logo search
РМ текст лекций

3.3.7. Диэлектрические потери в неоднородных диэлектриках

Во многих устройствах электроизоляционной, кабельной электронной техники применяемые диэлектрические материалы являются макроскопически дефектными средами. Примером таких диэлектриков является: многослойная бумажная изоляция электрических вводов, кабелей; диэлектрика силовых бумажных конденсаторов; объемно-пористых диэлектриков электролитических конденсаторов и др. Такие материалы относятся к макроскопически неоднородным диэлектрикам. В электрическом поле в таких диэлектриках практически мгновенно устанавливается распределение электрического поля в соответствии с распределением диэлектрической проницаемости. В переменных полях протекание замедленных абсорбционных процессов поляризации приводит к диэлектрическому поглощению. Неоднородный диэлектрик с проводящими включениями в переменном поле может рассматриваться как диэлектрик, содержащий диполи. В простейшем случае потери неоднородного диэлектрика рассчитываются для двухслойного конденсатора (потери Максвелла-Вагнера). Особенно интенсивно потери такого типа проявляются в керамических материалах гетерогенного типа с зернистой структурой. Существование неоднородностей возможно и в высококачественных изоляционных керамических материалах.

Диэлектрические потери в композиционных диэлектриках можно рассчитать, используя параллельную или последовательную схему замещения диэлектрика. Обозначим через С и b с соответствующими индексами емкость и угол диэлектрических потерь для первого и второго слоя диэлектрика, соединенных параллельно. Можем написать выражение для tgδ такой системы, как отношение суммарной активной мощности системы Ра к суммарной реактивной мощности системы Рс tgδ=Ра/Рс, где Ра=Р1+Р2 и Pc=Pc1+Pc2 (индексы 1 и 2 относятся к 1 и 2 слою диэлектрика). С учетом того, что Pa1=U2ωC1tgδ1, Pa2=U2ωCstg δ2,Pc1=U2C1, Pc2=U2ωC2, где U— напряжение, одинаковое для каждого слоя, ω — угловая частота переменного напряжения, получим

tgδ=(C1·tgδ1+Cs·tgδb)/(Cl+C2). (3.3.20)

Для последовательной схемы при некоторых упрощающих предположениях можно получить аналогичным путем формулу

tgδs=(C1·tgδ2+C2·tgδ1)/(Cl+C2). (3.3.21)