絶縁材料の誘電特性とは何ですか

絶縁材料の誘電特性とは何ですか？

誘電体の定義

誘電体とは、電気を通さないが電気エネルギーを蓄えることができる材料で、コンデンサなどのデバイスの機能を向上させます。

破壊電圧

通常の動作条件下では、誘電体材料には一部の電子しか存在しません。電場強度が特定の値を超えると、破壊が発生します。つまり、絶縁性が損なわれ、最終的に導体になります。破壊時の電場強度を破壊電圧または誘電強度と呼びます。これは、ある条件のもとで材料が破壊される最小の電気ストレスとして表現することができます。

これは、老化、高温、湿気によって減少することがあります。以下の式で表されます。

誘電強度または破壊電圧

V→ 破壊電位。

t→ 誘電体材料の厚さ。

相対誘電率

これは、比誘電率または誘電定数とも呼ばれます。これにより、誘電体を使用したコンデンサの容量についての情報を得ることができます。εrで表されます。コンデンサの容量は、プレート間の距離（または誘電体の厚さ）、プレートの断面積、および使用される誘電体材料の特性に関連しています。高誘電定数を持つ誘電体材料は、コンデンサに適しています。

相対誘電率または誘電定数 = 

空気を他の誘電体媒質に置き換えると、コンデンサの容量が改善されることがわかります。いくつかの誘電体材料の誘電定数と誘電強度は以下の通りです。

損失係数、損失角、および力率

誘電体材料に交流電源を与えると、電力消費は発生しません。これは真空や精製ガスの場合に完全に達成されます。ここでは、充電電流が適用された電圧よりも90度先行することが図2Aに示されています。これは、絶縁体では電力損失がないことを意味します。しかし、ほとんどの場合、交流電流が適用されると絶縁体ではエネルギーの散逸が発生します。これを誘電損失と呼びます。実際の絶縁体では、リーク電流が適用された電圧よりも90度先行することはありません（図2B）。リーク電流によって形成される角度が位相差（φ）です。これは常に90度未満です。また、90- φから損失角（δ）も得られます。

等価回路は以下のように、並列に配置されたキャパシタンスと抵抗子で示されます。

これにより、誘電体の電力損失は以下のようになります。

X → 容抗 (1/2πfC)

cosφ → sinδ

多くの場合、δは小さいため、sinδ = tanδとみなすことができます。

したがって、tanδは誘電体の力率と呼ばれます。

誘電体材料の特性を理解することは、これらの絶縁体の設計、製造、運転、リサイクルにおいて重要であり、通常、計算と測定を通じて評価されます。