Діелектричні втрати
Тема: Діелектричні втрати
Лекція № 12
Мета:Вивчити діелектричні втрати діелектриків
Методи:словесний
План:
1 Діелектричні втрати
Матеріально-технічне забезпечення та дидактичні засоби, ТЗН:
Схеми
Діелектричні втрати- це втрати енергії, які виникають у товщі електроізоляційного матеріалу при дії на нього змінного електричного поля і перетворюються в тепло.
Максимум поляризації діелектрика тією чи іншою мірою відстає в часі від максимуму напруженості поля, тобто виникає деякий зсув фаз поляризації порівняно з фазами напруженості поля. За відсутності такого зсуву відсутні й відповідні діелектричні втрати. Діелектричні втрати не виникають і тоді, коли час релаксації настільки великий, що поляризація не встигає завершитись.
Поряд з вказаними діелектричними втратами мають місце втрати, зумовлені невеликою провідністю матеріалу. Вона викликається наявністю у всіх реальних діелектриків деякої кількості домішок. Діелектричні втрати, спричинені домішковою провідністю, за абсолютною величиною в більшості випадків дуже малі.
Діелектричні втрати можуть привести до перегріву електроізоляційного матеріалу, погіршення його ізоляційних властивостей і передчасного зношення та руйнування діелектрика. Як правило, втрати потужності в матеріалі чи виробі з цього матеріалу, за інших рівних умов, прямо пропорційні квадрату прикладеної до цього матеріалу електричної напруги.
Відомо, що як за дії постійної напруги, так і змінної, діюче значення якої рівне за величиною постійній напрузі, втрати потужності Р в металічних провідниках однакові, не залежать від частоти напруги та визначаються як
,
де 
- напруга, В; 
- опір провідника, Ом.
Діелектричні втрати спостерігаються в обох випадках. В першому зумовлюються наскрізним струмом. У цьому випадку якість матеріалу характеризується значеннями питомого об'ємного і поверхневого опорів.
При змінній напрузі, крім втрат, зумовлених наскрізним струмом, з'являються втрати від сповільненої поляризації діелектрика.
У діелектриках розсіювання потужності залежить від частоти і значення напруги. Чим вищі частота і значення напруги, тим більші втрати. Вони також зростають із збільшенням ємності і залежать від матеріалу діелектрика. При розгляді діелектричних втрат звичайно мають на увазі втрати за змінної напруги, тому що вони в багато разів більші, ніж: за постійної.
Кут діелектричних втрат. Найчастіше втрати потужності в діелектрику оцінюють кутом діелектричних втрат, а також тангенсом цього кута.
На (рис. 5.12) зображена векторна діаграма струмів і напруг у конденсаторі при дії змінної напруги.
| Рис. 5.12. Спрощена діаграма струмів у діелектрику з втратами |
Якщо б у діелектрику конденсатора потужність не розсіювалась (ідеальний діелектрик), то вектор І випереджував би вектор напруги U на 90° і струм був би чисто реактивним.
Насправді ж зсув фаз 
для реального діелектрика дещо менший 90°. Повний струм через конденсатор можна розкласти на дві компоненти-активний Іа і реактивний Ір. Оскільки в конденсаторі з високоякісним діелектриком кут зсуву фаз близький до 90°, то для більшої наглядності використовують кут 
, який доповнює кут до 90 °:
.
Кут називається кутом діелектричних втрат,а тангенс цього кута дорівнює відношенню активного і реактивного струмів:
.
не залежить від ► форми поля, ► розмірів та ► форми зразкаі широко застосовується для оцінки діелектричних втрат. Ця величина набагато чутливіша до змін властивостей речовини ніж величина
.
Діелектричні втрати Р ділянки ізоляції з ємністю С, як бачимо на рис. 5.12, дорівнюють
. (5.1)
Підставивши в (5.1) значення сили струму, що проходить через ділянку ізоляції з ємністю С.
,
де 
- кутова частота, отримаємо:
. (5.2)
Вираз (5.2) справедливий для будь-яких розмірів і конфігурації ділянки ізоляції. За високих частот 
діелектричні втрати великі і в потужних короткохвильових радіоустановках навіть за значень 
порядку 0,01 кількість виділеного тепла настільки велика, що може спричинити руйнування і розтоплення скла чи фарфору.
Величина найкращих електроізоляційних матеріалів для високочастотної техніки та високих напруг 
3-10г4 і навіть менше.До таких матеріалів, зокрема, можна віднести неполярні полімери, для яких не перевищує ~ 0,0006.
Література:
| 1 Конструкционные и электротехнические материалы: Учеб. для учащихся электротехн. спец. /В.Н. Бородулин, А.С. Воробьев, С.Я. Попов и др.; Под ред. В.А. Филикова. – М.: Высш. шк., 1990 2 Кузьмин Б.А., Самохацкий А.И. Металлургия, металловедения и конструкционные материалы. – М.: Высш. шк., 1984 3 Корицкий В.И. Электротехнические материалы. – Энергия. 1978 4 Электротехнические материалы. Справочник. Под ред. В.А. Березина. –М.: Энергоатомиздат, 1983 |