影響材料介電損耗的因素

影響材料介質(zhì)損耗的因素可以分為兩類。一類是材料結(jié)構(gòu)本身的影響，如不同材料的漏導(dǎo)電流不同，由此引起的損耗也各不相同，不同材料的計(jì)劃?rùn)C(jī)制不同，也使極化損耗各不相同。我們這里主要討論第二類情況，也就是外界環(huán)境或試驗(yàn)條件對(duì)材料介電損耗的影響。

對(duì)介質(zhì)損耗的主要影響因素是頻率和溫度。首先討論對(duì)漏導(dǎo)損耗的影響。漏導(dǎo)電流的存在，相當(dāng)于材料內(nèi)部有一個(gè)電阻，在電壓的作用下因發(fā)熱而產(chǎn)生耗損，由式（4.2-62）知其大小為

P=σVE2Sd

單位體積中介質(zhì)的能量損耗為

P=σVE2

它與電壓的頻率無(wú)關(guān)。

隨溫度的升高，介質(zhì)的電導(dǎo)率也增大，通常成指數(shù)關(guān)系，即

σ=σ0eat      （4.2-66）

P=P0eat      (4.2-67)

式中，σ、σ0分別為溫度t和t0時(shí)的電導(dǎo)率；P、P0分別為溫度t和t0時(shí)的損耗功率；a為溫度系數(shù)，與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，其值在0.001-0.1范圍。

對(duì)于極化損耗，電壓的頻率對(duì)它影響很大。根據(jù)極化建立需要的時(shí)間的長(zhǎng)短，可以把極化分為快極化和緩慢極化兩部分，快極化始終跟得上外加電場(chǎng)的變化，不產(chǎn)生損耗。緩慢極化滯后于外電場(chǎng)的變化會(huì)產(chǎn)生損耗，這時(shí)，介質(zhì)中有電流流過(guò)，稱為吸收電流，與之對(duì)應(yīng)有一個(gè)等效電阻率ρa,此時(shí)的介電常數(shù)為εa,經(jīng)等效電路計(jì)算可得，單位體積中介質(zhì)損耗功率為

式中，E為電場(chǎng)強(qiáng)度；ω為外電場(chǎng)角頻率；為吸收電流起始電導(dǎo)率；為時(shí)間常數(shù)；k=9X1011是一個(gè)常數(shù)。

由式中可以看出，當(dāng)外電場(chǎng)的頻率很低時(shí)，介質(zhì)損耗為零。這時(shí)介質(zhì)中各種極化都跟上外電場(chǎng)的變化，介電常數(shù)達(dá)到*大值。

當(dāng)外電場(chǎng)頻率逐漸升高時(shí)，緩慢極化在某一頻率后開(kāi)始跟不上外電場(chǎng)的變化，此時(shí)緩慢極化對(duì)介電常數(shù)的貢獻(xiàn)逐漸減小，由于緩慢極化滯后于外電場(chǎng)的變化而產(chǎn)生電能的損耗，使p隨著頻率的增大而增大。

當(dāng)外電場(chǎng)的頻率達(dá)到很高時(shí)，緩慢極化*來(lái)不及建立，對(duì)介電常數(shù)沒(méi)有貢獻(xiàn)。損耗功率僅由起始電導(dǎo)率決定。

溫度對(duì)損耗功率的影響是由溫度對(duì)θ和g的影響來(lái)決定的。溫度升高，使松弛極化容易發(fā)生，時(shí)間常數(shù)θ隨溫度的升高而減小。另一方面溫度升高時(shí)電導(dǎo)率增大，即g隨溫度而增加。根據(jù)松弛極化機(jī)制，可以證明θ、g和溫度有如下關(guān)系

式中，A為由介質(zhì)性質(zhì)決定的常數(shù)；T是絕dui溫度。

溫度很低時(shí)，松弛時(shí)間很長(zhǎng)，松弛極化*來(lái)不及建立，此時(shí)P很小。

當(dāng)溫度逐漸升高時(shí)，粒子熱運(yùn)動(dòng)能增大，松弛時(shí)間逐漸減小，松弛極化也開(kāi)始產(chǎn)生，因而P隨著溫度升高而增大。當(dāng)溫度升高到某一值后，松弛時(shí)間減小到使松弛極化在外加電壓的半周內(nèi)能*建立，此時(shí)對(duì)介電常數(shù)的貢獻(xiàn)*大，介電常數(shù)達(dá)到*大值。P隨溫度的升高出現(xiàn)一ji大值。

在一般使用的介質(zhì)中，電導(dǎo)損耗往往與松弛極化損耗同時(shí)存在。頻率、溫度等因素對(duì)損耗的影響也是它們綜合作用的結(jié)果。