Вариационный вариант модели теплового пробоя слоя твердого диэлектрика при постоянном напряжении


https://doi.org/10.7463/rdopt.0516.0848088

Полный текст:


Аннотация

Материал твердого диэлектрика с идеальной структурой формально имеет нулевую электропроводность (далее будем использовать термин "проводимость") и не пропускает электрический ток. Но применяемые в качестве твердых диэлектриков реальные материалы обладают сравнительно малой, но все же конечной проводимостью, которая обычно увеличивается с ростом температуры. Зависимость проводимости твердых диэлектриков от температуры соответствует экспоненциальной функции, по виду совпадающей с формулой для распределения Больцмана микрочастиц по уровням энергии.

В случае постоянной разности потенциалов на поверхностях слоя диэлектрика через этот слой проходит электрический ток, вызывая выделение джоулевой теплоты, которая при установившемся режиме работы должна быть отведена во внешнюю среду. Недостаточная интенсивность теплоотвода приводит к росту температуры диэлектрика, увеличению его проводимости и плотности электрического тока, что увеличивает объемную мощность энерговыделения в диэлектрике, т.е. возникает положительная обратная связь, в силу которой происходит быстрый рост температуры, завершающийся тепловым разрушением материала диэлектрика (расплавлением, науглероживанием). Такой процесс носит название теплового пробоя диэлектрика в отличие от пробоя электрического.

Исследование условий возникновения теплового пробоя диэлектрика связано с анализом достаточно сложной нелинейной математической модели, допускающей аналитическое решение в замкнутой форме лишь для плоского или цилиндрического слоя диэлектрика путем упрощения зависимости проводимости диэлектрика от температуры. В данной работе этой модели поставлена в соответствие вариационная форма, содержащая функционал, анализ стационарных точек которого позволяет установить сочетание параметров, определяющих предельное состояние слоя диэлектрика перед тепловым пробоем, в частности так называемое пробивное напряжение.


Об авторах

В. С. Зарубин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


Г. Н. Кувыркин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


И. Ю. Савельева
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


Список литературы

1. Сканави Г.И. Физика диэлектриков (область сильных полей).М.: Физматгиз, 1958. 908 с.

2. Воробьев Г.А., Похолков Ю.П., Королев Ю.Д., Меркулов В.И. Физика диэлектриков (область сильных полей). Томск: Изд-во ТПУ, 2003. 244 с.

3. Борисова М.Э., Койков С.Н. Физика диэлектриков. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1979. 240 с.

4. Электропроводность диэлектриков: веб-сайт. Режим доступа http://www.websor.ru/elektroprovodnost-dielektricov (дата обращения 06.10.2016).

5. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергоатомиздат, 1982. 320 с.

6. Электропроводность твердых диэлектриков: веб-сайт. Режим доступа http://ctl.mpei.ru/DocHandler.aspx?p=pubs/phd/4.3 (дата обращения 06.10.2016).

7. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н. Математические модели механики и электродинамики сплошной среды. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 512 с.

8. Пробой диэлектриков: веб-сайт. Режим доступа http://www.websor.ru/proboi-dielektricov (дата обращения 06.10.2016).

9. Зарубин В.С., Селиванов В.В. Вариационные и численные методы механики сплошной среды. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993. 360 с.

10. Зарубин В.С. Инженерные методы решения задач теплопроводности. М.: Энергоатомиздат, 1983. 328 с.

11. Ванько В.И., Ермошина О.В., Кувыркин Г.Н. Вариационное исчисление и оптимальное управление. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 488 с.

12. Аттетков А.В., Зарубин В.С., Канатников А.Н. Введение в методы оптимизации. М.: НИЦ ИНФРА-М, 2008. 272с.

13. Аттетков А.В., Зарубин В.С., Канатников А.Н. Методы оптимизации. М.: ИЦ РИОР, 2012. 270 с.

14. Зарубин В.С., Станкевич И.В. Расчет теплонапряженных конструкций. М.: Машиностроение, 2005. 352 с.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н., Савельева И.Ю. Вариационный вариант модели теплового пробоя слоя твердого диэлектрика при постоянном напряжении. Радиостроение. 2016;(5):38-50. https://doi.org/10.7463/rdopt.0516.0848088

For citation: Zarubin V.S., Kuvyrkin G.N., Savel’eva I.Y. A Variation Model Option for the Heat Breakdown of Solid Dielectric Layer Under Constant Voltage. Radio Engineering. 2016;(5):38-50. (In Russ.) https://doi.org/10.7463/rdopt.0516.0848088

Просмотров: 141

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)