Quelles sont les propriétés diélectriques des matériaux isolants
Quelles sont les propriétés diélectriques des matériaux isolants?
Définition diélectrique
Un diélectrique est défini comme un matériau qui ne conduit pas l'électricité mais peut stocker de l'énergie électrique, améliorant ainsi la fonctionnalité des dispositifs tels que les condensateurs.
Tension de claquage
Le matériau diélectrique n'a que quelques électrons dans des conditions de fonctionnement normales. Lorsque la tension électrique dépasse une valeur particulière, cela entraîne un claquage. C'est-à-dire que les propriétés isolantes sont endommagées et le matériau devient finalement un conducteur. La force du champ électrique au moment du claquage est appelée tension de claquage ou résistance diélectrique. Elle peut être exprimée en stress électrique minimum qui entraînera le claquage du matériau sous certaines conditions.
Elle peut être réduite par le vieillissement, la température élevée et l'humidité. Elle est donnée par
Résistance diélectrique ou Tension de claquage
V→ Potentiel de claquage.
t→ Épaisseur du matériau diélectrique.
Permittivité relative
Elle est également appelée capacité inductive spécifique ou constante diélectrique. Cela nous donne des informations sur la capacité d'un condensateur lorsqu'un diélectrique est utilisé. Elle est notée εr. La capacité d'un condensateur est liée à la séparation des plaques ou, en d'autres termes, à l'épaisseur des diélectriques, à la section transversale des plaques et à la nature du matériau diélectrique utilisé. Un matériau diélectrique ayant une constante diélectrique élevée est privilégié pour les condensateurs.
Permittivité relative ou constante diélectrique =
On peut voir que si on remplace l'air par n'importe quel milieu diélectrique, la capacité (du condensateur) sera améliorée.La constante diélectrique et la résistance diélectrique de certains matériaux diélectriques sont données ci-dessous.
Facteur de dissipation, angle de perte et facteur de puissance
Lorsqu'un matériau diélectrique est alimenté par une source alternative, aucune consommation de puissance ne se produit. Cela est parfaitement réalisé uniquement par le vide et les gaz purifiés. Ici, on peut voir que le courant de charge précède la tension appliquée de 90o, comme montré dans la figure 2A. Cela signifie qu'il n'y a pas de perte de puissance dans les isolants. Mais dans la plupart des cas, il y a une dissipation d'énergie dans les isolants lorsque le courant alternatif est appliqué. Cette perte est connue sous le nom de perte diélectrique. Dans les isolants pratiques, le courant de fuite ne précède jamais la tension appliquée de 90o (figure 2B). L'angle formé par le courant de fuite est l'angle de phase (φ). Il sera toujours inférieur à 90. Nous obtiendrons également l'angle de perte (δ) à partir de cela, soit 90- φ.
Le circuit équivalent est montré ci-dessous avec une capacité et une résistance disposées en parallèle.
À partir de cela, nous obtenons la perte de puissance diélectrique comme suit
X → Réactance capacitive (1/2πfC)
cosφ → sinδ
Dans la plupart des cas, δ est petit. On peut donc prendre sinδ = tanδ.
Donc, tanδ est connu sous le nom de facteur de puissance des diélectriques.
Comprendre les propriétés des matériaux diélectriques est crucial pour la conception, la fabrication, l'exploitation et le recyclage de ces isolants, les évaluations étant généralement effectuées par des calculs et des mesures.
