Что такое диэлектрические потери?

Методика расчета

Диэлектрические потери необходимо измерять с помощью довольно сложной системы просчетов. Эта система состоит из нескольких этапов. Первый — это вычисление мощности, которой обладает диэлектрик, и того, что в нем рассеивается под действием переменного напряжения. Это определяется по формуле:

На рисунке ниже показаны схемы конденсатора и активного резистора последовательно (а) и параллельно (б), а также векторные диаграммы протекающих в них токов.

Таким образом, мы можем определить активный ток, формула для расчета будет следующей:

Вторая величина — тангенс угла вектора полного тока к его емкости. Этот угол также называют углом диэлектрических потерь. Ic — емкость диэлектрика.

Делая выводы из полученных данных, получается более сложная формула расчета мощности:

В этом случае ток рассчитывается по формуле: угловая частота * емкость конденсатора. Исходя из приведенных формул, мощность можно рассчитать следующим образом:

По этой формуле можно увидеть, какие факторы определяют качество и надежность устройства, например диэлектрика. Если вы посмотрите на график, вы увидите, что свойства увеличиваются с уменьшением угла.

Виды потерь

В газах

В газообразных веществах электропроводность мала, и поэтому диэлектрические потери также будут незначительными. Когда молекулы газа поляризованы, ничего не происходит. В этом случае так называемые кривая ионизации.

Это представление указывает на то, что угол увеличивается с увеличением напряжения. Это означает, что в изоляции есть газовое включение. В случае высокой ионизации потери газа будут значительными, что приведет к нагреву и повреждению изоляции.

Поэтому очень важно следить за тем, чтобы в изоляции не было газа. Для этого применяется специальная обработка. Суть его в следующем: утеплитель сушат в вакууме. Затем поры заполнены массы под давлением и изоляция внахлест.

В результате ионизации образуются оксиды азота и озона, разрушающие изоляцию. В то время как эффект ионизации возникает в области нерегулярных полей, это приводит к снижению эффективности передачи.

В твердых веществах

Твердый диэлектрик имеет определенные характеристики, такие как состав, структура и поляризация, которые приводят к диэлектрическим потерям. Например, их нет в сере, парафине или полистироле, поэтому эти вещества широко используются в качестве высокочастотных диэлектриков.

Кварц, соль и слюда электропроводны, поэтому данные о потерях незначительны.

Диэлектрические потери не зависят от частоты (а) и будут уменьшаться с увеличением частоты поля по гиперболическому закону. Однако в случае температуры они напрямую зависят от экспоненциального закона (b).

Кристаллический диэлектрик, например керамика или мрамор, имеет характерный показатель этой величины. Это связано с тем, что они содержат примеси полупроводников. Этот материал имеет характерное свойство, заключающееся в том, что диэлектрические потери напрямую связаны с окружающей средой и ее условиями. Следовательно, в зависимости от изменения факторов, окружающих диэлектрик, стоимость одного материала может меняться.

В жидкостях

В этом случае потери напрямую связаны с составом материала. Если жидкости не содержат каких-либо примесей, они будут нейтральными, а потери будут стремиться к нулю, поскольку электропроводность низкая.

Жидкости с поляризацией или с наличием примесей используются для определенных технических целей, поскольку их диэлектрические потери будут намного выше. Это связано с тем, что такие жидкости обладают своими особыми свойствами, например вязкостью. И поскольку они задаются дипольной поляризацией, эти жидкости называют дипольными жидкостями. С увеличением вязкости возрастают диэлектрические потери.

Кроме того, жидкости имеют определенную температурную зависимость потерь. С повышением температуры тангенциальный угол также увеличивается до максимального значения. Затем он падает до минимума, а затем снова повышается. Это связано с тем, что электропроводностьменяется с температурой.

Обзор измерительных приборов

Есть специальные приборы для измерения потерь.Один из них — прибор «ИПИ-10» от Tettex, с его помощью проверяются диэлектрики твердых и жидких веществ.Для определения краевого угла смачивания в жидких диэлектриках используется автоматический прибор «Тангенс-3М» (см. Фото ниже).Применяется также калибр «Ш2 — 12ТМ».

Напоследок рекомендуем посмотреть полезное видео по этой теме:

Теперь вы знаете, что такое диэлектрические потери в диэлектриках, как они рассчитываются и измеряются.Мы надеемся, что информация оказалась для вас полезной!