1. Concetti e formule di costante dielettrica (ε)
La costante dielettrica è una quantità fisica che caratterizza la capacità di un dielettrico di immagazzinare cariche in un campo elettrico, noto anche come permittività, ed è uno dei parametri fondamentali per misurare le proprietà elettriche dei materiali isolanti. Maggiore è il suo valore, più forte è la capacità del materiale di archiviare cariche, ma di solito i materiali isolanti tendono ad avere una costante dielettrica bassa per ridurre la perdita e l'interferenza del segnale.
(1) Formula di definizione della costante dielettrica
La costante dielettrica (costante dielettrica relativa, εᵣ) è il rapporto tra costante dielettrica di un materiale (ε) alla sua costante dielettrica del vuoto (ε₀):
εᵣ=ε/ε₀
Tra questi, ε₀ è la costante dielettrica del vuoto, che è approssimativamente8.854 × 10-12F/m (farad/m).
La costante dielettrica relativa (εᵣ) è una quantità fisica senza dimensioni. Il εᵣ del vuoto è 1, il εᵣ dell'aria è di circa 1.0006 e il εᵣ di materiali isolanti è generalmente tra 2-10 (come εᵣ di Etfe di circa 2,6).
(2) Formula per la relazione con la capacità
Per i condensatori a piastra paralleli, la relazione tra capacità (C) e costante dielettrica è:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Tra questi, A è l'area della piastra dell'elettrodo e D è la distanza tra le piastre elettrodi (spessore del materiale di isolamento).
Questa formula indica che sotto la stessa struttura, maggiore è la costante e la capacità dielettrica, più forte è la capacità del materiale di conservare le cariche.
(3) GLI perdita: Tangente perdita dielettrica (Tan Δ)
La perdita dielettrica è la perdita di energia dei materiali isolanti dovuti all'isteresi di polarizzazione molecolare in un campo elettrico. È comunemente rappresentato dalla tangente perdita dielettrica (Tan Δ) ed è correlato alla costante dielettrica come segue:tanΔ=ε/ε ′
Tra questi, ε 'è la parte reale della costante dielettrica (che rappresenta la capacità di accumulo di energia) e ε' 'è la parte immaginaria (che rappresenta la perdita).
Più piccola è l'abbronzatura Δ, minore è la perdita di isolamento del materiale e più stabile le prestazioni elettriche (come l'abbronzatura di Etfe Δ di circa 0. 003, che appartiene a materiali a bassa perdita).
2. Parametri della chiave e relazioni di conversione delle prestazioni dell'isolamento
I parametri fondamentali delle prestazioni di isolamento includono resistenza all'isolamento, resistenza alla rottura, costante dielettrica, perdita dielettrica, ecc. Questi parametri riflettono collettivamente la capacità di isolamento e la stabilità dei materiali e alcuni parametri possono essere correlati attraverso esperimenti o formule empiriche.
(1) Resistenza all'isolamento (rins)
La resistenza all'isolamento è la capacità di un materiale di resistere alla perdita di corrente, misurata in ohm (ω) ed è correlata alla resistività del materiale (ρ) come segue:Rins=ρ⋅d/A
Tra questi, ρ è la resistività del volume (unità: ω · m), d è lo spessore dell'isolamento e A è la superficie conduttiva.
Significato di conversione: maggiore è la resistività, maggiore è la resistenza all'isolamento e migliore le prestazioni isolanti del materiale (come ETFE, la cui resistività del volume è generalmente maggiore di 10¹⁶ · m, appartenente a materiali di isolamento elevato).
(2) Responsabile della rottura (Eᵦ)
La resistenza alla rottura è la resistenza al campo elettrico critico alla quale un materiale può resistere a un campo elettrico senza essere scomposto, misurato in kv/mm (kilovolt per millimetro) e calcolato usando la seguente formula:Eb=Ub/d
Tra questi, Uᵦ è la tensione di rottura (KV) e D è lo spessore dell'isolamento (mm).
Significato di conversione: maggiore è la resistenza alla rottura, maggiore è la tensione che il materiale può sopportare allo stesso spessore (ad esempio, la resistenza alla rottura di ETFE è circa 20-30 kV/mm e è necessario solo uno strato di isolamento molto sottile per soddisfare i requisiti alla tensione di 600 V).
(3) La correlazione tra costante dielettrica e perdita di trasmissione del segnale
Nella trasmissione del segnale ad alta frequenza, la perdita del segnale () è correlata alla costante dielettrica (εᵣ) e alla perdita dielettrica (tan δ) e la formula empirica è: ∝f⋅√εr⋅tanδ
Tra questi, F è la frequenza del segnale.
Significato di conversione: bassa εᵣ e bassa tan Δ può ridurre significativamente la perdita di segnale ad alta frequenza, quindi i materiali dielettrici bassi come ETFE sono adatti per scenari di trasmissione del segnale ad alta velocità (come apparecchiature elettroniche aerospaziale e di precisione).
3. Esempio di conversione delle prestazioni in applicazioni pratiche (prendendo il filo UL AWM 10126 come esempio)
Filo UL AWM 10126 Adotta l'isolamento ETFE (εᵣ≈2.6, tanΔ≈ 0. 003, resistenza alla rottura 25kv/mm), tensione nominale di 600 V, temperatura operativa di 150 gradi, la conversione delle prestazioni dell'isolamento è la seguente:
(1) Verifica della tensione di rottura: se lo spessore dell'isolamento è 0. 1mm, la tensione di rottura teoricaUb=Eb⋅D {{0}} kv/mm × 0.1mm =2. 5kv, molto più alto del 600 V valutato, con un margine di sicurezza sufficiente.
(2) Stima della perdita di alta frequenza: ad una frequenza di 100 MHz, la sua perdita del segnale è molto inferiore a quella di materiali dielettrici elevati (come PVC, con un εᵣ≈3,5), rendendolo adatto alla trasmissione del segnale in dispositivi elettronici di precisione.
(3) Conversione della resistenza all'isolamento: se la superficie del conduttore è 1 0 cm², lo spessore dell'isolamento è 0,1 mm e l'ETFEρ≈10¹⁷Ω·m, quindi la resistenza all'isolamentoRins=1017×0.0001/0.001=1016Ω, la corrente di perdita può essere ignorata.
4.Summary
La costante dielettrica è l'indicatore principale della capacità di accumulo di energia dei materiali isolanti, che è direttamente correlato alla capacità e alla perdita. La costante dielettrica bassa (come ETFE) è adatta a scenari ad alta frequenza e a bassa perdita.
La conversione delle prestazioni dell'isolamento può valutare quantitativamente l'applicabilità dei materiali in diverse condizioni di lavoro attraverso formule relative a parametri come resistenza, resistenza alla rottura e perdita (ad esempioFilo UL AWM 10126, che è adatto per connessioni elettriche a 600 V in spazi compatti e ambienti ad alta temperatura a causa della sua bassa resistenza di rottura εᵣ e elevata).
La conversione di questi parametri fornisce una base scientifica per la selezione dei fili e la progettazione dell'isolamento, garantendo i costi e l'ottimizzazione dello spazio mentre soddisfano i requisiti come tensione e temperatura.
