Apakah kehilangan dielektrik dan puncanya

Kehilangan dielektrik ialah tenaga yang terlesap setiap unit masa dalam dielektrik apabila medan elektrik dikenakan padanya dan menyebabkan dielektrik menjadi panas. Pada voltan malar, kehilangan tenaga hanya ditentukan oleh kekuatan arus melalui disebabkan oleh isipadu dan pengaliran permukaan. Pada voltan berselang-seli, kerugian ini ditambah kepada kerugian akibat pelbagai jenis polarisasi, serta kehadiran kekotoran semikonduktor, oksida besi, karbon, kemasukan gas, dll.

Memandangkan dielektrik yang paling mudah, kita boleh menulis ungkapan untuk kuasa yang hilang di dalamnya di bawah pengaruh voltan ulang-alik:

Pa = U·I,

di mana U ialah voltan yang digunakan pada dielektrik, Aza ialah komponen aktif arus yang mengalir melalui dielektrik.

Litar setara dielektrik biasanya dibentangkan dalam bentuk kapasitor dan rintangan aktif yang disambungkan secara bersiri. Daripada gambarajah vektor (lihat Rajah 1):

Aza = Litar bersepadu·tgδ,

di mana δ — sudut antara vektor jumlah arus I dan komponen kapasitifnya Litar bersepadu.

Oleh itu

Pa = U·Litar Bersepadu·tgδ,

tetapi arus

Litar bersepadu = UΩ C,

di mana ialah kemuatan pemuat (dielektrik diberikan) pada frekuensi sudut ω.

Akibatnya, kuasa yang hilang dalam dielektrik adalah

Pa = U2Ω C·tgδ,

i.e. kehilangan tenaga yang hilang dalam dielektrik adalah berkadar dengan tangen sudut δ yang dipanggil sudut kehilangan dielektrik atau hanya sudut kerugian. Sudut δ k ini mencirikan kualiti dielektrik. Semakin kecil sudut kehilangan elektrik δ, semakin tinggi sifat dielektrik bahan penebat.

nasi. 1. Gambarajah vektor arus dalam dielektrik di bawah voltan ulang-alik.

Pengenalan konsep sudut δ Ia mudah untuk diamalkan, kerana bukannya nilai mutlak kerugian dielektrik, nilai relatif diambil kira, yang memungkinkan untuk membandingkan produk penebat dengan dielektrik dengan kualiti yang berbeza.

Kerugian dielektrik dalam gas

Kerugian dielektrik dalam gas adalah kecil. Gas mempunyai kekonduksian elektrik yang sangat rendah… Orientasi molekul gas dipol semasa polarisasinya tidak disertai dengan kehilangan dielektrik. Penambahan tgδ=e(U) dipanggil lengkung pengionan (Rajah 2).

nasi. 2. Perubahan dalam tgδ sebagai fungsi voltan untuk penebat dengan kemasukan udara

Tgδ yang meningkat dengan voltan yang meningkat boleh menilai kehadiran kemasukan gas dalam penebat pepejal. Dengan pengionan dan kehilangan yang ketara dalam gas, pemanasan dan pecahan penebat mungkin berlaku.Oleh itu, penebat belitan mesin elektrik voltan tinggi untuk mengeluarkan kemasukan gas semasa pengeluaran tertakluk kepada rawatan khas - pengeringan di bawah vakum, mengisi liang-liang penebat dengan sebatian yang dipanaskan di bawah tekanan dan bergolek untuk menekan.

Pengionan kemasukan udara disertai dengan pembentukan ozon dan nitrogen oksida, yang mempunyai kesan merosakkan pada penebat organik. Pengionan udara dalam medan yang tidak rata, contohnya, dalam talian kuasa, disertai dengan kesan cahaya yang boleh dilihat (corona) dan kerugian yang ketara, yang mengurangkan kecekapan penghantaran.

Kerugian dielektrik dalam dielektrik cecair

Kerugian dielektrik dalam cecair bergantung kepada komposisinya. Dalam cecair neutral (bukan kutub) tanpa kekotoran, kekonduksian elektrik adalah sangat rendah, oleh itu kehilangan dielektrik juga kecil di dalamnya. Sebagai contoh, minyak pemeluwap ditapis mempunyai tgδ

Dalam teknologi, cecair polar (Sovol, minyak kastor, dll.) atau campuran cecair neutral dan dipolar (minyak transformer, sebatian, dsb.), di mana kehilangan dielektrik adalah jauh lebih tinggi daripada cecair neutral. Sebagai contoh, tgδ minyak kastor pada frekuensi 106 Hz dan suhu 20°C (293 K) ialah 0.01.

Kehilangan dielektrik cecair kutub bergantung kepada kelikatan. Kehilangan ini dipanggil kerugian dipol kerana ia disebabkan oleh polarisasi dipol.

Pada kelikatan rendah, molekul berorientasikan di bawah tindakan medan tanpa geseran, kehilangan dipol dalam kes ini adalah kecil, dan jumlah kehilangan dielektrik hanya disebabkan oleh kekonduksian elektrik. Kehilangan dipol meningkat dengan peningkatan kelikatan.Pada kelikatan tertentu, kerugian adalah maksimum.

Ini dijelaskan oleh fakta bahawa pada kelikatan yang cukup tinggi, molekul tidak mempunyai masa untuk mengikuti perubahan dalam medan dan polarisasi dipol secara praktikal hilang. Dalam kes ini, kerugian dielektrik adalah kecil. Apabila kekerapan meningkat, kehilangan maksimum beralih ke kawasan suhu yang lebih tinggi.

Kebergantungan suhu bagi kerugian adalah kompleks: tgδ meningkat dengan peningkatan suhu, mencapai maksimumnya, kemudian menurun kepada minimum, kemudian meningkat semula, ini dijelaskan oleh peningkatan kekonduksian elektrik. Kerugian dipol meningkat dengan peningkatan kekerapan sehingga polarisasi mempunyai masa untuk mengikuti perubahan dalam medan, selepas itu molekul dipol tidak lagi mempunyai masa untuk mengorientasikan diri sepenuhnya ke arah medan dan kerugian menjadi malar.

Dalam cecair kelikatan rendah, kehilangan pengaliran mendominasi pada frekuensi rendah, dan kehilangan dipol boleh diabaikan; sebaliknya, pada frekuensi radio kehilangan dipol adalah tinggi. Oleh itu, dielektrik dipol tidak digunakan dalam medan frekuensi tinggi.

Kerugian dielektrik dalam dielektrik pepejal

Kehilangan dielektrik dalam dielektrik pepejal bergantung kepada struktur (hablur atau amorfus), komposisi (organik atau bukan organik) dan sifat polarisasi. Dalam dielektrik neutral pepejal seperti sulfur, parafin, polistirena, yang hanya mempunyai polarisasi elektronik, tiada kehilangan dielektrik. Kerugian hanya boleh disebabkan oleh kekotoran. Oleh itu, bahan tersebut digunakan sebagai dielektrik frekuensi tinggi.

Bahan bukan organik, seperti kristal tunggal garam batu, sylvite, kuarza, dan mika tulen, yang mempunyai polarisasi elektronik dan ionik, mempunyai kehilangan dielektrik yang rendah disebabkan oleh kekonduksian elektrik sahaja. Kehilangan dielektrik dalam kristal ini tidak bergantung pada frekuensi, dan tgδ berkurangan dengan peningkatan frekuensi. Apabila suhu meningkat, kehilangan dan tgft berubah dengan cara yang sama seperti kekonduksian elektrik, meningkat mengikut undang-undang fungsi eksponen.

Dalam gelas dengan komposisi yang berbeza, sebagai contoh, seramik dengan kandungan fasa vitreous yang tinggi, kehilangan akibat kekonduksian elektrik diperhatikan. Kehilangan ini disebabkan oleh pergerakan ion yang terikat lemah; ia biasanya berlaku pada suhu melebihi 50 — 100°C (323 — 373 K). Kerugian ini meningkat dengan ketara dengan suhu mengikut undang-undang fungsi eksponen dan bergantung sedikit pada kekerapan (tgδ berkurangan dengan peningkatan kekerapan).

Dalam dielektrik polihablur tak organik (marmar, seramik, dll.), kehilangan dielektrik tambahan berlaku disebabkan oleh kehadiran kekotoran semikonduktor: kelembapan, oksida besi, karbon, gas, dll. bahan yang sama, kerana sifat bahan berubah di bawah pengaruh keadaan persekitaran.

Kehilangan dielektrik dalam dielektrik kutub organik (kayu, eter selulosa, larutan semula jadi, resin sintetik) adalah disebabkan oleh polarisasi struktur akibat pembungkusan zarah yang longgar. Kerugian ini bergantung kepada suhu yang mempunyai maksimum pada suhu tertentu serta kekerapan meningkat dengan pertumbuhannya. Oleh itu, dielektrik ini tidak digunakan dalam medan frekuensi tinggi.

Secara ciri, pergantungan tgδ pada suhu untuk kertas yang diresapi dengan sebatian mempunyai dua maksima: yang pertama diperhatikan pada suhu negatif dan mencirikan kehilangan gentian, maksimum kedua pada suhu tinggi adalah disebabkan oleh kehilangan dipol sebatian. Apabila suhu meningkat dalam dielektrik kutub, kerugian yang berkaitan dengan kekonduksian elektrik meningkat.