Verlustfaktor - Dissipation factor

In der Physik ist der Verlustfaktor (DF) ein Maß für die Energieverlustrate eines Schwingungsmodus (mechanisch, elektrisch oder elektromechanisch) in einem dissipativen System . Es ist der Kehrwert des Qualitätsfaktors , der die "Qualität" oder die Dauer der Schwingung darstellt.

Erläuterung

Elektrische potentielle Energie wird in allen dielektrischen Materialien, meist in Form von Wärme, abgeleitet . In einem Kondensator aus einem Dielektrikum, das zwischen Leitern platziert ist, umfasst das typische Modell mit konzentrierten Elementen einen verlustfreien idealen Kondensator in Reihe mit einem Widerstand, der als äquivalenter Serienwiderstand (ESR) bezeichnet wird, wie unten gezeigt. Der ESR repräsentiert Verluste im Kondensator. Bei einem guten Kondensator ist der ESR sehr klein und bei einem schlechten Kondensator ist der ESR groß. ESR ist jedoch manchmal ein erforderlicher Mindestwert. Beachten Sie, dass der ESR nicht einfach der Widerstand ist, der mit einem Ohmmeter an einem Kondensator gemessen würde . Der ESR ist eine abgeleitete Größe mit physikalischen Ursprüngen sowohl in den Leitungselektronen des Dielektrikums als auch in den Dipolrelaxationsphänomenen. Im Dielektrikum dominiert typischerweise nur eines der Leitungselektronen oder der Dipolrelaxation den Verlust. Für den Fall, dass die Leitungselektronen der dominierende Verlust sind, dann

${\displaystyle {\text{ESR}}={\frac {\sigma}{\varepsilon\omega^{2}C}}}$

wo

${\displaystyle \sigma}$ist der Großteil der dielektrischen Leitfähigkeit ,

${\displaystyle\varepsilon}$die verlustfreie Permittivität des Dielektrikums ist und

${\displaystyle \omega =2\pi f}$ist die Kreisfrequenz des Wechselstroms i ,

${\displaystyle C}$ ist die verlustfreie Kapazität.

Ein realer Kondensator hat ein konzentriertes Elementmodell eines verlustfreien idealen Kondensators in Reihe mit einem äquivalenten Serienwiderstand (ESR). Der Verlusttangens wird durch den Winkel zwischen dem Impedanzvektor des Kondensators und der negativen Blindachse definiert.

Wenn der Kondensator in einem Wechselstromkreis verwendet wird, wird der Verlustfaktor aufgrund des nicht idealen Kondensators als Verhältnis der ohmschen Verlustleistung im ESR zu der im Kondensator schwingenden Blindleistung ausgedrückt , oder

${\displaystyle {\text{DF}}={\frac {i^{2}{\text{ESR}}}{i^{2}\left|X_{c}\right|}}=\omega C \,{\text{ESR}}={\frac {\sigma }{\varepsilon \omega}}={\frac {1}{Q}}}$

Bei der Darstellung der elektrischen Schaltungsparameter als Vektoren in einer komplexen Ebene, den sogenannten Zeigern , entspricht der Verlustfaktor eines Kondensators dem Tangens des Winkels zwischen dem Impedanzvektor des Kondensators und der negativen Blindachse, wie im nebenstehenden Diagramm gezeigt. Daraus ergibt sich der als Verlusttangente bekannte Parameter tan δ wobei

${\displaystyle {\frac {1}{Q}}=\tan(\delta )={\frac {\text{ESR}}{\left|X_{c}\right|}}={\text{DF }}}$

Alternativ kann aus der Frequenz abgeleitet werden, bei der der Verlusttangens bestimmt wurde, und der Kapazität ${\displaystyle {\text{ESR}}}$

${\displaystyle {\text{ESR}}={\frac {1}{\omega C}}\tan(\delta)}$

Da der in einem guten Kondensator normalerweise klein ist, ist δ ~ , und wird oft in Prozent ausgedrückt. [Zitat erforderlich] ${\displaystyle {\text{DF}}}$${\displaystyle {\text{DF}}}$${\displaystyle {\text{DF}}}$

${\displaystyle {\text{DF}}}$nähert sich dem Leistungsfaktor, wenn viel kleiner als ist , was normalerweise der Fall ist. ${\displaystyle {\text{ESR}}}$${\displaystyle X_{c}}$

${\displaystyle {\text{DF}}}$variiert je nach dielektrischem Material und der Frequenz der elektrischen Signale. Bei niedriger Dielektrizitätskonstante ( niedrig-κ ) sind temperaturkompensierende Keramiken von 0,1–0,2% typisch. Bei Keramiken mit hoher Dielektrizitätskonstante kann dies 1–2% betragen. Niedriger ist jedoch normalerweise ein Hinweis auf Qualitätskondensatoren, wenn ähnliche dielektrische Materialien verglichen werden. ${\displaystyle {\text{DF}}}$${\displaystyle {\text{DF}}}$${\displaystyle {\text{DF}}}$

Siehe auch

• Durchschlagfestigkeitstest
• Impulsgeber

Verweise