4.1. Khâi niệm về tổn hao điện môi
Khi điện trường tâc dụng lín điện môi, trong điện môi xảy ra quâ trình dịch chuyển câc điện tích tự do vă điện tích răng buộc ⇒ trong điện môi xuất hiện dòng điện dẫn vă dòng điện phđn cực ⇒ tâc dụng lín điện môi lăm cho điện môi nóng lín, tỏa nhiệt vă truyền nhiệt văo môi trường.
Phần năng lượng nhiệt năy không sinh ra công ⇒ tổn hao điện môi.
- Ở điện âp một chiều: trong điện môi không có sự phđn cực theo chu kỳ⇒ năng lượng tiíu hao chỉ do dòng điện rò gđy nín ⇒ dùng điện trở suất xâc định chất lượng của vật liệu.
- Ở điện âp xoay chiều: trong điện môi ngoăi dòng điện rò còn có dòng điện do phđn cực gđy nín⇒ phải dùng câc đặc tính khâc để xâc định chất lượng vật liệu câch điện.
* Câc định nghĩa:
- Công suất tổn hao điện môi: lă phần năng lượng tỏa ra bín trong điện môi trong một đơn vị thời gian lăm cho điện môi nóng lín khi có điện âp đặt văo điện môi.
Kí hiệu: P[W]
- Suất tổn hao điện môi: lă phần công suất điện môi tính cho một đơn vị thể tích điện môi, tức lă năng lượng tỏa ra bín trong điện môi trong một đơn vị thời gian trín một đơn vị thể tích khi có điện âp tâc dụng văo.
- Góc tổn hao điện môi: lă góc phụ của góc lệch pha giữa dòng điện chạy trong điện môi vă điện âp tâc dụng lín điện môi. Kí hiệu: δ với δ=90o−ϕ (độ).
• Điện âp một chiều: Tổn hao điện môi:
RU U I R P 2 2 . = = (4-1) Trong đó: R- điện trở vật liệu (Ω)
I - dòng điện qua vật liệu (A) U- điện âp đặt lín vật liệu (V)
• Điện âp xoay chiều: Tổn hao điện môi:
P = U.I.cosϕ = U.IR = U.IC.tgδ= = U. tgδ U ωCtgδ X U C . . 2 = (4-2) Trong đó:
P- công suất tổn hao
U- điện âp đặt văo vật thể
ω- tần số góc (ω=2πf )
ϕ - góc lệch pha giữa dòng điện vă điện âp
Hình 4.1
C- điện dung của tụ
Điện môi lý tưởng:ϕ = 90o, δ= 0⇒P = 0.
⇒ Khi ϕ căng bĩ thì P căng lớn. Để xâc định khả năng phât tân năng lượng của điện môi trong điện trường: dùng góc tổn hao điện môiδ vă tgδ.
(4-2) ⇒ Khi điện âp vă tần số không đổi, P tỉ lệ với tg
δ.
ϕ
δ
I
tgδ = II QP
C
R = Q - công suất phản khâng (4-3)
So sânh 2 điện môi có cùng kích thước dưới cùng một giâ trị điện âp:
2 2 1 1 2 2 0 1 1 0 2 2 2 1 1 2 2 1 δ ε δ ε δ ε δ ε δ ω δ ω tg tg tg C tg C tg C U tg C U P P = = = (4-4)
⇒ Tổn hao điện môi thường có quan hệ với hằng số điện môi
ε vă tgδcủa chất đó.
⇒ Hệ số tổn hao điện môi: ε'=ε.tgδ
(4-5)
⇒ khâi niệm chính xâc hơn khả năng phât nhiệt của điện môi: vừa cho biết khả năng phđn cực của điện môi (ε ), vừa cho biết giâ trị tổn hao điện môi (tgδ).
• P lớn⇒ nhiệt độ phât nóng trong điện môi tăng dần lín, khi vượt quâ giâ trị cho phĩp⇒ điện môi bị phđn hủy nhiệt⇒ điện môi bị mất tính câch điện: phóng điện do
nhiệt gđy nín.
• Nếu U đặt lín điện môi không đủ lớn để tạo nín độ nóng quâ mức cho phĩp tổn hao điện môi gđy ra⇒ tổn thất điện môi vẫn đưa ra những tâc hại nghiím trọng:
Tăng điện dẫn của điện môi
Câc tham số vật liệu thay đổi
Sơ đồ mạch điện thay đổi.
Do tổn hao điện môi liín quan trực tiếp đến sự phđn cực điện môi⇒ có thể xĩt tổn hao điện môi theo mối quan hệ giữa điện tích Q trín cực của tụ điện vă điện âp tâc dụng U:
Q u u a) Q u b) S=P Q u c) S=P
Hình 4-2: Quan hệ Q = f(U)