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第二章电容(相对介电常数)及损耗因数的测量.ppt

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1、对相对介电常数εr的要求 1)储能元件?大,使单位体积中储存的能量大 2)一般电工设备?小,减小流过的电容电流 2、对介质损耗因数tanδ(介质损耗角正切)的要求 1)一般电工设备中用的电介质和绝缘体?小,否则易消耗浪费电能,使介质发热,容易造成老化或损坏 2)特殊要求利用介质发热?大 3、测量目的: 1)检验评定电工设备、元件的性能,选择合适的绝缘材料 2)通过测量,来判断绝缘系统中的含湿量、老化程度等 3)测量其频率谱和温度谱,可作为研究电介质和绝缘材料物质结构的一种手段 相对介电常数εr 定义: 在同一电极结构中,电极周围充满介质时的电容Cx与周围是真空 时的电容C0(几何电容)之比 若为平行板电极 A—电极面积(m2), t——电极间距离(m), ε0—8.854×10-12(F/m) εr是测量电容Cx及与电极、试品有关的尺寸 损耗因数tanδ 定义:试品在施加电压时所消耗的有功功率 与无功功率的比值,即介质损耗角δ的正切tanδ 介质无损耗时,电流与电压相位差为90o 介质有损耗时,电流于电压相位差为90o-δ 电路分析法计算tanδ 并联 串联 说明: 1、并联等效阻抗能切实反映绝缘体中有泄漏电流的事实Cx=Cp ,当tanδ0.1时, Cx=Cp ≈Cs,误差不超过1% 2、介质损耗很微小,不能用普通的功率表测量,将试品视为等效阻抗,测得 计算tanδ 影响相对介电常数与损耗因数的因素 1、电压幅值 一般情况与施加电压的幅值无关 若有夹层极化,高场强将使其增大 若绝缘体中有气泡,在电压超过起始放电电压后,测得的值增大 2、频率 极化需要一定时间,若这时间比交变电场的周期长的多,这种极化就来不及完成。频率低时,各种极化都存在,εr大,频率高时,夹层极化、偶极子极化来不及完成,只剩下电子极化、原子极化,εr减小。 tanδ:主要由偶极子极化、夹层极化造成。频率高,无极化故无损耗;频率低,极化完全跟的上电场变化而无滞后,相位差为90o,也无损耗;只在极化有滞后时出现介质损耗, εr 变化时,tanδ出现最大值 3、温度 εr: 温度升高会使分子间的束缚力减小,极化容易形成,因而介电常数增大,但当温度很高时,物质密度降低,而且分子的热运动加剧,从而使极化强度降低。 tanδ:温度较低时,在εr变化时出现最大值,而在温度很高时,由于电导产生的介质损耗占主要地位,介质损耗就和电导一样随温度上升而指数式增长。同时温度升高,极化松弛时间减小, tanδ随 频率变化的最大值向高频方向移动。 4、湿度 水的εr很大(81),同时水分渗入会起增塑作用,使极化更容易形成,也使得εr明显增大,在加上水的电导也比较大, tanδ也明显增大。 适用:测量频率不很高时(低于MHz) 分类: 阻容电桥 高压西林电桥:精密西林电桥,大电容电桥,反接和对角线接地电桥 低压阻容电桥:电容比例臂电桥,电阻比例臂电桥 变压器电桥(电感比例臂电桥) 电流比变压器电桥 电压比变压器电桥 自动平衡电桥 双T电桥 阻容电桥: 高压桥臂:试品Zx,无损标准电容器Cx 低压桥臂:无感电阻R3,R4/C4并联 调节R3,C4使电桥平衡 当tanδ0.1,误差允许不大于1%,则 ,工频高电压,取 安全性:ZxZ3,ZNZ4,电桥上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上 电桥灵敏度与电桥本身结构、电桥上施加的电压幅值及频率、以及电桥的平衡指示器有关:1)比例臂两阻抗相等时(串接部分),灵敏度最高;2)电压、频率越高、指示器可测出的电流或电压越小,电桥灵敏度就越高。 精密西林电桥(高压) 采取措施,消除或减小对电桥结构上可能造成的误差 1)减小标准电容器的损耗 标准电阻正常情况下tanδN10-5,若受潮,受污染, 或是电压太高出现局部放电,则会增大几个数量级, 使用时应保证标准电阻干净、无局部放电 2)减小杂散电容的影响 试品低压端连接到桥臂及平衡指示器要用屏蔽线,且屏蔽线外屏蔽接地,采用电位自动跟踪器(输入阻抗很高1012,放大倍数1,无相位移的放大器),保证C、D零电位 3)减小残余电感及零电容的影响 R4中点加可调电容 大电容电桥 精密西林电桥内电阻R3允许的最大电流为30mA,电容量很大的试品,如电力电容器,长电缆等,高压下会流过很大的电流,在R3上并联电阻分流器(a);当电流更大时,

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