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1、2000年10月高电压技术第26卷第5期·27·高压脉冲技术高场强下金属化膜脉冲电容器失效的原因FailureMechanismofMetalizedFilmPulseCapacitorsunderHighElectricStress华中理工大学(武汉430074)代新林福昌李劲姚宗干摘要试验并分析了在高场强及一定放电条件下金属化喷金和半喷金两种。如无特别说明,本文试品的试验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条件均为:3～6s放电间隔;振荡放电、反峰系数决方法,给出了金属化膜脉冲电容器应用于高场强领域的一2
2、0%;振荡周期500μs。些建议。AbstractThefailuremechanismofmetalizedfilmpulse2试验结果及分析capacitorsunderhighelectricstressandcertaindischargeconditionsisanalyzed.Preliminarydiscussionismade金属化膜电容器失效的原因非常复杂,包含了towardstheresolvingmethodsofvariousinvalidation许多物理和化学变化。根据本文中电容器试品的解prob
3、lemsinreferencetoexperimentalresultsandteardown剖结果,电容器失效可分为3类:analysisofsomemodelcapacitors.Somesuggestionsarealsogivenforthefutureusageofmetalizedfilmpulse1)电容器被击穿,对外呈短路或低阻状态,击capacitorsinthefieldofhighelectricstress.穿部位能发现许多层薄膜相粘连或有大面积蜂窝状关键词金属化膜脉冲电容器高场强失效的击穿孔;Key
4、wordsmetalized-filmpulsecapacitorshighelectric2)电容器端部全部或部分喷出,对外呈开路状stressfailure中图分类号501文献标识码A态或电容量下降幅度很大;3)电容量下降超过5%,电容依然存在。0引言文献[6]从金属化膜电容器微观等值回路出发,定性地分析了由于接触电阻增大以及自愈不彻底而金属化膜的引用大大降低了电容器的尺寸和重[1]引起的损坏。本文从实验的角度,具体分析引起电容量,从而大幅度提高了电容器的储能密度。如美国器失效与其介质结构、生产工艺参数以及电容器的海军电
5、热化学炮(ETCGun)使用的Aerovox公司工作场强之间的定量关系。的LM型电容器,采用金属化电极聚偏氟乙烯32.1蒸镀材料与电容器失效的关系(PVDF)储能介质,其能量密度达到2.4MJ/m或[2]金属化膜电容器蒸镀采用的材料大多为纯铝1.4kJ/kg。与普通箔式电容器相比,金属化膜电[3,4](Al)或锌铝合金(ZnAl),在ZnAl中,Zn和Al所占容器具有很多优点。由于这种电容器的自愈性,比率通常分别为93%和7%。本文对采用这两种蒸介质击穿所造成的结果只是很微小的电容量损失而镀材料的金属化膜电容器做了对比试验,
6、结果见表不是电容被短路。电容量的损失是许多次自愈的积661。分别在250×10V/m(PP膜)和200×10V/m累效果,损失超过初始电容量5%时即为金属化膜[2,5](PET膜)的工作场强下电容量的变化率ΔC/C的电容器寿命的终结。同时,金属化膜电容器的使监测结果见表2。用寿命也受工作电压、反峰电压系数等参数的影响,表1Al膜与ZnAl膜电容器失效类型分布比较%而且还存在如金属层的电老化和腐蚀、电容器端部[6]失效MPPMPET的电接触等箔式电容器所没有或不突出的问题。类型Al膜ZnAl膜Al膜ZnAl膜国内金属化膜电容器
7、所用材料多为聚丙烯膜类型122.242.813.875.8(PP膜)和聚酯膜(PET),且多用在低压领域,在高类型255.651.355.212.1压领域的应用才刚刚开始。本文以金属化聚丙烯(MPP)膜和金属化聚酯(MPET)膜电容器为例,研类型322.25.731.012.1究分析金属化膜脉冲电容器的特性及其失效原因。由表2可见,无论是PP膜还是PET膜电容器,在同样的条件下,ZnAl膜电容器的电容量损失1试品均小于Al膜电容器的电容量损失。这是因为除了试品为MPP膜和MPET膜电容器,结构分全自愈导致的电容量下降外,Al
8、膜电容器Al电极的·28·Oct.2000HIGHVOLTAGEENGINEERINGVol.26No.5表2全喷金电容器电容量变化率与充放电次数的关系对于金属化膜电容器,由于其压紧系数取值很%高,电容量C近似为:充放电次数/次500100015002000C=X0XrS/d=X0XrlH
