Материал: Sb95856
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ НАГРЕВ ДИЭЛЕКТРИКОВ
Электронное учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2017
УДК 621.365.5 (07)
ББК З 292я7
Ц18
В. В. Царевский, С. А. Галунин, М. В. Злобина, Г. Д. Комракова
Ц18 Высокочастотный нагрев диэлектриков: электрон. учеб.-метод. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017. 17 с.
ISBN 978-5-7629-2173-2
Содержит описания лабораторных работ по изучению процессов, происходящих при высокочастотном нагреве диэлектрических материалов, таких как бумага, древесина и листовые термопласты.
Предназначено для подготовки бакалавров по направлению 13.03.02 – «Электроэнергетика и электротехника», а также может быть полезно инже- нерно-техническим работникам и студентам других специальностей.
УДК 621.365.5 (07)
ББК З 292я7
Рецензент канд. техн. наук В. С. Федорова (ПГУПС Императора Александра I).
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве электронного учебно-методического пособия
ISBN 978-5-7629-2173-2 |
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017 |
2
Лабораторная работа 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО КОНДЕНСАТОРА ОТ РАЗМЕРОВ И ЧА-
СТОТЫ ТОКА
Цель работы
1.Ознакомление с методами экспериментального определения эквивалентныхпараметроврабочегоконденсатораспомощьюмостапеременноготока.
2.Исследование зависимости эквивалентных параметров рабочего конденсатора от зазора между пластиной конденсатора и нагреваемым телом.
Оборудование: Лабораторная установка состоит из моста переменного тока Р571, приставки с рабочими конденсаторами, имеющими раздвижные электроды, набор образцов из диэлектрика.
Общая часть
Конденсатор, частично заполненный диэлектриком (рис. 1.1), можно представить в виде эквивалентной двухконтурной схемы замещения рабочего конденсатора, показанной на рис. 1.2
Рис. 1.1. |
Рис. 1.2. |
Активное сопротивление растеканию высокочастотного тока по электродам конденсатора r1 пренебрежимо мало по сравнению с остальными со-
противлениями на схеме замещения. Реактивное сопротивление воздушного зазора xs ds / 0S2 , где d1 − высота воздушного зазора; S2 − площадь по-
верхности диэлектрика, обращенной к электродам (рис. 1.1); − круговая частота тока; 0 8,85 10 12 Ф/м − диэлектрическая проницаемость вакуума.
|
|
|
|
d2 |
|
Сопротивление |
нагреваемого |
материала |
x2 |
0 1 tg2 S2 |
; |
r2 x2tg , где d2 − толщина диэлектрика; , tg |
− вещественная часть от- |
||||
носительной комплексной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.
3
Внешнее емкостное сопротивление x0 1/ C0 , |
где C0 C Cср.ч. − |
краевая емкость рабочего конденсатора; С − емкость пустого конденсатора, в которой размещается нагреваемый материал; d1 − расстояние между электродами (рис. 1.1).
Для плоского конденсатора с квадратными электродами C 4 0a1k , где a1 − сторона квадрата.
Значение поправочного коэффициента k , учитывающего искажение электрического поля у краев конденсатора, приведены в табл. 1.1
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d 1 / a 1 |
0,025 |
0,05 |
0,10 |
0,20 |
0,50 |
1 |
|
|
k |
3,41 |
1,83 |
1,02 |
0,60 |
0,34 |
0,25 |
|
0,18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для плоского конденсатора с электродами в виде двух круглых дисков C 8 0Rk0 , где R − радиус электрода.
Значение поправочного коэффициента k0 даны в табл. 1.2.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
d1 / R |
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
0,4 |
|
|
|
0,6 |
0,8 |
|
1 |
|
1,2 |
||||
k0 |
|
|
|
|
4,62 |
|
|
1,55 |
|
|
1,20 |
1,02 |
|
0,91 |
|
0,84 |
||||||
d1 / R |
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2,5 |
3 |
|
5 |
|
10 |
|||
k0 |
|
|
|
|
0,76 |
|
|
0,69 |
|
|
0,65 |
0,62 |
|
0,57 |
|
0,53 |
||||||
|
Если схему замещения (рис. 1.2) преобразовать в одноконтурную, то эк- |
|||||||||||||||||||||
вивалентные сопротивления |
конденсатора |
с нагрузкой rэ r1 Lr2 Lr2 ; |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
r2 |
x x |
s |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
x L |
x |
|
x |
s |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
. |
Коэффициент |
приведения |
параметров |
|||||||
|
|
|
x |
|
|
|
||||||||||||||||
э |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
. В лабораторной работе необходимо эксперимен- |
|||||||||
|
r2 |
2 |
|
|
|
x2 xs |
2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
1 |
x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
тально определить эквивалентные параметры конденсатора с нагрузкой для различных величин воздушного зазора и частот тока и сравнить полученные результаты с расчетными.
Лабораторная установка для исследования зависимости эквивалентных параметров конденсатора от зазора и частоты тока. Измерения электриче-
ских параметров конденсаторов выполняются с помощью моста переменного тока Р571, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.3.
4
Как видно из приведенной схемы, измерительное устройство содержит источник питания, индикатор нуля и собственно мост, состоящий из магазина сопротивлений и конденсаторов. В установке З571 источником питания служит генератор Ф 578 с диапазоном частот от 20 Гц до 10 кГц. Индикатором нуля является высокочувствительный электронный избирательный усилитель переменного тока Ф 550. Генератор, усилитель и собственно мост смонтированы на одной стойке.
Измерение заключается в подборе величин емкостей и сопротивлений плеч моста таким образом, чтобы напряжение на измеряемой диагонали было равным нулю. Подбор 
емкостей и сопротивлений производится верхним и 
нижним рядом переключений. Отсчет величины
измеряемой емкости Cэ производится по положе-
ниям верхнего ряда переключателей. Этот отсчет дает величину емкости в числах с запятой (светящийся сигнал), указывающий число целых знаков. Размерность отсчета дает указатель переключения пределов в окне среднего ряда справа.
Нижний ряд переключателей проградуирован |
Рис. 1.3 |
|
по приведенной к частоте 1000 Гц добротности из- |
||
|
меряемого комплексного сопротивления Qприв. Если частота измерений от-
личается от 1000 Гц, то действительное значение добротности
Q Qприв f /1000 . По полученным значениям Cэ и Q можно рассчитать эквивалентные сопротивления xэ 1/ Сэ; rэ xэ / Q .
Порядок выполнения работы
1.Рассчитать по формулам из общей части работы эквивалентные сопротивления конденсатора с квадратными или круглыми электродами для одного образца диэлектрика и трех значений воздушного зазора. Расчетная часто-
та 1000 Гц.
2.Включить измерительный мост в следующей последовательности:
а) включить шнур питания в сеть; б) ручку «Чувствительность» на блоке усилителя установить в положе-
ние «Минимум»; в) ручку регулировку яркости выходного осциллографа усилителя по-
вернуть против часовой стрелки до упора; г) включить тумблер «Сеть» на блоках генератора и усилителя;
5