 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Потери в диэлектриках
1. Общие сведения о потерях. Угол потерь.
Удельными потерями называют потери энергии в диэлектрике в единице объёма за единицу времени, вызывающие разогрев диэлектрика.
В постоянном поле потери связаны с током сквозной проводимости и определяются полностью удельным объемом и поверхностным сопротивлением диэлектрика.
В переменном поле к потерям на сквозной электропроводности добавляются поляризационные потери, ионизационные и потери на неоднородностях структуры.
Ионизационные потери характерны для пористых диэлектриков, работающих в сильных полях.
Под действием поля наблюдается ионизация газовых включений (микропробои), затрачивается большая энергия.
Релаксационные потери связаны с действием релаксационных механизмов поляризации.
Энергия поля тратится на ограниченное перемещение зарядов.
Потери на неоднородностях структуры проявляются в неоднородных, композиционных, слоистых диэлектриках. Потери могут быть значительными и связаны с большой электропроводностью и релаксационными механизмами.
В практике потери оцениваются не удельными потерями, а углом потерь δ (tgδ).
Углом потерь δ называют угол, дополняющий до 90° угол сдвига фаз ϕ между током и напряжением в ёмкостной цепи.
1. Конденсатор с вакуумом
2. Конденсатор с реальным диэлектриком
Угол потерь δ оценивает все виды потерь.
Неполярные диэлектрики: 
Полярные диэлектрики: 
Неоднородные диэлектрики: tgδ – единицы (зависит от входящих в диэлектрик компонентов)
2. Эквивалентная схема замещения.
Эквивалентная схема замещения составлена таким образом, чтобы потери в схеме соответствовали потерям в реальных диэлектриках, и были разны углы сдвига фаз.
Возможны две схемы:
1) Параллельная схема замещения
2) Последовательная схема замещения
Для хорошего неполярного диэлектрика с tgδ 
.
В диэлектрике с большими потерями емкость становится зависимой от выбора схемы.
Сопротивление в параллельной схеме много больше сопротивления в последовательной схеме (в хороших диэлектриках).
При использовании последовательной схемы замещения необходимо учитывать сопротивление обкладок конденсатора и подводящих проводников. На ВЧ лучше использовать последовательную схему, так как в параллельной схеме сопротивление конденсатора незначительно и измерения затруднены.
Зависимость tgδ(T).
Органический неполярный диэлектрик 
Органический полярный диэлектрик
В полярных органических диэлектриках добавляются потери на поляризации. В областях низких температур эти потери малы, так как сильная химическая связь препятствует повороту диполей в переменном поле. С ростом температуры межмолекулярное взаимодействие ослабляется, диполи начинают поворачиваться на тем больший угол, чем выше Т.
При определенной температуре, зависимой от массы полярного комплекса, наблюдается максимум. При дальнейшем увеличении Т, потери снижаются, т.к. интенсивное хаотичное тепловое движение молекул разрушает поляризацию.
Зависимость tg δ(f).
Органический неполярный диэлектрик
Органический полярный диэлектрик
Потери на поляризацию (правое 2) на малых частотах малы, т.к. мала частота вращения диполей, поэтому с ростом частоты на начальном участке tgδ растёт, достигает максимума на определенной частоте, положение максимума определяется из условия 
.
Для диэлектриков со сложной структурой, имеющих набор релаксаторов, зависимость tgδ(f) имеет соответствующее количество максимумов, каждый из которых отвечает за свой релаксационный процесс, поэтому частотные зависимости tgδ как и ε(f) могут быть использованы для структурного анализа новых материалов. Проводят его при фиксированной температуре. В справочной литературе при оценке tgδ всегда указывается частота и температура.
В диэлектриках ионного строения потери связаны как с электропроводностью, так и с ионно-релаксационной поляризацией. С ростом Т потери растут, т.к. возрастает удельная электропроводность и увеличивается вероятность ионно-релаксационной поляризации.
В пористых диэлектриках в области высоких полей tgδ растёт при увеличении напряжения, что связано с поляризацией газовых включений, поэтому в ВЧ аппаратуре такие диэлектрики использовать нельзя.
Для слоистых пластмасс значения tgδ может изменяться в широких пределах в зависимости от количества компонентов, достигая несколько единиц.
Наименьшие потери имеют однородные диэлектрики однородной структуры с минимальным содержанием примесей (полистирол, полиэтилен, фторопласт-4)
Особые требования предъявляют материалам, работающим при высоких напряжениях на высокой частоте.
Поиск по сайту: