金属化膜电容器自愈特性研究

摘要

金属化膜电容器具有工作可靠性高、储能密度高等特点,是脉冲功率技术的关键器件之一,本文主要研究高方阻(R≥30?/□)金属化膜电容器的自愈特性。
　　论文首先设计并完成了一套自愈模拟试验平台和自愈测试回路。利用该自愈模拟试验平台能对金属化膜击穿、自愈过程进行测试,该试验平台具有加压装置,能研究介质膜击穿及自愈特性与压强的关系。同时,本文研究自愈测试回路参数对自愈过程的影响,试验结果表明:在相同条件下,随着限流电阻减小,自愈电流峰值增大,自愈持续时间减小。稳压电容越大,自愈电压降落越小,电压值越平稳。
　　研究金属化膜方阻对自愈特性的影响。对三种方阻均不小于30?/□的金属化试品膜电容进行试验研究,结果表明:金属化膜方阻对自愈特征参数有较大影响。当压强为3.2kPa,方阻不小于30?/□时,自愈能量分布区间为15～120mJ。随着方阻增加,自愈能量、自愈电流峰值和自愈面积减小,自愈持续时间增加。自愈能量与方阻的二次方成反比,此结论与前人对方阻小于30Ω/□的金属化膜研究结论一致。
　　研究压强对金属化膜电容器自愈特性的影响。对寿命测试后金属化膜电容器内部电容量损失分布进行统计,结果表明自愈能量与层间压强具有相关性。在不同压强条件下进行金属化试品膜电容自愈实验,分析压强与自愈击穿电压、自愈能量、自愈面积、自愈电流峰值和自愈持续时间的关系,并运用Weibull分布模型预测金属化膜击穿场强的概率分布。结果表明,随着压强增大,自愈能量、自愈面积和自愈电流峰值均减小,当压强大于100kPa时,减小趋势逐渐趋于平缓。根据试验结果提出改进金属化膜电容器外包工艺的方式来提高电容器使用寿命。工艺改进后,金属化膜电容器寿命可提高约60％。
　　结合层间压强及层间空气对自愈特性的影响,分析金属化膜自愈机理。结果表明:层间空气影响自愈过程中电弧等离子发展过程,造成自愈点形态和自愈面积有差异;层间空气将扩大电弧作用区域,使自愈点面积扩大。
　　最后,基于自愈面积与自愈电流焦耳热作用的相关性,建立自愈过程的热学等效模型,推导由自愈电流计算自愈面积的理论公式,将自愈面积的理论计算值与实测值进行比较分析,并分析误差原因。结果表明:理论计算值与实测值差距较大,纳米材料性质参数的改变和氧化铝的存在这几个因素都是误差产生的原因。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 金属化膜电容器的自愈特性

1.3 金属化膜自愈特性的国内外研究现状

1.4 论文的主要工作和章节安排

2 方阻对金属化膜自愈特性的影响

2.1自愈模拟试验回路

2.2 自愈模拟试验平台设计

2.3 方阻对自愈的影响

2.4 本章小结

3 压强对金属化膜自愈特性的影响

3.1 金属化膜电容器电容量损失分布

3.2 层间压强测试

3.3 金属化膜击穿概率与压强的关系

3.4 金属化膜自愈特性与压强的关系

3.5 压强对寿命特性的影响

3.6 本章小结

4 金属化膜自愈过程机理分析和热学等效模型

4.1 金属化膜自愈过程机理分析

4.2 自愈过程热学等效模型

4.3 本章小结

5 全文总结

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文