談電機的電介質和介質損耗

2021-01-15 電機技術日參

應朋友之約,對電機的介質損耗進行一個相對通俗的描述。為了描述介質損耗,我們首先來談電介質。對於電機產品,絕緣紙、絕緣漆、電磁線的絕緣層、高壓電機線圈外包雲母帶、高阻帶、低阻帶、引接線絕緣皮和空氣等都是與其相關的電介質。

電介質包括氣態、液態和固態等範圍廣泛的物質,也包括真空。固態電介質包括晶態電介質和非晶態電介質兩大類,後者包括玻璃、樹脂和高分子聚合物等,是

電介質在外電場作用下,其內部會有發熱現象,這說明有部分電能已轉化為熱能耗散掉,電介質在電場作用下,在單位時間內因發熱而消耗的能量稱為電介質的損耗功率,或簡稱介質損耗。

如果介電損耗較大,甚至會引起介質的過熱而絕緣破壞,所以從這種意義上講,介質損耗越小越好。

電工中一般認為,電阻率超過10歐·釐米的物質便歸於電介質。電介質的帶電粒子,被原子、分子的內力或分子間的力緊密束縛著,因此這些粒子的電荷為束縛電荷。在外電場作用下,這些電荷也只能在微觀範圍內移動,產生極化。在靜電場中,電介質內部可以存在電場,這是電介質與導體的基本區別。不導電的物質,如空氣、玻璃、雲母片、膠木等。

凡在外電場作用下產生宏觀上不等於零的電偶極矩,因而形成宏觀束縛電荷的現象稱為電極化,能產生電極化現象的物質統稱為電介質。電介質的電阻率一般都很高,被稱為絕緣體。有些電介質的電阻率並不很高,不能稱為絕緣體,但由於能發生極化過程,也歸入電介質。

電介質在外電場作用下,其內部會有發熱現象,這說明有部分電能已轉化為熱能耗散掉,電介質在電場作用下,在單位時間內因發熱而消耗的能量稱為電介質的損耗功率,或簡稱介質損耗。介質損耗是應用於交流電場中電介質的重要品質指標之一。介質損耗不但消耗了電能,而且使元件發熱影響其正常工作。如果介電損耗較大,甚至會引起介質的過熱而絕緣破壞,所以從這種意義上講,介質損耗越小越好。

各種不同形式的損耗是綜合起作用的。由於介質損耗的原因是多方面的,所以介質損耗的形式也是多種多樣的。介電損耗主要有以下形式:

漏導損耗又稱電導損耗。實際使用中的絕緣材料都不是完善的理想的電介質,在外電場的作用下,總有一些帶電粒子會發生移動而引起微弱的電流,這種微小電流稱為漏導電流,漏導電流流經介質時使介質發熱而損耗了電能。這種因電導而引起的介質損耗稱為「漏導損耗」。由於實際的電介質總存在一些缺陷,或多或少存在一些帶電粒子或空位,因此介質不論在直流電場或交變電場作用下都會發生漏導損耗。

在介質發生緩慢極化時(鬆弛極化、空間電荷極化等),帶電粒子在電場力的影響下因克服熱運動而引起的能量損耗。

一些介質在電場極化時也會產生損耗,這種損耗一般稱極化損耗。位移極化從建立極化到其穩定所需時間很短,這在無線電頻率範圍均可認為是極短的,因此基本上不消耗能量。其他緩慢極化(例如鬆弛極化、空間電荷極化等)在外電場作用下,需經過較長時間才達到穩定狀態,因此會引起能量的損耗。

若外加頻率較低,介質中所有的極化都能完全跟上外電場變化,則不產生極化損耗。若外加頻率較高時,介質中的極化跟不上外電場變化,於是產生極化損耗。

電離損耗,又稱游離損耗。是由氣體引起的,含有氣孔的固體介質在外加電場強度超過氣孔氣體電離所需要的電場強度時,由於氣體的電離吸收能量而造成損耗,這種損耗稱為電離損耗。

在高頻電場和低溫下,有一類與介質內鄰結構的緊密度密切相關的介質損耗稱為結構損耗。這類損耗與溫度關係不大,耗功隨頻率升高而增大。試驗表明結構緊密的晶體成玻璃體的結構損耗都很小,但是當某些原因(如雜質的摻入、試樣經淬火急冷的熱處理等)使它的內部結構鬆散後。其結構耗就會大大升高。

工程介質材料大多數是不均勻介質。例如陶瓷材料就是如此,它通常包含有晶相、玻璃相和氣相,各相在介質中是統計分布口。由於各相的介電性不同,有可能在兩相間積聚了較多的自由電荷使介質的電場分布不均勻,造成局部有較高的電場強度而引起了較高的損耗。但作為電介質整體來看,整個電介質的介質損耗必然介於損耗最大的一相和損耗最小的一相之間。


Long-press QR code to transfer me a reward

As required by Apple's new policy, the Reward feature has been disabled on Weixin for iOS. You can still reward an Official Account by transferring money via QR code.

相關焦點

  • 電介質產生介質損耗或介質損失原因
    在電壓作用下,電介質產生一定的能量損耗,這部分損耗稱介質損耗或介質損失。電介質產生介質損耗或介質損失原因主要因為電介質電導、極化和局部放電。一、電介質電導引起的損耗在電場作用下電介質電導(又稱漏導)產生的洩漏電流會造成能量損耗。這種損耗在交流與直流作用下都存在,且這種損耗與極化、局部放電引起的損耗比較是很小的。
  • 介質損耗測試儀工作原理
    這種能量損耗叫做電介質的損耗。當電介質上施加交流電壓時,電介質中的電壓和電流間存在相角差Ψ,Ψ的餘角δ稱為介質損耗角,δ的正切tgδ稱為介質損耗角正切。tgδ值是用來衡量電介質損耗的參數。儀器測量線路包括一標準迴路(Cn)和一被試迴路(Cx),如圖1所示。標準迴路由內置高穩定度標準電容器與測量線路組成,被試迴路由被試品和測量線路組成。測量線路由取樣電阻與前置放大器和A/D轉換器組成。
  • 高分子材料介電常數及介質損耗測試方法
    高分子材料介電常數及介質損耗測試方法  介質在外加電場時會產生感應電荷而削弱電場,介質中的電場減小與原外加電場(真空中)的比值即為相對介電常數  電容器的極板之間的絕緣材料稱為電介質  幹空氣是良好的電介質,並被用在可變電容器以及某些類型的傳輸線.蒸餾水如果保持沒有雜質的話是好的電介質,其相對介電常數約為80.
  • 電工基礎知識梳理:漏電流和電介質
    電介質和絕緣材料我們習慣性的說,不導電的物質就叫做「絕緣材料」。但事實上,沒有絕對絕緣的物質,換句話說,沒有一點也不導電的材料。國標GB/T 2900.5-205-2002中規定電阻率為10^9Ω·m以上的材料,均可稱為絕緣材料。絕緣材料又被稱為電介質,簡稱介質。介質內的帶電粒子,會在電場的作用下移動,在靜電場內產生極化,並在介質內部形成磁場。這是介質與導體最大的不同。
  • 介質損耗因數(tanδ)測量和繞組對地和繞組間的電容測定
    一、 絕緣中的損耗油紙絕緣是有損耗的,在交變電場作用下產生極化損耗和電導損耗。因此,絕緣中通過的電流就不是超前電壓90°,而是比90°小了一個角度,亦即引起了損耗。當外施電壓為交流電壓時,絕緣中的視在功率UI可以分為兩個組成部分,有功功率P和無功功率Q,其比值稱為介質損耗因數,即tanδ=P/Q。
  • 溫度和溼度對絕緣電阻、洩露電流和介質損耗測試有何影響
    絕緣電阻隨溫度上升而減小,洩露電流隨溫度增大而上升,介質損失隨溫度變化比較複雜可能增大也可能減小。溼度增大使絕緣電阻減小,絕緣表面洩漏電流增大, 介質損耗增大。分析:(1)絕緣電阻(兆歐表)。當溫度升高後,絕緣介質中的極化加劇, 電導增加,致使電阻值降低,並與溫度的變化程度以及絕緣材料的性質和結構等有關。因此測量絕緣電阻時必須記錄溫度,以便將其換算到同一溫度進行比較。2、溼度的影響:絕緣表面吸附潮氣,瓷套表面形成水膜,常使絕緣電明旦著降低,當空氣中相對溼度較大時會吸收較多的水分,增加了電導,也使絕緣電阻值降低。
  • CYADI-6000 變頻抗幹擾介質損耗測量儀Capacitance and Dissipation Factor Tester
    一、概述變頻抗幹擾介質損耗測量儀是發電廠、變電站等現場或實驗室測試各種高壓電力設備介損正切值及電容量的高精度測試儀器
  • 什麼是電介質?
    電容器極板間充滿某種電介質時電容增大的倍數叫做這種電介質的相對介電常量。用符號εr表示,εr=C/C0,C0表示極板間為真空時電容器的電容、C表示兩極間充滿某種電介質時的電容。相對介電常量是一個純數,它與真空介電常量的乘積叫做電介質的介電常量,用符號ε表示,即ε=εr·ε0,ε0是真空介電常量。各種電介質都有一定的絕緣強度,當電介質中的電場強度超過此值時,電介質就失去絕緣性質,稱為介質被「擊穿」。
  • 靜電場中的電介質
    ,在電場的作用下位於場內的電介質被極化,產生極化電荷,極化電荷也會產生自己的電場,然後本身自由電荷產生的場與極化電荷產生的場兩者疊加就會是該位置實際的電場,其中極化強度裡引入了電介質的極化率、極化率與相對介電常數是相關的兩個物理量,這裡的相對介電常數就是電容映入中的ε r,真空介電常量與相對介電常量的乘積是電介質的介電常量。
  • 電容區別,關鍵在介質~
    區別在於介質的不同、性能不同、容量不同、結構不同致使用環境和用途也不同。反過來講,人們根據生產實踐需要,實驗製造了各種功能的電容器來滿足各種電器的正常運行和新設備的運轉。隨著科學技術的發展和新材料的發掘,更優質、多樣化的電容器會不斷湧現。
  • 知識貼:電介質的電導與電阻率
    電介質在電場下主要的電特性是極化和電導,其本質都是一種電荷遷移現象。在往期內容中,我們詳細介紹了電介質極化及極化產生的機理。從本意上講,電介質應該是不導電的,其電阻率無限大。實際上,所有電介質在直流電壓作用下總會有微弱的電流通過(漏導電流)。
  • 電介質與磁介質中的磁荷觀點
    02電介質通常情況下,我們認為電介質是絕緣介質,是不導電的。通過實驗我們發現了插入電介質的電容器的電容要比不插入電介質的電容器的電容大,而且插入不同的介質的電容器的電容也不相同。既然插入電介質和插入導體都會使得電容變大,我們就會不由的猜測,插入絕緣的介質是不是和插入導體產生的影響具有某些相似之處呢?03極化的微觀機制我們都知道分子是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成的,雖然整體分子是不帶電的,但是正負電荷不是集中在同一點。
  • 知識貼:先進電介質材料
    這對電介質材料的導熱性、力學性能、耐熱性能等都提出了更高的綜合要求。然而,當前對於這類具有多種功能需求的電介質材料的極端條件下服役特性、設計與製備的研究還很不充分,在基礎設計理論與製備手段方面都需要創新。
  • 何為微波介質陶瓷 微波介質陶瓷的製備方法
    低介微波介質陶瓷體系如Al2O3-TiO2系和鈦酸鎂系列等,因其高品質因數而被應用於對介質損耗要求比較嚴格的領域,如衛星通訊、軍用雷達等方面 中介微波介質陶瓷體系如(Zr,Sn)TiO4系具有高Q值,低諧振頻率溫度係數,可用於製備介質諧振器解決窄帶諧振器的頻率漂移問題。
  • 氧化鎂微波介質陶瓷,5G行業的先進材料
    微波介質陶瓷作為一種新型電子材料,在現代通信中被用作諧振器、濾波器、介質基片、介質天線、介質導波迴路等,廣泛應用於微波技術的許多領域,如行動電話、汽車電話、無繩電話、電視衛星接收器、衛星廣播、雷達、無線電遙控等。
  • 西安交大成立國際電介質研究中心
    中國日報網中國在線消息:8月28日,第一屆國際電介質中心全體理事會議在西安交通大學召開,中國科學院院士、美國國家工程院外籍院士姚熹,美國賓州州立大學L.Eric Cross教授及美國、加拿大、德國、日本等10多個國家和地區電介質研究領域的30多知名專家學者參會,大會授牌成立了國際電介質研究中心。
  • 三相異步電動機試驗熱試驗冷卻介質溫度的測定方法
    熱試驗目的熱試驗的目的是確定電機在額定負載條件下運行時定子繞組的工作溫度和電機某些部分溫度高於冷卻介質溫度的溫升。取各測點讀數的算術平均值作為冷卻介質溫度。外冷卻器電機對採用外接冷卻器及管道通風冷卻的電機,應在冷卻介質進人電機的人口處測量冷卻介質的溫度。
  • 從電機絕緣老化機理分析,高壓電機繞組絕緣處置應該怎麼做?
    對於低壓電機,絕緣材料的絕緣壽命,主要取決於熱老化和機械性損傷老化,而對於高壓電機,絕緣材料的老化,主要取決於電老化和機械損傷性老化。 引起絕緣老化的原因可歸結為電、熱、化學、機械、溼度的影響等。為了保證電機的使用可靠性,應針對可能的老化原因,採取必要的措施。 01電腐蝕位置遊動不定,誘發絕緣老化!
  • 西安交通大學李盛濤教授:電介質界面介電現象和機理
    本期雲沙龍聚焦「高場絕緣介電特性」,由中國電工技術學會青年工作委員會高壓絕緣等離子體學組和哈爾濱理工大學承辦。 在徵求與會演講專家同意後,本期青年雲沙龍的部分專家報告將陸續在本公號上推送,敬請廣大讀者關注。
  • 2020新基建火了,5G陶瓷介質濾波器大爆發,導電銀漿準備好了嗎?
    導電銀漿的種類及配比特別是添加劑的種類和用量會影響產品的表面附著力、燒結溫度、表面粗糙度等參數。 據報導,全球5G陶瓷介質濾波器需求量是16億隻,如果按照每隻用導電銀漿1.2g(含損耗),5000元/公斤計算,5G陶瓷濾波器用導電銀漿市場為