全膜脉冲电容器电热老化分析

全膜脉冲电容器是脉冲功率系统的重要储能单元,其寿命影响着整个系统的可靠性。在脉冲工况下,全膜脉冲电容器的失效多为突发失效,且寿命的分散性较大。为探究全膜脉冲电容器老化失效机理,开展了其寿命试验及电场与温度场的仿真。利用LTD基本放电单元(Brick)实验腔体对电容器进行寿命测试并获得失效电容器,分析了失效电容在不同故障形式下的失效原因,并利用有限元分析软件对电容器局部“电场易畸变”区域进行了电场仿真,说明上述区域存在的畸变电场是发生绝缘介质击穿的主要原因;对电容器进行温度场分析,发现电容器温度与充放电频率成正相关,温度最高点位于电容器几何中心处附近,在充放电频率较低时,电容器温升不明显,说明在较低充放电频率下,电容器绝缘介质老化以电老化为主,而非热老化。

重频大电流下金属化膜脉冲电容器温升累积效应研究

电磁发射技术中通常要求脉冲功率电源具有数十千安幅值、数毫秒脉宽的脉冲电流,并且具备重复频率连续发射能力。金属化薄膜电容器因其储能密度高、使用寿命长而被广泛应用于脉冲电源系统。根据脉冲电容器的结构及脉冲电源的工作模式,该文首先建立脉冲电容器的发热及散热模型;然后,在多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics 5.6中建立瞬态温度场模型,并结合现有实验结果验证模型有效性,进而讨论重复频率脉冲放电应用中金属化膜脉冲电容器内部温升的累积现象。结果表明:在脉冲放电峰值1 kA、环境温度15℃、金属膜厚4 nm条件下,以12次/min的重复频率、30 s时间间隔连续工作10次后,脉冲电容器芯子最大温升为22.9℃。在此基础上,仿真分析环境温度、重复频率、脉冲电流峰值、电极厚度四方面因素对脉冲电容器温升的影响。该模型给出重频大电流下脉冲电容器内部瞬态发热规律,可为脉冲电容器合理运行和优化设计提供参考。

currentMKMJ25-22型自愈式脉冲电容器耐久性试验条件的验证及其重要意义

随着电力装备制造技术的不断提升,自愈式脉冲电容器作为一种关键的电子元器件,在多个领域的应用逐渐得到广泛推广。为了确保这些电容器在实际应用中的稳定性和可靠性,必须对其进行严格的耐久性试验。然而,目前主流的试验方法尚不能准确快速地反映MKMJ25–22型自愈式脉冲电容器的实际性能。针对MKMJ25–22型自愈式脉冲电容器的试验问题,文章对标行业试验标准,对试验设备的能力进行了理论分析,并在元件选取、充放电回路等方面对试验回路进行了优化设计。通过对1台MKMJ25–22型自愈式脉冲电容器进行2000次的耐久性试验,证明回路、设备、配件均能够满足MKMJ25–22型自愈式脉冲电容器的试验要求。

自愈式金属化膜脉冲电容器耗损失效模型

自愈式金属化膜脉冲电容器广泛应用于各类激光装置的能源系统中,它的可靠性直接影响到系统的可靠性与运行费用。在参考国外相关研究方法的基础上,分析了金属化膜脉冲电容器的失效机理,提出了一种新的耗损失效模型Gauss Poisson模型,该模型将电容器的损耗分成自然损耗和突发损耗,与脉冲电容器传统的寿命分布模型Weibull模型相比具有预测更为精确的特点,而且基于该模型的寿命试验具有设计简单、时间较短、费用较低等优点,是一种较好的退化失效模型,应用前景较为广阔。

高储能密度脉冲电容器的研究

介绍了高储能密度电容器研究的发展及现状 ,讨论了复合介质薄膜、分割电极金属化膜和复合喷金层技术等新的研究方向。研究表明 ,优化结构设计、选择合适的介质膜(如金刚石复合膜 )及改善端部的接触 (如增大喷金与电极的接触面及改善电场分布 )可有效地提高电容器的性能及寿命 ,储能密度 2～ 3k J/ L 的电容器可望投入使用。

高场强下金属化膜脉冲电容器特性的试验研究

介绍了金属化膜电容器的工作原理 ,研究了金属化膜脉冲电容器与箔式电容器工作特性的差别。并结合金属化膜电容器试品的解剖分析结果 。

基于加速退化数据的金属化膜脉冲电容器可靠性分析

基于金属化膜脉冲电容器的失效机理,研究了基于加速退化数据的金属化膜脉冲电容器可靠性评估问题,给出了一个该型电容器的加速退化失效模型和参数统计推断方法。基于试验数据可求得该型电容器可靠性模型中未知参数的估计值分别为9.066 9×10-8和0.022 1,将该值代入失效分布函数即可确定电容器的失效模型,由此模型求得该型电容器充放电20 000次的可靠度为0.972 4。使用这种分析方式对金属化膜脉冲电容器进行可靠性分析将更能节省试验时间和费用。

局部放电对脉冲电容器的绝缘老化及其失效的影响分析

为了研究电容器的寿命与其工作可靠性的关系,笔者通过对脉冲电容器进行充放电老化试验,并对处于不同寿命阶段的电容器进行直流局部放电测试,得到最大放电量、平均放电量和平均放电重复率随寿命变化的曲线;借助电子显微镜观察处在不同老化寿命阶段电容器薄膜的表面微观形貌,分析充放电老化试验对其微观形貌的影响。最后结合电容器实际击穿情况,分析总结了导致脉冲电容器局部放电性能变化以及老化击穿的因素,指出电极边缘区域存在的局部绝缘缺陷是电容器失效的主要原因。

高场强下金属化膜脉冲电容器失效的原因

试验并分析了在高场强及一定放电条件下金属化膜脉冲电容器失效的原因 ,初步探讨了其不同失效问题的解决方法 ,给出了金属化膜脉冲电容器应用于高场强领域的一些建议。

金属化膜脉冲电容器剩余寿命预测方法研究

金属化膜脉冲电容器是惯性约束聚变激光装置的重要元器件之一,其寿命预测是激光装置维护和备件决策制定的依据.在分析金属化膜脉冲电容器退化失效机理的基础上,采用Wiener过程描述其性能退化过程.进一步考虑到各电容器之间的差异,将Wiener过程的漂移参数和扩散参数看成随机变量,提出了随机效果Wiener过程模型,由同一批电容器的历史性能退化数据拟合其分布.在对单个电容器进行寿命预测时,采用Bayes方法融合电容器总体信息与该电容器自身的性能退化信息,得到其剩余寿命参数的验后估计,因而在电容器性能退化数据较少时采用该方法能提高剩余寿命预测精度.

金属化膜脉冲电容器退化失效分析

金属化膜脉冲电容器的“自愈”性使其失效数据短时内很难得到。故在分析电容器失效机理的基础上给出其耗损失效模型,推导出失效概率密度及分布函数,用电容器的性能衰退数据分析其可靠性。在估计形状参数和尺度参数分别为0.3817、23.12时确定失效模型后可求得充放电10000次的可靠度为0.9881,预计充放电寿命为23120次。用该可靠性模型分析可节约试验成本。

金属化聚丙烯膜脉冲电容器端部接触老化研究

电极端部与喷金层松动或脱离是金属化膜电容器失效的主要原因之一 ,尤其是以重复充放电方式工作的脉冲电容器。以金属化聚丙烯膜电容器为例 ,对其端部接触老化进行了研究。金属化膜电容器短的接触收到电压效应、热效应和机械效应的影响。为便于研究 ,采用了一种新结构的试品。通过这种试品与普遍金属化膜电容器的对比试验以及新结构试品自身的对比试验来分别检验电压效应、热效应和机械效应对端部接触的影响。结果表明 ,在高场强下 ,电压效应对端部接触老化的影响很大 ,电流的热应力对金属化电容器端部接触的影响较小 。

金属化膜脉冲电容器寿命特性

从热处理工艺、电极结构设计及工作场强等方面对电容器寿命性能加以分析与试验研究。结果表明:金属化膜电容器热处理温度的选择需要综合考虑膜的收缩以及电极厚度;对应不同方阻,热处理温度存在一个最优值,在该值下电容器可获得最佳的自愈性能,进而达到较长的工作寿命;在不同工作场强下,需权衡电极边缘局部放电以及膜中自愈产生的容量损失比例,优化电极结构。在电极结构、热处理工艺等参数优化设计的基础上,研制出的1.0 kJ/L电容器达到10 000次的大电流充放电寿命。

基于耗损失效模型的金属化膜脉冲电容器可靠性评估

高储能密度金属化膜脉冲电容器是惯性约束聚变装置的关键元器件,由于其“自愈”特性,在短时间内很难得到它的失效数据。通过分析电容器的失效机理,给出了金属化膜脉冲电容器的一个耗损失效模型,推导了该模型的失效概率密度函数和分布函数,并利用电容器的性能衰退数据对其进行了可靠性分析。所选的某型金属化膜脉冲电容器未知参数估计值为0.0001194和0.0067,将该值代入失效分布函数和概率密度函数中,从而确定电容器的失效模型,由此模型求得该型电容器充放电10000次的可靠度为0.9885,预计寿命为23461次充放电。在工程实践中使用该模型对该型电容器进行可靠性分析可节约大量的试验成本。

2.7MJ/m^3高储能密度脉冲电容器的研制

为了研制高储能密度电容器,文中对影响电容器性能的关键技术进行了研究。建立自愈平台进行自愈试验,发现提高电容器层间压强可以减小自愈能量,从而提高电容器寿命。通过对分割膜边缘自愈和膜中自愈进行研究,根据电容器的工作场强确定了高储电容器中分割模块数,选择合适的浸渍剂种能密度类及浸渍工艺,提高电容器在高场强下的运行可靠性。根据以上关键技术,研制出了储能密度2.7 MJ/m3的高储能密度脉冲电容器,在工作电压6.6 kV、放电电流11.85 k A下,其寿命为850次。

大容量脉冲电容器放电起始阶段晶闸管电压高频振荡机理研究

电磁轨道炮用脉冲功率电源模块多采用耐高压、耐大脉冲电流冲击的晶闸管作为脉冲电容器的放电主开关,以尽可能地减少体积,提高储能密度。现有文献针对晶闸管的动态开通过程已进行过大量研究,主要致力于提高晶闸管电路模型的准确性。该文针对一种由脉冲电容器放电主回路高频谐振引起的晶闸管开通过程电压振荡现象,首先根据真实的实验电路结构研究振荡产生的机理;进而通过电路仿真验证理论分析的正确性;最后提出消除电压振荡的方案并完成实验验证。相关研究结论对优化电磁轨道炮用脉冲功率源具有一定的现实意义。

全膜脉冲电容器寿命特性的试验研究

研究了充电电压、振荡放电时的反峰电压、压紧系数等对全膜脉冲电容器寿命特性的影响。对全膜脉冲电容器试品的击穿点进行了解剖分析，并探讨了由于电弱点和引线片电接触对绝缘的影响及其造成的击穿。

高储能密度脉冲电容器保护的研究

分析了金属膜电容器损坏的原因 ,提出了采用电阻、电感和熔断器的电容器保护方案 ,同时分析了各保护元件的作用及各元件参数值的选取 ,并结合实例给出了实例分析的主要结果 ,该方案已很好地应用于实际系统中。

金属化膜脉冲电容器在线可靠性评估与性能预计

自愈式高储能密度金属化膜脉冲电容器是激光惯性约束核聚变装置的关键元器件,由于个体及使用环境的不同,在同一批次电容器中,个体间的可靠性水平存在较大的差异,使用过程中如果对其统一处理,将导致整体系统可用性降低,维护费用增高。针对该问题,利用在线性能数据,采用退化分析方法,对个体金属化膜脉冲电容器进行了在线可靠性评估与性能预计,给出了该型电容器的退化失效模型,通过对实际数据的分析,表明该方法可行。

电流老炼对脉冲电容器寿命的影响

通过大量试验 ,发现电流老炼对提高电容器寿命特性有一定成效 。