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影响材料介电损耗的因素

日期:2021-02-25浏览:546次

影响材料介质损耗的因素可以分为两类。一类是材料结构本身的影响,如不同材料的漏导电流不同,由此引起的损耗也各不相同,不同材料的计划机制不同,也使极化损耗各不相同。我们这里主要讨论第二类情况,也就是外界环境或试验条件对材料介电损耗的影响。

对介质损耗的主要影响因素是频率和温度。首先讨论对漏导损耗的影响。漏导电流的存在,相当于材料内部有一个电阻,在电压的作用下因发热而产生耗损,由式(4.2-62)知其大小为

P=σVE2Sd

单位体积中介质的能量损耗为

P=σVE2

它与电压的频率无关。

随温度的升高,介质的电导率也增大,通常成指数关系,即

σ=σ0eat      4.2-66)

P=P0eat      (4.2-67)

式中,σ、σ0分别为温度t和t0时的电导率;P、P0分别为温度t和t0时的损耗功率;a为温度系数,与介质的性质有关,其值在0.001-0.1范围。

对于极化损耗,电压的频率对它影响很大。根据极化建立需要的时间的长短,可以把极化分为快极化和缓慢极化两部分,快极化始终跟得上外加电场的变化,不产生损耗。缓慢极化滞后于外电场的变化会产生损耗,这时,介质中有电流流过,称为吸收电流,与之对应有一个等效电阻率ρa,此时的介电常数为εa,经等效电路计算可得,单位体积中介质损耗功率为

     

式中,E为电场强度;ω为外电场角频率;为吸收电流起始电导率;为时间常数;k=9X1011是一个常数。

由式中可以看出,当外电场的频率很低时,介质损耗为零。这时介质中各种极化都跟上外电场的变化,介电常数达到*大值。

当外电场频率逐渐升高时,缓慢极化在某一频率后开始跟不上外电场的变化,此时缓慢极化对介电常数的贡献逐渐减小,由于缓慢极化滞后于外电场的变化而产生电能的损耗,使p随着频率的增大而增大。

当外电场的频率达到很高时,缓慢极化完全来不及建立,对介电常数没有贡献。损耗功率仅由起始电导率决定。

温度对损耗功率的影响是由温度对θg的影响来决定的。温度升高,使松弛极化容易发生,时间常数θ随温度的升高而减小。另一方面温度升高时电导率增大,即g随温度而增加。根据松弛极化机制,可以证明θg和温度有如下关系

     

式中,A为由介质性质决定的常数;T是绝dui温度。

温度很低时,松弛时间很长,松弛极化完全来不及建立,此时P很小。

当温度逐渐升高时,粒子热运动能增大,松弛时间逐渐减小,松弛极化也开始产生,因而P随着温度升高而增大。当温度升高到某一值后,松弛时间减小到使松弛极化在外加电压的半周内能完全建立,此时对介电常数的贡献*大,介电常数达到*大值。P随温度的升高出现一ji大值。

在一般使用的介质中,电导损耗往往与松弛极化损耗同时存在。频率、温度等因素对损耗的影响也是它们综合作用的结果。

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