Sprawozdanie

Rok studiów: A i R I	Temat: Badanie stratności dielektrycznej	Data wykonania: 27-05-98
	RADOSŁAW LINOWIECKI

1.Wiadomości wstępne.

Straty energii w dielektryku (w nieobecności wyładowań niezupełnych) wywołane są polaryzacją i prądami upływu.

Jeśli przyłączyć kondensator do źródła napięcia stałego, powstanie w obwodzie prąd elektryczny. Można go rozłożyć na trzy składowe: prąd ładowania I_c prąd absorpcyjny I_a oraz prąd upływu I_u.

I=I_c+I_a+I_u

Dwa pierwsze człony składają się na prąd polaryzacji. Trzeci składnik, prąd upływu, jest wywoływany konduktywnością skrośną dielektryka. Przepływowi tego prądu towarzyszą straty energii elektrycznej na ciepło w dielektryku.

Prąd polaryzacji szybko znika, pozostawia trwałe działanie prądu upływu i związane z nim straty energii. W bilansie energetycznym w obwodach prądu stałego, straty energii związane ze zjawiskiem polaryzacji są pomijalnie małe w porównaniu ze stratami upływu. Jeśli napięcie przyłożone do okładzin kondensatora jest sinusoidalnie zmienne, wówczas proces ładownia i rozładowywania będzie się powtarzać okresowo i straty związane z prądem polaryzacji nie mogą być pominięte. Sinusoidalnie zmienny prąd ładowania ma charakter prądu biernego, a jego wskaz wyprzedza wskaz napięcia o 90^o. Sinusoidalnie zmienny prąd absorpcyjny ma częściowo charakter czynny, gdyż wywołuje on straty energii na ciepło. Ma on dwie składowe: czynną i bierną . Sinusoidalnie zmienny prąd upływu ma charakter prądu czynnego jego wskaz jest w fazie zgodnej ze wskazem napięcia U. Prąd wypadkowy I w obwodzie wyprzedza napięcie o kąt δ<90^o. Straty w kondensatorze zasilanym napięciem sinusoidalnie zmiennym charakteryzuje się zwykle za pomocą kąta δ uzupełniającego kąt ϕ do 90^o

δ=90^o-ϕ

a zwanego kątem stratności dielektrycznej. W praktyce, dielektryki charakteryzuje się najczęściej tangensem kąta δ, zwanym współczynnikiem stratności dielektrycznej.

W przypadku dielektryków niepolarnych, charakteryzujących się tylko polaryzacją elektronową, rezystancja dielektryka określona jest jedynie przez rezystywność skrośną, wywołującą prąd upływu. Współczynnik stratności dielektrycznej jest więc odwrotnie proporcjonalny do częstotliwości.

W przypadku dielektryków polarnych zależności są bardziej skomplikowane. Ze wzrostem częstotliwości początkowo tgδ rośnie, gdyż wzrasta energia tracona w jednostce czasu na obrót dipoli. Przy dalszym wzroście częstotliwości, tg δ zaczyna maleć, gdyż obrót dipoli nie nadąża za zmianami pola - zanika składowa dipolowa polaryzacji.

2. Schemat blokowy miernika dobroci typu MQL-6

1. generator,

2. autotransformator,

3. dzielnik częstotliwości,

5. wzmacniacz,

6. prostownik,

7. poprawka ,

8. miernik,

9. zasilacz.

Tabela pomiarów:

L.P	f [kHz]	Q1	C1 [pF]	Q2	C2 [pF]	Q2	C2 [pF]
1.	50	660	494,4	27	430	5	445
2.	100	500	415,2	12	350	5	385
3.	200	460	380,2	7	325	8	375
4.	400	400	319,8	5	295	11	315
5.	600	360	395,2	9	390	25	400
6.	800	360	294,8	6	285	17	295
7.	1000	200	420,2	11	430	34	410
8.	1200	280	340,0	12	330	34	340
9.	1400	180	300,2	10	290	30	295
10.	1600	200	265,2	7	260	26	265

3.Obliczenia:

Współczynnik strat:

C₁-pojemność układu bez próbki

C₂-pojemność układu wraz badaną próbką

Q₁-dobroć układu bez próbki

Q₂-dobroć układu wraz z badaną próbką

Oporność strat:

-pulsacja rezonansowa,

C₀ - pojemność własna cewki pomiarowej,

Moc strat:

U=250mV - napięcie pomiarowe,

C=C₁ -C₂ - pojemność badanej próbki,

4.Wykresy

Rys.1 przedstawia charakterystykę zależności .

F[kHz]	C1 [pF]	C2 [pF]	Q1	Q2	tgδ
50	494,4	430	660	27	0,27
100	415,2	350	500	12	0,52
200	380,2	325	460	7	0,97
400	319,8	295	400	5	2,55
600	395,2	390	360	9	8,23
800	294,8	285	360	6	4,93
1000	420,2	430	200	11	-3,68
1200	340,0	330	280	12	2,66
1400	300,2	290	180	10	0,71
1600	265,2	260	200	7	7,03

Rys.2 przedstawia charakterystykę zależności .

F[kHz]	C1 [pF]	C2 [pF]	Q1	Q2	tgδ
50	494,4	445	660	5	1,99
100	415,2	385	500	5	2,72
200	380,2	375	460	8	8,99
400	319,8	315	400	11	5,98
600	395,2	400	360	25	-3,06
800	294,8	295	360	17	-82,61
1000	420,2	410	200	34	1,01
1200	340,2	340	280	34	43,95
1400	300,2	295	180	30	1,60
1600	265,2	265	200	26	44,37

Rys.3 przedstawia charakterystykę zależności .

F[kHz]	C1 [pF]	C2 [pF]	P[W]	tgδ
50	494,4	430	341,24	0,27
100	415,2	350	1330,73	0,52
200	380,2	325	4203,20	0,97
400	319,8	295	9928,68	2,55
600	395,2	390	10078,46	8,23
800	294,8	285	38651,20	4,93
1000	420,2	430	14155,12	-3,68
1200	340,0	330	31920,20	2,66
1400	300,2	290	10138,80	0,71
1600	265,2	260	22957,17	7,03

Rys.4 przedstawia charakterystykę

F[kHz]	C1 [pF]	C2 [pF]	tgδ	P [W]
50	494,4	445	1,99	1929,26
100	415,2	385	2,72	3224,15
200	380,2	375	8,99	3669,72
400	319,8	315	5,98	4506,53
600	395,2	400	-3,06	8812,80
800	294,8	295	-82,61	51087,91
1000	420,2	410	1,01	10302,00
1200	340,2	340	43,95	10548,00
1400	300,2	295	1,60	11648,00
1600	265,2	265	44,37	14198,40

6.Wnioski:

Jak widać na wykresach tgδ=f(f) w naszym ćwiczeniu mieliśmy do czynienia z dielektrykami polarnymi. Dla pierwszego wykresu ze wzrostem częstotliwości tgδ rośnie do wartości 40,507 dla f=530kHz,gdyż rośnie energia tracona w jednostce czasu na obrót dipoli. Następnie maleje do wartości -1,232 dla f=770kHz, gdyż obrót dipoli nie nadąża za zmianami pola- zanika składowa dipolowa polaryzacji . Dla drugiego wykresu ze wzrostem częstotliwości tgδ rośnie do wartości 71,835 dla f=650kHz, gdyż rośnie energia tracona w jednostce czasu na obrót dipoli. Następnie maleje do wartości -0,339 dla f=770kHz, gdyż obrót dipoli nie nadąża za

zmianami pola- zanika składowa dipolowa polaryzacji.

---