基于共轭梯度法的金属化薄膜电容器热点温度反演

热点温度是影响金属化薄膜电容器(metallized film capacitors,MFC)绝缘寿命的重要因素之一,但由于其无法直接测量,因此通常采用热仿真分析或温度反演的方法获得。该文提出了基于共轭梯度法(conjugategradient method,CG)的热点温度反演模型,建立了内部传热过程的温度分布目标函数,采用有限差分法求解电容器温度场,再通过CG对内部温度分布进行迭代求解。同时,通过交流温升试验校核了仿真模型以及反演模型。研究结果表明:热点温升与表面温升存在线性关系,热点温度出现在MFC中央靠近芯轴处,反演模型与仿真模型最大误差为4.35%,说明该模型可实现现场工况下的温度分布、热点分布等的有效预测。

计及金属化薄膜电容器与IGBT模块退化过程相关性的柔直换流阀组件可靠性评估方法

基于模块化多电平拓扑的换流阀是柔性直流输电系统的核心装备,随着柔直换流阀运行电压、功率密度以及运行场景的不断拓展,其运行可靠性成为突出问题。现有的柔直换流阀可靠性评估方法忽略了金属化薄膜电容器与IGBT模块性能退化的耦合关系,致使评估结果不准确。为此,该文提出了计及金属化薄膜电容器与IGBT模块退化过程相关性的可靠性评估方法。IGBT模块寿命采用威布尔分布,考虑了换流阀运行过程中的任务剖面变化;基于Wiener过程对金属化薄膜电容器的可靠性进行了评估,利用Copula理论将容值退化程度与IGBT模块寿命之间的耦合关系进行了建模。所提可靠性评估方法修正了现有不考虑相关性方法对柔直换流阀可靠性评估结果,平均无故障时间从4.05年修正为5.20年,评估结果更加精确。

电容器用双向拉伸聚4-甲基-1-戊烯(BOPMP)薄膜开发与应用

聚4-甲基-1-戊烯(PMP)是一种具有等规结构的新型热塑性塑料,PMP为结晶性树脂,熔点在235℃~240℃之间,耐热性好,可在高温下使用,并具有卓越的电气绝缘和介电性能。与聚丙烯树脂相比,熔点高60℃,介电常数、介电损耗相近。随着我国电子工业的发展,PMP的用量在近年来有大幅的增长。目前世界上只有日本三井化学株式会社生产,由于产量有限、售价较高,限制了PMP在国内的应用。为此本文尝试采用双向拉伸的方法,试制聚4-甲基-1-戊烯(BOPMP)薄膜,并加工成金属化膜,试制电容器,最后对电容器的性能进行相应测试评价。采用不同牌号原料生产BOPMP薄膜,其电压击穿强度差别较大,不同频率下的BOPMP薄膜电容器损耗角正切值、介电常数均与BOPP薄膜电容器接近,但其高温下的性能有待进一步验证。如何提升BOPMP薄膜电压击穿强度及其耐热性,开发出适宜于双向拉伸的PMP粒子原料,生产出高质量的BOPMP电容薄膜,将是未来重点研究的方向。

激光自动焊接在金属化薄膜电容器的应用及技术研究

随着现代激光焊接技术的不断优化及稳定发展,激光焊接技术在金属化薄膜电容器行业内也得到了应用,但是金属化薄膜电容器普遍容量较大,种类较多,加之其材料的特殊性,影响其焊点成型的因素众多,使得目前金属化薄膜电容器元件组的锡焊难以实现自动化,多为手工作业。为实现金属化薄膜电容器自动焊锡,分析了激光锡焊对各种电容的焊接方式,同时对比传统焊接的独特优势,从治具、激光器、焊材、视觉检测等方面进行了分析,通过拉脱试验测试锡焊点的拉力值检测焊接强度。研究结果表明,激光焊接可以实现金属化薄膜电容器的自动焊锡与焊后质量检测,能够满足焊点质量要求,焊点一致性与稳定性较好。

基于特征提取与误差补偿的金属化薄膜电容器剩余寿命预测

金属化薄膜电容器是轨道交通变流系统的重要元器件之一,精确预测其剩余寿命有助于优化变流系统的运行维护策略,降低系统运用成本,同时降低故障和突发事故发生所带来的损失。由于老化试验成本与时间的限制,当前的寿命预测存在数据样本数小、特征参数测量点少等问题,因此,文中采用能较好适应该类样本的支持向量回归(support vector regression,SVR),并利用深度置信网络(deep belief network,DBN)在未构建复杂且未知的经验退化函数下对电容量退化序列的特征进行深度提取,建立融合DBN与“双通道”支持向量回归(binary support vector regression,BSVR)的预测模型,其中“第一通道”基于Linear核函数的SVR对序列实行多步递归预测(recursive multi-step forecast strategy,RMFS),随后将所获误差代入基于Gauss核函数的“第二通道”SVR完成误差补偿训练,较好地消除了实行RMFS时所造成的累积误差。就此,提出基于特征提取与误差补偿的剩余寿命预测方法,并在老化试验下的金属化薄膜电容器电容量退化数据集上对所提方法进行仿真实验,实验结果表明,该方法在不同预测起点的平均预测误差仅为7.08%,相比已有预测方法有效提升了对电容器剩余寿命的预测精度,增强了模型的可靠性和泛化能力。

提高金属化薄膜电容器动态性能的有效途径

通过对金属化薄膜电容器电性能特别是损耗的机理分析 ,总结生产工艺对其性能的影响 ,提出改变热压聚合工艺参数和热压聚合方法 ,采用高压短路放电 ,高频下测 tgδ变化值 。

金属化Al2O3涂覆聚丙烯薄膜及其电容器性能研究

为了提高聚丙烯薄膜的介电常数,利用陶瓷涂覆技术,在电容器用BOPP薄膜表面涂覆上一定厚度的Al2O3涂层,涂覆后,复合薄膜的介电常数从2.2提高到2.8(1 000 Hz)。把涂覆复合薄膜进行金属化蒸镀,制作成电容器,并进行了复合薄膜及其电容器相关性能测试。虽然涂覆复合薄膜的击穿强度有所下降,但电容器的损耗角正切增加不大。另外,涂覆复合薄膜电容器具有良好的自愈性能,可实现电容器"隔离自愈",能有效防止电容器自愈击穿短路失效。

基于电介质薄膜的器件自愈性能的研究现状

随着能源与电力技术的不断发展,对电容器的需求越来越大,而各种资源的稀缺强调了利用各种能源的必要性,对于各种储能器件如金属化薄膜电容器以及基于电活性聚合物(electroactive polymers,EAP)的能量转换装置提出了更高的要求。然而这两类装置却极易发生电击穿,在工作循环中有着极高的故障率,因此器件的自愈性具有十分重要的意义。文中综述了金属化薄膜电容器和EAP能量转换装置自愈性能的国内外研究现状,首先重点关注了金属化薄膜电容器中自愈理论发展以及各种关键参数对自愈的影响,其自愈最为稳定且研究相对完善。随着介电弹性体的兴起,想要其拥有自愈性能,参考金属化薄膜电容器的结构是一个可行的思路。但如何使得金属电极满足大应力大形变的需求成为一种柔性电极是一个很大的挑战。碳电极是弹性体中应用最为广泛的电极材料,它拥有极好的形变能力,但对于其自愈性能的深入研究较少且缺乏成熟的理论支撑,使得其在工业领域中难以应用和改善。最后总结对比了金属电极以及碳电极在自愈性能上的差异,并预测了可自愈柔性电极新的发展方向,进一步拓展自愈性的器件在工业领域中的应用。

逆变器交流滤波电容异常导致逆变器故障的分析及处理

文章通过对逆变器交流滤波电容故障的具体事例进行综合分析,明确交流滤波电容故障原因。并据此制订应急预案、处理方案及替代换型方案,为及时处理电容缺陷,有效防止电容故障导致逆变器故障扩大,以及保证设备供电可靠性提供了经验。

基于频带能量的模块化多电平换流阀中金属化薄膜电容器失效检测方法

金属化薄膜电容器(metallized polypropylene film capacitor,MPPF)是模块化多电平换流阀(modular multilevel converter,MMC)中最薄弱的部件之一,准确地评估其可靠性对柔性直流输电系统的安全稳定运行十分重要。针对MPPF电容老化后聚丙烯膜熔融导致等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)增大,进而增加电容损耗,加速电容老化的问题,文中提出一种利用电容输出电压高频带能量来表征ESR增加,并在不同服役周期后对比能量变化从而判断电容的老化状态的方法,建立基于频带能量的MPPF电容失效检测模型。文中详细分析电容在MMC系统中的运行机理,并从MPPF电容结构的角度分析电容的失效机理;在建立的MMC系统仿真平台上研究ESR变化与电容输出电压高频带能量之间的规律;在此基础上,建立MPPF电容失效检测模型,并通过实验验证所提方法与模型的可行性和有效性。与现有方法相比,该方法只需电容器电压信息即可评估其当前失效程度,且适用于大部分开关电路中电容器的失效检测,尤其解决了传统方法成本高、算法复杂且普适性不足的问题。为模块化多电平换流阀中MPPF电容的状态监测和寿命评估提供一定的理论基础和技术支撑。

金属化膜电容器电热仿真分析

金属化薄膜电容器(Metallized film capacitor, MFC)是高压大容量电力电子系统领域广泛使用的储能器件,具有储能密度高和可靠性好等特点。在工作状态下,反复的充放电过程会使得电容器内部温度升高,过高的内部温度会导致电容器可靠性降低从而影响系统可靠性。对金属化膜电容器建立三维电场模型,获取其功率损耗;利用有限元软件,求解金属化膜电容器热模型,模拟实际工况下电容器的温升情况;最后搭建金属化膜电容器充放电试验平台,进行温度分布试验分析,验证了所建有限元模型的准确性。结果表明,建立的金属化膜电容器电热模型能够准确描述正常工况下的温升情况。所做工作将对电容器的寿命预测以及电力电子系统的可靠性分析提供参考。

谐波环境下模块化多电平换流器子模块电容器的多场耦合分析及优化研究

金属化薄膜电容器作为柔性直流输电用换流阀的核心设备,在大谐波分量与高环境温度的复杂多物理场作用下存在异常温升、鼓包形变等问题,严重影响着电容器的使用寿命。该文建立了金属化薄膜、电容器单体与电容器整机的电-热-力多场耦合模型,分析了模块化多电平换流器子模块常见谐波环境下,电容器内部多物理场特性。发现谐波电流增强了电容器层间电场畸变与金属化层的欧姆损耗,谐波电场的叠加增大了基膜的介质损耗,综合导致了电容热点温度与内部应力值在谐波分量的增大下呈指数形式上升。为改善电容器在谐波环境下的运行稳定性,采用多目标粒子群算法对单体电容的结构参数进行了优化,得到了单体结构最优解:膜厚4.7mm,膜宽41.8mm,电容直径40.6mm。优化后电容器内部电场畸变系数、热点温度与最大应力值分别降低了23%、22%与31%。提高了电容器在谐波环境下的工作性能,对提升其运行可靠性有一定的指导意义。

金属化薄膜电容器赋能机理分析与新型分切赋能装置的研制

扼要探讨了在金属化有机薄膜电容器工艺流程中，分切金属化有机薄膜时进行赋能的机理及必要性，并具体分析了具有创新特色的分切赋能装置的工作原理、使用方法与提高薄膜电容器质量的可靠性效果。

金属化薄膜电容器电容量衰减的解决方案

针对抑制电磁干扰和降压用金属化薄膜电容器工作一段时间后容量不正常衰减的问题,通过样品解剖和理论分析,收集不同试验条件下的数据,发现金属化薄膜层间空气和封装方式导致容量不正常衰减。将热聚合温度从85℃提高到120℃,选用高温环氧树脂封装,可使所制金属化薄膜电容器在使用过程中电容量衰减小于1%,保证了电子产品在寿命周期内的正常工作。

金属化薄膜电容器气隙电离现象的讨论

脉冲或交流应用的干式金属化薄膜电容器在制造过程中,介质薄膜层与层之间不可避免的存有气隙。当运行电压超过某一值时,会发生气隙电离,导致金属化镀层被蒸发而形成大小不一的电离斑点,减小了电极的有效面积,显著降低了电容量值从而影响设备的正常运行;通过等效电路的计算,提出了介质相对介电常数大小影响电容器电离电压高低的关系式,显示了在高能量密度脉冲功率电容器的研发中过度追求高介电常数介质的路径可能存在的问题;文末列举了两份实验数据,提出了解决气隙电离的参考途径。

金属化薄膜电容器损耗角正切的测量与评价

电容器的损耗是由介质损耗和金属损耗二部分组成,损耗角正切(tanδ)是金属化薄膜电容器重要技术参数,如果通过测试能找出引起损耗超标的原因,将有利于产品质量的持续改进提高。通过简化电容器的等效电路和采用不同频率的测量分析,可定性判定损耗角正切超标的原因,同时指出测量金属化薄膜电容器损耗角正切(tanδ)应着重于产品的一致性和试验后增量,对于追求"越小越好"的观点需要改变。

金属化薄膜电容器的最新发展动态

根据大容量直流电容器新的市场需求,通过对电解电容、超级电容和金属化薄膜电容的性能比较分析,认为在中、高压范围内金属化薄膜电容器性能、寿命、可靠性等方面优势明显,已经逐步替代铝电解电容,介绍应用例子和产品发展趋势,并期待着国产金属化薄膜大容量直流电容器能尽快缩短与先进国家产品的差距。

金属化薄膜电容器噪声产生的机理分析

金属化薄膜电容器的噪声是薄膜在交流电场下振动引起,如何消除至今在电容器行业中仍是一个技术难题。通过对有噪声产品解剖观测和对噪声现象特点的分析研究,提出了揭示噪声产生原因和噪声与温度关系的"气泡噪声"机理,认为热定型工序的高温生成薄膜层间的气泡是产生噪声的根本原因。材料筛选、工艺改进能改善噪声强度和发生概率,但只要热定型工序存在要杜绝噪声的产生就是十分困难的。

降低节能灯用金属化薄膜电容器tgδ的途径

根据节能灯对金属化薄膜电容器的耐温及耐电冲击等要求,采取控制芯子的错边、喷金层与金属层的粘结、喷金层完整度、喷金层与引线之间的接触等措施,实现了对金属化薄膜电容器关键参数的控制——损耗角正切tg的控制。

金属化薄膜电容器关键材料的现状与发展趋势

本文阐述了金属化薄膜电容器结构、功能、应用领域、新能源领域应用前景。分析了金属化薄膜、喷金料两大关键材料国内市场规模、技术现状,及与国外高端同行的技术差距,提出现有的技术解决方案及取得的成效,并展望了两大关键材料及配套锡焊料研究的发展趋势,为行业提供有益的参考。