陳松，李兆林，盧有盟

(桂林電力電容器有限責(zé)任公司脈沖電容，廣西桂林 541004)

摘 要：金屬化膜脈沖電容器在壽命試驗(yàn)的過(guò)程中，涉及到的試驗(yàn)參數(shù)較多，不同的試驗(yàn)參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果都會(huì)有影響。本文通過(guò)元件的試驗(yàn)研究，研究這些參數(shù)的相互關(guān)系及影響的程度，為進(jìn)一步 開展產(chǎn)品的試驗(yàn)研究及分析試驗(yàn)結(jié)果提供幫助。

關(guān)鍵詞：金屬化膜；脈沖電容器；反峰系數(shù)；電場(chǎng)強(qiáng)度；充放電周期

0 引言

金屬化膜由于其具有優(yōu)良的“自愈”性能而突顯金屬化膜電容器的工作場(chǎng)強(qiáng)高，儲(chǔ)能密度高的優(yōu)勢(shì)而得到了人們普遍認(rèn)可。

金屬化膜即通過(guò)真空蒸鍍的方法將金屬蒸發(fā)氣化后附著在薄膜(基膜）的表面，薄膜厚度一般在2.5～10μm，金屬層厚度一般在50～700nm?，F(xiàn)在使用的基膜以聚丙烯薄膜為主。金屬化膜在使用的過(guò)程中，隨著工作電壓的升高，有電弱點(diǎn)處的薄膜出現(xiàn)局部擊穿，擊穿處的電弧放電所產(chǎn)生的能量足以使電擊穿點(diǎn)鄰近處的金屬層蒸發(fā)，使擊穿點(diǎn)周圍與極板隔開，電容器繼續(xù)正常運(yùn)行，這就是人們所說(shuō)的“自愈”性能。但若“自愈”點(diǎn)過(guò)多，材料的有效使用面積減少，電容(C)勢(shì)必下降；當(dāng)電容下降到一定的范圍，繼續(xù)運(yùn)行會(huì)使剩余電容損失更快，產(chǎn)品變得不再穩(wěn)定可靠，此時(shí)電容器就要退出運(yùn)行。

金屬化膜電容器的品種有很多,脈沖電容器就是其中之一。脈沖電容器也稱為儲(chǔ)能電容器，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)充電，而在極短時(shí)間內(nèi)放電，從而形成一個(gè)巨大的脈沖功率。脈沖電容器的使用領(lǐng)域很廣，對(duì)電容器的基本要求是經(jīng)過(guò)規(guī)定次數(shù)的充、放電運(yùn)行后，C衰減量一般要求控制在5%～10%范圍。

本文通過(guò)高電壓金屬化膜脈沖電容器元件在不同試驗(yàn)條件下的充放電對(duì)比試驗(yàn)，以研究充電電源、放電反峰系數(shù)、充電電場(chǎng)強(qiáng)度、充放電周期、放電線電流密度等因數(shù)對(duì)元件壽命的影響，同時(shí)就試驗(yàn)中出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析討論。

1主要影響因素的試驗(yàn)研究

本文的金屬化膜脈沖電容器元件充放電試驗(yàn)中主要使用的恒壓源試驗(yàn)的線路見圖1和恒流源試驗(yàn)的線路見圖2。

圖1 充放電試驗(yàn)路線圖

圖2 充放電試驗(yàn)路線圖

圖1、圖2中:T1為調(diào)壓器；T2為變壓器；V為整流硅堆；R1為充電電阻；R2為放電電阻；L為放電電感；S1為放電開關(guān)；S2為真空開關(guān)；C為試品；V為電壓表：

1.1 試驗(yàn)電源的影響

在脈沖電容器的充放電試驗(yàn)中，充電裝置電源一般選用恒壓源或恒流源。恒壓源對(duì)電容器的充電電壓是按指數(shù)規(guī)律隨時(shí)間增長(zhǎng)而趨于規(guī)定值；恒流源對(duì)電容器的充電電壓是隨著時(shí)間線性增長(zhǎng)到規(guī)定值,兩種電源充電電壓隨時(shí)間變化趨勢(shì)見圖3。

共設(shè)計(jì)兩種結(jié)構(gòu)、4組試品（不同廠家的薄膜、不同介質(zhì)厚度、不同方阻、不同分切方式)試驗(yàn)，每組試品6個(gè)元件并聯(lián)試驗(yàn)。同一組元件在試驗(yàn)電壓（場(chǎng)強(qiáng)）、放電峰值電流、反峰系數(shù)、放電脈寬、充放電周期均一致前提下比較恒壓源充電和恒流源充電對(duì)試品壽命的影響，以每組元件平均電容衰減約5%時(shí)的放電次數(shù)（即充放電試驗(yàn)后電容相比初始電容下降的幅度約5%，以下同）作為考核數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果見表1(表中初始電容、最終電容均指并聯(lián)試驗(yàn)的平均單個(gè)元件電容，以下同）。

圖3 恒壓源/恒流源充電趨勢(shì)圖

表1 試驗(yàn)電源對(duì)比拭驗(yàn)結(jié)果

從表1可知，兩種結(jié)構(gòu)4組試品分別進(jìn)行兩種電源充電后的放電試驗(yàn)，當(dāng)電容衰減到約5%時(shí)，相同結(jié)構(gòu)類型的試樣，兩種電源充放電次數(shù)總體差異不大，個(gè)別組的差異稍大有待進(jìn)一步分析。同時(shí)，也可說(shuō)明脈沖電電容器元件試驗(yàn)場(chǎng)強(qiáng)在400MV/m左右、充電時(shí)間一致的條件下，恒壓源或恒流源對(duì)其充放電壽命試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

1.2 反峰系數(shù)的影響

當(dāng)電容器放電時(shí)，由于放電回路的電感和電阻的影響，放電回路將出現(xiàn)振蕩，電容器在放電時(shí)形成的振蕩波中電壓波的第一個(gè)反符號(hào)振幅與前一個(gè)振幅之比的百分?jǐn)?shù)為反峰電壓率(即反峰系數(shù))。國(guó)內(nèi)外諸多文獻(xiàn)中都曾提到過(guò)脈沖電容器在不同反峰系數(shù)辦下壽命關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式為