金屬化膜脈沖電容器若干問題的研究.pdf

1、金屬化膜電容器是脈沖功率系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一，本文以金屬化膜脈沖儲能電容器為主要研究對象，對如何提高金屬化膜電容器的儲能密度以及探索其在實際中的應(yīng)用進(jìn)行了深入地研究。 本文首先闡述了脈沖功率和脈沖電容器的發(fā)展?fàn)顩r。通過試驗研究了金屬化膜電極的自愈特性，研究結(jié)果表明：外電路的注入的電流大小對混合電極電容器的自愈特性影響較大；混合電極電容器存在一定的自愈性能，但與金屬化膜電容器相比其自愈能力較弱；自愈點直徑隨工作電壓的增加而增加，電壓

2、達(dá)到一定值時，有新自愈點出現(xiàn)；同一自愈點連續(xù)發(fā)生幾次自愈時，自愈電壓、自愈能量和自愈電流隨次數(shù)增加而增加；對于混合電極電容器，可在較低的工作場強(qiáng)下實現(xiàn)可靠的自愈，從而提高電容器的安全性。 采用液體具有表面張力模型對金屬化膜層間壓強(qiáng)進(jìn)行了理論計算分析，結(jié)果表明：電容器的層間壓強(qiáng)由里向外是遞減的，熱處理對膜電容器層間壓強(qiáng)影響很大。通過單片膜試驗研究了壓強(qiáng)對自愈過程的影響。試驗結(jié)果表明：自愈能量和自愈直徑隨壓強(qiáng)增加而減小，這與自愈模型

3、的理論分析相符合。通過解剖電容器元件，發(fā)現(xiàn)電容器內(nèi)部壓強(qiáng)對金屬化膜自愈特性的影響與壓強(qiáng)對單片金屬化膜自愈特性的影響相似。 采用兩種脈沖電流試驗方法對熔絲的斷開特性進(jìn)行研究，試驗表明：聚丙烯膜厚度對熔絲斷開的能量影響不大；方阻值對熔絲斷開能量影響較大；金屬化膜熔絲斷開能量隨放電時間的增加而減小。根據(jù)脈沖放電后熔絲斷開最高溫升的計算表明：熔絲表面最高溫升與熔絲阻值，熔絲放電時間有關(guān)；當(dāng)熔絲放電時間很短時，熔絲表面溫升可達(dá)到鋁的熔點，

4、熔絲的斷開是由于聚丙烯熔化或金屬層熔化，使熔絲產(chǎn)生裂紋，發(fā)生擊穿放電使金屬層蒸發(fā)而引起。當(dāng)熔絲的放電時間達(dá)數(shù)μs時，熔絲最高溫升小于聚丙烯熔點，此時熔絲的斷開是由于電流熱效應(yīng)使聚丙烯層收縮，金屬層膨脹，兩者之間的作用力導(dǎo)致金屬層產(chǎn)生裂紋，裂紋處發(fā)生沿面擊穿放電使金屬層蒸發(fā)而引起。 實驗研究了重復(fù)頻率條件下電容器溫升的影響因素，模擬計算了電容器單次放電能量、單次放電最高溫升、穩(wěn)態(tài)表面最高溫升、穩(wěn)態(tài)內(nèi)部溫升分布及元件高度對內(nèi)外溫升的

5、影響。實驗研究表明：電容器表面最高溫升隨線電流密度的增加而增加，隨頻率的線性增加；油的對流散熱能顯著降低電容器的溫升；單次放電溫升很小；穩(wěn)態(tài)內(nèi)部最高溫升與電容器內(nèi)徑的大小有關(guān)；電容量和峰值電流不變的情況下，其內(nèi)外溫差隨元件高度的減小而減小。 最后，采用熱刺激電流方法研究了直流注入和陡脈沖注入對PP膜空間電荷的影響，研究結(jié)果表明空間電荷與脈沖上升沿相關(guān)性不大，但與極化場強(qiáng)、極化時間有關(guān)，熱刺激電流的理論也證實了這一點。因此，研究陡