介电损耗的影响因数

介电损耗的影响因数定义•介电损耗•dielectricloss•定义：电介质在外电场的作用下，将一部分电能转变成热能的物理过程，称为电介质的损耗，简称介电损耗。一、介电损耗的成因•1、1极化弛豫•1、2介质漏电1、1极化弛豫电子云极化离子极化取向极化位移极化•当电介质突然受到静电场的作用时，往往要经过一段时间（称为弛豫时间）极化强度才能达到其最终值。这种现象称为极化弛豫。一般说来，位移极化值在瞬间即可达到；极化弛豫主要是由于取向极化所造成的。•如果介质受交变电场的作用，而交变电场的改变相当迅速时，极化就会追随不及而滞后，从而成为介电损耗的原因之一，并且导致了动态介电常数和静态介电常数之间的不同。•由极化滞后引起的介电损耗就是指在某一频率范围内供给电介质的能量，有一部分消耗在强迫固有偶极距转动上，并变为热能消失掉。1、2介质漏电•介质的漏电是介电损耗的另一个原因，特别是在高温或强电场作用下，这方面的影响是很重要的。•介质漏电也是通过发热而把部分电能消耗掉。•对于理想的电介质来说，应该不存在电导，亦即不存在电导损耗。但实际工作中的电介质总是或多或少存在一些弱联系带电粒子（或空位），这些带电粒子在外电场作用下能沿着与电场平行的方向作贯穿于电极之间的运动，结果产生了漏导电流，使能量直接损耗。•因此介质不论是在直流电压还是在交变电压作用下都会产生能量损耗。由于一切适用工程介质材料都有漏导电存在，因此一切工程介质在电场作用下都有电导损耗发生。二、介电损耗的定量表征Rc•通常以电介质中存在一个损耗电阻Rn来表示电能的消耗。•这样，就等于把通过介质的电流分成消耗能量的部分和不消耗能量部分（即通过介质纯电容部分）。ncRCR1tan•定义介质损耗角正切为••式中代表交变电场的角频率，C就是带有电极的介质样品的静电容值。•因为与介质中能量损耗成正比，往往也就把叫做损耗因子或直接叫做介电损耗。tantan•事实上，Rn与电场强度、温度以及电场频率都有关系，所以介电损耗也是也是与场强、温度和电场频率有关的。•显然介电损耗愈大，材料的性能就愈差，所以介电损耗是我们判别材料性能好坏、选择材料和制作器件的重要依据。•的倒数Qe（Qe=1/）称为电学品质因素，与同是无量纲的物理量。•可以按式，用交流阻抗电桥测量出来。tanncRCR1tantantan三、影响介电损耗的因素因素材料结构本身外界环境或试验条件•由于不同材料的漏导电流不同，由此引起的损耗也各不相同，不同材料的极化机制不同，也使极化损耗各不相同，在这里不详加讨论。•我们主要讨论第二类情况，也就是外界环境或试验条件对材料介电损耗的影响。3.1对漏导损耗的影响SdSdRVW2221•漏导电流的存在，相当于材料内部有一个电阻，在电压的作用下因发热而产生损耗，其大小为•式中：W为损耗功率；S为介质两极板重合的面积；d为介质的厚度；为介质的体积电阻率；E为电场强度；为介质的体积电导率。2EWate0•单位体积中介质的能量损耗为••它与电压的频率无关。•随着温度的升高，介质的电导率也增大，通常成指数关系，即•因此ateWW00、•式中：分别为温度t和t0的电导率；W和W0分别为温度t和t0时的损耗功率；a为温度系数，与介质的性质有关，其值在0.001~0.1范围内。aa•对于极化损耗，电压的频率对它影响很大。根据极化建立需要的时间的长短，可以把极化分为快极化和缓慢极化两部分，快极化始终跟得上外加电场的变化，不产生损耗。•缓慢极化滞后于外电场的变化会产生损耗，这时，介质中有电流流过，称为吸收电流，与之对应有一个等效电阻率，此时的介电常数为。222221EgW•经等效电路计算可得，单位体积中介电损耗功率为•••式中：E为电场强度；为外电场角频率；为吸收电流起始电导率；为时间常数；k=9×1011是一个常数ag1kaa4•由上式可以看出：•当外电场的频率很低时，介电损耗为零。这时介质中各种极化都能跟上外电场的变化，介电常数达到最大值。•当外电场的频率逐渐升高时，缓慢极化在某一频率后开始跟不上外电场的变化，此时缓慢极化对介电常数的贡献逐渐减小，由于缓慢极化滞后于外电场的变化而产生电能的损耗，使W随着频率的增大而增大•当外电场的频率达到很高时，缓慢极化完全来不及建立，对介电常数没有贡献。损耗功率仅有起始电导率决定。TAg•温度对损耗功率的影响是由温度对和g的影响来决定的。•温度升高，使松弛极化容易发生，时间常数随温度的升高而减小；另一方面，温度升高时电导率增大，即g随温度而增加。•根据松弛极化机制，可以证明、g和温度有如下关系：•式中：A是由介质性质决定的常数；T是绝对温度。•温度很低时，松弛时间很长，松弛极化完全来不及建立，此时W很小•当温度逐渐升高时，粒子热运动能增大，松弛时间逐渐减小，松弛极化也开始产生，因而W随着温度升高而增大。当温度升高到某一值后，松弛时间减小到使松弛极化在外加电压的半周内能完全建立，此时对介电常数的贡献最大，介电常数达到最大值。W随温度的升高出现一极大值。•在一般使用的介质中，电导损耗往往与松弛极化损耗同时存在。频率、温度等因数对损耗的影响也是它们综合作用的结果。