1. Osnovni pojmovi i formule dielektrične konstante (ε)
Dielektrična konstanta je fizička količina koja karakterizira sposobnost dielektrika da pohranjuje naboje u električno polje, također poznato kao propusnost, i jedan je od temeljnih parametara za mjerenje električnih svojstava izolacijskih materijala ., što je veća njegova vrijednost}.
(1) Definicija formula dielektrične konstante
Dielektrična konstanta (relativna dielektrična konstanta, εᵣ) je omjer dielektrične konstante materijala (ε) u odnosu na njegovu vakuumsku dielektričnu konstantu (ε₀):
εᵣ=ε/ε₀
Među njima je ε₀ vakuumska dielektrična konstanta, koja je približno8.854 × 10-12F/m (farad/m).
Relativna dielektrična konstanta (εᵣ) je bezdimenzionalna fizička količina . εᵣ vakuuma je 1, εᵣ zraka je približno 1 .}}, a εᵣ izolacijskih materijala obično je između {{3} εᵣ.
(2) Formula za odnos s kapacitetom
Za paralelne kondenzatore ploče, odnos između kapacitivnosti (c) i dielektrične konstante je:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Među njima je A područje ploče elektrode, a D je udaljenost između ploča elektroda (debljina izolacijskog materijala) .
Ova formula ukazuje na to da je pod istom strukturom veća dielektrična konstanta i kapacitet, to je jača sposobnost materijala za pohranjivanje naboja .
(3) Povezani gubici: Dielektrični tangenta gubitka (tan Δ)
Dielektrični gubitak je gubitak energije izolacijskih materijala zbog histereze molekularne polarizacije u električnom polju ., obično je predstavljena tangentom dielektričnog gubitka (tan Δ) i povezana je s dielektričnom konstantom kako slijedi:tanδ=ε/ε ′
Među njima je ε 'pravi dio dielektrične konstante (koja predstavlja kapacitet za skladištenje energije), a ε' 'je imaginarni dio (predstavlja gubitak) .
Što je manji tan δ, manji je izolacijski gubitak materijala, a stabilnija je električna performansa (poput ETFE -ovog tan Δ od oko 0 . 003, koji pripada materijalima niskog gubitka).
2. Ključni parametri i odnosi konverzije izolacijskih performansi
Jezgreni parametri izolacijske performanse uključuju izolacijsku otpornost, čvrstoću sloma, dielektričnu konstantu, dielektrični gubitak itd. . Ovi parametri kolektivno odražavaju sposobnost izolacije i stabilnost materijala, a neki se parametri mogu povezati kroz eksperimente ili empirijske formule .
(1) Otpor izolacije (RIns)
Otpor izolacije je sposobnost materijala da se odupire curenje struje, mjereno u ohmama (ω), a povezana je s otporom materijala (ρ) kako slijedi:RIns=ρ⋅d/A
Među njima je ρ volumen otpornost (jedinica: ω · m), d je debljina izolacije, a A je provodljiva površina .
Značenje pretvorbe: što je veća otpornost, što je veća izolacijski otpor, a što je bolje izolacijske performanse materijala (kao što je ETFE, čiji je volumenski otpor obično veći od 10¹⁶ω · m, koji pripada visokim izolacijskim materijalima) .
(2) Snaga sloma (Eᵦ)
Čvrstoća sloma je kritična čvrstoća električnog polja na kojoj materijal može podnijeti električno polje bez raščlanjivanja, izmjereno u KV/MM (kilovolts po milimetru) i izračunana pomoću sljedeće formule:Eb=Ub/d
Među njima je Uᵦ napon propadanja (kv), a D je debljina izolacije (mm) .
Značenje pretvorbe: što je veća čvrstoća sloma, to je veći napon koji materijal može izdržati pri istoj debljini (na primjer, čvrstoća raspada ETFE -a je oko 20-30 kV/mm, a potreban je samo vrlo tanki izolacijski sloj da bi se ispunili zahtjevi na 600 V napona) .
(3) Povezanost između dielektrične konstante i gubitka prijenosa signala
U visokofrekventnom prijenosu signala, gubitak signala () povezan je s dielektričnom konstantom (εᵣ) i dielektričnim gubitkom (tan Δ), a empirijska formula je: ∝f⋅√εr⋅tanΔ
Među njima je f frekvencija signala .
Značaj pretvorbe: Niski εᵣ i niski tan Δ mogu značajno smanjiti gubitak signala visokog frekvencije, tako da su niski dielektrični materijali poput ETFE prikladni za scenarije prijenosa signala velike brzine (poput zrakoplovne i precizne elektroničke opreme) .
3. Primjer pretvorbe performansi u praktičnim aplikacijama (uzimanje UL AWM 10126 žice kao primjer)
UL AWM 10126 Žica Usvaja ETFE izolaciju (εᵣ≈2.6, tanδ≈0,003, čvrstoća raspadarenja25KV/mm), nazivni napon od 600V, radna temperatura od 150 stupnjeva, pretvorba performansi izolacije je sljedeća:
(1) Provjera propusnog napona: Ako je debljina izolacije 0,1 mm, teorijski napon slomaUb=Eb⋅d =25 kV/mm × 0,1mm =2.5 kV, daleko više od naziva 600V, s dovoljno sigurnosnih margina .
(2) Procjena gubitka visoke frekvencije: Na frekvenciji od 100MHz, njegov je gubitak signala mnogo niži od visokog dielektričnih materijala (poput PVC -a, s εᵣ≈3 . 5), što ga čini prikladnim za prijenos signala u preciznim elektroničkim uređajima.
(3) Pretvorba izolacijske otpornosti: Ako je površina vodiča 10 cm², debljina izolacije je 0,1 mm, a ETFE -oviρ≈10¹⁷Ω·m, tada izolacijski otporRIns=1017×0.0001/0.001=1016Ω, struja curenja može se zanemariti .
4. Sažetak
Dielektrična konstanta je osnovni pokazatelj kapaciteta za skladištenje energije izolacijskih materijala, koji je izravno povezan s kapacitetom i gubitkom . niska dielektrična konstanta (poput ETFE) prikladna je za scenarije visoke frekvencije i niskog gubitka .
Pretvaranje performansi izolacije može kvantitativno procijeniti primjenjivost materijala u različitim radnim uvjetima kroz formule povezane s parametrima kao što su otpornost, snaga sloma i gubitak (poputUL AWM 10126 Žica, što je pogodno za 600 V električne veze u kompaktnim prostorima i visokotemperaturnim okruženjima zbog niske εᵣ i visoke čvrstoće raspada) .
Pretvaranje ovih parametara pruža znanstvenu osnovu za odabir žice i izolaciju, osiguravajući optimizaciju troškova i prostora uz ispunjavanje zahtjeva poput napona i temperature .
