ектричної енергії в теплову. Тому якість матеріалу недостатньо характеризувати тільки опором ізоляції.
В інженерній практиці найчастіше для характеристики здатності діелектрика розсіювати енергію в електричному полі використовують кут діелектричних втрат, а також тангенс цього кута.
Кутом діелектричних втрат п„„ називають кут, що доповнює до 90 0 кут зсуву фаз П† між струмом і напругою в ємнісний ланцюга.
У разі ідеального діелектрика вектор струму в такому колі випереджає вектор напруги на кут 90 0 ; при цьому кут п„„ дорівнює нулю. Чим більше розсіюється в діелектрику потужність, тим менше кут зсуву фаз П† і тим більше кут діелектричних втрат п„„ і його функція tg п„„.
Тангенс кута діелектричних втрат безпосередньо входить у формулу для розсіюється в діелектрику потужності, тому практично найбільш часто користується цією характеристикою.
Розглянемо схему, еквівалентну конденсатору з діелектриком, що володіє втратами. Ця схема повинна бути вибрана з таким розрахунком, щоб активна потужність, що витрачається в даній схемі, була дорівнює потужності, що розсіюється в діелектрику конденсатора, а струм був би зрушений відносно напруги на той же кут, що і в розглянутому конденсаторі.
Поставлену задачу можна вирішити, замінивши конденсатор з втратами ідеальним конденсатором з паралельно включеним активним опором (паралельна схема) або конденсатором з послідовно включеним опором (послідовна схема). Такі еквівалентні схеми, звичайно, не дають пояснення механізму діелектричних втрат і введені тільки умовно.
Паралельна і послідовна еквівалентні схеми представлені на рис. 2.1 .. Там же дано відповідні діаграми струмів і напруг. Обидві схеми еквівалентні один другу, якщо при рівності повних опорів Z 1 = Z 2 = Z рівні відповідно їх активні і реактивні складові. Ця умова буде дотримана, якщо кути зсуву струму щодо напруги рівні і значення активної потужності однакові.
В
Рис. 2.1. Паралельна (А) і послідовна (б) еквівалентні схеми діелектрика з втратами і векторні діаграми для них.
Для паралельної схеми з векторної діаграми
tg п„„ = I а/ I з = 1/(П‰ C р R ); (2.1.) p> Ра = U В· I а = U 2 П‰ Ср tg п„„ (2.2.) br/>
для послідовної схеми
В
Прирівнюючи вирази (2.2.) І (2.4.), А також (2.1.) І (2.3.), Знайдемо співвідношення між Ср і З s і між R і r:
В
Для доброякісних діелектриків можна знехтувати значенням tg 2 п„„ в порівнянні з одиницею у формулі (2.5.) і вважати Ср ≈ З s = С . Вирази для потужності, розсіюється в діелектрику, в цьому випадку будуть також однакові у обох схем:
Ра = U 2 П‰ З tg п„„, (2.7.) br/>
де Ра виражено в Вт; U - у В; П‰ - у с -1 ; З - у Ф.
Слід зазначити, що при змінній напрузі на відміну від постійного ємність діелектрика з великими втратами стає умовною величиною і залежить від вибору тієї чи іншої еквівалентної схеми. Звідси і діелектрична проникність матеріалу з великими втратами при змінній напрузі також умовна.
Для більшості діелектриків параметри еквівалентної схеми залежать від частоти. Тому, визначивши-яким методом значення ємності і еквівалентного опору для даного конденсатора при деякій частоті, не можна використовувати ці параметри для розрахунку кута втрат при іншій частоті. Такий розрахунок справедливий тільки в окремих випадках, коли еквівалентна схема має певне фізичне обгрунтування. Так, якщо для даного діелектрика відомо, що втрати в ньому визначаються тільки втратами від наскрізної електропровідності в широкому діапазоні частот, то кут втрат конденсатора з таким діелектриком може бути обчислений для будь-якої частоти, що лежить в цьому діапазоні, за формулою (2.1.). Втрати в такому конденсаторі визначаються виразом
Ра = U 2 /R. (2.8.) br/>
Якщо ж втрати в конденсаторі обумовлені головним чином опором підвідних і з'єднувальних проводів, а також опором самих електродів (обкладок), наприклад, тонким шаром срібла в слюдяними або керамічному конденсаторі, то розсіює потужність в ньому зростає з частотою пропорційно квадрату частоти:
Ра = U 2 П‰ З tg п„„ = U 2 П‰ 2 З 2 В· r . (2.9.)
З виразу (2.9.) можна зробити вельми важливий практичний висновок: конденсатори, призначені для роботи на високій частоті, повинні мати по можливості мале опір, як електродів, так і сполучних пр...