Dielektromos veszteségek - stadopedia
A dielektromos veszteségek a dielektrikában egy egységnyi idő alatt elszeparált energia, amikor elektromos mezőt alkalmaznak rá, és a dielektrikumot melegíti.
A dielektrikum dielektromos veszteségeit az eloszlott teljesítmény határozza meg, amelyet a képlet határoz meg
P = U 2 · # 969, C · tg # 948,
ahol # 969; - szögfrekvencia (# 969; = 2πf); C a dielektromos kapacitás; U a dielektromos feszültség; tg # 948; A dielektromos veszteség szögének érintője.
A 4. ábra mutatja a csere-áramkört és a dielektrikum vektordiagramját veszteségekkel. A dielektromos veszteségek szöge a szöget, amely akár 90 ° -kal is kiegészíti a fáziseltolás szögét # 966; az áram és a feszültség között a kapacitív áramkörben.
Ábra. 4. A helyettesítési séma és vektordiagram b) dielektromos
A dielektromos veszteségek típusai. A dielektromos veszteségek jellemzőik és fizikai jellegük alapján négy fő típusra oszthatók:
1) a polarizáció miatti veszteségek;
2) az átvezetőképesség miatt bekövetkező veszteségek;
3) ionizációs veszteségek;
4) a szerkezet heterogenitásából eredő veszteségek.
A polarizáció miatt keletkező dielektromos veszteségek. A veszteségeket mutató polarizációs típusok közül a dipólus és az ioncsillapítás a leggyakoribb a dielektrikumokban. Általános mintázataik vannak:
a) tg # 948; egy bizonyos frekvencián f1 maximum;
b) a 948-as számú számnál; a maximális értéket egy bizonyos t1 hőmérsékleten is megfigyeljük, amely egy adott dielektrikumra jellemző.
A helyettesítési sémában az ilyen típusú veszteségeket jól leírják a C kapacitás lánca és az ellenállás r (4.
A szubsztitúció átmenő vezetőképességének köszönhető dielektromos veszteségeket az R rezisztencia jól jellemzi
(4. ábra, a). Nem függenek a frekvenciától:
Mivel az R ellenállás a hőmérséklet függvénye, attól is függenek a veszteségek. Az exponenciális törvény szerint a hőmérséklet növekedésével nő:
ahol A és b lényeges állandók.
tangens # 948; ebben az esetben a képletből számítható ki
ahol f a feszültség frekvenciája, Hz; # 961; - ellenállás ,;
Ionizációs dielektromos veszteségek. Ezek a veszteségek a gáz-halmazállapotú dielektrikumokban rejlenek. Ezek jelennek meg, ha a dielektrikára alkalmazott feszültség meghaladja az Ucr kritikus értéket. ahol az ionizációs folyamatok megkezdődnek. Az Ucr feszültségig a dielektromos veszteségek gyakorlatilag nulla, majd meredeken emelkednek, és a közelítő képlet alapján becsülhetők
ahol A állandó együttható, f a térfrekvencia.
Ionizációs veszteségek keletkeznek folyékony és szilárd dielektrikában gázbuborékok és zárványok formájában is.
Dielektromos veszteségek a szerkezet heterogenitásának köszönhetően. Ezek megfigyelhető réteges dielektrikumokban: impregnált papír olajjal, a porózus kerámia PCB, üvegszál, stb Tekintettel a sokféleségét szerkezetének inhomogén dielektrikumok kiszámítására szolgáló általános a dielektromos veszteség nem létezik ...
Dielektromos veszteség a gázokban. A gázmolekulák ionizációjának kifejlesztéséhez szükséges érték alatti térerősségű gázok dielektromos vesztesége nagyon kicsi. Ebben az esetben a gáz gyakorlatilag ideális dielektrikának tekinthető. A gáz dielektromos veszteségeinek forrása csak elektromos vezetőképesség lehet, mivel a gázok dipólmolekuláinak polarizációra való orientálása a molekulák nagy távolsága miatt nem jár dielektromos veszteségekkel.
De mivel a gázok elektromos vezetőképessége nagyon kicsi, a dielektromos veszteség szöge elhanyagolható. A tg # 948 értéke; (1) képlet alapján meghatározható. A gáz # 948-as; ≈ 4 · 10 -8.
A gázionizációnál az Ecr-nál nagyobb térerősségnél kezdődik, és a veszteségek élesen nőnek.
Dielektromos veszteségek a folyékony dielektrikában. A folyékony dielektrikumok közül külön kell tekinteni a nem poláros és a polárisokat.
Nem poláros folyadékoknál a dielektromos veszteségek csak az elektromos vezetőképesség miatt következnek be. A tiszta folyadék dielektrikában az elektromos vezetőképesség kicsi, ezért a dielektromos veszteségek kicsiek. Számíthatja ki a # 948-at; (1) általános képletű vegyülettel. Például olajkondenzáló olajhoz kapjuk a # 948-at; ≈ 0,001. A nem poláros dielektrikumok dielektromos veszteségei a hőmérséklet függvényében vannak, mivel a folyadék dielektrikum fajlagos ellenállása növekvő hőmérséklet mellett csökken. Nem poláros szigetelőben, tg # 948; növekvő gyakorisággal csökken. És a dielektromos veszteségek nem függenek a frekvenciától.
A poláris folyadékokban a veszteségeket két ok okozza:
a) elektromos vezetőképesség; b) dipóluspolarizáció.
Az elektromos vezetőképesség okozta veszteségek csak a hőmérséklettől függenek. A dipól polarizációhoz, tg # 948; maximálisan egy bizonyos hőmérsékleten t1. Ha mindkét típusú veszteséget figyelembe vesszük és összefoglaljuk mindkét kapcsolatot, akkor kapjuk az 5a. A f frekvencia hatása a tg # 948-ra; és az eloszlott teljesítmény az 5b
5. ábra. Az a) és a b) frekvencia hatásai a polár veszteségeire
Dielektromos veszteségek szilárd dielektrikában. A szilárd dielektrikában mindenfajta polarizáció és veszteség lehetséges. Az általános szabályosságok meghatározásához a szilárd dielektrikákat a következő csoportokra osztjuk fel.
1. A molekulaszerkezet dielektrikái:
a) nempoláris, b) poláris.
2. Az ionos szerkezet dielektrikái:
a) szoros csomagolás, b) laza csomagolás.
4. Inhomogén szerkezetű dielektrikumok.
A nem poláris dielektrikumok elhanyagolható dielektromos veszteségeket mutatnak, és ezeket nagyfrekvenciás dielektrikákként használják. tangens # 948; számukra az (1) képlet segítségével számítható ki. A nem poláros dielektrikumok dielektromos veszteségei függetlenek a frekvenciától. Amint a hőmérséklet nő, a dielektrikum ellenállása csökken, és ez a dielektromos veszteség érintő növekedéséhez vezet.
Tg # 948 módosítása; a hőmérséklet és a frekvencia a poláris dielektrikumokban
ugyanaz, mint a folyékony poláris dielektrikum esetében.
Az ionos szerkezetek tömör tömörítési ionjainak szilárd anyagai csak kétféle polarizációval rendelkeznek: elektronikus és ionos. Ezekben a dielektrikában a dielektromos veszteségek nagyon kicsiek. Magas hőmérsékleten az ilyen veszteségek növelik az átmenővezetési veszteségeket. Növekvő frekvenciával # 948; csökken, mint a nempoláris dielektrikában, mivel az aktív áram állandó marad és a reaktív áram nő.
Az ionszerkezet laza ioncsomagolású szilárd anyagaiban szignifikáns ion-relaxációs polarizáció van, ezért szabályszerűek a 948-as számú variációban; a dipólus polarizációját jellemző hőmérséklet és frekvencia függvényében.
Kétféle veszteség létezik:
a) a lazán kötött ionok mozgása által okozott veszteségeket. Elektromos vezetőképesség miatt veszteségnek számítanak, a hőmérséklet növekedésével és a frekvencia szinte függetlenül (tg # 948; növekvő gyakorisággal csökken);
b) a relaxációs polarizáció által okozott veszteségek, amelyeknél a tg # 948; a hőmérséklet és a frekvencia függvénye.
A legtöbb elektroceramika esetében a relaxációs polarizációban részt vevő ionok száma folyamatosan növekszik a hőmérsékleten, így a maximális szám: 948; A tg # 948-as hőmérséklet függés sem függ; mint a nem poláris dielektrikumok, az exponenciális karakter az első közelítésben.
A ferroelektrikumok egyik jellemzője, hogy a spontán polarizáció bizonyos hőmérsékleti tartományban nyilvánul meg, a Curie pontig. A ferroelektródák dielektromos veszteségei a spontán polarizáció tartományában kevéssé változhatnak a hőmérséklet függvényében, és a Curie-pont feletti hőmérsékleten élesen csökkennek, amikor a domain szerkezet összeomlik.
Függőségek tg # 948; az inhomogén struktúra dielektrikáiból származó hőmérséklet és gyakoriság nagyon összetett, és az összetevők függőségeinek összegeként határozzák meg.