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影響材料介電損耗的因素

日期:2021-02-25瀏覽:2560次

影響材料介質(zhì)損耗的因素可以分為兩類。一類是材料結(jié)構(gòu)本身的影響,如不同材料的漏導電流不同,由此引起的損耗也各不相同,不同材料的計劃機制不同,也使極化損耗各不相同。我們這里主要討論第二類情況,也就是外界環(huán)境或試驗條件對材料介電損耗的影響。

對介質(zhì)損耗的主要影響因素是頻率和溫度。首先討論對漏導損耗的影響。漏導電流的存在,相當于材料內(nèi)部有一個電阻,在電壓的作用下因發(fā)熱而產(chǎn)生耗損,由式(4.2-62)知其大小為

P=σVE2Sd

單位體積中介質(zhì)的能量損耗為

P=σVE2

它與電壓的頻率無關。

隨溫度的升高,介質(zhì)的電導率也增大,通常成指數(shù)關系,即

σ=σ0eat      4.2-66)

P=P0eat      (4.2-67)

式中,σ、σ0分別為溫度t和t0時的電導率;P、P0分別為溫度t和t0時的損耗功率;a為溫度系數(shù),與介質(zhì)的性質(zhì)有關,其值在0.001-0.1范圍。

對于極化損耗,電壓的頻率對它影響很大。根據(jù)極化建立需要的時間的長短,可以把極化分為快極化和緩慢極化兩部分,快極化始終跟得上外加電場的變化,不產(chǎn)生損耗。緩慢極化滯后于外電場的變化會產(chǎn)生損耗,這時,介質(zhì)中有電流流過,稱為吸收電流,與之對應有一個等效電阻率ρa,此時的介電常數(shù)為εa,經(jīng)等效電路計算可得,單位體積中介質(zhì)損耗功率為

     

式中,E為電場強度;ω為外電場角頻率;為吸收電流起始電導率;為時間常數(shù);k=9X1011是一個常數(shù)。

由式中可以看出,當外電場的頻率很低時,介質(zhì)損耗為零。這時介質(zhì)中各種極化都跟上外電場的變化,介電常數(shù)達到*大值。

當外電場頻率逐漸升高時,緩慢極化在某一頻率后開始跟不上外電場的變化,此時緩慢極化對介電常數(shù)的貢獻逐漸減小,由于緩慢極化滯后于外電場的變化而產(chǎn)生電能的損耗,使p隨著頻率的增大而增大。

當外電場的頻率達到很高時,緩慢極化*來不及建立,對介電常數(shù)沒有貢獻。損耗功率僅由起始電導率決定。

溫度對損耗功率的影響是由溫度對θg的影響來決定的。溫度升高,使松弛極化容易發(fā)生,時間常數(shù)θ隨溫度的升高而減小。另一方面溫度升高時電導率增大,即g隨溫度而增加。根據(jù)松弛極化機制,可以證明θg和溫度有如下關系

     

式中,A為由介質(zhì)性質(zhì)決定的常數(shù);T是絕dui溫度。

溫度很低時,松弛時間很長,松弛極化*來不及建立,此時P很小。

當溫度逐漸升高時,粒子熱運動能增大,松弛時間逐漸減小,松弛極化也開始產(chǎn)生,因而P隨著溫度升高而增大。當溫度升高到某一值后,松弛時間減小到使松弛極化在外加電壓的半周內(nèi)能*建立,此時對介電常數(shù)的貢獻*大,介電常數(shù)達到*大值。P隨溫度的升高出現(xiàn)一ji大值。

在一般使用的介質(zhì)中,電導損耗往往與松弛極化損耗同時存在。頻率、溫度等因素對損耗的影響也是它們綜合作用的結(jié)果。

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