У образца диэлектрика круглого сечения диаметром d и толщиной h известна ёмкость Cx и тангенс диэлектрических потерь tg δ .
Определить величину абсолютной и относительной диэлектрической проницаемости, параметры параллельной и последовательной схем замещения, мощность диэлектрических потерь при напряжении U и частоте f, объёмное сопротивление ρV при напряжении U и токе сквозной проводимости Iс и электрическую прочность при напряжении пробоя Uпр, напряжение теплового пробоя. Числовые значения подстановочных величин приведены в таблице 2.3 методических указаний.
Исходные данные по варианту 3:
Величина и единица измерения
h, мм
D, мм
Cx, пФ
tg δ
U, кВ
t,℃
I,мА
σ,Втм∙К
f, Гц
Uпр,кВ
1,1
50
52
0,09
4
250
0,4
0,12
150
13,5
-3810173990Рис. 7.
S
D
h
00Рис. 7.
S
D
h
Нужно полное решение этой работы?
Ответ
ε=3,29. εа=2,80∙10-10Фм. ρV=4,05∙108Ом∙м.
Ia=1,75∙10-5А. Ir=1,94∙10-4А. Ua=175 В. Ur=1944,4 В.
Eпр=1,23∙107 Вм.
В задаче не было расшифрована величина «сигма».
Решение
Если напряжение подведено к торцам диэлектрика (рис. 7), то его можно рассматривать как плоский конденсатор с круглыми обкладками, пространство между которыми средой с диэлектрической проницаемостью ε. Тогда
Cx=ε0εSh=πε0εD24h,
где ε= – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, ε0=8,85∙10-12 Фм- электрическая постоянная, S – площадь пластин, h – расстояние между ними.
Отсюда
ε=4Cxhπε0D2.
Вычислим, выражая все величины в единицах системы СИ.
ε=4∙52∙10-12∙1,1∙10-33,14∙8,85∙10-12∙50∙10-32=3,29.
ε=3,29.
2. Абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика
εа=εε0=3,29∙8,85∙10-12=2,80∙10-10Фм
εа=2,80∙10-10Фм.
leftbottomРис. 8.
а)
R
б)
Cp
U
Ir
Ia
φ
U
Ia
I
δ
в)
φ=90°
U
I=Ir
Ir
00Рис. 8.
а)
R
б)
Cp
U
Ir
Ia
φ
U
Ia
I
δ
в)
φ=90°
U
I=Ir
Ir
3
. Параллельная эквивалентная схема замещения диэлектрика с потерями и векторная диаграмма токов в ней представлены на рис.8, из которого видно, что активная составляющая тока Ia совпадает по фазе с напряжением U, а реактивная составляющая тока Ir опережает напряжение на угол, равный 90°. При идеальном диэлектрике (Iа=0) векторная диаграмма показано на рис. 8, в.
Значения соответствующих токов равны:
I=UZ, Ia=UR, Ir=UXC=UωCp,
где Z- полное сопротивление, Z=XC2+R2; XC- емкостное сопротивление конденсатора:
XC=1ωCp;
ω- угловая частота
Из треугольника токов (рис. 8, б) следует:
tg δ=IaIr=URUXC=1ωRCp=12πfRCp.
Отсюда объемное сопротивление диэлектрика
R=RV=12πfCptg δ=12∙3,14∙150∙52∙10-12∙0,09=2,27∙108Ом.
Удельное объемное сопротивление
ρV=SRVh=πD2RV4h=3,14∙50∙10-32∙2,27∙1084∙1,1∙10-3=4,05∙108Ом∙м.
ρV=4,05∙108Ом∙м.
4