Экспериментальные и расчётные данные на переменном напряжении

Таблица 2

Экспериментальные и расчётные данные на постоянном напряжении

9. По результатам измерения и расчета достроить зависимости U_пр.ср = ¦(d) и Е_пр = ¦(d).

Если измерение производилось и на переменном, и на постоянном напряжениях, то зависимость U_пр.ср= = ¦(d) и U_пр.ср» =¦(d) построить на одном графикеи, соответственно, Е_пр= =¦(d) и E_пp» =¦(d) — на втором.

Контрольные вопросы

1. Какие типы пробоя могут иметь место в твердых диэлектриках?                                            

2. Как происходит пробой твердого диэлектрика (электрический пробой)?             

3. Как происходит тепловой пробой твердогодиэлектрика?

4. Какие факторы влияют на величину пробивного напряжения при тепловом пробое?   

5. Что такое коэффициент запаса электрической прочности?

6. Дать характеристику кабельной бумаги.

7. В чем основные различия пробоя твердых диэлектриков;

от пробоя жидких и газовых диэлектриков?

8. Как зависит электрическая прочность твердых диэлектриков от температуры?

9. Почему возникает поверхностное перекрытие твердых диэлектриков?

10. Как влияет площадь электродов на величину пробивного

напряжения?           

11. Что такое "кривая жизни" диэлектрика и чем объяснить характер её изменения?

12. Как экспериментально установить вид пробоя твердых диэлектриков?

13. Чем объяснить уменьшение Е_пр при увеличении толщины диэлектрика?

14. Когда наблюдается и как протекает электрохимическийпробой твердых диэлектриков?

15. Как зависсит электрическая прочность твердых диэлектриков при тепловом пробое от частоты приложенного поля?

16. Как зависит Е_пр твердого диэлектрика от времени приложения напряжения?

17. В чем различие механизма электрического пробоя однородных и неоднородных диэлектриков?

18. Что такое частичные разряды и как они влияют на электрическую прочность твердых органических диэлектриков?

19. Дать определение электрической прочности.

Лабораторная работа 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ В ЛИСТОВОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

Цель работы; изучение магнитных свойств, экспериментальное определение потерь в электротехнической кремнистой стали.

Основные понятия

Магнитные свойства вещества зависят от магнитных свойств электронов. Магнитный момент электрона возникает вследствие движения электрона по орбите (орбитальный момент) и наличия у него спина (спиновой момент).

Если суммарный магнитный момент атома равен нулю, то вещество имеет диамагнитные свойства. Внешние диамагнетики отличаются тем, что они выталкиваются из магнитного поля. Если магнитный момент не равен нулю, то такие вещества обладают парамагнитными свойствами. Внешне парамагнетики отличаются тем, что втягиваются в магнитное поле.

К ферромагнетикам относятся переходные элементы, у которых, как известно, нарушен порядок заполнения электронных оболочек, в результате чего атомы имеют внутренние незаполненные оболочки. Наличие незаполненных оболочек приводит к тому, что атомы этих элементов получают нескомпенсированный магнитный момент (для полностью заполненных оболочек результирующий магнитный момент равен нулю).

Диамагнетики и парамагнетики относятся к слабомагнитным, а ферромагнетики - к магнитным веществам.

Важнейшей характеристикой магнитных свойств материалов является магнитная проницаемость                     (1)

где В - магнитная индукция, Tл; Н - напряженность магнитного поля, А/м; m₀ - магнитная постоянная, m₀ = 4p ×10^-7 Гн/м

Абсолютная магнитная проницаемость связана с магнитной восприимчивостью К_м: m_а = m₀ (1+К_м) = m × m₀

На практике используют относительную магнитную проницаемость

 По величинам m и К_м можно достаточно просто сравнивать между собой различные материалы.

У диамагнетиков m<1; К_м = 10^-6, m и К_м  не зависят от температуры и напряженности поля.

У парамагнетиков m>1; К_м = 10^-2-10^-5. Для большинства парамагнетиков имеет место зависимость К_м от температуры) от напряжённости поля при обычных температурах зависит слабо, но при температурах, близких к 0 К, парамагнетик можно привести в состояние магнитного насыщения.

У ферромагнетиков m>>1, а К_м = 10⁴ –10⁶. Они имеют сложную нелинейную зависимость от температуры и внешнего поля, то есть характерной особенностью ферромагнетиков является способность сильно намагничиваться даже при обычных температурах в слабых полях.

Зависимость B = m¦(H) (рис. 1) имеет общий характер для всех ферромагнитных материалов и называется основной кривой намагничивания. При достижении некоторой напряженности магнитного поля нарастание индукции замедляется и наступает состояние магнитного насыщения. Это объясняется тем, что все области материала, имеющие свое направление магнитного момента и называемые доменами, оказываются ориентированными в направлении внесшего магнитного поля. Домены - это самопроизвольно намагниченные области, в пределах которых спины атомов ориентированы параллельно друг другу и одинаково направлены. Магнитные моменты соседних доменов направлены под углом 90 и 180° друг к другу. Домены разделены между собой гранитными стенками (стенками Блоха), в которых происходит постепенное изменение направления вектора намагниченности одного домена по отношению к направлению вектора намагниченности соседнего домена. Из основной кривой намагниченности с использованием формулы (1) может быть определена магнитная проницаемость в любой ее точке. При напряженности магнитного поля, приближающейся к нулю, магнитная проницаемость стремится к величине, называемой начальной магнитной проницаемостью.

При некотором значении напряженности магнитного поля m достигает максимального значения, а дальнейшее увеличение напряжённости приводит к уменьшению магнитной проницаемости.

Уменьшение величины магнитного поля после его приложения выявляет еще одну особенность магнитных материалов - отставание изменения индукции от изменения напряженности магнитного поля, при циклическом изменении поля это проявляется в виде петли гистерезиса (рис. 2).

Нулевому значению напряженности соответствует некоторая остаточная индукция В_r. При устранении остаточной намагниченности материала необходимо приложить магнитное поде обратного направления и равного Н_с (Н_с - коэрцитивная сила).

Причинами гистерезиса могут быть необратимые процессы смещения границ доменов и необратимые процессы поворота векторов магнитных моментов доменов, которые требуют затрат энергии.

Потери энергии этого типа называются потерями на перемагничивание, или потерями на гистерезис Р_г.

В переменном магнитном поле материал пересекается магнитными силовыми линиями и в нем индуктируются электродвижущая сила и связанные с ней вихревые токи, замыкающиеся в толще материала. Таким образом, возникают потери на вихревые токи Р_в.

Площадь петли гистерезиса в определенном масштабе пропорциональна мощности суммарных потерь за один цикл перемагничивания образца, то есть

Р = Р_г + Р_в

Для сравнительной характеристики вещества используют удельные потери, т.е. потери, отнесенные к единице массы вещества:   

где Р - суммарные потери, Вт, D - плотность материала, кг/м³.

Удельные потери на гистерезис:

Удельные потери на вихревые токи:

где В_м- амплитуда магнитной индукции, Тл; ¦ - частота переменного тока, Гц;

d - толщина листа, м; D - плотность кг/м³; r - удельное электрическое сопротивление, Ом м;Р_г, Р_в - удельные потери, Вт/кг,

 Из этих выражений видно, что при высоких частотах преобладают потери от вихревых токов.