碳酸丙烯酯脈沖功率應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、液體介質(zhì)由于具有儲(chǔ)能密度高、自我恢復(fù)性能好、費(fèi)用低廉和易于成型等方面的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于高功率脈沖系統(tǒng)關(guān)鍵部件脈沖形成線中作為儲(chǔ)能介質(zhì)。理想的液體介質(zhì)需要同時(shí)滿足高介電常數(shù)、高耐壓強(qiáng)度和高電阻率等要求。然而現(xiàn)階段工程應(yīng)用中，作為儲(chǔ)能介質(zhì)的液體并不能完全滿足上述要求。為此，本文通過比較選取了碳酸丙烯酯這一新型液體儲(chǔ)能介質(zhì)，并對(duì)其開展了脈沖功率應(yīng)用研究。這些研究對(duì)改善液體介質(zhì)儲(chǔ)能特性和脈沖功率系統(tǒng)的緊湊小型化具有重要意義。本文的主要研究

2、內(nèi)容和結(jié)果如下。
　　首先，針對(duì)商用碳酸丙烯酯電阻率不高的情況，設(shè)計(jì)了碳酸丙烯酯液體提純處理系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)對(duì)碳酸丙烯酯進(jìn)行去離子、除氣等處理后，碳酸丙烯酯電阻率從4 MΩ·cm提高至263 MΩ·cm。之后將提純的碳酸丙烯酯放置在縮比形成線中開展電阻率保持實(shí)驗(yàn)，并與25％乙二醇/水混合液進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，碳酸丙烯酯密閉保持26天后電阻率從263 MΩ·cm下降到31 MΩ·cm至趨于穩(wěn)定；而25%乙二醇/水混合液密閉10天

3、后電阻率從20 MΩ·cm下降到7 MΩ·cm。最后對(duì)二者電阻率保持的規(guī)律和原因進(jìn)行了分析，總結(jié)出碳酸丙烯酯在電阻率保持方面相較于水及水基混合液，具有比較大的優(yōu)勢(shì)。使用水基介質(zhì)作為儲(chǔ)能介質(zhì)，保持10天后其電阻率下降至7 MΩ·cm，對(duì)其充電能量損失非常嚴(yán)重。使用碳酸丙烯酯作為儲(chǔ)能介質(zhì)，保持3個(gè)月后其電阻率仍然可以滿足微秒充電脈沖形成線的使用，因而有利于實(shí)現(xiàn)脈沖功率系統(tǒng)的免維護(hù)。
　　其次，基于液體脈沖擊穿平臺(tái)，開展了碳酸丙烯酯脈沖

4、絕緣特性和極性效應(yīng)的研究。在碳酸丙烯酯加入體積分?jǐn)?shù)為12.5%的間二甲苯試劑后，混合液的歸一化擊穿電壓比碳酸丙烯酯液體提高25.1%，但是繼續(xù)增大間二甲苯的體積分?jǐn)?shù)至20%時(shí)，混合液的歸一化擊穿電壓反而要比碳酸丙烯酯液體低5.8%。通過對(duì)間二甲苯/碳酸丙烯酯混合液擊穿現(xiàn)象的分析，總結(jié)出混合液中存在最佳的間二甲苯體積分?jǐn)?shù)值使得混合液的擊穿場(chǎng)強(qiáng)比碳酸丙烯酯溶液提高25%以上。極性效應(yīng)的初步研究表明在電極間距為0.5 mm、1.0 mm和2.

5、0 mm時(shí)，碳酸丙烯酯的針正極擊穿電壓分別比針負(fù)極擊穿電壓高37.5%、40.4%和14%；并且隨著電極間距的增大，碳酸丙烯酯的負(fù)極性效應(yīng)慢慢增強(qiáng)。通過碳酸丙烯酯在針板電極下?lián)舸┑姆肿訉哟蔚睦碚摲治?，總結(jié)出當(dāng)電極間距在 mm量級(jí)時(shí)碳酸丙烯酯不同于水的負(fù)極性，而呈現(xiàn)正極性效應(yīng)；并且隨著電極間距的增大，其負(fù)極性效應(yīng)慢慢增強(qiáng)。
　　最后，本文依托高低溫試驗(yàn)箱和液體脈沖擊穿平臺(tái)設(shè)計(jì)了液體溫度適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展了碳酸丙烯酯溫度適應(yīng)性的研究

6、。實(shí)驗(yàn)主要探究溫度對(duì)碳酸丙烯酯擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響。無論是循環(huán)流動(dòng)還是靜置的碳酸丙烯酯，其擊穿場(chǎng)強(qiáng)均隨著溫度的升高而增大。另外，研究了溫度對(duì)碳酸丙烯酯固有時(shí)間常數(shù)的影響，并結(jié)合之前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納出溫度對(duì)脈沖絕緣特性參數(shù)固有時(shí)間常數(shù)和儲(chǔ)能密度的影響，總結(jié)出碳酸丙烯酯在形成線中用作儲(chǔ)能介質(zhì)，在溫度變化區(qū)間為-33℃至40℃時(shí)，雖然裝置的固有時(shí)間常數(shù)、電容、電感、阻抗、脈寬和儲(chǔ)能密度等參數(shù)都會(huì)發(fā)生變化，但仍在可控范圍內(nèi)，固有時(shí)間仍能滿足微秒脈沖充