第二章 电容(相对介电常数)与损耗因数测量.ppt

2-1 概述 2-2 电桥法测量Cx及tanδ 2-3 谐振法测量Cx及tanδ 2-4 测量误差及其消除方法 2-5 介电谱的测量 ;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;损耗因数tanδ;电路分析法计算tanδ;影响相对介电常数与损耗因数的因素;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：;精密西林电桥（高压）;大电容电桥;反接和对角线接地电桥;低压阻容电桥（适用于薄膜材料）;变压器电桥——电感比例臂电桥;（二）电压比变压器电桥：电感桥臂与电桥的电源耦合 适用：施加于电桥的电压不高时 ;（三）自动平衡电桥：电压比例臂变压器电桥制成 选择标准元件RN，CN，自动平衡的改变UR，UC，直到电桥平衡 数字式自动平衡电桥 LR，CR锁相器；ADA模数、数模转换器； 不接试品，选择RN，CN；接试品，自动调节UC，UR d:试样厚度 A:电极面积 CN:标准电容 Ux:施加于试样上的电压 Uc:记录的信号 RN:标准电阻 UR:记录的信号 γ0:电流电导率 ε’’：损耗指数;双T电桥;电桥法的局限性： 1、随频率提高，测量回路中的杂散电容及电感对测量结果的影响增大 2、电桥回路和元件的杂散电容及电感较大，一般适用于测量频率在MHz以下 谐振法优点： 1、测量频率在MHz以上 2、谐振法测试回路简单，用的元件少，杂散电容及电感较小 3、用替代法测量，可把部分固定的误差减除 4、在很高测量频率(GHz)下，可使测量误差减到允许范围;谐振法测量电容;变Q法测量tanδ;Q表;变电纳法测量tanδ;一、外来电磁场干扰 试品空间中的电磁场，在试品测试回路中产生干扰电流 消除： 1)屏蔽法:试品的测试系统和干扰源之间用金属板或网屏蔽起来，使电磁场透过屏蔽层时大大衰减，衰减程度与屏蔽材料的电导率、磁导率、金属板的厚度以及被衰减的电磁波的频率有关。适用于实验室内，在变电站等现场试验中无法采用。 2)倒向法：在正相和反相电压下，两次测量 检测：磁场干扰主要是影响指示电桥平衡的检流计的正常工作，即改变其中的固有磁场。测量前先把检流计的输入开关置于断开位置，若只是不为零，说明有外来磁场的干扰，可移动电桥和检流计位置，直到指示为零。或采用倒向法测量后计算;二、外界耦合阻抗 外来阻抗与试品或任一桥臂耦合，对测量结果造成严重影响 1)星形阻抗与试品耦合: 耦合阻抗不同，对测得电容及tanδ影响不同 2)变压器旁放置木梯 电容偏大， tanδ偏小 3)电机棒放在桌子上 电容和损耗因数都偏大;三、电极、电导等可能造成的误差：误差随测量频率的提高而增大 1、连接导线的电阻、电感以及分布电容带来误差 分析接线