Дипольная поляризация

В настоящее время электрические машины проектируются в виде серий с обязательным использованием ЭВМ для расчетного исследования и автоматизированного оптимального проектирования. Однако студенту обычно задается при курсовом и дипломном проектировании рассчитать единичную электрическую машину или часть серии электрических машин. Это задание лучше выполнять

Выполнение электромагнитных и других расчетов электродвигателей «ручным» счетом целесообразно лишь на первом этапе учебного процесса, при котором студент познает методику проектирования. На дальнейших этапах обучения и особенно при дипломном проектировании целесообразно проводить расчеты и исследования с применением ЭВМ. В настоящем параграфе приведена для примера программа проведения таких исследований

Темы курсовых проектов должны соответствовать программам курсов и отвечать учебным целям курсового проектирования. При разработке заданий на курсовое проектирование необходимо учитывать задачи, стоящие перед учащимися и при дипломном проектировании, однако задание на курсовое проектирование не должно рассматриваться как составная часть предстоящего дипломного проекта. В целях приближения курсового проектирования к реальным условиям производства тему задания целесообразно связывать с работой учащихся на производственной практике, а для учащихся вечернего и заочного отделений — с их работой на производстве.

Дипломник самостоятельно разработал и изготовил блок питания, проявив при этом конструкторские способности, самостоятельность в работе, умение пользоваться справочной литературой. После окончания техникума целесообразно привлечь его к проектной работе. Однако, к сожалению, дипломнику не хватило аккуратности при оформлении пояснительной записки и графической части. При дипломном проектировании пришлось выполнить гораздо больше расчетов, чем приведено в окончательном варианте пояснительной записки.

1.8. ПЛАНИРОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ ПРИ ДИПЛОМНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

При дипломном проектировании объект для ФСА может быть задан руководителем или выбран дипломником при изучении конструкции и технологии изготовления изделия.

1.8. Планирование и контроль при дипломном проектировании . . .......... 21

Предлагаемые четыре книги будут полезны как при изучении общего курса электрических машин, так и при курсовом и дипломном проектировании. Инженеры, аспиранты и научные работники найдут в них материал для дальнейшего развития теории электрических машин и усовершенствования конструкции выпускаемых машин.

Пособие предназначено для студентов электрических специальностей при изучении курса "Электрические сети и основы электроснабжения" и может быть полезным при курсовом и дипломном проектировании.

В пособии даны указания по выполнению заданий при курсовом и дипломном проектировании, контролю за ходом его выполнения; требования, предъявляемые к оформлению и защите (см. введение), а также возможные направления составления проектов. Порядок их выполнения представлен алгоритмами и структурными схемами с указанием и объяснением отдельных пунктов Предложены также некоторые возможные темы проектов (работ) с научно-исследовательским уклоном. В пособии содержатся расчеты и примеры, а также рассмотрены передовые экономические методы проектирования (см. гл. 2); даны примеры для определения приведенных затрат при строительстве в один этап (год) и в течение нескольких

Курсовое проектирование можно назвать репетицией перед дипломным, а дипломное — генеральной репетицией перед практической деятельностью. Если в курсовом проекте студент творчески решает какие-то вопросы, то в дипломном — комплекс тех же или аналогичных им вопросов. Поэтому предложенные алгоритмы курсовых проектов можно использовать и при дипломном проектировании. С успехом можно применять и комплексное проектирование двумя или большим числом студентов. Однако задания на него должны составляться так, чтобы работа одного студента не тормозила работу другого, а итоги объединялись только к концу проектирования. Например, один студент решает какие-то вопросы для одного напряжения, другой — те же вопросы для другого с учетом требований, а в конце работы производится общий анализ и делаются выводы для всего задания в целом.

Дипольная поляризация характерна для полярных диэлектриков. Сущность этого вида поляризации заключается в повороте (ориентации) в направлении электрического поля молекул, имеющих постоянный электрический момент (4.3,в). Более строго дипольную поляризацию можно объяснить не как непосредственный поворот полярных молекул под действием внешнего электрического поля, а как внесение этим полем некоторой упорядоченности в положения полярных молекул, непрерывно совершающих хаотические тепловые движения. Следовательно, дипольная поляризация по своей природе связана с тепловыми движениями молекул, и на нее оказывает существенное влияние температура. Дипольная поляризация в простейшем виде проявляется в газах, жидкостях и аморфных вязких веществах; в кристаллах (при температурах ниже точки плавления) диполи молекул обычно «заморожены», т.е. закреплены на своих местах и не могут ориентироваться. Однако дипольная поляризация все же наблюдается в некоторых кристаллических телах с неплотной упаковкой молекул, например,в водяном льду и других кристаллах с водородными связями, где переориентация диполя заключается в перескоке протона из одного положения в другое. В полимерах может иметь место

Постоянную времени этого процесса т называют временем релаксации дипольной поляризации. Если период приложенного переменного напряжения меньше т, то диполи не успевают ориентироваться вслед за полем и дипольная поляризация не дает вклада в Поляризованность диэлектрика. Так как т обычно имеет порядок lO^-lO"10 с, дипольная поляризация проявляется лишь на частотах ниже 106-1010 Гц. При понижении температуры т сильно возрастает.

Наиболее часто встречающимся видом релаксационной поляризации является дипольная поляризация, возникающая в полярных диэлектриках при слабых связях между молекулами. Молекулы полярных диэлектриков обладают собственным электрическим моментом, который не зависит от напряженности внешнего электрического поля. После включения поля наиболее вероятным направлением молекулярных дипольных моментов становится направление вектора напряженности электрического поля. Под действием флуктуации теплового движения большинство дипольных моментов ориентируется в этом направлении. В равновесном состоянии молекулы-диполи не

Дипольная поляризация. На процессы поляризации большое влияние оказывает структура молекул. Во многих диэлектриках в различном агрегатном состоянии — и в газообразных, и в жидких, и в твердых — молекулы обладают электрическим дипольным моментом при отсутствии внешнего электрического поля. У таких молекул центры положительных и отрицательных зарядов смещены друг относительно друга на некоторое расстояние, они представляют собой диполи, аналогичные диполю, показанному на 2-1. Дипольные молекулы самопроизвольно поляризованы без. воздействия электрического поля — спонтанно. Причиной такой спонтанной поляризации является несимметричная структура молекул.

тепловое хаотическое движение будет мешать упорядочению расположения молекул. При достаточно низких температурах за счет усиления межмолекулярных связей и резко пониженной подвижности молекул-дипольная поляризация проявляется очень слабо и диэлектрическая проницаемость диэлектрика'оказывается небольшой. При достаточно высокой температуре за счет усиления теплового движения, затрудняющего ориентацию диполей электрическим полем, дипольная поляризация также будет ослаблена. При оптимальном значении температуры дипольная поляризация выражена наиболее сильно и диэлектрическая проницаемость достигает максимума. Сказанное иллюстрируется 2-2, на котором показана зависимость относительной

Существенным преимуществом анилиновых полимеров являются: слабо выраженная дипольная поляризация и

Неупругие поляризации. К неупругим поляризациям относится дипольная поляризация, которая наблюдается в полярных газообразных и жидких диэлектриках. Полярные диэлектрики построены из полярных молекул, в которых центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Полярная молекула имеет собственный электрический момент (дипольный момент) цд (Кл-м), как

это схематически показано на 5.12, в. Из полярных молекул состоят газообразные аммиак NH3, пары воды и спиртов. Полярными жидкими диэлектриками являются вода, хлорбензол СвН5С1, нитробензол CeH5NO2. В электрическом поле в таких молекулах смещаются электронные оболочки — совершается электронная поляризация. Кроме того, происходит дипольная поляризация: моменты >ID молекул несколько ориентируются по полю Е (см. 5.12, в). В результате такой поляризации увеличивается Р, а следовательно, и кг. Поворот молекулы как целого в электрическом поле наблюдается в полярных газообразных и жидких диэлектриках, вязкость которых невелика. В твердых полярных диэлектриках процесс дипольной поляризации состоит в деформации участков-звеньев, сегментов молекул или ориентации отдельных полярных групп молекул.

Если полупериод приложенного напряжения Г/2 < т, то электрические моменты полярных молекул не успевают ориентироваться в электрическом поле и дипольная поляризация уменьшается. Поэтому кг полярного диэлектрика уменьшается ( 5.15, б). В зависимости от строения диэлектрика и внешних условий время релаксации дипольной поляризации изменяется в широких пределах — — от Ю-8 до Ю-1 с.

При ориентации в электрическом поле диполи преодолевают межмолекулярные силы, поворачиваются с «трением»; в этой области температур дипольная поляризация происходит с потерями энергии.

При низких температурах вязкость диэлектрика так велика, что диполи «заморожены», не ориентируются в электрическом поле и дипольная поляризация не происходит. Проводимость диэлектрика при низких температурах мала, а поэтому невелики /ск и вызываемые им диэлектрические потери. Поэтому tg б жидкого полярного диэлектрика при низких температурах имеет небольшое значение ( 5.21, а, пунктирная линия). С ростом температуры вязкость диэлектрика уменьшается, время релаксации полярных молекул становится меньше и они вовлекаются в процесс поляризации. Ориентация (поворот молекул в поле в результате преодоления межмолекулярных сил) происходит с «трением». На работу против сил трения затрачивается энергия электрического поля, которая и рассеивается в диэлектрике, активная составляющая /аа тока абсорб-иии /абс увеличивается и tg6 диэлектрика растет ( 5.21, а). При температуре Гм вязкость диэлектрика уменьшается до такого значения, что время релаксации и полупериод (7У2 —1/2/) приложенного напряжения становятся одинаковыми. Полярные молекулы в течение одного полупериода поворачиваются на максималь-