1. A dielektromos állandó (ε) alapfogalmai és képletei
A dielektromos állandó egy olyan fizikai mennyiség, amely jellemzi a dielektrikum képességét a töltések elektromos mezőben történő tárolására, más néven, és az egyik alapparaméter a szigetelő anyagok elektromos tulajdonságainak mérésére.
(1) A dielektromos állandó meghatározási képlete
A dielektromos állandó (relatív dielektromos állandó, εᵣ) az anyag dielektromos állandójának (ε) és a vákuum -dielektromos állandó (ε₀) aránya:
εᵣ=ε/ε₀
Közülük ε₀ a vákuum -dielektromos állandó, amely megközelítőleg8.854 × 10-12F/m (Farad/m).
A relatív dielektromos állandó (εᵣ) egy dimenzió nélküli fizikai mennyiség . A vákuum εᵣ 1, a levegő εᵣ kb.
(2) A kapacitással való kapcsolat képlete
A párhuzamos lemezkondenzátorok esetében a kapacitás (C) és a dielektromos állandó közötti kapcsolat:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Közülük a A az elektródlemez területe, és D az elektródlemezek közötti távolság (szigetelő anyag vastagsága) .
Ez a képlet azt jelzi, hogy ugyanabban a szerkezetben, minél nagyobb a dielektromos állandó és a kapacitás, annál erősebb az anyag képessége a töltések tárolására .
(3) Veszteséggel kapcsolatos: dielektromos veszteség érintő (tan δ)
A dielektromos veszteség az, hogy a szigetelő anyagok energiavesztesége a molekuláris polarizációs hiszterézis miatt egy elektromos mezőben . Általában a dielektromos veszteség érintése (tan δ), és a dielektromos állandóhoz kapcsolódik:tanδ=ε/ε ′
Közülük az ε 'a dielektromos állandó valódi része (az energiatároló kapacitást ábrázoló), és az ε' 'a képzeletbeli rész (a veszteség reprezentációja) .
Minél kisebb a tan δ, annál kisebb az anyag szigetelési vesztesége, és annál stabilabb az elektromos teljesítmény (például az ETFE tan δ kb. 0 . 003, amely az alacsony veszteségű anyagokhoz tartozik).
2. A szigetelési teljesítmény legfontosabb paramétereinek és konverziós kapcsolatai
A szigetelési teljesítmény alapparaméterei között szerepel a szigetelési ellenállás, a bontási szilárdság, a dielektromos állandó, a dielektromos veszteség stb.
(1) szigetelési ellenállás (Rindítvány)
A szigetelési rezisztencia az anyag azon képessége, hogy ellenálljon az áramszivárgásnak, ohm (Ω) méréssel, és az alábbiak szerint kapcsolódik az anyag ellenállásához (ρ):Rindítvány=ρ⋅d/A
Közülük ρ a térfogat -ellenállás (egység: ω · m), d a szigetelés vastagsága, és a . vezetőképes felület.
Konverzió jelentése: Minél magasabb az ellenállás, annál nagyobb a szigetelési ellenállás, és annál jobb az anyag szigetelési teljesítménye (például az ETFE, amelynek térfogat -ellenállása általában nagyobb, mint 10¹⁶ω · m, nagy szigetelési anyagokhoz tartozik) .
(2) Bontási erő (Eᵦ)
A bontási szilárdság az a kritikus elektromos mező szilárdsága, amelyen egy anyag ellenáll az elektromos mezőnek anélkül, hogy lebontaná, KV/mm -ben mérve (kilovolt/milliméter), és a következő képlet alapján számítva:Eb=Ub/d
Közülük az Uᵦ a bontási feszültség (kV), és d a szigetelési vastagság (mm) .
Konverzió jelentése: Minél magasabb a bontási szilárdság, annál nagyobb a feszültség, hogy az anyag ugyanolyan vastagságban ellenálljon (például az ETFE bontási szilárdsága körülbelül 20-30 kv/mm, és csak egy nagyon vékony szigetelő rétegre van szükség ahhoz, hogy megfeleljen a követelményeknek 600 V feszültségnél) .}}}}}}
(3) A dielektromos állandó és a jelátviteli veszteség közötti összefüggés
A nagyfrekvenciás jelátvitelnél a jelvesztés () a dielektromos állandóhoz (εᵣ) és a dielektromos veszteséghez (tan δ) kapcsolódik, és az empirikus képlet: ∝f⋅√εr⋅tanδ
Közülük f a . jelfrekvencia
Konverziós szignifikancia: Az alacsony εᵣ és az alacsony tan δ jelentősen csökkentheti a magas frekvenciájú jelveszteséget, így az alacsony dielektromos anyagok, például az ETFE alkalmasak a nagysebességű jelátviteli forgatókönyvekhez (például az űr- és precíziós elektronikus berendezések) .
3. Példa a teljesítménykonverzióra gyakorlati alkalmazásokban (az UL AWM 10126 vezeték példa)
UL AWM 10126 vezeték elfogadja az ETFE szigetelést (εᵣa2.6, tanδ≈0.003, bontási szilárdság25kV/mm), 600 V -os névleges feszültség, 150 fokos üzemi hőmérséklet, a szigetelési teljesítmény átalakítása a következő:
(1) A bontási feszültség ellenőrzése: Ha a szigetelési vastagság 0,1 mm, az elméleti bontási feszültségUb=Eb⋅d =25 kv/mm × 0,1 mm =2.5 kv, jóval magasabb, mint a besorolású 600 V, elegendő biztonsági margóval .
(2) Magas frekvenciavesztési becslés: 100 MHz frekvencián a jelvesztés sokkal alacsonyabb, mint a nagy dielektromos anyagoké (például a PVC, εᵣ≈3 . 5), így alkalmassá teszi a jelátvitelt a precíziós elektronikus eszközökben.
(3) A szigetelési ellenállás átalakítása: Ha a vezető felülete 10 cm², a szigetelési vastagság 0,1 mm, és az ETFE -kρ≈10¹⁷Ω·m, majd a szigetelési ellenállásRindítvány=1017×0.0001/0.001=1016Ω, a szivárgási áram figyelmen kívül hagyható .
4. Összegzés
A dielektromos állandó a szigetelő anyagok energiatároló kapacitásának alapjelzője, amely közvetlenül kapcsolódik a kapacitáshoz és a veszteséghez . Az alacsony dielektromos állandó (például az ETFE) alkalmas nagyfrekvenciás és alacsony veszteségű forgatókönyvekhez .
A szigetelési teljesítmény átalakítása kvantitatív módon értékelheti az anyagok alkalmazhatóságát különböző munkakörülményeken keresztül olyan paraméterekkel, mint például az ellenállás, a bontási szilárdság és a veszteség (példáulUL AWM 10126 vezeték, amely 600 V-os elektromos csatlakozásokhoz alkalmas kompakt terekben és magas hőmérsékleti környezetben, alacsony εᵣ és magas bontási szilárdságának köszönhetően) .
Ezen paraméterek átalakítása tudományos alapot nyújt a huzalválasztáshoz és a szigetelés kialakításához, biztosítva a költség- és a hely optimalizálását, miközben megfelel az olyan követelményeknek, mint a feszültség és a hőmérséklet .
