3. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

3.7. Диэлектрические потери в неоднородных диэлектриках

Во многих устройствах электроизоляционной, кабельной и электронной техники применяемые диэлектрические материалы являются макроскопически дефектными средами. Примером таких диэлектриков является: многослойная бумажная изоляция электрических вводов, кабелей; диэлектрика силовых бумажных конденсаторов; объемно-пористых диэлектриков электролитических конденсаторов и др. Такие материалы относятся к макроскопически неоднородным диэлектрикам. В электрическом поле в таких диэлектриках практически мгновенно устанавливается распределение электрического поля в соответствии с распределением диэлектрической проницаемости. В переменных полях протекание замедленных абсорбционных процессов поляризации приводит к диэлектрическому поглощению. Неоднородный диэлектрик с проводящими включениями в переменном поле может рассматриваться как диэлектрик, содержащий диполи. В простейшем случае потери неоднородного диэлектрика рассчитываются для двухслойного конденсатора (потери Максвелла - Вагнера). Особенно интенсивно потери такого типа проявляются в керамических материалах гетерогенного типа с зернистой структурой. Существование неоднородностей возможно и в высококачественных изоляционных керамических материалах.
Диэлектрические потери в композиционных диэлектриках можно рассчитать, используя параллельную или последовательную схему замещения диэлектрика. Обозначим через С и δ с соответствующими индексами емкость и угол диэлектрических потерь для первого и второго слоя диэлектрика, соединенных параллельно. Можем написать выражение для tgδ такой системы, как отношение суммарной активной мощности системы Рa к суммарной реактивной мощности системы Рc tgδ = Pa / Pc, где Pa = Pa1+a2 и Рc = Рc1c2 (индексы 1 и 2 относятся к 1 и 2 слою диэлектрика). С учетом того, что Pa1 = U 2 ω C1 tgδ1, Pa2 = U 2 ω C2 tgδ2, Pc1 = U 2 ω C1, Pc2 = U 2 ω C2, где U - напряжение, одинаковое для каждого слоя, ω - угловая частота переменного напряжения, получим
tgδ = (C1tgδ1 + C2tgδ2) / (C1 + C2)     (3.20)
Для последовательной схемы при некоторых упрощающих предположениях можно получить аналогичным путем формулу
tgδs = (C1tgδ2 + C2tgδ1) / (C1 + C2)     (3.21)