Электртехникалық материалтану пәні бойынша электртехникалық мамандықтардың студенттеріне зертханалық жұмыстарды орындауға арналған оқу әдістемелік құрал Павлодар
Скачать 0.6 Mb.
|
| Казахстан Республикасының білім және ғылым министрлігі С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті Энергетикалық факультеті Электртехникасының теориялық негіздері кафедрасы ЭЛЕКТРТЕХНИКАЛЫҚ МАТЕРИАЛТАНУ «Электртехникалық материалтану» пәні бойынша электртехникалық мамандықтардың студенттеріне зертханалық жұмыстарды орындауға арналған оқу - әдістемелік құрал Павлодар УДК 621.315.5.61 (075.8) ББК 31.23 Я 7 Э 46 С.Торайғыров атындағы ПМУ Ғылыми кеңесі ұсынған Пікірсалушы: т.ғ.к., доцент Мендыбаев С.А. Құрастырушылар А.П. Кислов, В.П. Кислова, А.С. Жумадилова, Н.Н. Садыков, Н.И. Глухова Э 46 Электртехникалық материалтану: зертханалық жұмыстарды орындауға арналған оқу - әдістемелік құрал/ Павлодар, 2006. 49 б. Осы оқу-әдістемелік құралда электртехникалық материалтану пәні бойынша жасалатын зертханалық жұмыстар бейнелеп түсіндірілген. Бұл жұмыстар электртехникалық материалтану пәнін оқу үшін электртехникалық мамандықтардың студенттеріне қажет, және де электртехникалық зерттеулермен айналысатын ғылыми-техникалық жұмыскерлерге және астиранттарға пайдалы болуы мүмкін. УДК 621.315.5.61 (075.8) ББК 31.23 Я 7 © Кислов А.П., Кислова В.П., ЖумадиловаА.С., СадыковН.Н. , ГлуховаН.И., 2006 ©С.Торайгыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті, 2006 БЕКІТЕМІНОқу жұмысы жөніндегі проректор________________ Н.Э.Пфейфер 2006 ж. «___»________________ Құрастырушылар: профессор, т.ғ.к. А.П. Кислов, аға оқытушылар:В.П. Кислова, А.С.Жумадилова, Н.Н. Садыков, Н.И. Глухова.Электртехникасының теориялық негіздері кафедрасыКафедра мәжілісінде бекітілген 200_ ж. «___»______ №__ хаттамаКафедра меңгерушісі ______________________А.Д.Тастенов Энергетикалық факультетінің оқу-әдістемелік кеңесімен құпталды 200_ ж. «___»____________№__хаттама ӘК төрағасы _________ К.Х. Жапаргазинова «___»__________200_ ж. (қолы) КЕЛІСІЛДІ Факультет деканы _________ А.П.Кислов «___»___________200_ж. (қолы) СМБ норма бақылаушысы _________Г.С.Баяхметова «___»________200_ж. (қолы) ОӘБ ҚҰПТАЛДЫ ОӘБ бастығы_________Л.Т. Головерина «___»___________200_ж. (қолы) Кіріспе Соңғы оңжылдық электр энергетика саласындағы күрделі ғылыми-техникалық мәселелерді шешуге қамтамасыз ететін жаңа электртехникалық материалдарды өңдеу мен еңгізудің қарқындарымен сипатталды. Электртехникалық материалтанудың жетістіктері белгілі материалдардан берілген қасиеттері бар жаңаларды жасауға және оларға өтуге мүмкіндік береді. Электртехникалық материалтану инженерлерді дайындаудың негізгі курстарының бірі болып табылады. Ол электртехникалық материалдар саласында тәжірибелік және теориялық білімді және де электрмагниттік, жылулық, химиялық және механикалық факторлардың әсерінен олардың қасиеттерінің өзгеру заңдылығын қалыптастыру үшін арналған. Бұл жұмыста электртехникалық материалтанудың топтасуы едәуір толық қарастырылған: өткізгіштік, жартылай өткізгіштік, магниттік және электроқшаулама материалдар. Бұл оқу құралы теориялық білімнің негізін және электртехникалық материалдармен жұмыс істегенде тәжірибелік дағдыларды алуға мүмкіндік береді. 1 Зертханалық жұмысДиэлектриктердің меншікті көлемдік және меншікті беттік кедергілерін анықтау Жұмыс мақсаты: диэлектриктер электрөткізгіштігінің физикалық негіздерін оқып білу және диэлектриктердің меншікті көлемдік (  ) және беттік ( ) кедергілерін анықтау бойынша өлшеу әдістерін меңгеру және тәжірибелік дағды алу.1.1 Жалпы мәліметтер Электр техникасының теориясына сәйкес, тұрақты электрлік өрісте орналасқан идеалды диэлектрик арқылы қалыптасқан режимде электрлік ток өтпеу керек. Бірақ, нақты диэлектриктерде электр тогы кернеуді қосқан кезден пайда болады. Бұл, оның ішінде өткізгіштіктің бар екендігін дәлелдейді. Өткізгіштіктің уақыт ішінде бақыланатын тогы екі құраушыдан тұрады: ығысу тогы (диэлектриктерде еркін зарядтардың бар болуымен шартталған). Көпшілік техникалық диэлектриктерде байқалатын баяу полярланудың әртүрлі түрлерінен пайда болатын ығысу токтарын абсорбциялы токтар деп атайды, олар электр өрісі әсер ететін уақыт ағымы кезінде орын алады (белгілі сиымдылығы бар диэлектрик циклдік қайта зарядтау режимінде жұмыс істегендіктен). Сондықтан, диэлектрик өткізгіштігінің (кедергісінің) сандық көлемдік сипаттамасын анықтау кезінде абсорбциялы токтардың әсер етуін жою керек, әйтпесе диэлектриктердің үлкен өткізгіштігі (немесе кіші кедергіcі) туралы дұрыс емес түсінік пайда болуы мүмкін. Диэлектриктердің өткізгіштігі сапалық және сандық жағынан, металдардың және жартылай өткізгіштердің өткізгіштігінен ерекшеленеді. Еркін электрондардың саны көп болғандықтан, металдар мен жартылай өткізгіштіктер электрондық өткізгіштікке ие болады. Диэлектриктерде еркін электрондар жоққа дерлік, олардың өткізгіштігі иондық сипатқа ие және көбінесе диэлектриктерді ластайтын қоспалардың арқасында түзілетін еркін иондардың салыстырмалы аз мөлшерде бар болуымен шартталады. Иондарға жеңіл ыдырайтын қоспалар өте қауіпті: қышқылдар, сілтілер, түрлі тұздар. Диэлектриктердің ластанудан тазартылуы, олардың өткізгіштіктерінің төмендеуіне әкеледі. Осылайша, диэлектриктердің өткізгіштігі тек өтпе электрөткізгіштігінің тогымен шартталады. Сипаттамасы ретінде, оған кері шама болатын меншікті кедергі  болады. Салыстыру үшін, диэлектриктерде ρ = 1020 ... 1020 Ом ∙ см, ал металдарда ρ = 10-5 ... 10-6 Ом ∙ см болатынын белгілеп кетейік.Ластайтын қоспалар көлемі бойынша қалыңдығында да, сонымен қатар, бетінде де орын алады. Сондықтан, диэлектриктер кедергісінің (өткізгіштігінің) екі түрін қарастыру керек: көлемдік  және беттік  . 1.1.1 Көлемдік кедергіні анықтау. Көлемдік кедергіні анықтау үшін, электродттарды зерттелінетін үлгіде (1.1 суретінде) көрсетілгендей етіп орналастыру керек, сонда электр өрісі диэлектрик қалыңдығы арқылы еркін зарядтардың қозғалуын қоздырады. Жұмсалған кернеудің шамасын біліп және диэлектрик үлгісінің кедергісін өлшеп  (1.1)осыдан  (1.2) мұнда  – диэлектрик қалындығы, см; – диаметрмен электрод ауданы, см2. 1.1 Сурет Көлемдік кедергіні өлшеу үшін арналған сызба 1.1.2 Беттік кедергіні анықтау. Беттік кедергіні өлшеу үшін, электродтарды зерттелінетін үлгіде (1.2 сурет) көрсетілгендей етіп орналастыру керек, сонда электр өрісі, диэлектрик бетімен қозғалатын еркін зарядтарды қоздыру керек. Диэлектрик үлгісінің беттік кедергісі келесі формуламен анықталады  (1.3)осыдан  (1.4)мұнда  – электродтар арасындағы қашықтық, см; – электрод ұзыңдығы, см. 1.2 Сурет Беттік кедергіні өлшеу үшін арналған сызба Меншікті кедергінің шамасы, сәйкес дәрежеде 10-ға көбейтілген бүтін сан ретінде жазылады, мысалы: ρ = 2,0 ∙ 105 Ом ∙ см. Меншікті кедергілердің мәндері 1.1 кестесінде келтірілген.  және  шамаларын анықтау үшін, келесі негізгі өлшеу әдістері қолданылады:а) тікелей ауытқу әдісі; б) конденсаторды зарядтау әдісі; в) салыстыру әдісі. 1.1.3 Тікелей ауытқу әдісі. Бұл әдіс бойынша, диэлектрик үлгісімен тізбектеп айнымалы гальванометрді, ал үлгіге параллель вольтметрді қосады. Токтың өлшеу шегін кеңейту үшін, гальванометрге параллель реттеудің бірнеше сатысы бар  шунтын қосады (1.3 сурет). Сонда, гальванометр және вольтметрдің көрсетулерін біле отырып диэлектрик үлгісі арқылы өтетін токты анықтаймыз (1.5)және үлгінің өлшенетін кедергісі  (1.6)мұнда  – шкала бөлігіндегі гальванометрдің ауытқуы; –аспапта көрсетілетін гальванометрдің динамикалық тұрақтысы (1.7)мұнда  – гальванометр тізбегіндегі үлгілі кедергі; – шунттық сан.  1.3 Сурет Тікелей ауытқу әдісі бойынша өлшеу сызбасы  1.1.4 Конденсаторды зарядтау әдісі. Бұл әдісте, Со үлгілі конденсатормен тізбектей қосылған диэлектрик үлгісіне конденсатор зарядтталатындай уақытқа Uo кернеуі беріледі (1.4 сурет). Содан соң, баллистикалық гальванометрдің көмегімен конденсатордың зарядын анықтайды және сол шама арқылы үлгінің Сх кедергісін, диэлектриктің меншікті кедергісін анықтайды. 1.4 сурет Конденсаторды зарядтау әдісі бойынша өлшеу сызбасы Егер, Со конденсаторды t уақыт ағымы кезінде Uo кернеу қорек көзінен Rх кедергісі арқылы зарядтаса, онда конденсатордағы кернеу  (1.8)ал заряд  (1.9)  кезінде  қатарға жіктесек, онда мынаны аламыз  (1.10)осыдан  (1.11)Гальванометрмен q1 зарядын өлшегенде  (1.12)мұнда – гальванометрдің ауытқуы; – гальванометрдің баллистикалық тұрақтысы; – шунттық сан.(1.11) және (1.12) өрнектерін теңестіріп үлгінің кедергісін аламыз  (1.13) 1.1 Кесте Материалдардың сипаттамалары
1.1.5 Салыстыру әдісі. Диэлектриктердің кедергісін өлшейтін бұл әдіс осы жұмыста қолданылған. Бұл әдістің мәні болып айналы гальванометрдің көмегімен өлшенген токтардың мәндерін өзара салыстыру табылады. Диэлектриктердің кедергілерін өлшеу сызбасы 1.5 суретінде көрсетілген.  1.5 Сурет – Салыстыру әдісі бойынша өлшеу сызбасы Бірінші өлшеу кезінде “К” кілті тұйықталған болады және тізбектегі ток мынаған тең  (1.14)мұнда  – шкала бөлігіндегі гальванометрдің ауытқуы; – гальванометрдің динамикалық тұрақтысы; – шунттық сандар, сәйкесінше, “К” кілті тұйықталған және тұйықталмаған кезінде; – үлгілі кедергі, диэлектрик кедергілерін өлшеу кезінде өзгертуге болмайтын, Ro = 10 8 Ом; – гальванометрдің кедергісі, Ом.Сызба үшін шунттық сан  . Екінші өлшеу кезінде “К” кілті тұйықталмаған және тізбектегі ток мынаған тең  (1.15)(1.14) және (1.15) өрнектерін салыстрғанда, үлгінің кедергісін анықтамыз  (1.16) 1.1 Кесте – Эксперименталды және есептелген мәндер
Көлемдік және беттік кедергілерді өлшеу кезінде шаманы анықтап, (1.2) және (1.4) өрнектерімен сәйкес диэлектрик үлгісінің меншікті көлемдік және меншікті беттік кедергілерін есептеуге болады. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
