無機材料物理性能9

無機材料物理性能2023年2月5日第十三講1損耗的形式介質損耗的表示方法

介質損耗和頻率、溫度的關系

無機介質的損耗

7.2介質損耗無機材料的介電性能2一、復介電常數(shù)與介質損耗1、基本概念介質損耗：任何介質在電場作用下，或多或少會把部分電能轉換成熱能使介質發(fā)熱，在單位時間內因發(fā)熱而消耗的能量稱介質損耗。常用tgδ來表示。其值越大，損耗越大，δ為介質損耗角。3損耗如何產(chǎn)生的？要有電流。電流如何來的？主要有以下三部分：1）理想電容充放電形成的電流（電容電流）直流，交流2）真實電介質極化建立的電流（極化電流）3）真實電介質的漏導電流。（漏導電流）4損耗的形式介質損耗極化損耗：松弛極化、轉向極化、空間電荷極化等在極化緩慢建立過程中會因克服阻力而引起能量消耗，稱極化損耗。漏導損耗：實際絕緣材料并非理想電介質，電阻也并非無窮大，在外電場作用下，總有些帶電質點發(fā)生移動而形成電流，稱漏導電流。因漏導電流使介質發(fā)熱而產(chǎn)生的損耗稱“漏導損耗”。52、介質損耗的表示當容量為C0=0A/d的平板電容器上加一交變電壓U=U0eiwt。則：1）對真空平板電容器，平板上的電荷為：產(chǎn)生的回路電流為：6介質損耗的表示電介質中電場與電流方向的示意圖72）在電容器極板間填充相對介電常數(shù)為εr的理想介電材料時，電容上的電流為：8介質損耗的表示3）對于實際電介質，除電容電流外，還會有極化電流或漏導電流，這兩者形成一電導分量，用GU表示。G：電導，G=1/R=A/d，單位：西門子（S,Ω-1）其中，G=A/d，C=A/d帶入上式并簡化得：故有9介質損耗的表示則即10類似根據(jù)理想情況，按來定義復相對介電常數(shù)εr*或復介電常數(shù)ε*與前式比較有：11故有即復介電常數(shù)即復相對介電常數(shù)12注意：此處要弄清實部、虛部的來源及含義。由式知：其中ωε代表了電容電流的大??；

σ代表了損耗電流的大小。類似，在ε*中，ε代表了電容項；

σ/ω代表了損耗項。13由此定義損耗角正切：更一般的表示：其中δ為損耗角143、介質弛豫與德拜方程德拜（Debye）公式15二、影響介質損耗的因素1、頻率的影響εr，tgδ，p與ω的關系16影響介質損耗的因素不同帶穿電導的介質tgδ與ω的關系17影響介質損耗的因素2、溫度的影響εr、tgδ、P與T的關系18介質吸潮后，介電常數(shù)會增加，但比電導的增加要慢，由于電導損耗增大以及松馳極化損耗增加，而使tgδ增大。對于極性電介質或多孔材料來說，這種影響特別突出，如，紙內水分含量從4％增加到10％時，其tgδ可增加100倍。影響介質損耗的因素19無機介質的損耗無機材料的損耗形式主要有：電導損耗松弛極化損耗電離損耗結構損耗20電離損耗電離損耗主要發(fā)生在含有氣相的材料中。含有氣孔的固體介質在外電場強度超過了氣孔內氣體電離所需要的電場強度時，由于氣體電離而吸收能量，造成損耗，即電離損耗。其損耗功率可以用下式近似計算：U為外施加電壓；U0為氣體的電離電壓21結構損耗結構損耗是在高頻、低溫下，與介質內部結構的緊密程度密切相關的介質損耗。結構損耗與溫度的關系很小，損耗功率隨頻率升高而增大，但tgδ則和頻率無關。一般材料，在高溫、低頻下，主要為電導損耗；在常溫、高頻下，主要為松弛極化損耗；在低溫、高頻下主要為結構損耗。22離子晶體的損耗離子晶體可以分為結構緊密的晶體和結構不緊密的離子晶體。結構緊密的晶體離子都堆積得十分緊密，排列很有規(guī)則，離子鍵強度比較大，無極化損耗。結構不緊密的離子晶體的內部有較大的空隙或晶格畸變，含有缺陷或較多的雜質，離子的活動范圍擴大，損耗較大。23玻璃的損耗復雜玻璃中的介質損耗主要包括三個部分：電導損耗、松弛損耗和結構損耗。哪一種損耗占優(yōu)勢，決定于外界因素――溫度和外加電壓的頻率。24玻璃的tgδ與溫度的關系1、結構損耗；2、松弛損耗3、電導損耗；4、總損耗25Na2O－K2O－B2O3玻璃的tgδ與組成的關系26陶瓷材料的損耗主要是電導損耗、松弛質點的極化損耗及結構損耗。表面氣孔吸附水分、油污及灰塵等造成表面電導也會引起較大的損耗。大多數(shù)電工陶瓷的離子松弛極化損耗較大，主要原因是：主晶相結構松散，生成了缺陷固溶體，多晶形轉變等。27降低材料的介質損耗的方法選擇合適的主晶相。改善主晶相性能時，盡量避免產(chǎn)生缺位固溶體或填隙固溶體，最好形成連續(xù)固溶體。盡量減少玻璃相。防止產(chǎn)生多晶轉變。注意焙燒氣氛?？刂坪米罱K燒結溫度28討論介質損耗的意義絕緣結構設計時必須注意