Электротехникалық материалтану

Диэлектрлік шығындар
деп, диэлектрикте электр өрісінің әсер етуінен 
таралатын, нәтижесінде диэлектрик қызатын энергияны атайды.
Диэлектрикте энергия шығындары айнымалы кернеуде де, тұрақты 
кернеу кезінде де байқалады, өйткені материалда өткізгіштікпен бейімделген 
өткізгіш тоқ жүреді. Тұрақты кернеуде периодты өрістену жоқ болған кезде, 
материалдың сапасы, жоғарыда айтылғандай, меншікті көлемдік және беттік 
кедергілермен сипатталады. Айнымалы кернеуде материал сапасының басқа 
бір сипаттамасын қолдану қажет, өйткені бұл жағдайда, өтпе электр 
өткізгіштігінен басқа, диэлектрикте энергия шығындарын келтіретін, бірқатар 
қосымша себептер туады.
Электр оқшауланған материалдағы диэлектрлік 
шығындарды таралатын қуаттың көлем бірлігіне қатысымен немесе меншікті 
шығындармен сипаттауға болады; көбінесе диэлектриктің электр өрісінде 
энергияны тарату қабілетін сипаттау үшін диэлектрлік шығындар бұрышын 
және де сол бұрыштың тангенсін қолданады. 
Диэлектрлік шығындар бұрышы
деп сыйымдылықтық тізбектегі тоқ пен 
кернеу арасындағы фазалар жылжуының бұрышын (φ) 90
0
-қа дейін толықты-
ратын бұрышты (δ) атайды. Идеалды диэлектрик жағдайында, мұндай тізбек-
тегі тоқ векторы кернеу векторынан 90
0
-қа алда болады, бұл кезде (δ) бұрышы 
нөлге тең болады. Жылуға ауысып өтетін, диэлектрикте таралатын қуат 
неғұрлым үлкен болса, соғұрлым фазалар бұрышының мәні төмен, 
(δ) бұрышы мен оның функциясы tgδ жоғары болады.
Электроқшауланған материалдың диэлектрлік шығыны өте зор болса 
осы материалдан жасалған бұйым қатты қызады да, жылулық бұзылуына 
әкеліп соғады. Кернеудің мөлшері жоғары болмаған кезде, сол кернеудің 
әсерінен 
үлкеймей, диэлектрикті қыздырмаса да, үлкен диэлектриктік 
шығындар тербелмелі контурдың активтік кедергісін өсіріп жіберуі мүмкін, ол 
жағдайда бәсеңдеу (өшу) мөлшері ұлғаяды.
Электроқшауланған материалдың диэлектрлік шығындарының табиғаты, 
заттың агрегатты күйіне байланысты әртүрлі. Диэлектрлік шығындар өтпе 
тоғымен немесе өрістену құбылысын қарастыру кезінде аталып өткен өрістену 
тоқтарының активті құрастырушыларымен бейімделеді. Диэлетриктің 
өрістенуімен байланысты диэлектрлік шығындарды оқып білу кезінде бұл 

құбылысты берілген диэлектригі бар, конденсатор астарындағы электр 
зарядтың, конденсаторға келтірілген кернеуден тәуелділігін көрсететін 
қисықтар түрінде құруға болады. Өрістену құбылысын келтіретін 
шығындардың болмауы кезінде зарядтың кернеуден тәуелділігі сызықты 
болады (3.1.а сурет) және де мұндай диэлектрик сызықты деп аталады. Егер 
сызықты диэлектрикте энергия шығындарымен байланысты баяуланған 
өрістену байқалса, онда зарядтың кернеуден тәуелділік қисығы эллипс түрін 
қабылдайды. Бұл эллипстің ауданы кернеудің бір периодта өзгерген кезіндегі 
диэлектрикпен қамтылатын энергия мөлшеріне пропорционалды (3.1.б сурет).
3.1Сурет - Шығындарсыз (а) және шығынды (б) диэлектрик үшін зарядтың 
кернеуден тәуелділігі
Сызықты емес диэлектрик - сегнетоэлектрик жағдайында, зарядтың 
тәуелділік қисығы дәл магнитті материалдардағы гистерезис тұзағының 
сипатындай тұзақ түйін түрін көрсетеді және де бұл жағдайда тұзақ ауданы бір 
периодтағы энергия шығындарына пропорционалды. (3.1.в сурет)
Техникалық электроқшауланған материалды, өтпе электр өткізгіштіктің 
және баяуланған өрістенудің шығындарынан өзге, диэлектриктердің электрлік 
қасиеттеріне қатты әсер ететін диэлектрлік шығындар пайда болады. Бұл 
шығындар бір-бірінен оқшауланған, өткізгіштік немесе жартылай өткізгіш 
көміртегі, темір оксиді және т.б. қосылуларының бар болуымен анықталады 
және де электр оқшауланған материалды мұндай қоспалардың аз мөлшерде 
бар болған кезінде де маңызы зор.
Жоғары кернеуде диэлектриктегі шығындар, диэлектрик ішінде газды 
қосылулардың иондану нәтижесінде, әсіресе жоғары жиіліктерде жиі-жиі 
жүріп өтетін иондалу кезінде пайда болады.
Айнымалы кернеу тізбегінде орналасқан шығынды диэлектригі бар 
конденсаторға эквивалентті сұлбаны қарастырайық.
Бұл сұлбаны таңдау осы сұлбада тарайтын активті қуат конденсатордың 
диэлектригінде 
таралатын 
қуатқа 
тең, 
ал 
тоқ 
қарастырылған 

конденсатордікіндей кернеуді озып тұру керек. Қойылған сұрақты шешу үшін 
шығыны бар конденсаторды активті кедергімен тізбектелген идеалды 
конденсатормен 
немесе 
активті 
кедергімен 
шунтталған 
идеалды 
конденсатормен алмастыру керек. 
Тізбектелген және параллелді сұлба 3.2 суретте көрсетілген. Сонымен 
қатар сұлбада сәйкесті тоқ пен кернеу диаграммалары көрсетілген. 
Тізбектелген және параллельді сұлбалар, егер де толық кедергілер z
1
=z
2
=z тең 
болса, олардың активті және реактивті құрастырушылары да тек сонда 
эквивалентті болады. Егер кернеуге ток ығысу бұрыштары (φ) тең және 
активті қуаттың мағынасы бірдей болса, бұл шарттар орындалады. Активті 
қуат P
a
=UIcosφ (3.1) екені белгілі C
s
, C
p
сыйымдылықтары φ бұрышын 90 
градусқа дейін толықтыратын δ бұрышы арқылы өрнектейік. 3.1 өрнекпен 
сәйкесті векторлы диаграмманы қолдана отырып, тізбектелген сұлба үшін 
келесі тұжырымдаманы келтіруге болады.
3.2. Сурет - Шығынды диэлектриктің векторлы диаграммасы және 
эквивалентті сұлбасы

; (3.2)
(3.3)
Параллельді сұлба үшін
(3.4)
(3.5)
(3.2) және (3.4) – пен, тағы да (3.3) және (3.5) теңестіріп, С
р
және С
s
– 
пен Ч
s
және Ч
р
–ның аралығындағы қатынастарды табамыз.
(
3.6)
(3.7)
Жоғары сапалы диэлектриктер үшін С
р
= С
s
=С деп есептеуге болады, 
қуатты бұл жағдайда келесі формуламен өрнектейміз

(3.8
)
мұндағы Р
а
– активті қуат, Вт;
U – кернеу, В;
ω – бұрыштық жиілік, с
-1
;
с – сыйымдылық, φ;
Меншікті диэлектрлік шығындардың, яғни диэлектрик бірлігінде 
таралатын қуаттың өрнегі келесі түрді көрсетіледі
(3.9
)
мұндағы Р - меншікті шығындар, Вт/м3
Е - электр өрісінің кернеулігі, В/м
ω - бұрыштық жиілік, с
-1
;
Шынында да, қабырғасы 1 м кубтың қарама - қарсы жақтарының арасындағы 
сыйымдылық С
1
=ε
0
·ε, меншікті өткізгіштіктің реактивті құраушысы:
, (3.10)
Активті құраушысы 
(3.11)

(3.8) және (3.9) өрнектерден көрінеді, жоғары вольтты құрылғыларда, 
жоғары жиілікті аппаратурада, әсіресе жоғары вольтты, жоғары жиілікті 
құрылғыларда неге десең диэлектрлік шығынының мөлшері диэлектрикке 
қойылған кернеудің квадратына және өрістің жиілігіне пропорционалды 
болғандықтан, диэлектрлік шығынның мағынасы өте қажетті. Осы 
бұйымдарда қолданылатын заттардың диэлектрлік шығын бұрышының tgδ 
және диэлектрлік өтімділіктің мағынасы аз, төмен болу керек, әйтпесе 
диэлектрикте сейілетін қуаттың мөлшері өте жоғары болып, диэлектрик 
қызып, балқып кетуі мүмкін.

жүктеу 1,45 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: