Тангенс диэлектрических потерь. Зависимость потерь в диэлектрике

22.1 Диэлектрическими потерями называют энергию, рассеиваемую в электроизоляционном материале под воздействием на него электрического поля. Способность диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле обычно характеризуют углом диэлектрических потерь, а также тангенсом угла диэлектрических потерь. При испытании диэлектрик рассматривается как диэлектрик конденсатора, у которого измеряется емкость и угол δ, дополняющий до 90° угол сдвига фаз между током и напряжением в емкостной цепи. Этот угол называется углом диэлектрических потерь.

Рисунок 22.1 -- Векторная диаграмма тока и напряжения в диэлектрике с потерями (угол диэл. потерь - δ)

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь

Для измерения емкости и угла диэлектрических потерь (или tgδ) эквивалентную схему конденсатора представляют как идеальный конденсатор с последовательно включенным активным сопротивлением (последовательная схема) или как идеальный конденсатор с параллельно включенным активным сопротивлением (параллельная схема).

tgδ = ωСR Р=(U^2 * ω * tgδ) / (1+tg^2(δ)),(для последовательной схемы)

tgδ = 1 / (ω * С * R) Р=U^2 * ω * tgδ (для параллельной)

С - емкость идеального конденсатора;R - активное сопротивление.

Значение потерь пропорционально квадрату приложенного к диэлектрику напряжения и частоте (формулы выше), что необходимо учитывать при выборе электроизоляционных материалов для аппаратуры высокого напряжения и высокочастотной.

3 Диэлектрические потери.

При прохождении электрического тока через диэлектрик он нагревается и теплота рассеивается в окружающее пространство, то есть электрическая энергия теряется на нагрев диэлектрика.

Мощность, рассеиваемая в пространство, составляет диэлектрические потери.

Ток сквозной проводимости называется активным током, он вызывает нагрев диэлектрика и определяет диэлектрические потери. Поляризационные токи так же частично вызывают потери. Это относится к процессам релаксационной поляризации, когда происходит ориентация (поворот) крупных частиц материала (диполей), и в результате трения частиц друг относительно друга выделяется теплота. Упругие виды поляризации не вызывают диэлектрических потерь.

Векторная диаграмма токов имеет вид:

По горизонтальной оси отложено значение токов, вызывающих диэлектрические потери

(Iск + часть поляризационных токов, вызывающих нагрев диэлектрика) – активный ток Iа.

По вертикальной оси отложено значение реактивного тока Iр. Общий ток равен их сумме.

За величину характеризирующую диэлектрические потери в диэлектриках принимают отношение активной части токов к реактивной. Отношение Iа / Iр = tgs, то есть тангенсу угла между вектором суммарного тока Iоб и его реактивной составляющей. Безразмерная величина tgs принята за характеристику материала и называется тангенсом угла диэлектрических потерь.

Произведение e · tgs называется коэффициентом диэлектрических потерь. При больших значениях этого коэффициента диэлектрик склонен к перегреву и разрушению за счет выделяемой теплоты.

С ростом температуры уменьшается удельное электрическое сопротивление диэлектриков и, следовательно, растет ток сквозной проводимости. Нагрев диэлектрика влияет на процессы поляризации. В процессе нагрева сначала происходит увеличение подвижности частиц диэлектрика, что увеличивает количество теплоты, выделяемой за счет трения частиц или их ориентации. Однако дальнейшее увеличение температуры повышает хаотические колебания частиц, препятствующее поляризации. С другой стороны при нагреве снижается вязкость материала и, следовательно, уменьшается трение при ориентации дипольных частиц. Все это приводит к снижению диэлектрических потерь. Суммируя действие всех факторов, связанных с диэлектрическими потерями получаем изображение на рисунке 1 для полярных диэлектриков.

релаксационные виды поляризации вызывают изменение диэлектрических потерь при изменении. Графическая зависемость tgs = φ(f) для полярных диэлектриков повторяет tgs = φ(Т) для тех же материалов. Это связано с тем, что при Т = const ориентация диполей сначала успевает за изменением полярности приложенного напряжения, а затем, с ростом f, пройдя максимальное значение для tgs, начинает отставать. Вместо полного поворота вслед за полем диполи начинают колебаться все с меньшей амплитудой, что и снижает уровень диэлектрических потерь.

Для каждого материала существует так называемая критическая частота, при которой диэлектрические потери наибольшие. Эту частоту можно определить из условия:

fкр · t = 1, где fкр – критическая частота; t – время релаксации поляризации.

На этом принципе основано определение времени релаксаци поляризации полярного диэлектрика при Т = const. Увеличение Т приводит к увеличению fкр, здвигая всю зависимость в сторону более высоких частот.

Диэлектрические потери используют иногда для разогрева диэлектрика. Например, для получения реакции полимеризации в ходе получения пластмассы, для сушки древисины

23. Припои и флюсы, их назначение и классификация, особенности их применения.

Соединение металлических или металлизированных частей изделия с помощью сплавов – припоев – называется пайкой. Паяное соединение должно быть прочным. Если паяют проводники, то оно должно иметь малое переходное электросопротивление. Припой должен хорошо смачивать спаиваемые поверхности, растекаться по ним.

Припои принято делить на две группы: мягкие и твердые. Это деление связано с их температурой плавления. К мягким относятся припои с Тпл <3000С, к твердым - Тпл > 3000С. Кроме температуры плавления припои различаются механической прочностью. Мягкие припои имеют предел временного сопротивления разрыву 16…100Мпа, твердые – 100…500Мпа.

Выбирают припой в соответствии с типом паяемого металла или металлов, если они разнородны, требуемой механической прочностью, коррозионной стойкостью, стоимостью, доступностью.

Название припоя, как правило, определяется металлами, входящими в него в наибольшем количестве. Название припоев, содержащих драгоценные металлы даже в небольших количествах, происходят от этих металлов.

Условные обозначения марок припоев содержат букву П (припой) и одну из последующих букв русского названия основных компонентов, а также колличество их в процентах.

Обозначения компонентов следующие:

О - олово, Су – сурьма, С – свинец, А – алюминий, Ср – серебро, Н – никель, Пд – палладий, Ин – индий, М – медь, Зл – золото, Г – германий, Кр – кремний, К – кадмий, Т – титан, Ви – висмут.

Наиболее распространенными мягкими припоями, изготовляемыми промышленностью являются оловянно-свинцовые.

Примеры условных обозначений марок оловянно-свинцовых припоев:

ПОС – 61 – 61% олова, остальное свинец;

ПОССу – 61 - 0,5 – 61% олова, 0,5% сурьмы, остальное свинец;

ПОС – 61М – 61% олова, немного меди и свинец;

ПОСК – 50 – 18 –50% олова, 18% кадмий, свинец;

Стандартными твердыми припоями являются медно-цинковые и серебренные припои:

ПМЦ – 36 – припой медно-цинковый, Cu – 36%

ПСр 50 – припой серебряный, Ag – 50%

ПСр – 25 Ф – с содержанием фосфора; остальное Cu, Zn.

ПСр- 50 К – с содержанием кадмия, остальное Cu, Zn.

Пайка алюминия и его сплавов производится специально разработанными припоями и флюсами. Главным препятствием при пайке алюминия является оксидная пленка, которая почти мгновенно образуется при ее механическом удалении на воздухе. Поэтому алюминий паяют даже припоями ПОС – 61, ПОС – 90 под слоем масла (щелочного или минерального). Под слоем масла алюминий зачищают (удаляют оксидную пленку) затем паяют хорошо прогретым паяльником.

Паять алюминий можно мягкими припоями предварительно покрыв его поверхность никелем.

Таблица 18

Свойства оловянно-свинцовых припоев.

Таблица 19

Свойства твердых (тугоплавких) припоев.

Флюсы

Как уже отмечалось в процессе пайки иногда необходимо защитить металл и припой от кислорода (воздуха). Для этого применяют вспомогательные вещества, которые называются флюсами.

Требования к флюсам:

1. Иметь температуру плавления на 50-100⁰С ниже Т_пл припоя.

2. Очищать поверхность металла от грязи и жиров.

3. Хорошо растекаться (смачиваться) по поверхности металла, образуя защитную пленку.

4. Не изменять своего состава при температуре пайки.

5. Не вызывать коррозии.

6. Легко удаляться с поверхности металла после пайки.

Если флюс не очищает поверхность от жира и грязи, то паяемые поверхности необходимо предварительно очистить химическими или механическими средствами.

Флюсы могут быть веществами твердыми (соли, оксиды, кислоты), растворами (солей, кислот) и пастами.

По назначению флюсы делятся на две группы:

—для пайки мягкими припоями

—для пайки твердыми припоями.

Большинство флюсов промышленностью не выпускаются, их изготавливают на местах.

Таблица 20

Состав флюсов для пайки мягкими припоями

Таблица 21

Состав флюсов для пайки алюминия и твердыми припоями