1. Основни понятия и формули на диелектрична константа (ε)
Dielectric constant is a physical quantity that characterizes the ability of a dielectric to store charges in an electric field, also known as permittivity, and is one of the core parameters for measuring the electrical properties of insulating materials. The larger its value, the stronger the material's ability to store charges, but usually insulating materials tend to have a low dielectric constant to reduce signal loss and interference.
(1) Формула за дефиниция на диелектрична константа
Диелектричната константа (относителна диелектрична константа, εᵣ) е съотношението на диелектричната константа на материала (ε) към вакуумната диелектрична константа (ε₀):
εᵣ=ε/ε₀
Сред тях ε₀ е вакуумната диелектрична константа, която е приблизително8.854 × 10-12F/m (farad/m).
Относителната диелектрична константа (εᵣ) е безразмерно физическо количество . εᵣ на вакуум е 1, εᵣ въздух е приблизително 1 . 0006, а εᵣ на изолационните материали обикновено е между 2-10 (като qufe εᵣ от около 2.6).
(2) Формула за връзката с капацитета
За паралелни кондензатори на плочата връзката между капацитета (С) и диелектричната константа е:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Сред тях A е площта на електродна плоча, а D е разстоянието между електродни плочи (дебелина на изолационния материал) .
Тази формула показва, че при една и съща структура, толкова по -голяма е диелектричната константа и капацитета, толкова по -силна е способността на материала да съхранява заряди .
(3) Свързани с загуби: Диелектрична загуба допирателна (TAN δ)
Диелектричната загуба е енергийната загуба на изолационни материали поради хистерезис за молекулярна поляризация в електрическо поле ., тя обикновено се представя от допирателната диелектрична загуба (TAN δ) и е свързана с диелектричната константа, както следва:tanδ=ε/ε ′ ′ ′ ′
Сред тях ε 'е истинската част от диелектричната константа (представляваща способност за съхранение на енергия), а ε' 'е въображаемата част (представлява загуба) .
Колкото по -малък е тен δ, толкова по -малка е загубата на изолация на материала и по -стабилната електрическа характеристика (като Tan δ на ETFE от около 0 . 003, което принадлежи към материали с ниска загуба).
2. Параметри на ключовете и връзките на преобразуване на ефективността на изолацията
Основните параметри на производителността на изолацията включват изолационно съпротивление, пробивна якост, диелектрична постоянна, диелектрични загуби и др. Тези параметри колективно отразяват способността и стабилността на материалите за изолация, а някои параметри могат да бъдат свързани чрез експерименти или емпирични формули.
(1) Изолационно съпротивление (rвътрешно)
Изолационното съпротивление е способността на материал да се противопоставя на изтичането на ток, измерена в ома (Ω) и е свързана с съпротивлението на материала (ρ), както следва:Rвътрешно=ρ⋅d/A
Сред тях ρ е обемното съпротивление (единица: ω · m), d е дебелината на изолацията, а A е проводимата повърхностна площ .
Значение на конверсия: Колкото по -голямо е съпротивлението, толкова по -голямо е съпротивлението на изолацията, и толкова по -добра е работата на изолацията на материала (като ETFE, чието обемно съпротивление обикновено е по -голямо от 10⁶Ω · m, принадлежащи към материали с висока изолация) .
(2) Сила на разрушаване (Eᵦ)
Силата на разрушаване е критичната сила на електрическото поле, при която материалът може да издържи на електрическо поле, без да бъде разбит, измерен в kV/mm (киловолти на милиметър) и се изчислява, като се използва следната формула:Eb=Ub/d
Сред тях Uᵦ е напрежението на разрушаване (kV), а d е дебелината на изолацията (mm) .
Значение на преобразуване: Колкото по -висока е якостта на разбиване, толкова по -голямо е напрежението, което материалът може да издържи със същата дебелина (например, якостта на разрушаване на ETFE е около 20-30 kV/mm, и е необходим само много тънък изолационен слой, за да се отговори
(3) Корелацията между диелектричната константа и загубата на предаване на сигнала
При високочестотно предаване на сигнала загубата на сигнал () е свързана с диелектрична константа (εᵣ) и диелектрична загуба (TAN δ), а емпиричната формула е: ∝f⋅√εr⋅TanΔ
Сред тях F е честотата на сигнала .
Значимост на преобразуването: Ниският εᵣ и ниският тен δ могат значително да намалят загубата на сигнал с висока честота, така че ниските диелектрични материали като ETFE са подходящи за високоскоростни сценарии за предаване на сигнал (като аерокосмическо и прецизно електронно оборудване) .
3. Пример за преобразуване на производителността в практически приложения (вземане на ul AWM 10126 проводник като пример)
Ul awm 10126 тел Приема ETFE изолация (εᵣ≈2.6, Tanδ≈0.003, Силата на разрушаванежени 25kV/mm), номинално напрежение от 600V, работна температура от 150 градуса, преобразуването на изолационната ефективност е както следва:
(1) Проверка на напрежението на разрушаване: Ако дебелината на изолацията е 0,1 мм, теоретичното напрежение на разрушаванеUb=Eb⋅D =25 kv/mm × 0.1mm =2.5 kv, далеч по -висок от номиналния 600V, с достатъчен марж на безопасност .
(2) Оценка на високочестотна загуба: С честота 100MHz загубата на сигнал е много по -ниска от тази на високите диелектрични материали (като PVC, с εᵣ≈3 . 5), което го прави подходящ за предаване на сигнал в прецизни електронни устройства.
(3) Преобразуване на устойчивост на изолация: Ако повърхността на проводника е 10см², дебелината на изолацията е 0,1 мм, а ETFEρ≈10¹⁷Ω·m, след това изолационното съпротивлениеRвътрешно=1017×0.0001/0.001=1016Ω, токът на изтичане може да бъде игнориран .
4. Обобщение
Диелектричната константа е основният индикатор за капацитета за съхранение на енергия на изолационните материали, който е пряко свързан с капацитет и загуба . ниска диелектрична константа (като ETFE) е подходяща за високочестотни и ниски сценарии на загуба .
Преобразуването на ефективността на изолацията може да оцени количествено приложимостта на материалите при различни условия на труд чрез формули, свързани с параметри като съпротивление, сила на разбиване и загуба (като напримерUl awm 10126 тел, който е подходящ за 600V електрически връзки в компактни пространства и високотемпературна среда поради ниската си εᵣ и висока якост на разрушаване) .
Преобразуването на тези параметри предоставя научна основа за избор на проводник и изолация, осигурявайки оптимизация на разходите и пространството, докато отговаря на изискванията като напрежение и температура .
