждый раз полностью выливается, и только затем заполняется маслом так, чтобы оно было выше верхнего края электродов не менее 15 мм, и дают ему отстояться до первого пробоя 10 минут.

Описание схемы установки

Трансформаторное масло испытывают на пробой на специально сконструированных установках, например, аппаратах АИИ-70м, АИИ-80 и др. Принципиальная схема аппарата АИИ-70м изображена на рис. 5.

Аппарат состоит из передвижного пульта управления на колесах и выпрямителя. Внутри пульта управления расположены: высоковольтный трансформатор, пускорегулирующая и сигнальная аппаратура. Электропитание подводится к аппарату от однофазной сети напряжением 127 или 220 В посредством гибкого кабеля, снабженного штепсельными разъемами, на клеммы дверной блокировки SF2. Далее через предохранители F1, F2, F3 попадает на регулятор напряжения SF1, подается на первичную обмотку высоковольтного трансформатора TV1 и конденсаторы C1, C2. Переключатель S1 служит для установки максимальной защиты автоматического выключателя SF1 в положение «Чувствительная» или «Грубая». Высокое напряжение от трансформатора TV1 через ограничительное сопротивление R может быть использовано как для испытания переменным напряжением твердых диэлектриков, так и для определения пробивного напряжения жидких диэлектриков. Сигнальная лампа HLG (зеленая) указывает на включение сети, лампа HLR (красная) на включение высокого напряжения. В установке имеется сосуд EV с электродами для испытания жидких диэлектриков.

Аппарат на своей крышке, где установлена аппаратура контроля, сигнализации, коммутации и защиты, имеет дверцу со смотровым окошком для наблюдения процесса пробоя трансформаторного масла, которая прикрывает разрядник и имеет блокировочные контакты Б, разрывающие цепь питания аппарата, как только дверца открывается. Этим достигается автоматическое снятие напряжения с электродов разрядника, что необходимо для безопасной работы с аппаратом.

При пользовании аппаратом корпус  надежно заземлить путем соединения клеммы заземления, установленной на его задней стенке, с системой заземления медным проводом с сечением не менее 4 мм2.

Кроме того лицо, проводящее испытание масла на пробой, должно при работе на аппарате все время находиться на резиновом коврике и надеть на руки резиновые перчатки.

Р и с у н о к  5 − Принципиальная электрическая схема маслопробойника

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с аппаратом для определения электрической прочности твердых и жидких диэлектриков и прочим оборудованием экспериментальной установки и записать в протокол испытания их технические характеристики.

2. Проверить состояние проводки заземления корпуса аппарата и подключить сам аппарат к сети однофазного тока  через двухполюсный рубильник S1 и плавкие предохранители FU1−FU3.

3. Пользуясь ключом и калибром установить расстояние между электродами разрядника 2,5 мм при котором калибр должен входить между ними без качки, но не очень туго.

4. Промыть разрядник чистым сухим маслом, подготовить банку с испытуемым маслом для заливки разрядника, трижды обмыть им электроды, а затем заполнить фарфоровый сосуд до отметки и установить его в аппарат.

5. Повернуть ручку регулировочного автотрансформатора TV2 против часовой стрелки до упора, дать отстояться маслу в течении 10 мин., установить стрелку киловольтметра kV на нулевое деление шкалы при помощи регулировочного винта и, после разрешения руководителя, приступить к работе.

6. Включить двухполюсный рубильник S1, в результате чего загорится зеленая сигнальная лампа «HLG», указывающая, что регулировочный автотрансформатор находится под напряжением сети.

7. Надеть резиновые перчатки, встать на резиновый коврик, включить автоматический выключатель SQ, после чего загорится красная сигнальная лампа “HLR”, предупреждающая о включении высоковольтного трансформатора TV1.

8. Плавно поворачивать ручку регулировочного автотрансформатора ТV2 по часовой стрелке со скоростью обеспечивающей нарастание напряжения порядка 1 – 2 кB/сек до тех пор, пока не произойдет пробой масла. Одновременно следует наблюдать за показаниями киловольтметра kV с тем, чтобы в момент, предшествующий пробою, отсчитать величину пробивного напряжения, ибо при пробое происходит срабатывание автоматического выключателя SF1, который отключает цепь первичной обмотки высоковольтного трансформатора ТV1,  красная сигнальная лампа “HLR” при этом гаснет.

9. Возвратить ручку регулировочного автотрансформатора ТV2 в исходное положение, поднять откидную дверцу и помешать чистой сухой стеклянной палочкой масло в разряднике для удаления из промежутка между электродами частиц копоти, а затем закрыть дверцу.

После отстаивания масла в течение 5 мин. испытание повторить и снова выполнить все манипуляции, предусмотренные в пункте 9, с таким расчетом, чтобы иметь данные по шести пробоям испытуемого масла, результаты наблюдений свести в табл. 3.

Т а б л и ц а  3 − Результаты испытаний на пробой

№ опыта

Пробивное напряжение Uпр, кВ при h0 = 2,5 мм

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

10. Для установления зависимости величины пробивного напряжения Uпр от расстояния h между электродами разрядника повторить опыты пунктов 3 – 9 при различном значении h, устанавливаемом с помощью ключа и набора калибров. Результаты испытания свести в табл. 4.

Т а б л и ц а  4 − Зависимость Uпр от расстояния между электродами h 

№ опыта

Пробивное напряжение Uпр

h = … мм

h = … мм

h = … мм

h = … мм

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

Примечание.  При испытании влажного масла необходимо его заменять при каждом вновь устанавливаемом расстоянии между электродами разрядника, во избежания получения неудовлетворительных результатов вследствие подсушивания масла многократными пробоями.

11. Найти зависимость величины пробивного напряжения Uпр от числа пробоев,  для чего произвести 30 последовательных пробоев без перемешивания масла в разряднике и результаты наблюдений свести в табл. 5

Т а б л и ц а  5 − Зависимость Uпр от числа пробоев

№  пробоя

1.

2.

3.

4.

5.

28.

29.

30.

Uпр, кВ

Обработка результатов опыта

1. Пользуясь формулами (1) и (2) определить величину пробивного напряжения Uпр и электрической прочности Епр0 масла при h0 = 2,5 мм.

2. Вычислить величины Uпр и Епр при различном значении расстояния h между электродами разрядника. Результаты расчетов свести в табл. 6.

Т а б л и ц а  6

опыта

h = … мм

h = … мм

h = … мм

h = … мм

Uпр, кВ

Епр, кВ/мм

Uпр,

кВ

Епр, кВ/мм

Uпр,

кВ

Епр, кВ/мм

Uпр,

кВ

Епр, кВ/мм

1 − 6

3. Вычертить в различных координатных системах кривые Uпр = f(h) и Епр = f(h).

4. Привести зависимость величины пробивного напряжения от числа пробоев, т.е. Uпр = f(n), и, пользуясь полученными результатами проведенного испытания, дать заключение о пригодности изоляционного для эксплуатации.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Какую роль выполняет трансформаторное масло в электрических аппаратах?
  2.  Чем отличается конденсаторное масло от трансформаторного?
  3.  Что такое  электрическая прочность масла и как ее определяют?
  4.  Какие изменения происходят в трансформаторном масле в условиях эксплуатации?
  5.  Почему при стандартном испытании масла берется среднее из пяти пробоев, а не удовлетворяются данными по одному, двум пробоям?
  6.  Как и почему влияет на электрическую прочность масла большое число следующих друг за другом пробоев?
  7.  Какие испытания входят в программу на «пробой»? Каковы сроки этих испытаний?
  8.  Расскажите о видах испытаний, входящих в программу сокращенного анализа масла, каковы их сроки?


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Изучить основные магнитные характеристики ферромагнитных материалов.

2. Снять динамическую кривую намагничивания ферромагнетика по методу вольтметра и амперметра.

3. Получить семейство кривых гистерезисного цикла с помощью электронного осциллографа.

4. Определить величину потерь в ферромагнитном материале при его циклическом перемагничивании.

5. Оформить отчет.

Основные теоретические положения

Характерной особенностью ферромагнитных материалов или ферромагнетиков является значительно большая, чем у неферромагнитных материалов, величина магнитной индукции В при одном и том же значении величины напряженности магнитного поля Н. Внесение ферромагнетика в магнитное поле приводит к упорядочению расположения его атомов, в результате чего появляется дополнительный поток магнитной индукции, обусловленный элементарными токами, существующими внутри атомов.

Величина магнитной индукции В характеризует результирующее магнитное поле в ферромагнитном материале, создаваемое  внешними и внутренними возбудителями. Магнитная индукция В зависит от величины напряженности магнитного поля Н, определяемой намагничивающим током I и конфигурацией обтекаемого им проводника, и задается обычно в виде кривой В = f (H).Эта зависимость не имеет точного аналитического выражения и обычно находится экспериментальным путем. В общем случае магнитная индукция В не является однозначной функцией напряженности магнитного поля Н, а зависит и от магнитного состояния, в котором пребывал ферромагнетик до воздействия на него внешнего магнитного поля.

Для исключения влияния начального магнитного состояния ферромагнетика на результаты исследования следует материал подвергнуть воздействию переменного по направлению внешнего магнитного поля, постепенно уменьшая величину намагничивающего тока до нуля с таким расчетом, чтобы в конце процесса Н = 0 и В = 0.

В основу расчета магнитных цепей приборов, машин и аппаратов кладется кривая первоначального намагничивания В = f (Н) (рис.1). Для построения кривой В = f (Н), размагниченный образец из ферромагнитного материала помещают в монотонно и медленно нарастающее магнитное поле, отмечая значения Н и В, отвечающие одному и тому же моменту времени.

Р и с у н о к  1 − Кривая первоначального намагничивания ферромагнитного

материала

Имея кривую первоначального намагничивания, можно установить и построить зависимость величины абсолютной магнитной проницаемости а ферромагнетика от напряженности магнитного поля Н, т. е. кривую а = f(H).  Необходимо учитывать, что

                                                   .                                                            (1)

Величина абсолютной магнитной проницаемости а является важнейшей характеристикой ферромагнитных материалов и показывает способность материала намагничиваться в том или ином магнитном поле (рис. 2.).

Р и с у н о к  2 − Зависимость магнитной проницаемости ферромагнетика

от напряженности магнитного поля

Как видно из кривой а = f(Н), абсолютная магнитная проницаемость ферромагнетиков изменяется в весьма широких пределах от 0    (при Н = 0 и Н = ) до амакс (при Н = Н'). Это затрудняет использование величины а для практических расчетов магнитных цепей.

Наибольшее значение абсолютной магнитной проницаемости амакс можно определить непосредственно по кривой первоначального намагничивания. Для этого из начала координат 0 проводят касательную к кривой В = f (Н) и находят координаты Н', В' точки касания А (рис.1). Отношение В' к Н' определяет собой наибольшее значение абсолютной магнитной проницаемости амакс

                                                      амакс.                                                (2)

Для ферромагнитных материалов,  подвергающихся воздействию переменного по величине и направлению магнитного поля, основной характеристикой является петля гистерезисного цикла, изображающая зависимость величины магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н, т. е. В =f(H).

Следует отметить, что в начале процесса перемагничивания форма петли гистерезисного цикла все время несколько изменяется и только после 10 − 12 циклов перемагничивания устанавливается ее окончательный вид.

Для каждого наибольшего значения напряженности магнитного поля получается своя петля гистерезисного цикла. Совокупность этих кривых, образует семейство симметричных петель с вершинами лежащими на основной кривой намагничивания, причем каждая петля с меньшим значением наибольшей напряженности магнитного поля лежит внутри петли с большим значением Нмакс (рис. 3).

Р и с у н о к  3 − Изменение магнитной индукции в зависимости от величины

напряженности магнитного поля при постепенном уменьшении Нмакс

При увеличении значения Нмакс увеличивается площадь петли гистерезисного цикла, которая характеризует потери энергии за один цикл перемагничивания ферромагнитного материала.

При некотором значении Нмакс получается гистерезисная петля с наибольшей площадью, которая называется предельной (рис. 4) и является важной характеристикой ферромагнетика. Дальнейшее увеличение Нмакс не вызывает изменения формы и величины площади петли гистерезисного цикла, а приводит лишь к удлинению участков АF и A'F'.

Р и с у н о к  4 − Предельная петля гистерезисного цикла

Наибольшее значение магнитной индукции Bнас, отвечающее значению Нмакс, после которого ферромагнетик не реагирует на дальнейшее возрастание  возбуждающего поля, является одной из основных магнитных характеристик материала и называется магнитной индукцией насыщения.

Важные характеристики ферромагнетиков определяются точками пересечения D, D' и С, С'  предельной петли гистерезисного цикла с осями координат, которые определяют собой соответственно величину остаточной магнитной индукции Вг а также задерживающую или коэрцитивную силу Нс.

В зависимости от величины Нс, характеризующей способность материала сохранять остаточный магнетизм, принято существующие ферромагнетики относить к магнитно-мягким  (с Нс < 8·102 А/м), из которых изготовляются сердечники электромагнитов, и магнитно-твердым (с Нс > 40·102 А/м), применяемых для изготовления постоянных магнитов.

Зная величину задерживающей силы Нс, можно ориентировочно определить то значение напряженности магнитного поля Н', при котором абсолютная магнитная проницаемость принимает наибольшее значение макс из соотношения

                                       Н' = (1,2 − 1,4)·Нс                                              (3)

На рис.5 приведены петли гистерезисного цикла для различных ферромагнитных материалов.

Р и с у н о к  5 − Петли гистерезисных циклов ферромагнетиков

При работе ферромагнетиков в быстро изменяющемся магнитном поле петля гистерезисного цикла получается несколько шире, чем при медленном изменении магнитного поля, и носит название динамической петли. Площадь динамической петли характеризует собой полные потери в ферромагнетике за один цикл перемагничивания: потери на гистерезис, вихревые токи, а в некоторых случаях и на последействие вследствие магнитной вязкости материала.

Форма динамической петли зависит от качества испытуемого материала, толщины его листов, максимального значения величины магнитной индукции, а также от частоты изменения намагничивающего тока.

При небольшом значении магнитной индукции динамическая петля эллипсовидная, при средней магнитной индукции − похожа на обычную петлю гистерезисного цикла, а дальнейшее увеличение магнитной индукции вызывает постепенный переход ее в эллипсовидную форму.

По площади Sп динамической петли, измеренной планиметром, можно определить удельные потери энергии в ферромагнетике на гистерезис и вихревые токи по формуле

                       ,                                             (4)

где Рг.в удельные потери в ферромагнетике, Вт/кг;

Sп  − площадь динамической петли, см2;

мн и мв − соответственно масштабы по осям Н и В, А/м см и Вб/м2·см;

f  частота переменного тока, Гц;

− вес единицы объема ферромагнетика, г/см3.

Важной магнитной характеристикой ферромагнетиков в быстроменяющемся магнитном поле является его абсолютная амплитудная или динамическая проницаемость а~ определяемая как:

                                                          ,                                                  (5)

где Вмакс и Нмакс − соответственно максимальные магнитная индукция и напряженность магнитного поля.

Определяются по динамической кривой намагничивания, являющейся геометрическим местом вершин динамических петель. При небольшой частоте f намагничивающего тока и тонких листах ферромагнитного материала динамическая кривая намагничивания практически совпадает с кривой первоначального намагничивания, получаемой при медленно нарастающем значении напряженности магнитного поля, так что а~ = а.

При исследовании магнитных свойств ферромагнетиков в переменном магнитном поле образцу придается форма замкнутого кольца, собранного из отдельных, изолированных листов испытуемого материала, на котором размещаются две обмотки I и II с числом витков соответственно w1  и w2, выполненных изолированным проводом (рис. 6.).

Р и с у н о к  6 − Образец из ферромагнетика для испытания в переменном

магнитном поле

 

Наличие двух независимых обмоток позволяет измерять ток I в намагничивающей обмотке I и величину индуктированной ЭДС Е в измерительной обмотке II, что дает возможность путем соответствующих расчетов найти отвечающие им наибольшие значения напряженности магнитного  поля Нмакс и величины магнитной индукции Вмакс.

Действительно, применив закон полного тока

                                                                                                      (7)

вдоль средней магнитной линии образца из ферромагнетика (рис. 6.), имеем

                                                      HD = Iw1,                                                     (8)

откуда напряженность магнитного поля

                         ,                                                        (9)

а ее наибольшее значение Нмакс , А/м будет

                                                                                                 (10)

где D диаметр средней магнитной линии образца, м.

Величина ЭДС Е, наводимая в измерительной обмотке II, будет

                                                   Е = 4,44ВмаксSw2 ,                                         (11)

а наибольшее значение магнитной индукции Вмакс, Вб/м2 находится из соотношения

                                                                                                       (12)

где S − площадь поперечного сечения образца ферромагнитного материала, м2;

w2 -число витков измерительной обмотки II.

Подводя к намагничивающей обмотке I различное по величине напряжение, вызывающее появление соответствующего намагничивающего тока I, который возбуждает в ферромагнитном материале магнитное поле можно по соотношениям (10) и (12) и измеренным величинам I и Е найти соответственно значения Нмакс и Вмакс, а также по формуле (5) динамическую проницаемость а~, что позволяет установить экспериментальные зависимости В = f (Н) и а~ = f(H) для исследуемого ферромагнитного материала.

Описанный метод вольтметра и амперметра для снятия кривой магнитной индукции и магнитной проницаемости в магнитном поле тока промышленной частоты является наиболее простым, но и наименее точным (погрешность порядка 10 − 15%) и все же он часто применяется при исследовании образцов из магнитно-мягких материалов.

Магнитные свойства ферромагнетиков можно изучать с помощью электронного осциллографа, который кроме более высокой точности измерения (погрешность порядка 5 – 7 %) позволяет наблюдать влияние различных факторов (деформация, температура и др.) на магнитные характеристики испытуемого материала.

При этом методе на вход Х горизонтальной развертки электронного осциллографа подается потеря напряжения u, обусловленная мгновенным значением намагничивающего тока i, протекающего по обмотке I и по образцовому сопротивлению r0 схемы рис. 7, равная

                                                           u=ir0 ,                                                        (13)

которая прямо пропорциональна напряженности магнитного поля

                                                                                                       (14)

Измерив на экране электронного осциллографа абсциссу еx, см вершины динамической петли и зная чувствительность Sx, см/В входа горизонтальной развертки X, можно найти наибольшее значение напряженности магнитного поля Нмакс, А/м

                                                                                              (15)

где

                                                                                                         (16)

постоянный коэффициент данной экспериментальной установки.

Р и с у н о к  7 − Схема установки для снятия кривой магнитной индукции в зависимости от величины напряженности магнитного поля:

1 − испытуемый ферромагнитный образец; 2 − интегратор; 3 − электронный осциллограф

Мгновенная ЭДС, наведенная в измерительной обмотке II, равна

                                                                                           (17)

где w2  число витков измерительной обмотки II;

S − сечение образца из ферромагнетика, м2.

Из соотношения (17) следует, что мгновенное значение магнитной индукции будет

                                                ,                                                       (18)

Следовательно, для того чтобы подать к входу Y вертикальной развертки электронного осциллографа напряжение, прямо пропорциональное величине магнитной индукции в исследуемом образце, необходимо измерительную обмотку II подключить к нему через специальное устройство − интегратор, который обеспечивает автоматическое выполнение соотношения (18).

На рис. 8. приведена схема интегрирующего устройства типа rС, которая входными зажимами II присоединяется к измерительной обмотке, а выходными Y- к выходу вертикальной  развертки электронного осциллографа.

  

Р и с у н о к  8 − Схема интегрирующего устройства

Применяя для цепи интегратора второй закон  Кирхгофа, имеем

                                                                                                (19)

где е − мгновенное значение ЭДС с. измерительной обмотки II;

иr и иc  − мгновенные значения напряжения на концах соответственно сопротивления r и конденсатора С.

Параметры схемы выбираются такими, чтобы иr во много раз превышало иc, что позволяет находить мгновенный ток

                                                                ,                                                           (20)

Тогда мгновенное значение напряжения иc на конденсаторе С будет

                                                                                                  (21)

oткуда

                                                                                                             (22)

Подставляя найденное значение в уравнение (18), имеем

                                                                                                               (23)

Измерив на экране электронного осциллографа ординату ey, см вершины динамической петли и, зная чувствительность Sy, см/В входа Y вертикальной развертки, можно найти наибольшее абсолютное значение магнитной индукции Вмакс, Вб/м2 испытуемого образца как

                                           ,                                          (24)

где

                                                                                                       (25)

постоянный коэффициент данной экспериментальной установки.

Одновременная подача напряжении и и uc соответственно к входам горизонтальной и вертикальной разверток электронного осциллографа позволяет наблюдать на его экране кривые В = f(H), форма которых для определенного ферромагнетика зависит от величины намагничивающего тока I, протекающего в намагничивающей обмотке I.

Определение динамической кривой намагничивания с помощью электронного осциллографа сводится к измерению абсцисс и ординат вершин симметричных динамических петель и подсчету величин магнитной индукции и напряженности магнитного поля соответственно по формулам (15) и (24).

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ УСТАНОВКИ

Образец исследуемого ферромагнитного материала выполнен в виде замкнутого кольца с двумя обмотками I и II, из которых первая питается от сети переменного тока а − b через регулировочный автотрансформатор типа ЛАТР, допускающий широкое и плавное регулирование величины подводимого к ней напряжения, что дает возможность изменять намагничивающий ток I, измеряемый амперметром pА (рис.9).

Р и с у н о к  9 − Схема исследования магнитных свойств ферромагнитных

материалов

Наличие в данной цепи образцового сопротивления r0 позволяет подводить к входу Х горизонтальной развертки электронного осциллографа напряжение u, которое прямо пропорционально мгновенному значению намагничивающего тока i.

Частотомер Нz ферродинамической системы служит для измерения частоты f переменного тока. ЭДС Е, наводимая в измерительной обмотке II, контролируется вольтметром pV, который должен обладать высоким сопротивлением во избежание измерения величины Е с заметной погрешностью.

Сопротивление r и конденсатор С образуют интегрирующее устройство, через которое измерительная обмотка II присоединяется к входу Y вертикальной развертки электронного осциллографа.

Однолучевой электронный осциллограф со съемной масштабной сеткой, расположенной у поверхности экрана электронно-лучевой трубки, позволяет наблюдать на экране кривые, характеризующие магнитные свойства испытуемого материала, а также определять в масштабе координаты отдельных их точек.

Включается электронный осциллограф штепсельной вилкой в розетку цепи переменного тока с последующим поворотом ручки выключателя, находящегося на его панели. Появление светящегося пятна на экране свидетельствует о готовности электронного осциллографа к работе.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с приборами, аппаратами и прочим оборудованием экспериментальной установки и записать в протокол испытания их технические характеристики.

2. Присоединить к сети переменного тока регулировочный автотрансформатор ЛАТР, к которому подключить через амперметр рА и образцовое сопротивление r0 намагничивающую обмотку I ферромагнитного образца, подвести провода к входу Х горизонтальной развертки электронного осциллографа, а затем подключить частотомер Нz.

Измерительную обмотку II присоединить через сопротивление r интегратора к входу Y вертикальной развертки электронного осциллографа, после чего подключить конденсатор С и вольтметр pV.

3. После проверки схемы руководителем, поставить ручку регулировочного автотрансформатора ЛАТР в нулевое положение, ручки электронного осциллографа в рабочее положение, вставить штепсельную вилку шланга питания электронного осциллографа в штепсельную розетку переменного тока, а затем включить двухполюсный рубильник Р и повернуть выключатель осциллографа в рабочее положение.

4. После прогрева осциллографа постепенным поворотом ручки регулировочного автотрансформатора увеличивать напряжение, подводимое к обмотке намагничивания ферромагнитного образца, до тех пор, пока ток I в ней не обеспечит появление на экране предельной кривой гистерезисного цикла. Измерить координаты ее вершин с помощью масштабной сетки.

5. Для снятия динамической кривой намагничивания необходимо измерять координаты вершин симметричных петель гистерезиса различной формы, получающихся в результате постепенного уменьшения величины намагничивания тока I.

Результаты измерений по пунктам 4 и 5 свести в табл. 1.

Т а б л и ц а  1 − Результаты экспериментальных исследований ферромагнитного образца

№ опыта

Частота

f, Гц

Намагничивающий ток

I, А

ЭДС

Е, В

Положительные

координаты

Отрицательные

координаты

ex,, см

ey,, см

-ex,, см

-ey,, см

1.

2.

3.

4.

5.

6.

6. Снять масштабную сетку с экрана электронного осциллографа и повторить все опыты пунктов 4 и 5 при прежних значениях намагничивающею тока I.

Для каждого опыта приложить к экрану кусок кальки и остро очиненным карандашом скопировать петлю гистерезисного цикла.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

1. Пользуясь результатами наблюдений и соотношениями (10) и (12), вычислить для каждого проведенного опыта наибольшее значение напряженности магнитного поля Hмакс и магнитной индукции Bмакс и построить динамическую кривую намагничивания B = f(H), снятую по методу вольтметра и амперметра, а также зависимость динамической магнитной проницаемости а от напряженности магнитного поля, т. е. а = f(H).

Результаты расчетов свести в табл. 2.

Т а б л и ц а  2 − Результаты расчетов, ,

№ опыта

I, А

Е, В

а,

1.

2.

3.

4.

5.

6.

2. Рассчитать для всех опытов те же величины по формулам (15) и (24) и результаты расчетов свести в табл. 3.

По результатам расчетов построить кривую В = f(Н) в том же масштабе, что и аналогичную кривую, построенную по методy вольтметра и амперметра и сравнить их между собой.

Т а б л и ц а  3 − Сводная таблица расчетов

№ опыта

ex,, см

ey,, см

-ex,, см

-ey,, см

1.

2.

3.

4.

5.

6.

3. С помощью планиметра определить площади Si oграниченные петлями гистерезисного цикла, но формуле (4) найти отвечающие им величины удельных noтepь энергии в испытуемом ферромагнитном материале, и результаты расчетов представить табл. 4.

Т а б л и ц а  4 − Результаты расчетов удельных потерь энергии Рг.

опыта

Si , см2

Рг,

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Примечание. Петли гистерезисного цикла, вычерченные на кальке, прилагаются к отчету по данной pa6oтe.

4. Пользуясь результатами расчетов пунктов 2 и 3 построить кривую  Рг.в f(Вмакс).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как классифицируются материалы по магнитным свойствам?

2. Какими параметрами характеризуются магнитные материалы?

3. На какие участки принято разделять кривую первоначального намагничивания?

4. Как практически определить величину магнитной проницаемости ферромагнетика?

5. Какие ферромагнитные материалы относятся к магнитно-мягким и магнитно-твердым?  Где они применяются?

6. Какую форму имеет динамическая петля и что определяет ее площадь?

7. Какие существуют методы получения динамической кривой намагничивания?

8. Какие потери возникают в магнитных материалах?


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Познакомиться с основными проводниковыми материалами, применяемыми в энергетике.

2. Изучить основные электрические свойства проводниковых материалов.

3. Определить удельное электрическое сопротивление различных проводниковых материалов при комнатной температуре.

4. Снять зависимость удельного сопротивления металлов и сплавов от температуры.

5. Оформить отчет.

ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В качестве проводников электрического тока используются твердые тела, жидкости и газы. В энергетике из твердых проводниковых материалов наибольшее применение нашли металлы и их сплавы.

Наилучшими проводниками электрического тока являются металлы. Протекание тока в металлах в твердом и жидком состоянии обусловлено движением свободных электронов, поэтому металлы являются проводниками с электронной проводимостью.

Металлические проводниковые материалы могут быть разделены на материалы высокой проводимости, материалы и сплавы высокого сопротивления.

Основными электрическими характеристиками проводниковых материалов являются:

Удельное сопротивление ρ, [Ом·м]  или [Ом·мм2/м];

Температурный коэффициент удельного сопротивления ТКρ, [К-1];

Термо-ЭДС, [mV].

Удельное электрическое сопротивление связано с сопротивлением проводника R, длиной l и площадью поперечного сечения S известной формулой:

                                                                                                             (1)

где S − площадь поперечного сечения, мм2;

R – сопротивление проводника, Ом;

l − длина, м.

На основании электронной теории металлов величина удельного сопротивления металлического проводника равна

                                                                                                 (2)

где m − масса электрона (m = 9,1·10-31 кг);

v − средняя скорость теплового движения электрона в металле;

е − заряд электрона, Кл, q = 1,6·10-19 Кл;

n0 число свободных электронов в единице объема металла;

λ − средняя длина свободного пробега электрона между двумя соударениями с узлами кристаллической решетки.

Скорость теплового движения электронов мало зависит от температуры, так как электронный газ в металлах находится в состоянии «вырождения», для различных проводников она примерно одинаковая. Незначительно отличаются также и числа свободных электронов в единице объема проводников, например, для меди и никеля это различие составляет менее 10 %. Поэтому величина удельного электрического сопротивления различных проводников в основном зависит от средней длины свободного пробега электрона в данном проводнике, которая связана со строением проводника и его структурой.

Все чистые металлы с наиболее правильной кристаллической решеткой характеризуются наименьшими значениями удельного сопротивления, а сплавы всегда имеют повышенное значение ρ в сравнении с компонентами, входящими в их состав.

Повышенное сопротивление сплавов объясняется тем, что число свободных электронов и длина свободного пробега электрона у них понижена по сравнению с чистыми металлами.

С повышением температуры колебания узлов кристаллической решетки металлического проводника становится  более активными. На пути направленного движения электронов под воздействием электрического поля возникает больше препятствий,  средняя длина свободного пробега электронов λ уменьшается и растет сопротивление. Величина, характеризующая зависимость удельного сопротивления от температуры, получила название ТКρ (температурный коэффициент удельного сопротивления)

                                                         ТКρ =                                                 (3)

Зависимость удельного сопротивления проводника от температуры в узких пределах близка к линейной, для практических целей можно использовать формулу:

                                                                               (4)

где ρ0 − значение удельного сопротивления при начальной (комнатной) температуре.

Значение ТКρ берется из этого диапазона температур.

Температурные коэффициенты для чистых металлов всегда больше, чем для сплавов из этих металлов и близки к , т.е. к 0,004 K-1. Температурные коэффициенты сплавов  малы, а в некоторых случаях приобретают даже отрицательные значения.

Составляя цепь из двух разнородных металлических проводников, и нагревая один из контактов до более высокой температуры, можно получить термо-ЭДС, которая для данной пары будет функцией разности температур. Систему, составленную из двух изолированных проволок из различных металлов или сплавов, называют термопара. Термопару применяют для измерения температур. В них используют проводники, имеющие большой и стабильный коэффициент термо-ЭДС.

По удельному электрическому сопротивлению металлические проводниковые материалы могут быть разделены на материалы высокой проводимости, материалы и сплавы высокого сопротивления.

Из металлов высокой проводимости для электротехники наибольший интерес представляют серебро, медь, алюминий,  вольфрам и их сплавы.

Основные усредненные физические свойства металлов высокой проводимости при температуре 20 С представлены в табл. 1.

Т а б л и ц а  1

Металл

Плотность

кг/м3

Температура плавления, С.

Удельное электрическое

сопротивление, мкОм·м.

Серебро

10500

961

0,016

Медь

8940

1068

0,0172

Алюминий

2700

867

0,028

Золото

19300

1063

0,024

Вольфрам

19300

3380

0,055

Железо

7870

1535

0,098

На электрические свойства этих материалов оказывают влияние примеси (особенно на проводимость) и способ обработки (на механические характеристики).

В энергетике широко используются обмоточные провода, применяемые для изготовления обмоток электрических машин и аппаратов. Они изготовляются из электротехнической меди и алюминия. Из меди марки М1 с содержанием примеси не более 0,1 % можно получить провод диаметром до 0,03 − 0,02 мм, а из бескислородной меди марки М0, с содержанием примеси не более 0,05 % (в том числе кислорода не более 0,02 %) можно получать провод еще меньшего диаметра.

Марки обмоточных проводов определяют собой как материал провода, так и их изоляцию. Например, марка ПЭЛ − провод медный, покрыт лакостойкой эмалью на масляно-смоляной основе. АПЭЛ – изоляция та же, но материал провода − алюминий, на это указывает первая буква марки А, при медном проводе специальных указаний не делается.
Изоляцию обмоточных проводов классифицируют по ее роду на: эмалевую (марки ПЭВ, ПЭМ, ПЭТВ, ПЭЛО), комбинированную (ПЭЛБО, ПЭЛДО, ПЭТЛО) и др.

Эмалевые изоляции проводов отличаются высокой электрической прочностью при малой толщине,  что очень важно для лучшего использования заполнения паза электрических машин или окон магнитопроводов трансформаторов, однако они имеют недостаточную механическую прочность.

Провода с волокнистой или стекловолокнистой изоляцией обладают большей механической прочностью, но, к сожалению и большей толщиной, особенно из хлопчатобумажной или асбестовой пряжи.

Комбинированная изоляция проводов удачно сочетает преимущества двух указанных видов.

В особую группу целесообразно выделить провода с высокой нагревостойкостью: с эмалевой изоляцией ПЭТ-155 (155 °С), на полиамидной основе ПЭТ-200 (200 °С), со стекловолокнистой изоляцией ПСД (155 °С), ПСДК (180 °С), с комбинированной изоляцией ПЭТЛО (130 °С) и др.

Сплавы высокого сопротивления получили широкое применение при изготовлении электроизмерительных приборов, образцовых резисторов и нагревательных элементов (манганин, никелин,  константан, нихром и др.).

В первых двух случаях от сплавов требуется высокое удельное сопротивление и его высокая стабильность во времени, малый температурный коэффициент удельного сопротивления и малый температурный коэффициент термо-ЭДС в паре данного сплава с медью. В последнем случае от сплава требуется способность длительно работать на воздухе при высоких температурах (1000°С и более). Кроме того, они должны быть дешевыми и по возможности не содержать дефицитных составляющих.

К проводникам относятся также припои и флюсы − специальные материалы, применяемые при пайке.

В зависимости от температуры плавления припои делятся на 2 группы:

  •  мягкие (до 400 °С), к ним относится олово, оловянно-свинцовые  припои марки ПОС и др. Они применяются там, где требуется лишь хороший электрический контакт;
  •  твердые (выше 500 °С) − медно-цинковые марки ПМЦ, серебряные − ПСр и др. Применяются для получения хорошего электрического контакта и механической прочности соединения.

Флюсы − это вспомогательные материалы, применяемые при пайке (канифоль, бура и др.). Они способны хорошо растворять и удалять окислы из расплава, создавать прочную пленку для защиты металла от окисления, улучшать растекаемость припоя.

Особую группу проводников составляют криопроводники и сверхпроводники – материалы, которые обладают ничтожно малым электрическим сопротивлением при температурах, близких к абсолютному нулю.

В настоящей работе студенты изучают металлы высокой проводимости и сплавы высокого сопротивления, исследуя температурные зависимости удельного сопротивления от состава и структур металлов и сплавов.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Включить микрометр Ф4104 в сеть. Установить переключатель микрометра Ф4104 в положение, соответствующее выбранному диапазону измерений.

2. Измерить сопротивление проводников Rx по схеме (Рис. 1) с исключением влияния сопротивления соединительных проводов. Для этого:

2.1. Установить  переключатель «ОТКЛ, КЛБ, ПРЕДЕЛЫ» (далее переключатель 2) в положение «КЛБ».

2.2. Нажать кнопку «УСТ. О» и ручкой установить стрелку на нулевую отметку шкалы.

2.3. Нажать кнопку «ИЗМ» и ручкой «КЛБ» установить стрелку на конечную отметку шкалы. Калибровку микрометра можно проводить при закороченных зажимах Т1 и Т2 или при подключенном образце.

2.4. Установить переключатель 2 в одно из положений «0,1», «1», «10», соответствующее выбранному пределу измерений, провести проверку установки  нуля.

2.5. Нажать кнопку «ИЗМ» и провести измерения. Провести измерение сопротивления образцов при комнатной температуре, а затем через каждые 10 °С до 130 °С. Интервал времени между измерением не менее 10 с.

Р и с у н о к  1 – Принципиальная схема испытательной установки

3. Написать отчет о работе, который должен содержать:

3.1. Принципиальную схему испытательной установки.

3.2. Краткое изложение сущности применяемого метода испытания проводников.

3.3. Описание материала, с которым студенты ознакомились в данной работе. Указать, для каких целей применяются данные материалы, какими способами их получают и чем отличаются друг от друга.

3.4. Результаты наблюдений и вычислений представить в виде таблиц, отдельных записей и графиков, привести формулы, по которым производились расчеты:

3.4.1. Результаты определений удельного сопротивления проводников при комнатной температуре оформляются в виде таблицы.

3.4.2. Результаты вычислений средней длины свободного пробега электронов в материалах должны быть приведены в виде отдельных записей.

3.4.3. Результаты наблюдения изменения сопротивления металлов и сплавов от температуры для каждого материала оформляются в виде табл. 3.

Т а б л и ц а  3

Наименование материала

R,Ом

l, м

D, мм

S, мм2

ρ, Ом·мм2

3.4.4. По полученным данным для каждого материала строят графики ρ = f (tC). Вычисляются значения TKρср в интервале температур 20 − 130 °С. Результаты заносят в табл.4.

Т а б л и ц а  4

t, °C

Rt, Oм

ρt, Ом·мм2

ТКρ, град-1

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

1. Вычисление удельного сопротивления производят по формуле (1).

2. Среднюю длину свободного пробега в проводе вычисляют по выражению (2), преобразованному на основании выводов квантовой (волновой) механики

                            ,  Å                           (5)

где h постоянная Планка, Дж·сек, h = 6,62·10-34 Дж·сек;

е − заряд электрона, Кл,  е = 1,6·10-19 Kл;

ρ − удельное сопротивление, Oм·мм2/м;

n0 − число электронов в 1 м3 проводника, м-3, равно

                                           ,                                                      (6)

где δ − плотность проводника, кг/м3;

     Мв − молярная масса, кг/моль;

     NА − число Авогадро, моль-1, NА = 6,02·1023, моль-1.

3. Вычисление температурного коэффициента удельного сопротивления металлов и сплавов.

По полученным значениям сопротивления образцов при различных температурах строят графики, откладывая по оси абсцисс температуру в °С, а по оси ординат значения сопротивления в омах. Полученные точки соединяют плавными линиями.  ТКρ вычисляют для интервала температур 20 − 130 °С по формуле:

                                                     ,                                            (7)

где ρ0 − значение удельного сопротивления проволоки  при нижнем пределе температуры в данном интервале, Ом·м;

ρ1 – удельное сопротивление при верхнем пределе температуры в данном интервале.

Вычисленные данные занести в табл. 5.

Т а б л и ц а  5

Наименование материала

ТКρ, град-1

1.

2.

3.

4.

5.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как классифицируются проводниковые материалы?

2. Каковы основные   характеристики  проводниковых материалов?

3. Дайте определение удельного сопротивления проводников, в каких
единицах оно измеряется.

4. Сформулируйте определение температурного коэффициента удельного сопротивления, термо-ЭДС,  в каких единицах измеряются эти величины.

5. Какие металлы и сплавы нашли применение в энергетике?


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИЗМЕРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Цель работы: проверить опытным путем значения диэлектрической проницаемости εr и тангенса угла диэлектрических потерь tg δ некоторых электроизоляционных материалов.

Основные теоретические положения

Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь – важнейшие характеристики электроизоляционных материалов.

Диэлектрической проницаемостью (относительной) называют отношение абсолютной диэлектрической проницаемости вещества εa к электрической постоянной ε0:

,

где ε0 = 8,84·10-12, Ф/м .

Значение относительной диэлектрической проницаемости электроизоляционных материалов можно вычислить, сравнив емкости двух конденсаторов, одинаковых по форме и геометрическим размерам:

,

где Сх − емкость конденсатора с испытываемым диэлектриком;

С0 − емкость конденсатора при тех же геометрических размерах, но в случае, когда испытуемый диэлектрик заменен вакуумом.

Значение εr исследуемого диэлектрика можно определить, измеряя дважды емкость разборного конденсатора, когда между обкладками данный диэлектрик (Сх) и когда между ними воздух (С0). Замена вакуума воздухом дает малую погрешность (сотые доли процента).

Используя для измерения плоские (пластинчатые) образцы и электроды, описанные в приложении, можно применить для вычисления формулу емкости плоского конденсатора:

,

где S − площадь образца электродов, см2;

h − толщина диэлектрика, см.

Если электроды имеют форму круга диаметром d, то, подставляя в предыдущую формулу , получаем:

,

где Сх − емкость образца, пФ;

d − диаметр измерительного электрода, см.

В работе применяют электроды в виде дисков. Диаметр измерительного электрода 50 мм. Соответственный высоковольтный электрод имеет размер 80 мм. Величина зазора между этими электродами равна 2 мм, ширина охранного электрода 10 мм.

Условия работы изоляции под напряжением переменного тока тяжелее, чем под напряжением постоянного тока при одинаковых величинах напряжения, т.е. когда Uпост = Uпер действующее значение). При напряжении переменного тока в изоляции возникают значительные потери энергии, которые называются диэлектрическими потерями.

При переменном токе через изоляцию протекает ток I (Рис.1), равный геометрической сумме токов: сквозной проводимости Iск, тока абсорбции Iабс и емкостного тока (тока смещения) Iсм, обусловленного геометрической емкостью Сг:

Р и с у н о к  1 − Векторная диаграмма токов в диэлектрике

Диэлектрические потери в электроизоляционном материале, работающим под переменном напряжением, пропорциональны квадрату напряжения, угловой частоте, емкости изоляции и тангенсу угла диэлектрических потерь и подсчитываются по формуле:

,

где Ра − мощность, теряемая в диэлектрике, Вт;

U − напряжение, В;

ω = 2πf − угловая частота (f – частота напряжения), Гц;

C − емкость, Ф;

tg δ − тангенс угла диэлектрических потерь.

Так как величины U, ω, C практически являются неизменными, то о потерях энергии в изоляции судят по величине тангенса угла диэлектрических потерь, которым обладает данный диэлектрик.

Тангенсом угла диэлектрических потерь называется отношение активной составляющей тока Iа, протекающего  через изоляцию при приложении к ней переменного напряжения, к его емкостной составляющей Iс:

.

Из векторной диаграммы (Рис.1.) видно, что активная составляющая полного тока Iа состоит из тока сквозной проводимости Iск и активной составляющей тока абсорбции . Емкостная составляющая тока Iс равна сумме тока смещения Iсм и емкостной составляющей тока абсорбции . Потери в изоляции создаются, как видно из диаграммы, в основном током абсорбции, активная составляющая , которого больше тока сквозной проводимости Iск.

Увлажнение и загрязнение изоляции вызывают увеличение активной составляющей тока Iа и вместе с тем увеличение тангенса угла диэлектрических потерь. Показатель tg δ очень чувствителен к изменению качества изоляции, поэтому измеряя его, контролируют состояние изоляции трансформаторов, конденсаторов, электрических машин, высоковольтных вводов и другого оборудования.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Для измерения относительной диэлектрической проницаемости εr и тангенса угла диэлектрических потерь tg δ используют цифровой автоматический мост переменного тока Р589. Схема и конструкция моста обеспечивают автоматический выбор пределов и полное уравновешивание схемы для трех режимов измерения, устанавливаемых с помощью переключателя вручную:

  •   режим «Поиск», обозначенный «C1»;
  •   режим «Повторные измерения» − «C1,…,Cn»;
  •   режим «Слежение» − «Cvar».

Мост обеспечивает следующие виды управления:

  •   ручной (с помощью кнопки);
  •   автоматический;
  •   внешний.

Вид запуска устанавливается переключателем вручную.

В основу построения цифрового автоматического моста Р589 положен принцип экстремального регулирования с применением метода параметрической модуляции.

ПОДГОТОВКА МОСТА К РАБОТЕ

Перед включением моста в сеть проверить наличие и  целостность предохранителя. Поставить переключатель «ЗАПУСК» в положение «РУЧНОЙ», переключатель «РОД РАБОТЫ» в положение «С1». Вставить вилку шнура питания в розетку питающей сети 220 В, включить мост под напряжение, установить рукоятку тумблера «СЕТЬ» в верхнее положение. Нажать на кнопку «ПУСК». После того, как загорятся цифровые лампы блока индикации, мост готов к работе.

При работе с мостом зажимы, обозначенные             , должны быть заземлены.

ВНИМАНИЕ! Не допускается подсоединять к зажимам «Сх» моста «землю». Следует учесть также, что на измеряемом объекте напряжение может достигать величины 80 В.

Не допускается при включенном мосте, работающем в режиме «Сvar», касаться оголенных проводников, соединяющих зажимы «Сх», с измеряемым объектом. Напряжение с измеряемого объекта не снимается на протяжении всего времени работы моста в режиме «Сvar».

ПОРЯДОК РАБОТЫ С МОСТОМ В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ИЗМЕРЕНИЯ

Измерение емкости и тангенса угла потерь может производиться в режимах:

«С1» − поиск;

«С1...Сn» − повторные измерения;

«Сvar» − слежение.

Для работы в режиме поиска мост будет готов после его подготовки к работе в соответствии с п.1. После подключения объекта измерения к зажимам «Сх» моста надо нажать кнопку пуска. Об окончании измерения будет свидетельствовать включение блока  индикации, после чего можно осуществлять отсчет. Для осуществления нового измерения надо снова нажать на кнопку пуска. Для работы в режиме автоматического запуска переключатель «ЗАПУСК» надо поставить в положение «АВТОМАТ». Необходимое время индикации устанавливается с помощью потенциометра, ось которого выведена на переднюю панель моста.

Для работы в режиме повторных измерений переключатель «РОД РАБОТЫ» надо установить в положение «С1...Сn». В остальном измерения производятся аналогично тому, как это делается в режиме «С1». Для работы в режиме  внешнего или автоматического запуска переключатель «ЗАПУСК» надо поставить в соответствующее положение.

Для работы в режиме слежения переключатель «РОД РАБОТЫ», надо установить в положение «Сvar», предварительно подключив к зажимам «Сх» измеряемый объект.  Переключатель «ЗАПУСК» должен обязательно находиться в положении «РУЧНОЙ». Мост уравновешивается и в дальнейшем любое изменение емкости или тангенса угла потерь измеряемого объекта автоматически “отслеживается”. Об окончательном уравновешивании моста можно судить по устойчивому отсчету или по изменению отсчета только в последнем (младшем) знаке отсчета. Режим «Сvar» удобен для контроля температурной нестабильности измеряемой емкости, для работы с емкостными датчиками.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Перед тем как начать работу на стенде следует произвести следующие операции:

а) открыть крышку моста и надежно соединить зажимы заземления, имеющиеся на передней панели, с контуром заземления;

б) собрать схему измерения, для этого присоединить провода 1 и 2 к электродам 5 и 6, а экраны проводов − к защитному кольцу;

в) установить образец диэлектрика,

2. Измерения на мосте производить в следующем порядке:

а) включить сетевое питание моста;

б) установить переключатель режима работы в положение «С1» − поиск;

в) нажать кнопку пуска.

Результаты измерений и вычислений записать в табл.1.

Т а б л и ц а  1

Наименование материала

Схема

измерения

И З М Е Р Е Н О

ВЫЧИСЛЕНО

Сх, мкФ

Св, мкФ

h, см

d, см

tg δ

εr

3. Оформить отчет.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какое значение имеет величина  относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика для создания конденсаторов и кабелей высокого напряжения?

2. От чего зависят потери энергии (мощности) в изоляции и какое состояние изоляции увеличивает их?

3. Что понимают под  тангенсом угла диэлектрических потерь и о чем свидетельствует увеличение tg δ изоляции электротехнической установки?

4. В каких единицах измеряют емкость конденсатора и изоляции электроустановок?


РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Богородицкий Н. П. Электротехнические материалы / Н. П. Богородицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев. – Л.: Энергия, 1977. – 352 с.

2. Корицкий Ю. В. Электротехнические материалы. − М.: Энергия, 1978.

3. Никулин Н. В. Справочник молодого электрика по электротехническим материалам и изделиям. − М.: Высшая школа, 1976.

4. Носов В. Н. Полупроводники и их применение. − М.:1968.

5. Дроздов Н. Г. Электроматериаловедение / Н. Г. Дроздов, Н. В. Никулин. − М.: Высшая школа, 1973.

6. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 1 / Под ред. Ю. В. Корицкого и др. 3-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1986. 368 с.

7. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 2 / Под ред. Ю. В. Корицкого и др. 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1987.464 с.

PAGE   \* MERGEFORMAT 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12749. Исследование свойств линейного рекуррентного регистра (ЛРР) 168 KB
  Лабораторная работа 8 Исследование свойств линейного рекуррентного регистра ЛРР Цель работы Изучить способы задания ЛРР и свойства генерируемых им последовательностей. Используемое программное обеспечение Для работы используется программа LRR.EXE З...
12750. Криптоанализ потокового шифра на основе использования алгоритма Месси-Берлекэмпа 140 KB
  Лабораторная работа 9 Криптоанализ потокового шифра на основе использования алгоритма МессиБерлекэмпа Цель работы Изучить возможность криптоанализа потокового шифратора при помощи его замены эквивалентным линейным рекуррентным регистром ЛРР. ...
12751. Криптоанализ потокового шифра на основе корреляционного метода 171 KB
  Лабораторная работа 3 Криптоанализ потокового шифра на основе корреляционного метода Цель работы Изучить возможность криптоанализа потокового шифратора при помощи вычисления корреляции между шифрующей гаммой и выходами линейных рекуррентных регистро...
12752. Получение знаний о высоковольтных выключателях 496.9 KB
  ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Целью работы является получение знаний о высоковольтных выключателях. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ: Ознакомиться с назначением и типами высоковольтных выключателей характеризующими их параметрами и условиями выбора. Условия выбора выключателей: В о...
12753. Масляные выключатели. Маломасляные выключатели 122.38 KB
  ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Целью работы является получение знаний о высоковольтных выключателях. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ: Ознакомиться с назначением и типами высоковольтных выключателей характеризующими их параметрами и условиями выбора. Масляные выключатели Различаю
12754. Получение знаний об измерительных трансформаторах тока 407.96 KB
  ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью работы является получение знаний об измерительных трансформаторах тока. ОДНОВИТКОВЫЕ: ТПОЛ: Стержневые трансформаторы тока с литой изоляцией типа ТПОЛ Т трансформатор тока П проходной О одновитковый Л с литой изоляцией. Предназначе...
12755. Получение знаний об измерительных трансформаторах напряжения 91.42 KB
  Целью работы является получение знаний об измерительных трансформаторах напряжения. НОМ – трансформатор напряжения однофазный масляный; НТМИ – трансформатор напряжения трехфазный масляный с дополнительной вторичной обмоткой для контроля изоляции сети; НТМК – тр
12756. Приводы высоковольтных выключателей Управление масляным выключателем ВМПЭ-10 369.83 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Приводы высоковольтных выключателей Управление масляным выключателем ВМПЭ10 ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Целью работы является получение знаний о приводах высоковольтных выключателей а так же ознакомление со схемой управления масляными выключателями....
12757. Комплектные распределительные устройства 6-10 кВ 236.59 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 Комплектные распределительные устройства 610 кВ ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является получение знаний о конструкциях ячеек комплектных распределительных устройств 610 кВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ Ознакомиться с информацией...