電介質(zhì)的損耗

故定義：——故定義：——為復(fù)電導(dǎo)率生熱擊穿的根源。電介質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)消耗的能量稱為電介質(zhì)損耗功率，簡稱電介質(zhì)損耗。損耗的形式①電導(dǎo)損耗：損耗較大，并在肯定溫度和頻率上消滅峰值。固電介質(zhì)在工作電壓下的電導(dǎo)損耗是很小的，與電導(dǎo)一樣，是隨溫度的增加而急劇增加的。②極化損耗：只有緩慢極化過程才會(huì)引起能量損耗，如偶極子的極化損耗。它與溫度有關(guān)，也與電場的頻率有關(guān)。極化tgδ來表征電介質(zhì)在溝通電場下的損耗特征。`③游離損耗：放電是指液、固體絕緣間隙中，導(dǎo)體間的絕緣材料局部形成“橋路”的一種電氣放電，這種局部放電可能與導(dǎo)體接觸或不接觸。這種損耗稱為電暈損耗。介質(zhì)損耗的表示方法電流為：；90oGU90o。此時(shí)，合成電流為：；————復(fù)介電常數(shù)損耗角的定義：ε，虛部也不是準(zhǔn)確地等于。復(fù)介電常數(shù)最一般的表示方式是：只要電導(dǎo)(或損耗)不完全由自由電荷產(chǎn)生，那么電導(dǎo)率σ損耗角的定義：ε，虛部也不是準(zhǔn)確地等于。復(fù)介電常數(shù)最一般的表示方式是：ε”ε”ε都是領(lǐng)帶依靠于頻率的量，所以：1)頻率的影響〔1〕ω→0時(shí)，介質(zhì)的各種極化都能跟上外加電場的變化，此時(shí)不存在極化PW和頻率無關(guān)。tgδ=δ/ωε，則當(dāng)ω→0時(shí)，tgδ→∞。隨著ω的上升，tgδ減小。εrω上升而削減。在這一頻率范圍內(nèi)，由于ωτ1tgδ隨ω上升Pw也增大。(3)當(dāng)ω很高時(shí)，εr→ε∞εr趨于最小值。此時(shí)由于ωτ＞＞1，此時(shí)tgδ隨ω上升而減小。ω→∞時(shí)，tgδ→0。從圖可看出，在ωm下，tgδ達(dá)最大值，ωm可由下式求出：tgδtgδ的最大值變得平坦，最終在很大的電導(dǎo)下，tgδ無最大值，主要表現(xiàn)為電導(dǎo)損耗特征：tgδ與ω成反比，如圖〕溫度的影響Pεtgδ與溫度關(guān)系很大。松弛極化隨溫度上升而增加，此時(shí)，離子間易發(fā)生移動(dòng)，松弛時(shí)間常數(shù)τ減小?！?〕〔1〕,τεrtgδ也較小。此時(shí)，由于，，，故在此溫度范圍內(nèi)，隨溫度上升，τεr、tgδPW上升?！?〕τ較小，此時(shí)，因而在此溫度范圍內(nèi)，隨溫度上升，τtgδPW主要打算于極化PW也隨溫度上升而減小。由此看出，在某一溫度Tm下，PW和tgδ有極大值，如左圖。〔3〕當(dāng)溫度連續(xù)上升，到達(dá)很大值時(shí)，離子熱運(yùn)動(dòng)能量很大，離子在電場作用下的定向遷移受到熱運(yùn)動(dòng)的阻礙，因而極化減弱，εr下降。此時(shí)電導(dǎo)損耗猛烈上升，tgδ也隨溫度上升急劇上升。比較不同頻率下的tgδ與溫度的關(guān)系，可以看出，高頻下，Tm點(diǎn)向高溫方向移動(dòng)。tgδ在與頻率、溫度的關(guān)系曲線中消滅極大值?！碀穸鹊挠绊懡橘|(zhì)吸潮后，介電常數(shù)會(huì)增加，但比電導(dǎo)的增加要慢，由于電導(dǎo)損耗增大以及松馳極化損耗增加，而使tg410％時(shí)，其tgδ可增加100倍。無機(jī)介質(zhì)的損耗無機(jī)材料還有兩種損耗形式：電離損耗和構(gòu)造損耗。電離損耗電離而吸取能量，造成損耗，即電離損耗。其損耗功率可以用下式近似計(jì)算：式中A為常數(shù)，ω為頻率，U為外施電壓。U0U＞U0時(shí)才適用，此時(shí)，當(dāng)U>U0tgδ猛烈增大。固體電介質(zhì)內(nèi)氣孔引起的電離損耗，可能導(dǎo)致整個(gè)介質(zhì)的熱破壞和化學(xué)破壞，應(yīng)盡量避開。構(gòu)造損耗是在高頻、低溫下，與介質(zhì)內(nèi)部構(gòu)造的嚴(yán)密程度親熱相關(guān)的介質(zhì)損耗。構(gòu)造損耗與溫度的關(guān)系很小，損耗tgδ則和頻率無關(guān)。試驗(yàn)說明，構(gòu)造嚴(yán)密的晶體或玻璃體的構(gòu)造損耗都是很小的，但是當(dāng)某些緣由〔如雜質(zhì)的摻入，試樣經(jīng)淬火急冷的熱處理等〕使它的內(nèi)部構(gòu)造變松散了，會(huì)使構(gòu)造損耗大為提高。主要為構(gòu)造損耗。離子晶體的損耗依據(jù)內(nèi)部構(gòu)造的嚴(yán)密程度，離子晶體可以分為構(gòu)造嚴(yán)密的晶體和構(gòu)造不嚴(yán)密的離子晶體。α-Al2O3、鎂橄欖石晶體，在外電場作用下很難發(fā)生離子松弛極化〔除非有嚴(yán)峻的點(diǎn)缺陷存在〕，只有電子式和離子式的彈性位移極化，所以無極化損耗，僅有的一點(diǎn)損耗是由漏導(dǎo)引起〔包括本征電導(dǎo)和少量雜質(zhì)引起的雜質(zhì)電導(dǎo)〕。在常溫下熱t(yī)gδ隨頻率的上升而降低。因此以這tgδ隨溫度的變化呈現(xiàn)出電導(dǎo)損耗的特征。后者如電瓷中的莫來石〔3Al2O3.2SiO2)、耐熱性瓷中的堇青石〔2MgO·2Al2O3·5SiO2〕等，這晶體中的弱聯(lián)系離子有可能貫穿電極運(yùn)動(dòng)〔包括接力式的運(yùn)動(dòng)〕,產(chǎn)生電導(dǎo)損耗。弱聯(lián)系離子也可能在肯定范圍內(nèi)來回運(yùn)動(dòng)，形成熱離子松弛，消滅極化損耗。所以這類晶體的損耗較大，由這類晶體作主晶相的陶瓷材料不適用于高頻，只能應(yīng)用于低頻。另外，假設(shè)兩種晶體生成固溶體，則因或多或少帶來各種點(diǎn)陣畸變和構(gòu)造缺陷，通常有較大的損耗，并且ZrO2MgO的原始性能都MgOZrO2MgO含量約為25mol％時(shí)，損耗有極大值。玻璃的損耗簡單玻璃中的介質(zhì)損耗主要包括三個(gè)局部：電導(dǎo)損耗、松弛損耗和構(gòu)造損耗。哪一種損耗占優(yōu)勢，打算于――溫度和外加電壓的頻率。高頻和高溫下，電導(dǎo)損耗占優(yōu)勢；在高頻下，主要的是由聯(lián)系弱的離子在有限范圍內(nèi)的移動(dòng)造成的松弛損耗；在高頻和低溫下，主要是構(gòu)造損耗，其損耗機(jī)理目前還不清楚，或許與構(gòu)造的嚴(yán)密程度有關(guān)。一般簡潔純玻璃的損耗都是很小的，這是由于簡潔玻璃中的“分子”接近規(guī)章的排列，構(gòu)造嚴(yán)密，沒有聯(lián)系增大。在玻璃電導(dǎo)中消滅的“”〔中和效應(yīng)〕和“”〔壓抑效應(yīng)〕在玻璃的介質(zhì)損耗方面tgδ大大降低，而且有一最正確的比值。左圖表示Na2OK2OB2O3系玻璃的tgδB2O3數(shù)量為100，N＋離子和K＋離子的總量為60。當(dāng)兩種堿同時(shí)存在時(shí)，tgδ總是降低，而最正確比值約為等分子比。這可能是兩種堿性氧化物參加后，在玻璃中形成微晶構(gòu)造，玻璃由不同構(gòu)造的微晶所組成?？梢栽O(shè)想，在堿性氧化物的肯定比值下，形成的化合物中，離子與主體構(gòu)造較強(qiáng)地固定著，實(shí)際上不參與引起介質(zhì)損耗的過程；在離開最正確比值的狀況下，一局部堿金屬離子位于微晶的外面，即在構(gòu)造的不嚴(yán)密處，使介質(zhì)損耗增大。在含堿玻璃中參加二價(jià)金屬氧化物，特別是重金屬氧化物時(shí)，壓抑效應(yīng)特別明顯。由于二價(jià)離子有二個(gè)鍵tgδPbOBaO，少量堿的電容器玻璃，在1×106赫時(shí)，tgδ為6×10－4——9×10－4。制造玻璃釉電容器的玻璃含PbOBaOtgδ4×104250℃的高溫。陶瓷材料的損耗導(dǎo)也會(huì)引起較大的損耗。〔如粘土〕，形成玻璃相，這樣就使損耗增大。如滑石瓷、尖晶石瓷隨粘土含量的增大，其損耗也增大。因而一般高頻瓷，如氧化鋁瓷、金紅石等很少含有玻璃相。變等。假設(shè)陶瓷材料中含有可變價(jià)離子，如含鈦陶瓷，往往具有顯著的電子松弛極化損耗。分。這是在估量陶瓷材料的損耗時(shí)必需考慮的?？傊?，介質(zhì)損耗是介質(zhì)的電導(dǎo)和松弛極化引起的電導(dǎo)和極化過程中帶電質(zhì)點(diǎn)〔弱束縛電子和弱聯(lián)系離子，子”的熱振動(dòng)，能量消耗在使電介質(zhì)發(fā)熱效應(yīng)上。降低材料的介質(zhì)損耗的方法降低材料的介質(zhì)損耗應(yīng)從考慮降低材料的電導(dǎo)損耗和極化損耗入手?！?〕選擇適宜的主晶相：盡量選擇構(gòu)造嚴(yán)密的晶體作為主晶相?！?〕改善主晶相性能時(shí)，盡量避開產(chǎn)生缺位固溶體或填隙固溶體，最好形成連續(xù)固溶體。這樣弱聯(lián)系離子少，可避開損耗顯著增大。(3)“”和“”，以降低玻璃相的損耗。(4〕防止產(chǎn)生多晶轉(zhuǎn)變，由于多晶轉(zhuǎn)變時(shí)晶格缺陷多，電性能下降，損耗增加。如滑石轉(zhuǎn)變?yōu)樵B輝石時(shí)析出游離方石英Mg3〔Si4O10〕〔OH〕2→3〔MgO·SiO2〕＋SiO2十H2O)的Al2O3，使Al2O3SiO2生成硅線石〔