
【電】 loss factor
damage; expense; lose; losing; loss
【化】 loss
【醫】 loss
【經】 decrement; loss
factor
【電】 factor
在電氣工程領域,損失因數(英文:Loss Tangent 或Dissipation Factor,常記為tan δ)是描述電介質材料能量損耗特性的關鍵參數。其定義為介質損耗角(δ)的正切值,即絕緣材料在交變電場作用下,有功功率損耗($P{text{loss}}$)與無功功率($P{text{reactive}}$)的比值:
$$ tan delta = frac{P{text{loss}}}{P{text{reactive}}} = frac{varepsilon''}{varepsilon'} $$
其中:
能量損耗表征
tan δ 直接量化電介質在電場中轉化為熱能的能量比例。值越高,材料絕緣性能越差,溫升風險越大。例如,高頻電路中的電容器若選用高 tan δ 的介質,會導緻效率下降和過熱。
材料性能評估
在電力設備(如電纜、變壓器)中,低 tan δ 是優質絕緣材料的标志(通常要求 $<0.01$)。工程中通過測量 tan δ 診斷絕緣老化,如變壓器油劣化時 tan δ 會顯著上升。
高頻設計依據
在射頻/微波領域,tan δ 影響信號傳輸質量。PCB 基材(如 FR-4 的 tan δ ≈ 0.02)的選取需權衡損耗與成本,5G 通信設備則需超低損耗介質(如 PTFE,tan δ < 0.001)。
損失因數是多個領域中用于量化能量損耗或效率的關鍵參數,其具體定義和計算方式因應用場景不同而有所差異:
振動系統阻尼特性
在機械振動中,損失因數(Loss Factor)表征系統阻尼大小,定義為振動系統相位變化1弧度(rad)期間損失的能量$Delta W$與總能量$W$的比值,即:
$$
eta = frac{Delta W}{W}
$$
該值越大,表明系統能量耗散能力越強。
電力系統線損計算
線上路損耗理論中,損失因數($F$)用于評估平均功率損失與最大負荷功率損失的關系,公式為:
$$
F = frac{P{text{av}}}{P{text{max}}} = frac{I{text{rms}}}{I{text{max}}}
$$
其中$I{text{rms}}$為電流有效值,$I{text{max}}$為最大電流值。
電容器性能指标
在電子元件中,損耗因數(DF)表示電容器無效損耗程度,定義為周期内損耗能量與儲存能量之比,或等效串聯電阻(ESR)與容抗($X_C$)之比:
$$
text{DF} = frac{text{ESR}}{X_C} = tandelta
$$
其中$delta$為介質的損耗角,DF也可視為品質因數$Q$的倒數。
材料黏彈性表征
對黏彈性材料(如橡膠、高分子材料),損耗因數($tandelta$)反映動态變形下的能量耗散,計算公式為:
$$
tandelta = frac{G''}{G'} quad text{或} quad tandelta = frac{E''}{E'}
$$
$G'$和$E'$為儲能模量,$G''$和$E''$為損耗模量。
損失因數在不同學科中名稱可能略有差異(如損耗因數、阻尼因子),但其核心均描述能量損耗與存儲的比例關系。實際應用中需結合具體領域(如電力、電子、材料科學)選擇對應的定義和計算方法。
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