Bài giảng Vật liệu điện-Điện tử - Chương 4: Vật liệu cách điện - Nguyễn Hồng Quang

Chương 4. VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN Bài giảng Vật liệu điện – điện tử PGS. TS Nguyễn Hồng Quảng Vinh, 23/12/2015 Nội dung 1. Cách điện và vật liệu điện môi 2. Các tính chất chung của chất điện môi 3. Các quá trình vật lý trong chất điện môi 4. Tổn hao điện môi. Phá hủy điện môi 5. Một số chất điện môi thường dùng 23/12/2015 4.1 Một số định nghĩa • Tổn hao điện môi là sự tổn thất điện năng trong điện môi do quá trình phân cực và dẫn điện làm điện môi nóng lên. • Công suất tổn hao điện môi: là năng lượng tổn hao trong 4. Tổn hao điện môi một đơn vị thời gian. Kí hiệu P [W] • Suất tổn hao điện môi: là công suất tổn hao điện môi trong 1 đơn vị thể tích điện môi, tức là năng lượng tỏa ra bên trong điện môi trong 1 đơn vị thời gian trên một đơn vị thể tích khi có điện áp đặt vào. Kí hiệu là p [W/m3] 4. Tổn hao điện môi Tổn hao điện môi với điện áp một chiều (DC) Ví dụ: Ví dụ: 4. Tổn hao điện môi Tổn hao điện môi với điện áp xoay chiều (AC) Để đánh giá tổn hao đối với điện áp xoay chiều, người ta thường dùng đại lượng tg , trong đó  gọi là góc tổn hao, xác định theo công thức: Suất tổn hao điện môi: Ví dụ: với Với Với Từ đó, ta có: Tại r = R1 Tại r = R2 Tại r = (R1 + R2)/2: 4.2 Sơ đồ thay thế tính tổn hao điện môi: Đối với điện môi bất kỳ, dưới tác dụng của điện trường đều được đặc trưng bởi 2 đại lượng cơ bản là:  C: Điện dung của điện môi  R: Điện trở của điện môi. Hai đại lượng này có thể được ghép nối tiếp hoặc song song. Ta có các dạng sơ đồ: Rp Cs Rs Sơ đồ nối nối tiếp Cp Sơ đồ nối song song Trong đó:  CS, Cp: đặc trưng cho hiện tượng phân cực điện môi  RS, Rp: thể hiện cho tính dẫn điện của điện môi Bất kỳ điện môi nào có tổn hao đều có thể thay thế bằng sơ đồ thay thế mắc nối tiếp hoặc mắc song song. Chúng tuân thủ nguyên tắc sau:  Tổn hao ở hai sơ đồ là như nhau  tg ở hai sơ đồ là như nhau. Sơ đồ nối song song U p p C R I I tg  4.2 Sơ đồ thay thế tính tổn hao điện môi: Cp Rp  ICp IRp I p p CU R U tg    ppRC tg   1   tgCUP p.. 2 1 Công suất tổn hao điện môi: UC UR I U  RIU tg R .  RCtg   Sơ đồ nối nối tiếp C R C IUC  1 . Công suất tổn hao điện môi:             2 2 2 2 2 222 2 2 2 11 . tg tg CU CR U CR CR U RRIP       12 (//) )(  tg C C P ntS Mối quan hệ giữa hai sơ đồ: 2tgR Tổn hao hai sơ đồ bằng nhau: P1 = P2 Góc tổn hao điện môi bằng nhau: 12(//) )(   tgRP ntS Suất tổn hao điện môi: 4.3. Các nguyên nhân gây tổn hao điện môi: 4.3.1 Tổn hao do phân cực điện môi (điện môi rắn): 4.3.2 Tổn hao do dòng điện dẫn (điện môi lỏng): 4.3.3 Tổn hao do ion hóa (điện môi khí) 4.3.4 Tổn hao do cấu tạo không đồng nhất: Trong đó : Bài tập về tính tổn hao điện môi