Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Потери в диэлектриках
Диэлектрическими потерями называют электрическую мощность, затрачиваемую на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле.
Потери энергии в диэлектриках будут наблюдаться как при постоянном, так и при переменном напряжении. При постоянном напряжении, когда нет периодической поляризации, качество материала будет характеризоваться только значениями объемного и поверхностного сопротивлений, которые определяют значение сопротивления изоляции.
При воздействии переменного напряжения на диэлектрик в нем появляются и другие механизмы превращения электрической энергии в тепловую, связанные с процессами поляризации.
В инженерной практике количественной мерой потерь в данном диэлектрике служит угол диэлектрических потерь δ, а также тангенс этого угла tgδ.
Углом диэлектрических потерь δ называется угол, дополняющий
до 90º угол сдвига φ между током и напряжением в цепи с емкостью.
В случае идеального диэлектрика в конденсаторе (без диэлектрических потерь) вектор тока электрической цепи будет опережать вектор напряжения на 90° (рис 3.2, а), при этом δ равен нулю. В случае наличия рассеяния энергии в диэлектрике угол φ между током I и напряжением U будет отличаться от прямого на некоторую величину δ. Чем больше рассеивается в диэлектрике мощность, переходящая в тепло, тем меньше угол φ
и больше угол диэлектрических потерь δ, а следовательно, тем больше tgδ.
Тангенс угла диэлектрических потерь непосредственно входит в формулу для рассеянной в диэлектрике мощности, поэтому и представляет практический интерес.
а б
Рис. 3.2. Векторная диаграмма (а) и эквивалентная схема (б) конденсатора
с диэлектриком, обладающим потерями
Образец диэлектрического материала с потерями энергии можно представить в виде равноценных эквивалентных схем параллельного либо последовательного соединения идеальной емкости С и активного сопротивления R. На рис. 3.2, б приведена эквивалентная схема параллельного соединения. Тогда из векторной диаграммы (рис. 3.2, а) для этой схемы:
(3.6)
а рассеиваемая мощность (превращаясь в тепловую) в диэлектрике:
(3.7)
Здесь U – напряжение, прикладываемое к емкости, В; ω – круговая частота, 1/с; С – емкость конденсатора, Ф; Рa – рассеиваемая активная мощность, Вт.
Из выражения (3.7) видно, что рассеиваемая в диэлектрике мощность прямо пропорциональна tgδ, поэтому именно tgδ наиболее часто используется практически.
Диэлектрические потери, отнесенные к единице объема диэлектрика, называются удельными потерями и рассчитываются по формуле
(3.8)
где V – объем диэлектрика между плоскими электродами, м2; Е – напряженность электрического поля, В/м.
Произведение ε × tgδ = ε" называется коэффициентом диэлектрических потерь.
Температурная зависимость диэлектрической проницаемости и tgδ
В зависимости от типа диэлектрического материала и температурного диапазона диэлектрическая проницаемость с ростом температуры может увеличиваться или уменьшаться. Так, для диэлектриков с электронной поляризацией с увеличением температуры поляризованность в основном
за счет расширения тела слабо снижается. В большинстве случаев при ионной поляризации диэлектрическая проницаемость будет увеличиваться, так как при повышении температуры в узлах кристаллической решетки ослабляются упругие силы связи между ионами, что облегчает смешение ионов в электрическом поле и, следовательно, приводит к некоторому увеличению диэлектрической проницаемости.
Для материалов с дипольной поляризацией наблюдается двойной механизм воздействия температуры на диэлектрическую проницаемость. При повышении температуры за счет ослабления межмолекулярных связей ориентация диполей облегчается, но за счет усиления теплового движения затрудняется, так как тепловое хаотическое движение молекул затрудняет их упорядочение. При низких температурах за счет сильных межмолекулярных связей и пониженной подвижности молекул дипольная поляризация проявляется слабо и диэлектрическая проницаемость будет небольшой. При достаточно высокой температуре за счет увеличения теплового движения, затрудняющего ориентацию диполей электрическим полем, дипольная поляризация также будет выражена слабо. И, следовательно, существует оптимальное значение температуры, когда дипольная поляризация будет иметь максимум, а диэлектрическая проницаемость будет наибольшей. Такую зависимость имеет, например, совол (рис. 3.1, б).
В конденсаторах в качестве изолятора может применяться одновременно несколько диэлектриков, например: конденсаторная бумага, пропитанная жидким диэлектриком. В этом случае зависимость диэлектричес-
кой проницаемости от температуры может оказаться еще сложнее.
Очевидно, что изменение диэлектрической проницаемости от температуры приведет и к изменению емкости, а это в свою очередь – к отклонению частоты в колебательных контурах радиотехнических цепей или
к появлению дополнительных погрешностей в электрических измерениях. Следовательно, информация о зависимости диэлектрической проницаемости от температуры имеет важное практическое значение.
Для оценки изменения диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры применяют температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКС, который выражается формулой
, (3.9)
где ε 1 и ε 2 – диэлектрическая проницаемость образца при температурах Т 2 и Т 1 соответственно.
На практике в соответствии с выражением (3.4) ТКε можно измерить по температурному коэффициенту емкости ТКС, который определяется
по формуле
, (3.10)
где С 1 и С 2 – емкости образца при температурах Т 2 и Т 1 соответственно.
Для практических расчетов важно знать именно этот коэффициент. Очевидно, что связь между коэффициентами ТКC и ТКε можно выразить как
, (3.11)
где α – температурный коэффициент линейного расширения материала.
Следует отметить, что увеличение температуры конденсатора в процессе работы может быть вызвано не только колебаниями температуры окружающей среды, но и наличием диэлектрических потерь. И для правильного выбора условий работы конденсатора необходимо знать влияние температуры на диэлектрические потери в нем. Недопустимо большие потери в диэлектрике могут вызвать сильный перегрев конденсатора, а это приведет не только к изменению его емкости, но и к тепловому разрушению. Так как при повышении температуры возможно увеличение рассеиваемой мощности, которое приведет к дальнейшему росту температуры, то происходит лавинообразный рост температуры, заканчивающийся тепловым пробоем.
Date: 2015-05-08; view: 794; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА... |