3774

Включается питание генератора тумблером «Питание генератора» 4, и переключателем 3 выбирается исследуемый образец (Т1 или Т2). Для каждого образца необходимо произвести переключения в осциллографе.

В положении переключателя 3 «Т1» необходимо:

нажать кнопку ЗАП/ВЫЗ на осциллографе (поз. 7 на рис. 3.6);

выбрать ячейку памяти «М1» последовательным нажатием кноп-

ки «F3» (поз. 9 на рис. 3.6);

нажать кнопку «Вызов» (поз. 10 на рис. 3.6);

нажать кнопку «Измерения» на осциллографе (поз. 8 на рис. 3.6). После проведения этих операций в правой части экрана появятся окна измеряемых напряжений (рис. 3.8). При измерениях регистрируются амплитуды сигналов в вольтах – Vamp, отображаемые в верхней клетке правой части экрана: 1 – амплитуда по оси х – Ux, 2 – амплитуда по оси у – Uy. Этим амплитудам соответствуют координаты конечной

точки петли гистерезиса (см. рис. 3.8).

При включенном генераторе и нулевом положении регулятора тока в центре экрана осциллографа светится точка. При этом в верхней клетке правой части экрана значения напряжений по обеим осям равны

Рис. 3.8. Экран осциллографа при измерениях

31

нулю. При увеличении тока с помощью регулятора 3 на экране появляется петля гистерезиса. Необходимо выставить такое положение регулятора, при котором значения напряжений минимальны, но не равны нулю. Эти напряжения записываются как первый результат.

В работе следует снять не менее 10 показаний, постепенно увеличивая ток в первичной обмотке трансформатора. При этом большее количество точек должно приходиться на начальные петли гистерезиса (3–4 точки) и на область насыщения. При последнем измерении надо зарисовать предельную петлю гистерезиса.

Напряженность поля, магнитная индукция в сердечнике и магнитная проницаемость материала рассчитываются по формулам:

N

U

x

R C

U y

H

1

,

B

, B =

0 H.

r l

2

N2 S

2

По полученным данным необходимо построить основную кривую намагничивания и зависимость (H). Отметить на рисунке с предельной петлей гистерезиса индукцию насыщения, коэрцитивную силу и остаточную индукцию.

Значения коэрцитивной силы, индукции насыщения, остаточной индукции, начальной и максимальной магнитной проницаемости сравниваются со справочными значениями.

После проведения измерений на образце Т1 необходимо отключить питание генератора тумблером 4 и переключить режим измерения с Т1 на Т2.

В положении переключателя 3 Т2:

нажать кнопку ЗАП/ВЫЗ на осциллографе (поз. 7 на рис. 3.6);

выбрать ячейку памяти «М2» последовательным нажатием кноп-

ки «F3» (поз. 9 на рис. 3.6);

нажать кнопку «Вызов» (поз. 10 на рис. 3.6);

нажать кнопку «Измерения» на осциллографе (поз. 8 на рис. 3.6). Повторить и обработать измерения в том же порядке, что и для об-

разца Т1.

Контрольные вопросы

1.Какие материалы относятся к магнитным?

2.Каково магнитное строение у ферромагнетиков?

3.Каково магнитное строение у ферримагнетиков?

32

4.Что такое электротехническая сталь?

5.Что такое феррит?

6.Что такое начальная кривая намагничивания и основная кривая намагничивания?

7.Что такое начальная магнитная проницаемость и максимальная магнитная проницаемость?

8.Что такое магнитный гистерезис?

9.Что означает насыщение ферромагнетика?

10.Что такое индукция насыщения?

11.Что такое коэрцитивная сила?

12.Что такое остаточная индукция?

13.В чем причина образования остаточной магнитной индукции в ферромагнетиках?

14.Чем отличаются магнитомягкие и магнитотвердые материалы?

15.Где применяются магнитомягкие и магнитотвердые материа-

лы?

16.Какие вы знаете виды магнитных потерь?

17.В чем различие потерь на вихревые токи и потерь на перемагничивание?

18.Как связана петля гистерезиса с затратами энергии на перемагничивание ферромагнетиков?

19.Что такое температура Кюри?

33

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И ОЦЕНКА ТЕПЛОЕМКОСТИ ПОЛУПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА ЭКОМ

Цель работы. Ознакомиться с линейными полупроводящими материалами на примере композиционного материала эком, определить удельное сопротивление, температурный коэффициент удельного сопротивления и теплоемкость у каждого из образцов материала, оценить значение контактного сопротивления, выявить образцы с большим контактным сопротивлением.

Методы измерения

При выполнении лабораторной работы измеряются:

размеры образцов и расстояния между точками измерения падений напряжения – при помощи линейки;

ток, протекающий через образцы, – с помощью амперметра прямого включения;

падения напряжения на образцах между различными точками – при помощи переключаемого цифрового вольтметра;

температура образцов – с использованием термопар и цифрового измерителя температуры.

По результатам измерений определяются:

сопротивление образца экома (методом амперметра–вольтметра, по току и падению напряжения на образце);

контактное сопротивление (методом амперметра–вольтметра, по току и падению напряжения на контакте);

удельное сопротивление образцов по сопротивлениям образцов и геометрическим параметрам;

температурный коэффициент удельного сопротивления;

плотность тока в образцах по току и площади поперечного сечения;

34

теплоемкость образов из уравнения теплового баланса4:

j2

cd T ,

где j – плотность тока, А/м2; ρ – удельное сопротивление образца, Ом∙м; η – время нагрева, с; c – искомая теплоемкость образца, Дж/кг∙К; d – плотность экома, кг/м3; T – разность между конечной и начальной температурами нагревающегося током образца.

Описание лабораторной установки

Электрическая схема лабораторной установки показана на рис. 3.9. Схематическое изображение образца представлено на рис. 3.10. Приборная панель с образцами изображена на рис. 3.11.

Рис. 3.9. Электрическая схема лабораторного стенда по исследованию образцов экома:

R1–R5 – образцы экома; SA1.1 и SA1.2 – контакты переключателя для измерения температуры различных образцов; Т – дисплей термометра; SA1.3 и SA1.4 – контакты переключателя для измерения падения напряжения на различных образцах; V – дисплей вольтметра; А – амперметр; TV1 – питающий трансформатор; SA1 – пакетный выключатель установки

4Короткое время проведения опыта и малая разность температур между нагретым образцом и окружающей средой позволяют пренебречь теплоотводом.

35

		Образец экома (рис. 3.10) имеет встроенные
		токовые (А и В) и потенциальные (М и N) элек-
		троды. Между электродами А и В протекает ток.
		Падения напряжения можно измерить между
		любой парой электродов. UAB – это падение на-
		пряжения на образце, включающее в себя паде-
		ние напряжения на контактном сопротивлении
		между латунным электродом и экомом. UMN –
		это падение напряжения на участке экома, по
	Рис. 3.10. Схемати-	которому можно определить сопротивление это-
		го участка и по нему вычислить удельное сопро-
	ческое изображение
		тивление материала данного образца.
	образца экома
		На лабораторной панели (рис. 3.11) пять об-
		разцов экома (поз. 1) соединены последователь-

но. Протекающий по ним ток измеряется амперметром (поз. 3 на рис. 3.11). Падение напряжения можно измерить как между электродами M и N, так и между электродами А и В. Для этого служит переключатель (поз. 5 на рис. 3.11) Напряжение измеряется цифровым вольтметром (поз. 6 на рис. 3.11). Для подключения вольтметра к тому или иному образцу служит переключатель (поз. 4 на рис. 3.11). Положение переключателя соответствует номеру образца. Одновременно этим же переключателем коммутируются термопары. Значение температуры в градусах Цельсия ( С) высвечивается на цифровой панели

(поз. 2 на рис. 3.11).

Рис. 3.11. Приборная панель с образцами экома

36

Методические указания

Внимание! При включении установки на элементах появляется напряжение, опасное для жизни. Непосредственное прикосновение руками к плиткам экома и их клеммам А, М, N и В всех образцов запрещено. Измерение напряжения и температуры производится только переключателем (поз. 4 на рис. 3.11).

Во время проведения измерений измеряемые параметры меняются, до проведения работы желательно подготовить таблицы для занесения данных и продумать организацию быстрого измерения. Непосредственно после включения установки измеряются начальные температуры и напряжение на образцах с фиксацией времени измерения каждого образца. Рекомендуемое время выдержки образцов под током – 10 минут. По окончании этого времени производится повторное измерение тока, необходимых значений напряжения и температур нагретых образцов. При этом фиксируется время повторных измерений для каждого образца. После окончания измерений установка отключается.

В отчете по работе, составляемом на подгруппу, необходимо привести все измеренные значения, расчетные выражения и результаты расчетов.

Контрольные вопросы

1.Какие резистивные материалы вы знаете?

2.Состав экома и роль каждого из компонентов.

3.Что такое композиционный материал?

4.Какие модели структуры композиционных материалов вы знаете?

5.Как рассчитать удельное электрическое сопротивление по току, протекающему через образец, и падению напряжения на участке образца?

6.Как определить контактное сопротивление?

7.Расскажите об уравнении теплового баланса при нагреве материала протекающим электрическим током.

8.Что такое плотность тока?

9.Что такое удельная теплоемкость материала?

10.Что такое теплопроводность?

11.В каких единицах измеряется удельная теплоемкость?

12.Значения каких величин нужно знать, чтобы определить количество энергии, поглощаемой единицей объема материала при нагреве материала на 1 градус?

37

13.Что такое плотность материала?

14.Что означает знак перед значением температурного коэффициента удельного сопротивления и для каких материалов характерны положительные и отрицательные значения ТКρ?

15.Какие физические явления обусловливают отрицательное значение температурного коэффициента удельного сопротивления у полупроводников?

16.По каким причинам образцы экома одного состава и одной технологии изготовления могут иметь разное сопротивление?

17.Используя данные ваших измерений, предскажите значение напряжения между двумя указанными преподавателем точками установки.

38

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ВОЗДУХА

ИТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА

ИЗНАКОМСТВО С УСЛОВИЯМИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ В ТВЕРДОМ ДИЭЛЕКТРИКЕ

Цель работы. Провести опыты по определению пробивного напряжения трансформаторного масла и воздуха и рассчитать среднее его значение для этих материалов. Определить значение электрической прочности каждого диэлектрика и сравнить со справочными, объяснить возможные расхождения.

В опыте с двухслойным диэлектриком (стекло–воздух) изучить условия возникновения частичного разряда (ЧР), оценить значение напряжения возникновения ЧР и, используя найденное значение электрической прочности воздуха, определить диэлектрическую проницаемость стекла.

Методы измерения

Электрическая прочность диэлектрика определяется, как правило, по пробивному напряжению и толщине пробиваемого диэлектрика. Принцип таких измерений в общем случае сводится к следующему: между двумя электродами, изготовленными из электропроводящего материала, помещают испытываемый диэлектрик, пытаясь при этом добиться минимальных зазоров и неоднородностей в месте контакта

Рис. 3.12. Стандартная ячейка для определения пробивного напряжения жидких диэлектриков

39

электродов и диэлектрика. Далее к электродам подключается генератор напряжения, с помощью которого напряжение на электродах постепенно увеличивают. Момент пробоя диэлектрика фиксируют по напряжению на электродах в момент резкого увеличения тока в цепи. При этом установка автоматически отключается, а вольтметр будет показывать пробивное напряжение.

В настоящей работе для опытов используется стандартная ячейка для определения пробивного напряжения жидких диэлектриков (рис. 3.12). Ячейка выполнена из материала, максимально инертного по отношению к жидким веществам. В качестве электродов используются две латунные полусферы.

Полусферическая форма электродов объясняется стремлением свести к минимуму искажения электрического поля в межэлектродном пространстве и сделать поле максимально равномерным в области наименьшего расстояния между электродами. Основные размеры ячейки показаны на рис. 3.12.

Описание лабораторной установки

В лабораторной работе используется аппарат типа АИМ-90, обеспечивающий подъем напряжения на электродах до 90 кВ. Этот аппарат применяется в промышленных условиях для определения электрической прочности жидких диэлектриков. Внешний вид и описание органов управления аппарата показаны на рис. 3.13.

При испытаниях в промышленных условиях повышение напряжения происходит в аппарате автоматически с заданной скоростью. При выполнении лабораторной работы напряжение повышается вручную, при помощи регулятора напряжения Б, расположенного на лабораторном столе слева от аппарата АИМ-90. Здесь же находится переключатель для выбора уровня подаваемого напряжения. В положении «воздух» напряжение подается медленнее, чем в положении «масло».

Пробой диэлектрика осуществляется в пространстве между двумя электродами, расположенными в съемной ячейке. Съемная ячейка стандартна, и необходимые для расчетов характеристики приведены на рис. 3.12.

Напряжение, приложенное к электродам, определяется с помощью двух приборов: стрелочного (3, рис. 3.13) и выносного цифрового (В, рис. 3.13). Показание стрелочного прибора следует умножать на 10, чтобы получить напряжение в киловольтах (кВ) (одно деление шкалы

40