Laba_1_crew_5



ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ"

Кафедра техники и электрофизики высоких напряжений.

 

 

 

 

Лабораторная работа 1.

Электрические разряды в воздухе.

 

 

 

Студенты: Сидорова Д.А.

 

группа: ЭЛ-12-13

Бригада: 1

Преподаватель: Ковалев Д.И.

 

 

 

 

 

 

 

Москва

2017

Цель работы.

Изучение основных характеристик электрического разряда при постоянном и переменном напряжении в воздухе при давлениях и температурах близких к нормальным.

Схема установки.

 

Подготовка к работе.

1) Построить на одном графике примерный ход зависимостей пробивных и начальных напряжений от длины промежутков плоскость-плоскость, стержень-плоскость и стержень-стержень при обеих полярностях выпрямленного напряжения.

   А)Плоскость-плоскость.

   Начальное напряжение при выполнение в нем условия квазиоднородности не зависит от полярности электродов. То же самое имеет место в симметричных слабо- и резконеоднородных полях. Пробой промежутков с однородным полем происходит при начальном напряжении.

 

 

   

 

Б)Стержень-плоскость.

   Это промежуток с несимметричным резконеоднородным полем.

Начальное напряжение:

,

 

 

 

m-показатель скорости спада напряженности поля.

   В промежутке с несимметричным резконеоднородным полем при положительной полярности электрода с меньшим радиусом кривизны начальное напряжение несколько больше, чем при отрицательной полярности. Это связано с влиянием полярности электрода на коэффициент вторичной ионизации. При развитие разряда с отрицательного электрода (отрицательная полярность) коэффициент вторичной ионизации больше, чем при положительной полярности. Так как при отрицательной полярности его значение определяется помимо фотоионизации в объеме еще и фотоионизацией на электроде. Тогда из уравнения самостоятельности разряда следует, что при положительной полярности число электронов в лавине, необходимое для выполнения условия самостоятельности разряда, должно быть большим, чем при отрицательной.

 

   Число электронов в лавине возрастает с увеличением напряжённости поля у электрода, следовательно, с увеличением напряжение в промежутке.

   

Пробивное напряжение.

   Пробой промежутков с резконеоднородным полем происходит при напряжении, больше начального (то есть при наличии развитой короны). Пробивное напряжение зависит от формы коронного разряда.

   Пробивные напряжение промежутка стержень-плоскость при отрицательной полярности стержня значительно больше чем, при положительной полярности. Так как при положительной полярности подвижные электроны легко уходят из зоны разряда на электрод, а остающийся положительный объемный заряд усиливает напряженность электрического поля во внешней части промежутка, способствую дальнейшему развитию разряда. При отрицательной полярности малоподвижный положительный заряд уменьшает напряженность поля во внешней части промежутка и для развития разряда требуется большее напряжение.

   В)Стержень-стержень

   В данном промежутке поле симметрично. При одинаковых значениях приложенного напряжения и расстояния между электродами напряженность поля у электродов стержень-стержень ниже, чем в промежутке стержень-плоскость, так как емкость, а, следовательно, и заряд стержня больше у промежутка стержень-плоскость. Из-за этого при прочих равных условиях начальные напряжения для промежутка стержень-стержень несколько больше, чем для промежутка отрицательный стержень-плоскость. А разрядные напряжения для промежутка стержень-стержень выше, чем для промежутка положительный стержень-плоскость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      

 

 

 

 

U0=Uпр – плоскость-плоскость

Uпр стержень(-)-плоскость

Uпр стержень-стержень

Uпр стержень(+)-плоскость

U0 – стержень(+)-плоскость

U0 – стержень-стержень

U0 – стержень(-)-плоскость

2)Построить примерный ход зависимостей начального и пробивного напряжения от радиуса внутреннего цилиндра в коаксиальной системе электродов при постоянном расстоянии между ними.

   Начальное напряжение.

   Если расстояние между внутренним и внешним цилиндрами сохранять постоянным, а радиус внутреннего цилиндра увеличивать, то начальное напряжение будет возрастать. Так как при происходит уменьшение коэффициента неоднородности(S=const). Начальное напряжение будет стремиться к, так как при .

;;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-зависимость U0 от r0

2-зависимость Uпр от r0

 

3) Рассчитать и построить зависимость начального напряжения U0 при промышленной частоте от отношения радиусов внутреннего и внешнего коаксиальных цилиндрических электродов(R/r0). При R=7.5 см, r0=1÷75 мм.

   Найдем радиус внутреннего цилиндра при котором поле из резконеоднородного переходит в квазиоднородное.

 

Для нашей задачи

 

, см

0.1

1

1.9

2.8

3.7

4.6

5.7

U0,кВ

27.1

81.5

96.5

97.3

89.4

75.2

51,2

 

0.013

0.133

0.253

0.373

0.493

0.613

0.733

 

 

 ,см

5,7

5,9

6,1

6,3

6,5

6,7

6,8

7,0

7,2

7,5

 

0,76

0,79

0,81

0,84

0,87

0,89

0,91

0,93

0,96

1,00

 

0,32

0,27

0,23

0,19

0,15

0,12

0,10

0,07

0,04

0,00

 ,кВ

52,69

47,30

41,87

36,41

30,90

25,32

22,50

16,78

10,86

0,00

 

   Если радиус наружного цилиндра сохранять постоянным, а радиус внутреннего цилиндра увеличивать, то начальное напряжение U0 вначале будут возрастать, а затем снижаться до нуля. Так как при происходит уменьшение коэффициента неоднородности и уменьшение длины промежутка S. Причем при малых r0 основное влияние оказывает уменьшение коэффициента неоднородности (начальное напряжение вследствие этого увеличивается), а начиная с преобладающее влияние оказывает уменьшение длины промежутка (вследствие этого U0 уменьшается).

При

 

 

Выполнение лабораторной работы.

1) Зависимость пробивного и начального напряжения промежутка стержень-плоскость от расстояния между электродами (при положительной и отрицательной полярности).

Стержень (+) - Плоскость (-)

S, см

U0, В

U0, В

Up, В

Up, В

Eср, В/см

1

18

7759.08

28

12069.68

12069.68

2

24

12516

32

16688

8344

3

24

12959.28

38

20518.86

6839.62

4

24

12727.92

42

22273.86

5568.465

 

Стержень (-) - Плоскость (+)

S, см

U0, В

U0, В

Up, В

Up, В

Eср, В/см

1

16

6896.96

34

14656.04

14656.04

2

18

9387

52

27118

13559

3

20

10799.4

70

37797.9

12599.3

4

20

10606.6

88

46669.04

11667.26

 

Стержень - Стержень

S, см

U0, В

U0, В

Up, В

Up, В

Eср, В/см

1

18

7759.08

18

7759.08

7759.08

2

19

9908.5

20

5030

5616.062

3

22

11879.34

40

21598.8

7199.6

4

22

11667.26

52

27577.16

6894.29

 

 

Шар-шар по данным п.2

S, см

Uр, В

Uр, В

Ecp, В/см

1

50

31700

31700

2

78

59000

29500

3

110

84000

28000

4

135

105000

26250


 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Зависимость пробивного напряжения промежутка стержень-плоскость с бумажным барьером от расстояния между электродом и барьером.

Плоскость(-) - барьер - Стержень(+)

Sбарьера, см

Uр, В

Up, В

1

78

40983.8834

1,5

70

40649.588

2

54

34558.08

2,5

48

27498.6

 

 

 

 

 

Расстояние между электродами: 3.5 см

 

 

 

 

 

 

 

3) Зависимость пробивного и начального напряжения цилиндрического конденсатора от отношения радиусов внутреннего и внешнего цилиндров (R=75 мм).

R, мм

r0, мм

Uраз

Uраз, кВ

r0/R

150

2

100

52,5

0,013333

150

6

60

31,5

0,04

150

10

76

39,9

0,066667

150

22

100

52,5

0,146667

150

60

100

52,5

0,4

?

?

 

 

 

 





Внимание, только СЕГОДНЯ!