电压反峰对脉冲电容器寿命特性的影响

《电压反峰对脉冲电容器寿命特性的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据第26卷第4期强激光与粒子束V01．26，No．42014年4月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSApr．，2014==============================================一电压反峰对脉冲电容器寿命特性的影响+王博闻1，李化1，赖厚川2，林福昌1，李智威1，刘德j，李浩原1，张钦，(1．强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)，武汉430074；2．西南技术物理研究所，成都610041)摘要：以金属化聚丙烯膜电容器电压反峰为研究对象，探讨了脉冲电流对电容器寿命的影响机制，通过对电容器在

2、不同电压反峰系数下进行寿命测试，研究了电压反峰系数与电容器寿命之间的关系。研究结果表明：当电压反峰系数在10％～65％时，电容器寿命成指数下降。基于试验结果，通过统计分析的方法，拟合出寿命随电压反峰系数变化的经验公式，可以用来预测不同反峰系数下金属化聚丙烯膜电容器的寿命特性。关键词：金属化聚丙烯膜电容器；电压反峰系数；电容器寿命中图分类号：TM533文献标志码：Adoi：10．11884／HPLPB201426．045017金属化聚丙烯膜电容器由于采用了蒸镀电极工艺，具有自愈性能，提高了聚丙烯膜的工作场强和高场强下电容器的可靠性，因此金属化聚丙烯膜电容器具有储能

3、密度高、寿命长等特点。此外，由于聚丙烯高能效、低损耗等特性使得金属化聚丙烯膜电容器在脉冲功率系统中得到广泛应用[1]。随着应用需求的发展，脉冲功率系统对脉冲电容器的储能密度、通流能力和在特殊环境下的应用性能都提出更高的要求。在脉冲放电应用中，感性负载会使能量在电容器与电感之间交换，出现振荡过程，使得电容器上出现反峰电压和反峰电流，电压和电流的反峰系数保持一致。过大的反峰会缩短电容器的寿命。Sarjeant指出放电电压反峰系数在o～20％内时，反峰系数对电容器的性能影响不大，但当反峰系数达到50％以上时，电容器的寿命会急剧下降旧j。对于高储能密度电容器，电压反峰对

4、电容器寿命的影响是需要研究的问题。本文通过脉冲放电实验研究电压反峰对电容器寿命的影响，并通过对实验结果的统计与理论分析得出电容器寿命随电压反峰系数变化的经验公式。1脉冲电流对电容器寿命的影响机理典型的脉冲放电波形如图1所示，其中“。(￡)为电压波形，i如(￡)为脉冲放电电流波形。反峰系数定义为口一I【，。／UoI—lJ，／j⋯l(1)式中：u。为充电电压峰值；J。。。为正向电流峰值；U。与J，为反向电喜压与反向电流的峰值。1．1电压在高电场作用下，电介质中固有的“慢极化”机制[1]，如：与电荷注入和离子电导有关的界面极化不会随着外加电场的转向而立即改变，如图2所

5、示。脉冲振荡放电过程中，当电容器两端出现反向的电压时，电容器外部的反向电场与剩余极化电场相互叠加，电介质中场强增大。过大的电场导致电介质发生击穿、局部放电、树枝放电、自愈增加或其他劣化现象，影响电容器的寿命。Fig．1Typicalpulsedischargewaveforms图1典型的脉冲放电波形文献[3]给出了在一定条件下金属化聚丙烯膜电容器在不同反峰系数下的经验公式击。c[嬲]2㈤i∞l面J“’式中：L为电容器寿命；卢为反峰系数；A为实验中所得经验值，L。与肺为实验中的参考值。式(2)可以预测不同反峰系数下的电容器寿命。*收稿日期：2013—09—12；修

6、订日期：2013—10—28基金项目：国家自然科学基金项目(51377070)作者简介：王博闻(1989一)，男，硕士研究生，主要从事脉冲功率和高电压新技术电源研究工作；howen_wm@163．com。通信作者：李化(1979一)，女，博士，副教授，主要从事高电压新技术和脉冲功率技术方面的研究；leehua@mail．hust．edu．cn。045017—1万方数据强激光与粒子束1．2热量脉冲放电电流流过电容器时，电容器金属化电极上产生焦耳热，此热量会经过介质传递导致薄膜介质发热，电容器内部整体温度升高，薄膜介质劣化，击穿场强下降，自愈增多，寿命下降[1]。此

7、外当温升过高时，聚丙烯膜会相应地出现收缩现象，导致端部接触不良，接触电阻增大，介损上升，并进一步导致产热量增加，这种循环过程最终使得电容器失效[4_5

8、。当脉冲持续时间远小于电容器散热时间时(聚丙烯膜的热量扩散系数a，，=1．2×10-7m2／s，金属铝的热量扩散系数aAl一8．61×10．5m2／s)，脉冲放电过程可以认为是一个绝热过程。单次充电／放电周期内电容器内的产热量由电流在时间上的积分与等效串联电阻的乘积确定，即dielectricfilmdielectricfilm(a)“slow”polarization(b)“slow”polarizationu

9、nderpositive