电容器损耗是电容器在电路工作过程中因为发热而损耗的能量。
1.损耗组成
电容器的损耗组成如下:
2.介质损耗
介质损耗又称介质损失,简称介损。绝缘材料在电场作用下,由于介质电导和介质极化的滞后效应,在其内部引起的能量损耗称为介质损耗。
3.金属损耗
电容器的极板和引出线都是由金属材料构成的,是金属材料就会有电阻,有电阻就会有损耗。
在电容器工作于高频段时,它的金属损耗占总损耗的比例相当大。此外,电容器的金属损耗随工作温度和工作频率的增高而增大。
4.介质损耗角δ
在理想状态下,流过电容器的电流超前电容器两端的电压90°,如图2-41所示。图中,I为流过电容器电流,U为电容器两端的电压,从图中可以看出电流超前电压正好为90°。
由于理想的电容器不存在,电容器或多或少地存在介质损耗,这时电流与电压之间的夹角不再是90°的关系。图2-42所示是介质损耗角δ示意图。
图2-41 理想状态下电容器电流与电压之间相位关系
图2-42 介质损耗角δ示意图
将Ic与之间的夹角称为介质损耗角δ,将和IR之间夹角称为功率因数角ϕ。
图中,C是电容器的纯电容,IC是流过电容C的电流。R是电容器的等效串联电阻,IR是流过电阻R的电流,它与电压夹角为零。是流过R、C电路的总电流。
5.介质损耗正切值(tanδ)
介质损耗正切值又称介质损耗因数,它是介质损耗角正切值,简称介损正切值,常用tanδ表示。这一参数直接用来表示电容器的损耗情况。(www.daowen.com)
从电容器损耗的定义可看出介质损耗正切值的含义。电容器在工作过程中,除了向电路输出一定的无功功率Q外,还在电容器内部产生一定的有功功率P,这一有功功率P就是电容器的损耗。
电容器的损耗与电容器的容量相关,这样就很难判断一只电容器的品质如何,为此采用了单位容量电容器的损耗来表示电容器的损耗情况,这样电容器的损耗就与容量无关,而直接与电容器制造过程中的工艺、材料、结构等相关,这样便能更科学地评价电容器的品质。
这个单位容量电容器的损耗用电容器的介质损耗角正切来表示,即tanδ。
式中,tanδ为电容器介质损耗正切;P为电容器的损耗;Q为电容器的容量。
上式表示了单位容量电容器的损耗。
相对于电容器的等效电路而言,如图2-43所示,tanδ可以写成如下公式。
式中,P为电容器的损耗;C为电容器的容量(F);R为电容器的等效串联电路电阻(Ω);
从上式可以看出,如果能够精确测量出上式中的R和C,那么通过计算就能得到电容器的tanδ,从而就能准确地表示出电容器的损耗情况。
图2-43 电容器等效电路
电容器的tanδ越大,电容器的损耗就越大。
电容器的tanδ有时用散逸因数(Dissipation Factor,DF)表示。
6.影响电容器tanδ因素
影响电容器的tanδ的因素较多,主要有下列几个方面:
(1)电容ESR的影响。电容器的ESR越大,tanδ越大,电容器的损耗就越大。可见,电容器的损耗的关键因素是ESR,所以高品质电容器中的ESR要求越小越好,这样就出现了低ESR的电容器。
(2)电容器的tanδ与频率相关。生产厂商给出的tanδ值其测试频率为120Hz频率。
(3)电容器的tanδ与温度相关。例如,CC10型超高频瓷介电容的损耗角正切值,在正常温度下(20℃±5℃),为0.0012;在正极限温度下(85℃),却为0.0018。可以看出,受温度的影响是较大的。
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