1. conceptos básicos y fórmulas de constante dieléctrica (ε)
La constante dieléctrica es una cantidad física que caracteriza la capacidad de un dieléctrico para almacenar cargas en un campo eléctrico, también conocido como permitividad, y es uno de los parámetros centrales para medir las propiedades eléctricas de los materiales aislantes . cuanto mayor es su valor, más fuerte es la capacidad del material para almacenar cargas, pero generalmente a los materiales que se asumen materiales tienden a tener una pérdida constante de señal de baja constante para reducir la pérdida de señal y reducir la pérdida de señal, y más fuerte, la capacidad del material para almacenar cargas, pero generalmente a los materiales que se asumen materiales tienden a tener un depósito de baja constante para reducir la constante de la señal, y reducir la pérdida de señal, y más fuerte, la capacidad del material para almacenar cargas, pero generalmente a los materiales que se insulan a los materiales que tengan una baja pérdida constante de la señal de baja forma, y reducen la pérdida constante de reducir la señal de la señal, y más fuertes, la capacidad del material para almacenar cargas, pero generalmente los materiales insuladores tienden a tener un depósito de baja constante para reducir constante de la señal. interferencia .
(1) Fórmula de definición de constante dieléctrica
La constante dieléctrica (constante dieléctrica relativa, εᵣ) es la relación de la constante dieléctrica (ε) de un material a su constante dieléctrica de vacío (ε₀):
εᵣ=ε/ε₀
Entre ellos, ε₀ es la constante dieléctrica del vacío, que es aproximadamente8.854 × 10-12F/M (Farad/M).
La constante dieléctrica relativa (εᵣ) es una cantidad física adimensional . El εᵣ de vacío es 1, el εᵣ de aire es aproximadamente 1 . 0006, y el εᵣ de los materiales aislantes suele ser entre 2-10 (como ETFE εᵣ de aproximadamente 2.6).
(2) Fórmula para la relación con capacitancia
Para condensadores de placa paralela, la relación entre capacitancia (c) y constante dieléctrica es:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Entre ellos, A es el área de la placa de electrodo, y D es la distancia entre las placas de electrodo (espesor del material de aislamiento) .
Esta fórmula indica que bajo la misma estructura, cuanto mayor sea la constante dieléctrica y la capacitancia, más fuerte es la capacidad del material para almacenar cargas .
(3) Relacionado con la pérdida: pérdida de pérdida dieléctrica (Tan δ)
La pérdida dieléctrica es la pérdida de energía de los materiales aislantes debido a la histéresis de la polarización molecular en un campo eléctrico . Se representa comúnmente por la pérdida de pérdida dieléctrica (Tan δ) y está relacionado con la constante dieléctrica como sigue:Tanδ=ε/ε ′
Entre ellos, ε 'es la parte real de la constante dieléctrica (que representa la capacidad de almacenamiento de energía), y ε' 'es la parte imaginaria (que representa la pérdida) .
Cuanto más pequeño es el tan δ, menor es la pérdida de aislamiento del material y cuanto más estable sea el rendimiento eléctrico (como el Δ tan Δ de Etfe de aproximadamente 0 . 003, que pertenece a materiales de baja pérdida).
2. parámetros clave y relaciones de conversión del rendimiento del aislamiento
Los parámetros centrales del rendimiento del aislamiento incluyen resistencia al aislamiento, resistencia de descomposición, constante dieléctrica, pérdida dieléctrica, etc. . Estos parámetros reflejan colectivamente la capacidad de aislamiento y la estabilidad de los materiales, y algunos parámetros pueden correlacionarse a través de experimentos o fórmulas empíricas .
(1) Resistencia a aislamiento (Rinformes)
La resistencia al aislamiento es la capacidad de un material para resistir la fuga de corriente, medido en ohmios (Ω), y está relacionado con la resistividad del material (ρ) de la siguiente manera:Rinformes=ρ⋅d/A
Entre ellos, ρ es la resistividad del volumen (unidad: ω · m), D es el grosor de aislamiento, y a es el área de superficie conductiva .
Significado de conversión: cuanto mayor sea la resistividad, mayor es la resistencia del aislamiento y mejor será el rendimiento del aislamiento del material (como ETFE, cuya resistividad del volumen suele ser mayor que 10¹⁶Ω · m, perteneciente a materiales de aislamiento altos) .
(2) Fuerza de descomposición (Eᵦ)
La resistencia de la descomposición es la resistencia crítica del campo eléctrico en el que un material puede soportar un campo eléctrico sin descomponerse, medido en kV/mm (kilovoltios por milímetro) y calculado utilizando la siguiente fórmula:Eb=Ub/d
Entre ellos, Uᵦ es el voltaje de desglose (kV), y D es el grosor de aislamiento (mm) .
Significado de conversión: cuanto mayor sea la fuerza de descomposición, mayor es el voltaje que el material puede soportar al mismo grosor (por ejemplo, la resistencia de desglose de ETFE se trata de 20-30 kV/mm, y solo se necesita una capa de aislamiento muy delgada para cumplir con los requisitos a 600 V de voltaje) .
(3) La correlación entre la constante dieléctrica y la pérdida de transmisión de la señal
En la transmisión de señal de alta frecuencia, la pérdida de señal () está relacionada con la constante dieléctrica (εᵣ) y la pérdida dieléctrica (Tan δ), y la fórmula empírica es: ∝f⋅√εrPastanδ
Entre ellos, F es la frecuencia de señal .
Importancia de conversión: bajo εᵣ y bajo δ Tan pueden reducir significativamente la pérdida de señal de alta frecuencia, por lo que los materiales dieléctricos bajos como ETFE son adecuados para escenarios de transmisión de señal de alta velocidad (como el equipo electrónico aeroespacial y de precisión) .
3. Ejemplo de conversión de rendimiento en aplicaciones prácticas (tomando el cable UL AWM 10126 como ejemplo)
UL AWM 10126 CAMBIO adopta el aislamiento ETFE (εᵣ≈2.6, tanδ≈0.003, resistencia de descomposición específica de 25kV/mm), voltaje nominal de 600V, temperatura de funcionamiento de 150 grados, la conversión de rendimiento de aislamiento es la siguiente:
(1) Verificación del voltaje de descomposición: si el grosor de aislamiento es de 0.1 mm, el voltaje de desglose teóricoUb=Eb⋅D =25 kv/mm × 0.1 mm =2.5 kv, mucho más alto que el 600V nominal, con suficiente margen de seguridad .
(2) Estimación de pérdida de alta frecuencia: a una frecuencia de 100MHz, su pérdida de señal es mucho más baja que la de los materiales dieléctricos altos (como PVC, con un εᵣ≈3 . 5), lo que lo hace adecuado para la transmisión de señal en dispositivos electrónicos de precisión.
(3) Conversión de resistencia al aislamiento: si el área de superficie del conductor es de 10 cm², el grosor de aislamiento es de 0.1 mm y el ETFEρ≈10¹⁷Ω·mentonces la resistencia a aislamientoRinformes=1017×0.0001/0.001=1016Ω, la corriente de fuga se puede ignorar .
4. Resumen
La constante dieléctrica es el indicador central de la capacidad de almacenamiento de energía de los materiales aislantes, que está directamente relacionado con la capacitancia y la pérdida . Constante dieléctrica baja (como ETFE) es adecuado para escenarios de alta frecuencia y baja pérdida .}
La conversión del rendimiento del aislamiento puede evaluar cuantitativamente la aplicabilidad de los materiales en diferentes condiciones de trabajo a través de fórmulas relacionadas con parámetros tales como resistencia, resistencia de descomposición y pérdida (comoUL AWM 10126 CAMBIO, que es adecuado para conexiones eléctricas de 600V en espacios compactos y entornos de alta temperatura debido a su baja resistencia a la descomposición y alta) .
La conversión de estos parámetros proporciona una base científica para la selección de cables y el diseño de aislamiento, asegurando la optimización de costos y espacio al tiempo que cumple con los requisitos como el voltaje y la temperatura .
