درک رابطه تبدیل بین عملکرد ثابت دی الکتریک و عملکرد عایق برای این مقاله کافی است

1. مفاهیم اساسی و فرمول های ثابت دی الکتریک (ε)

ثابت دی الکتریک یک مقدار فیزیکی است که توانایی یک دی الکتریک برای ذخیره بارهای در یک میدان الکتریکی را نشان می دهد ، همچنین به عنوان نفوذپذیری شناخته می شود و یکی از پارامترهای اصلی برای اندازه گیری خواص الکتریکی مواد عایق است. بیشتر مقدار آن ، توانایی مواد را در اختیار 1 قرار می دهد ، اما معمولاً مواد مخدر را کاهش می دهد.

(1) فرمول تعریف ثابت دی الکتریک

ثابت دی الکتریک (ثابت دی الکتریک نسبی ، εᵣ) نسبت ثابت دی الکتریک یک ماده (ε) به ثابت دی الکتریک خلاء آن (ε₀) است:

εᵣ​=ε/ε₀

در میان آنها ، ε₀ ثابت دی الکتریک خلاء است که تقریباً است8.854 × 10^-12F/M (FARAD/M).

ثابت دی الکتریک نسبی (εᵣ) یک مقدار فیزیکی بدون ابعاد است . εᵣ خلاء 1 است ، εᵣ هوا تقریباً 1 {5} 0006 است ، و εᵣ مواد عایق معمولاً بین2-10}} (مانند Etfe etfe در حدود 2.6) است.

(2) فرمول رابطه با ظرفیت

برای خازن های صفحه موازی ، رابطه بین خازن (C) و ثابت دی الکتریک:C=εᵣ​​⋅ε₀​⋅A/d​

در میان آنها ، A مساحت صفحه الکترود است و D فاصله بین صفحات الکترود (ضخامت مواد عایق) .

این فرمول نشان می دهد که تحت همان ساختار ، ثابت و خازن دی الکتریک بزرگتر ، توانایی مواد در ذخیره بار . قوی تر است

(3) مربوط به ضرر: مماس ضرر دی الکتریک (برنزه δ)

از دست دادن دی الکتریک ، از بین رفتن انرژی مواد عایق به دلیل هیسترزیس مولکولی در یک میدان الکتریکی است.} معمولاً توسط مماس از بین رفتن دی الکتریک (برنزه δ) نشان داده می شود و به ثابت دی الکتریک مربوط می شود:tanδ=ε/ε

در میان آنها ، ε "قسمت واقعی ثابت دی الکتریک (نمایانگر ظرفیت ذخیره انرژی) است ، و ε '' بخش خیالی (نمایانگر از دست دادن) .

هرچه برنزه δ کوچکتر باشد ، از بین رفتن عایق مواد کوچکتر و عملکرد الکتریکی پایدار تر (مانند برنزه δ ETFE از حدود 0. 003 ، که متعلق به مواد باخت کم است).

2. پارامترهای کلیدی و روابط تبدیل عملکرد عایق

پارامترهای اصلی عملکرد عایق شامل مقاومت عایق ، قدرت تجزیه ، ثابت دی الکتریک ، از دست دادن دی الکتریک و غیره .} این پارامترها به طور جمعی منعکس کننده توانایی عایق و پایداری مواد هستند و برخی از پارامترها می توانند از طریق آزمایشات یا فرمول های تجربی.}}}}

(1) مقاومت عایق (r_ضخامت​)

مقاومت عایق توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر نشت جریان ، اندازه گیری شده در اهم (Ω) است و به مقاومت مواد (ρ) به شرح زیر مربوط می شود:R_ضخامت​=ρ⋅d​/A

در میان آنها ، ρ مقاومت به حجم (واحد: ω · m) ، d ضخامت عایق است ، و A سطح رسانا .

معنی تبدیل: هرچه مقاومت بالاتر باشد ، مقاومت عایق بیشتر می شود و عملکرد عایق مواد بهتر می شود (مانند ETFE ، که مقاومت حجم آن معمولاً بیشتر از 10⁶⁶ω · m است ، متعلق به مواد عایق بالا) {1 {}}

(2) قدرت تجزیه (Eᵦ)

استحکام خرابی ، قدرت حیاتی میدان الکتریکی است که در آن یک ماده می تواند بدون شکسته شدن ، در kV/mm (کیلوولت در میلی متر) از یک میدان الکتریکی مقاومت کند و با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:E_b​=U_b/d
در میان آنها ، Uᵦ ولتاژ شکست (kV) است ، و D ضخامت عایق (میلی متر) .

معنی تبدیل: هرچه قدرت تجزیه بیشتر باشد ، ولتاژ آن بالاتر می تواند در همان ضخامت مقاومت کند (برای مثال ، استحکام خرابی ETFE در مورد20-30 kV/mm است ، و فقط یک لایه عایق بسیار نازک برای برآورده کردن الزامات در ولتاژ 600 ولت لازم است)

(3) همبستگی بین از بین رفتن ثابت دی الکتریک و انتقال سیگنال

در انتقال سیگنال با فرکانس بالا ، از دست دادن سیگنال () مربوط به ثابت دی الکتریک (εᵣ) و از دست دادن دی الکتریک (برنزه δ) است و فرمول تجربی: ∝f⋅√ε_r⋅tanδ

در میان آنها ، f فرکانس سیگنال .

اهمیت تبدیل: کم εᵣ و برنزه کم δ می تواند از بین رفتن سیگنال با فرکانس بالا به طور قابل توجهی کاهش یابد ، بنابراین مواد دی الکتریک کم مانند ETFE برای سناریوهای انتقال سیگنال با سرعت بالا (مانند هوافضا و تجهیزات الکترونیکی دقیق) مناسب هستند.

3. نمونه ای از تبدیل عملکرد در برنامه های عملی (استفاده از سیم UL AWM 10126 به عنوان نمونه)

سیم UL AWM 10126 عایق ETFE (εᵣ≈2.2 ، tanδ≈0.003 ، Strength ≈ 25kV/mm) ، ولتاژ دارای 600 ولت ، دمای عملیاتی 150 درجه ، تبدیل عملکرد عایق به شرح زیر است:

(1) تأیید ولتاژ تجزیه: اگر ضخامت عایق 0.1 میلی متر باشد ، ولتاژ شکست نظریU_b​=E_b​⋅d =25 kV/mm × 0.1mm =2.5 kV، به مراتب بالاتر از 600 ولت ، با حاشیه ایمنی کافی.

(2) برآورد از دست دادن فرکانس بالا: در فرکانس 100 مگاهرتز ، از دست دادن سیگنال آن بسیار پایین تر از مواد دی الکتریک بالا (مانند PVC ، با εᵣ≈3. 5) است ، و آن را برای انتقال سیگنال در دستگاه های الکترونیکی دقیق مناسب می کند.

(3) تبدیل مقاومت به عایق: اگر سطح سطح هادی 10 سانتی متر مربع باشد ، ضخامت عایق 0.1 میلی متر و ETFE استρ≈10¹⁷Ω·m، سپس مقاومت عایقR_ضخامت=10¹⁷×0.0001/0.001​=10¹⁶Ω، جریان نشت را می توان نادیده گرفت.

4. خلاصه

ثابت دی الکتریک نشانگر اصلی ظرفیت ذخیره انرژی مواد عایق است ، که مستقیماً مربوط به خازن و از دست دادن است . ثابت دی الکتریک کم (مانند ETFE) برای سناریوهای با فرکانس بالا و کم از دست دادن مناسب است .}

تبدیل عملکرد عایق می تواند به طور کمی کاربرد مواد در شرایط مختلف کار را از طریق فرمول های مربوط به پارامترهایی مانند مقاومت ، قدرت تجزیه و از دست دادن ارزیابی کند (مانندسیم UL AWM 10126، که برای اتصالات الکتریکی 600 ولت در فضاهای جمع و جور و محیط های درجه حرارت بالا به دلیل مقاومت کم و زیاد تجزیه آن مناسب است) .

تبدیل این پارامترها مبنای علمی برای انتخاب سیم و طراحی عایق فراهم می کند ، تضمین هزینه و بهینه سازی فضا در حالی که نیازهای لازم مانند ولتاژ و دما .