介电损耗分析：原因及解决方案

1.频率的影响

频率与介质损耗的关系，在德拜方程中有所体现。现分析如下。①当外加电场频率ω很低，即ω→0，介质的各种极化机制都能跟上电场的变化，此时不存在极化损耗，相对介电常数最大。介质损耗主要由电介质的漏电引起，则损耗功率P_W与频率无关；②当外加电场频率增加至某一值时（ωτ<1），松弛极化跟不上电场变化，介电常数的实部减小，虚部增大，则tanδ增大，P_W也增大；③当频率ω提的很高，ε_r（实部）→ε_r∞，趋于最小值。由于此时ωτ》1，当ω→∞，则tanδ→0；④当ω有适当值时，tanδ有最大值，如图6-13所示。此时，tanδ最大值主要由弛豫过程决定。如果介质电导显著增大，则tanδ峰值变平坦，甚至没有最大值。

2.温度的影响

温度对弛豫极化有影响，因此也影响到P_W、ε_r和tanδ值的变化。温度升高，弛豫极化增加，而且离子间易发生移动，所以极化的弛豫时间τ减小，具体情况可结合德拜方程进行分析。①当温度很低时，τ较大，由德拜方程可知，ε_r较小，tanδ较小。此时ω²τ²》1，由式（6-78）可知，tanδ∝1/（ωτ），ε_r∝1/（ω²τ²）。在这低温度范围内随温度上升，τ减小，则ε_r和tanδ上升，P_W也上升；②当温度较高时，τ较小，此时ω²τ²《1，因此，随温度升高τ减小，tanδ减小。由于此时电导上升不明显，所以P_W主要决定于极化过程，P_W也随温度上升而减小。联系低温部分可见，在某一温度T_m下，P_W和tanδ有极大值，如图6-15所示；③温度持续升高达很高时，离子热振动能很高，离子迁移受热振动阻碍增大，极化减弱，则ε_r下降，电导急剧上升，故tanδ也增大（图6-15）。

图6-15 P_W、ε_r和tanδ与温度的关系曲线

从前面的分析可知，若电介质的电导很小，则弛豫极化损耗特征是，tanδ在与频率、温度的关系曲线中出现极大值。

3.陶瓷材料的损耗(www.xing528.com)

陶瓷材料的损耗主要来源于三部分：电导损耗；取向极化和弛豫极化损耗；电介质结构损耗。此外，无机材料表面气孔吸附水分，油污及灰尘等造成的表面电导也会引起较大的损耗。

概括地讲，极化损耗是指在极化过程中，带电质点（弱束缚电子和弱联系离子以及偶极子，或者空位等）移动时，由于与外电场作用不同步，而吸收了电场能量并把它传给周围的“分子”，使电磁能转变为“分子”的热振动能，把能量消耗在使电介质发热上。很明显，电导损耗是电流引起的材料电阻发热损耗。

而结构损耗主要是指陶瓷材料中玻璃相的损耗，以离子晶体为主晶相的陶瓷材料损耗主要来源于玻璃相。因此，高频瓷如氧化铝瓷、金红石瓷等都很少有玻璃相。

电工陶瓷中会有缺陷固溶体或多晶形转变，或者会有可变价离子如钛陶瓷等，往往具有显著的电子松弛极化损耗。

表6-2给出了一些电容器瓷的损耗角正切值。

表6-2 电容器瓷的tanδ（f=10⁶Hz，T=293K±5K）