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      影響材料介電損耗的因素

      日期:2021-02-25瀏覽:38次

      影響材料介質損耗的因素可以分為兩類。一類是材料結構本身的影響,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,也就是外界環境或試驗條件對材料介電損耗的影響。

      對介質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,相當于材料內部有一個電阻,在電壓的作用下因發熱而產生耗損,由式(4.2-62)知其大小為

      P=σVE2Sd

      單位體積中介質的能量損耗為

      P=σVE2

      它與電壓的頻率無關。

      隨溫度的升高,介質的電導率也增大,通常成指數關系,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,與介質的性質有關,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,不產生損耗。緩慢極化滯后于外電場的變化會產生損耗,這時,介質中有電流流過,稱為吸收電流,與之對應有一個等效電阻率ρa,此時的介電常數為εa,經等效電路計算可得,單位體積中介質損耗功率為

           

      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;k=9X1011是一個常數。

      由式中可以看出,當外電場的頻率很低時,介質損耗為零。這時介質中各種極化都跟上外電場的變化,介電常數達到*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的貢獻逐漸減小,由于緩慢極化滯后于外電場的變化而產生電能的損耗,使p隨著頻率的增大而增大。

      當外電場的頻率達到很高時,緩慢極化完全來不及建立,對介電常數沒有貢獻。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,使松弛極化容易發生,時間常數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。根據松弛極化機制,可以證明θ、g和溫度有如下關系

           

      式中,A為由介質性質決定的常數;T是絕dui溫度。

      溫度很低時,松弛時間很長,松弛極化完全來不及建立,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能完全建立,此時對介電常數的貢獻*大,介電常數達到*大值。P隨溫度的升高出現一ji大值。

      在一般使用的介質中,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果。

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