1. Dielektrik sabitinin temel kavramları ve formülleri (ε)
Dielektrik sabiti, bir dielektrikin geçirgenlik olarak da bilinen bir elektrik alanında yükleme kabiliyetini karakterize eden fiziksel bir miktardır ve yalıtım malzemelerinin daha büyük değerini ölçmek için çekirdek parametrelerden biridir ., malzemenin daha güçlü bir şekilde, malzemenin depolama yeteneğini, ancak genellikle yalıtma malzemelerini azaltma eğiliminde olan, daha güçlü bir şekilde, düşük bir dielektrik kaybına sahip olmak eğilimindedir.
(1) Dielektrik sabitinin tanım formülü
Dielektrik sabiti (göreceli dielektrik sabiti, εᵣ), bir malzemenin dielektrik sabitinin (ε) vakum dielektrik sabitine (ε₀) oranıdır:
εᵣ=ε/ε₀
Bunlar arasında, ε₀ yaklaşık olarak olan vakum dielektrik sabitidir8.854 × 10-12F/m (farad/m).
Nispi dielektrik sabiti (εᵣ) boyutsuz bir fiziksel miktarıdır . Vakumun εᵣ 1'dir, hava εᵣ yaklaşık 1 . 0006 ve yalıtım malzemelerinin εᵣ genellikle 2-10} ({3}}} ({3}}) arasındadır.
(2) kapasitans ile ilişki için formül
Paralel plaka kapasitörleri için kapasitans (C) ve dielektrik sabiti arasındaki ilişki:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Bunlar arasında A elektrot plakasının alanıdır ve D, elektrot plakaları (yalıtım malzemesi kalınlığı) arasındaki mesafedir .
Bu formül, aynı yapı altında, dielektrik sabiti ve kapasitans ne kadar büyük olursa, malzemenin yükleri depolama yeteneğinin o kadar güçlü olduğunu gösterir .
(3) Kayıp İlgili: Dielektrik Kaybı Teğet (Tan Δ)
Dielektrik kaybı, bir elektrik alanında moleküler polarizasyon histerezi nedeniyle yalıtım malzemelerinin enerji kaybıdır . Dielektrik kaybı teğet (Tan δ) ile yaygın olarak temsil edilir ve aşağıdaki gibi dielektrik sabiti ile ilişkilidir:tany=ε/ε ′
Bunlar arasında ε ', dielektrik sabitinin (enerji depolama kapasitesini temsil eden) gerçek parçasıdır ve ε' 'hayali kısımdır (kaybı temsil eder) .
Tan ne kadar küçük olursa, malzemenin yalıtım kaybı o kadar küçük olur ve elektrik performansı o kadar kararır (düşük kayıp malzemelerine ait olan yaklaşık 0 . 003'ün ETFE tan δ gibi).
2. Anahtar parametreler ve yalıtım performansının dönüşüm ilişkileri
Yalıtım performansının temel parametreleri arasında yalıtım direnci, arıza mukavemeti, dielektrik sabiti, dielektrik kayıp, vb.
(1) yalıtım direnci (rkâr)
Yalıtım direnci, bir malzemenin ohm (ω) cinsinden ölçülen akım sızıntısına direnme yeteneğidir ve malzemenin direnci (ρ) ile aşağıdaki gibi ilişkilidir:Rkâr=ρ⋅d/A
Bunlar arasında ρ, hacim direncidir (birim: ω · m), D yalıtım kalınlığıdır ve A iletken yüzey alanı .
Dönüşüm Anlamı: Direnç ne kadar yüksek olursa, yalıtım direnci o kadar yüksek olur ve malzemenin yalıtım performansı o kadar iyi olur (hacim direnci genellikle 10⁶Ω · m'den büyük olan ETFE gibi, yüksek yalıtım malzemelerine ait) .
(2) Arıza Gücü (Eᵦ)
Çıkma mukavemeti, bir malzemenin bir elektrik alanına kırılmadan, KV/mm (milimetre başına kilovolt) olarak ölçülmeden dayanabileceği ve aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabileceği kritik elektrik alan kuvvetidir:Eb=Ub/d
Bunlar arasında Uᵦ arıza voltajı (KV) ve D yalıtım kalınlığı (mm) .
Dönüşüm Anlamı: Çıkma mukavemeti ne kadar yüksek olursa, malzemenin aynı kalınlığa dayanabileceği voltaj o kadar yüksek olur (örneğin, ETFE'nin bozulma mukavemeti yaklaşık 20-30 kV/mm'dir ve 600V voltajdaki gereksinimleri karşılamak için sadece çok ince bir yalıtım tabakası gerekir .
(3) Dielektrik sabiti ile sinyal iletim kaybı arasındaki korelasyon
Yüksek frekanslı sinyal iletiminde, sinyal kaybı () dielektrik sabiti (εᵣ) ve dielektrik kaybı (Tan Δ) ile ilişkilidir ve ampirik formül: ∝f⋅√εr⋅tanΔ
Bunlar arasında f, . sinyal frekansıdır.
Dönüşüm Önemi: Düşük εᵣ ve düşük tenbirler yüksek frekanslı sinyal kaybını önemli ölçüde azaltabilir, bu nedenle ETFE gibi düşük dielektrik malzemeler yüksek hızlı sinyal iletim senaryoları (havacılık ve hassas elektronik ekipman gibi) için uygundur .
3. Pratik uygulamalarda performans dönüşümü örneği (UL AWM 10126 telini örnek olarak alıyor)
UL AWM 10126 TEL ETFE yalıtımını (εᵣ≈2.6, tanδ≈0.003, arıza kuvveti 25kv/mm), 600V'lik nominal voltaj, 150 derecelik çalışma sıcaklığı, yalıtım performansı dönüşümü aşağıdaki gibidir:
(1) Arıza voltajının doğrulanması: Yalıtım kalınlığı 0.1 mm ise, teorik arıza voltajıUb=Eb⋅D =25 kv/mm × 0.1mm =2.5 kv, yeterli güvenlik marjı olan 600V olarak derecelendirilenden çok daha yüksek .
(2) Yüksek frekans kaybı tahmini: 100MHz frekansta, sinyal kaybı yüksek dielektrik malzemelerin (PVC gibi, εᵣ 3 . 5), hassas elektronik cihazlarda sinyal iletimi için uygun hale getirir.
(3) Yalıtım Direnci Dönüşümü: İletkenin yüzey alanı 10 cm² ise, yalıtım kalınlığı 0.1 mm'dir ve ETFE'lerρ≈10¹⁷Ω·m, sonra yalıtım direnciRkâr=1017×0.0001/0.001=1016Ω, sızıntı akımı göz ardı edilebilir .
4. özet
Dielektrik sabiti, kapasitans ve kayıp ile doğrudan ilişkili olan yalıtım malzemelerinin enerji depolama kapasitesinin çekirdek göstergesidir . Düşük dielektrik sabiti (ETFE gibi) yüksek frekans ve düşük kayıp senaryoları için uygundur .}
Yalıtım performansının dönüştürülmesi, direnç, arıza mukavemeti ve kayıp gibi parametrelerle ilişkili formüller aracılığıyla farklı çalışma koşulları altında malzemelerin uygulanabilirliğini nicel olarak değerlendirebilir (UL AWM 10126 TEL, düşük εᵣ ve yüksek arıza mukavemeti nedeniyle kompakt boşluklarda ve yüksek sıcaklık ortamlarında 600V elektrik bağlantıları için uygun olan .
Bu parametrelerin dönüştürülmesi, tel seçimi ve yalıtım tasarımı için bilimsel bir temel sağlar, voltaj ve sıcaklık gibi gereksinimleri karşılarken maliyet ve boşluk optimizasyonu sağlar .
