Pierderile dielectrice sunt energia disipată pe unitate de timp și dielectric când se aplică un câmp electric și provoacă încălzirea dielectricului. În cazul unei tensiuni constante, pierderile de energie sunt determinate numai de puterea curentului de curent, datorită volumului și conductivității suprafeței. Cu o tensiune alternativă, aceste pierderi se adaugă pierderilor datorate diferitelor tipuri de polarizări, precum și prezența impurităților semiconductoare, a oxizilor de fier, a carbonului, a incluziunilor de gaze etc.
Având în vedere cel mai simplu dielectric, putem scrie expresia puterii disipate în ea sub influența unei tensiuni alternante:
unde U este tensiunea aplicată dielectricului, I a este componenta activă a curentului care trece prin dielectric.
Circuitul de substituție dielectrică este în general reprezentat ca un condensator conectat în serie și o rezistență activă. Din diagrama vectorială (a se vedea figura 1):
unde # 948; - unghiul dintre vectorul curentului total I și componenta sa capacitivă Ic.
Pa = U · Ic · tg # 948;
unde este capacitatea condensatorului (dat dielectric) la frecvența unghiulară # 969;
Ca rezultat, puterea disipată în dielectric este
Pa = U 2 · # 969 · C · tg # 948;
adică, pierderile de energie disipate în dielectric sunt proporționale cu tangenta unghiului # 948;. care se numește unghiul de pierdere dielectric sau pur și simplu unghiul de pierdere. Acest unghi # 948; k caracterizează calitatea dielectricului. Ale căror unghiuri și pierderi electrice sunt mai mici # 948;. cu atât sunt mai mari proprietățile dielectrice ale materialului izolant.
Fig. 1. Diagrama vectorială a curenților într-un dielectric sub tensiune de curent alternativ.
Introducerea conceptului de unghi # 948; este convenabil pentru practică că, în loc de valoarea absolută a pierderilor dielectrice, este luată în considerare valoarea relativă, ceea ce face posibilă compararea produselor izolante cu diferite dielectrice de diferite calități.
Pierderi dielectrice în gaze
Pierderile dielectrice în gaze sunt mici. Gazele au o conductivitate electrică foarte scăzută. Orientarea moleculelor de gaz dipol cu polarizarea lor nu este însoțită de pierderi dielectrice. Dependența tg # 948; = f (U) se numește curba de ionizare (figura 2).
Fig. 2. Modificați tg # 948; în funcție de tensiunea pentru izolație cu incluziuni de aer
Crescator la tg # 948; Cu tensiunea crescândă, se poate judeca prezența incluziunilor de gaz în izolație solidă. Cu ionizare semnificativă și pierderi în gaz, se pot produce încălzirea și distrugerea izolației. Prin urmare, izolație de înaltă tensiune a înfășurărilor mașinilor electrice pentru a elimina incluziuni gazoase în producția este supusă unui tratament special - uscarea sub vid a porilor de umplere a izolației încălzit compus sub presiune, administrat la compact.
Ionizarea incluziunilor de aer este însoțită de formarea de oxizi de ozon și de azot, acționând distructiv asupra izolației organice. ionizarea aerului în domenii, cum ar fi neuniforme linii electrice, însoțite de lumina vizibilă afecta (coroana) și o pierdere semnificativă, ceea ce reduce la. f. e. transmisie.
Pierderi dielectrice în dielectric lichid
Pierderile dielectrice în lichide depind de compoziția lor. În lichide neutre (nepolare) fără impurități, conductivitatea electrică este foarte mică și, prin urmare, pierderile dielectrice sunt mici. De exemplu, uleiul de condensator rafinat are un tg # 948; 6 Hz și o temperatură de 20 ° C (293 K) este egală cu 0,01.
Pierderile dielectrice ale lichidelor polar depind de vâscozitate. Aceste pierderi se numesc dipol, deoarece se datorează polarizării dipolului.
La vâscozitatea scăzută, moleculele sunt orientate sub acțiunea unui câmp fără frecare, pierderile dipolului sunt mici în acest caz, iar pierderile totale dielectrice se datorează numai conductivității electrice. Pe măsură ce crește vâscozitatea, pierderile dipolului cresc. La o anumită vâscozitate, apare un număr maxim de pierderi.
Acest lucru se explică prin faptul că pentru o vâscozitate suficient de mare moleculele nu au timp să urmeze schimbarea câmpului și polarizarea dipolului dispare practic. Pierderile dielectrice sunt mici în acest caz. Pe măsură ce crește frecvența, pierderea maximă este transferată la regiunea de temperatură mai ridicată.
Dependența pierderilor la temperatură este de natură complexă: tg # 948; crește odată cu creșterea temperaturii, atinge valoarea maximă, apoi scade până la un nivel minim, după care crește, iar acest lucru se explică prin creșterea conductivității electrice. Pierderile de dipol cresc cu o frecvență în creștere până când polarizarea reușește să urmeze schimbarea în câmp, după care moleculele dipol nu mai au timp să se orienteze complet în direcția câmpului și pierderile devin constante.
În cazul lichidelor cu vâscozitate scăzută la frecvențe joase, pierderile prin conductivitate predomină, iar pierderile prin dipol sunt neglijabile, la frecvențele radio, dimpotrivă, pierderile prin dipol sunt mari. Prin urmare, dielectricii dipol nu sunt utilizați în câmpurile cu frecvență înaltă.
Pierderile dielectrice în dielectricii solizi
Pierderile dielectrice în dielectricii solizi depind de structura (cristalină sau amorfă), compoziția (organică sau anorganică) și natura polarizării. În astfel de dielectrice solide neutre ca sulf, parafină, polistiren, care au numai polarizare electronică, pierderile dielectrice sunt absente. Pierderile pot fi cauzate numai de impurități. Prin urmare, astfel de materiale sunt utilizate ca dielectrice de înaltă frecvență.
materiale anorganice, cum ar fi monocristale de sare, Silviti, cuarț, mică pură cu polarizări electronice și ionice au mici pierderi dielectrice cauzate numai prin conductivitate electrică. Pierderile dielectrice din aceste cristale nu depind de frecvență și tg # 948; scade cu frecvență în creștere. Cu o creștere a temperaturii și a pierderii tgft variază precum și conductivitate electrică prin creșterea exponențială a legii.
Anorganice dielectricilor policristaline (.. marmura, ceramica, etc.) apar pierderi dielectrice suplimentare cauzate de prezența impurităților semiconducătoare .. Moisture, oxizi de fier, dioxid de carbon, etc. organisme pierderi semicristaline pot avea valori diferite chiar și pentru una și Același material, deoarece proprietățile materialelor se schimbă sub influența condițiilor de mediu.
Pierderile dielectrice în dielectricii polari organici (lemn, eteri de celuloză, clinker natural, rășini sintetice) se datorează polarizării structurale datorită ambalării în vrac a particulelor. Aceste pierderi depind de temperatură, având un maxim la o anumită temperatură și, de asemenea, de frecvență, crescând odată cu creșterea acesteia. Prin urmare, aceste dielectrice nu sunt utilizate în câmpurile cu frecvență înaltă.
Este caracteristic faptul că dependența tg # 948; din temperatura pentru hârtia impregnată cu compusul are două maxime: prima este observată la temperaturi negative și caracterizează pierderea fibrei, a doua maximă la o temperatură ridicată se datorează pierderilor dipol ale compusului. Odată cu creșterea temperaturii în dielectricul polar, pierderile asociate cu conductivitatea electrică cresc.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: