应用于DC-Link电容器的金属化膜自愈特性分析

金属化DC-Link电容器较传统电解电容器具有很多优势,如何减少金属化膜电容器在自愈过程中的电容量衰减是一个重要研究课题。文章分析了金属化电容器自愈特性,研究了自愈特性与压强关系,通过自愈特性试验,结果表明压强的增大可减少自愈能量、优化自愈性能、减少自愈面积,对提升DC-Link电容器的性能具有指导意义。     

混合电极与全膜电容器的金属化膜自愈特性

金属化膜电容器的工作场强高,故其储能密度很高,但因其电极通过喷金方式引出,故其通流能力差。箔式电容器的通流能力强,但不具有自愈特性,故其工作场强低,储能密度也低。混合电极电容器可以兼具两者的优点,能在较高的场强下工作并拥有较大的通流能力。为加深对混合电容器的了解,通过模拟混合电极电容器和全膜金属化膜电容器的工作状况,研究了混合电极中金属化膜的自愈特性。结果表明自愈能量随放电电流的增加而增大;自愈点的直径随放电电压的升高而增加;自愈能量和自愈电流与放电电容大小的相关性小;相同条件下,全膜电容器金属化膜的自愈能量要小于混合电极电容器金属化膜的自愈能量。     

基于金属化膜自愈特性的电容器寿命研究

金属化膜电容器具有高储能密度、高可靠性和高寿命特点。自愈是导致电容器电容量下降的主要原因。笔者分析金属化膜的自愈特性和电容量下降机制,通过研究自愈过程中的自愈面积、自愈能量和击穿电压的关联性,得出电压幅值和电压反峰比对电容器的寿命影响程度并归纳出经验公式。通过对金属化膜电容器的寿命测试,对经验公式中的系数进行拟合。最后得出不同电压幅值和不同电压反峰比下电容器寿命经验型预测公式。     

金属化膜电容器自愈理论及规律研究

主要研究金属化膜电容器的自愈特性及影响自愈过程的关键因素。研究表明,降低自愈放电过程中的自愈能量,是提高金属化膜电容器工作寿命和可靠性的有效途径。通过分析金属化膜自愈的物理过程,采用电测量法对影响自愈过程的各种参数及其相关性规律进行研究。对方阻R>30/□的金属化膜,在场强200V/m时开始出现击穿并发生自愈,在600V/m附近时击穿概率达到80%,电容器在高场强下工作可靠性降低。自愈面积与自愈持续时间随着自愈能量的增加而增加,自愈能量与电压的二次方成正比、与方阻的二次方成反比,采用高方阻金属化膜可有效降低电容量损失,提高电容器寿命。层间压强增大,自愈能量减小,自愈面积和自愈持续时间减小,在这种情况下,电弧易熄灭,降低了电容量损失,提高了电容器工作可靠性。     

金属化膜电容器可靠性研究进展

中国现代化工业的迅猛发展,对相关电力设备(如电容器等)的性能和稳定性、可靠性提出了更高的要求。干式金属化膜电容器是一种安全性与稳定性较好的电容器,近来研究较为广泛,特别是针对其运行可靠性的研究成为热点问题。本文综述了多年来金属化膜电容器可靠性方面的研究工作,涉及材料老化、金属化膜自愈等方面,针对金属化膜的自愈机理及应用、材料老化的机理及寿命评估模型等关键问题进行了深入的探讨,为电容器的可靠性优化设计提供理论依据,为相关工程技术人员提供运维参考。     

金属化膜电容器交流和直流电压劣化特性分析

金属化膜电容器是模块化多电平换流器（MMC）的关键设备,在长期工作电热应力作用下其状态不断劣化,给换流器和柔性直流输电系统的安全运行带来隐患。本文分别搭建了交、直流加速劣化试验平台,得到了不同电压作用形式和不同状态劣化程度的样品。进而利用共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对解剖样品进行表面观测,结合能谱扫描的元素分析结果,掌握了金属化膜电容器在不同电压形式下的状态劣化特性。结果表明,电容器由于在不同电压下的劣化机理不同,电容值下降规律和劣化点形貌有明显不同;通过加速老化试验,得到了电容器在交、直流电压下劣化点的典型形貌特征,从而可以进一步分析金属化膜电容器劣化机理,具有实用价值。 关键词：金属化膜电容器; 劣化机理; 自愈; 电化学腐蚀 中图分类号：TM536     

高场强下金属化膜电容器自愈失败的原因

通过简单试样的模拟试验分析了高场强下金属化膜自愈失败的原因 ,认为在自愈过程中 ,自愈点注入能量的大小是决定自愈能否成功的关键因素 ,阐述了注入能量过大引起自愈失败的机理。     

高压直流金属化膜电容器

根据试验和实际使用中出现的现象,从理论上分析了用于彩色电视机行输出电路的三类高压电容器的性能。对比分析结果认为浸渍型干式金属化聚酯膜高压电容器具有最为优良的性能,这种电容器在其它高压电子线路中也有着广泛的应用。     

金属化膜电容器组保护研究

为解决高功率固体激光装置能源系统金属化膜储能电容器组两种故障模式的保护问题,分析了相应的两种保护方法的优点和缺点,其中重点研究并改进了爆炸丝保护方法。根据Tucker的爆炸丝物理模型分析爆炸丝气化结束前的物理过程发现,由于保护元件在爆炸丝气化过程中会出现较高的过电压,导致爆炸丝灭弧困难,由此采用在保护元件上并联火花隙的改进方法,通过火花隙释放保护电感的储能,抑制过电压的产生以利于爆炸丝熄弧。实验结果说明了改进电路的原理和有效性,进一步工程化后,有可能较好地解决高功率固体激光装置能源系统金属化膜储能电容器组的保护问题。     

金属化电容器中金属丝温升及断开机理

采用安全膜结构的金属化电容器能防止贯穿性击穿,从而起到二次保护作用。研究了T型金属化膜的熔丝断开机理、熔丝断开能量与时间的关系以及熔丝断开的机理,计算了熔丝表面最高温升。实验结果表明：当熔丝的通流时间大于1.5 ms时,电流热效应产生的机械力使安全膜熔丝的金属层产生微小裂纹,当裂纹达到一定长度,两端发生击穿放电,金属层因蒸发而断开;当熔丝中通过较大的电流时,短时间内(<150 ns)的电流热效应使熔丝金属层发生熔化产生裂纹,裂纹两端发生击穿放电,金属层因蒸发而断开。     

计及金属化膜电容器失效的MMC换流阀组件可靠性评估

换流阀组件的可靠性直接影响模块化多电平换流器(MMC)装备的运行安全,现有对换流阀组件可靠性评估大都忽略了电容器失效的影响,提出计及金属化膜电容器腐蚀失效的MMC换流阀组件可靠性评估方法。首先,基于实际电容器结构和材料属性,建立了金属化膜电容器的温度场模型,并对其温度分布规律进行比较验证。其次,在分析金属化膜电容器失效模式的基础上,以腐蚀失效为例,考虑电压和温度加速因子的影响,建立了金属化膜电容器的故障率模型。最后,结合焊接式绝缘栅双极型晶体管(IGBT)故障率模型,提出了计及金属化膜电容器失效的换流阀组件可靠性评估模型,对MMC换流阀的整流与逆变工况进行故障率计算和对比。结果表明:提出的模型可以较好地评估换流阀组件不同运行工况下的可靠性,电容器失效对MMC换流阀组件可靠性影响较为明显,逆变工况下组件的故障率明显高于整流运行工况。     

利用T型性能退化试验的金属化膜电容器可靠性评估

金属化膜电容器具有长寿命、高可靠性等特点,因此传统的基于大样本寿命试验数据的统计推断方法在其寿命与可靠性评估中存在困难。为了更加有效地评估金属化膜电容器的寿命与可靠性,提出了一种T型性能退化试验设计方法,该方法将性能退化试验分为若干阶段,每个阶段中参与的电容器个数依次递减,直至极少量电容器完成较长时间的性能退化试验。然后,给出了基于T型性能退化试验数据的可靠性评估方法。最后,结合激光装置能源系统的可靠性评估工作给出了一个应用实例,得到了该型电容器的寿命以及进行10000次和20000次充放电试验后电容器可靠度的点估计与区间估计。结果表明所提出的试验方法在试验样品数、试验时间和试验费用之间较好地取得了一个平衡点,更加有效地评估了金属化膜电容器的寿命与可靠性。     

金属化膜电容器在模块化多电平换流器工况下温升特性分析

自愈式金属化薄膜电容器由于储能密度高、寿命长、可靠性高而被广泛应用于模块化多电平换流器(MMC)中,温度作为电力电容器寿命与稳定性的主要影响因素成为研究热点。本文基于实际柔性直流输电工程,分析电容器在其运行工况下的热应力。在COMSOL有限元仿真软件中建立金属化薄膜电容器三维温度场仿真模型,对其运行时的温升特性进行研究分析,并进行了试验验证。根据研究结果,金属化膜电容器在MMC换流器子模块中所承受的电流应力和电压应力是相对复杂的交、直流相互叠加的复合变量;电容器最热点位于元件内部,最高温升为11.1℃,外壳温度最热点在侧面,最高温升为7.75℃。为金属化薄膜电容器在MMC换流器中的运行维护提供了参考。     

金属化膜电容器层间压强计算

金属化膜电容器的优点是储能密度高、可靠性高及成本低,其自愈特性和端部通流能力与层间压强有关。笔者用理论方法计算了层间压强,并根据液体表面产生附加压强原理,分析和计算了金属化膜电容器热处理前后层间压强的变化。计算结果表明,电容器的层间压强是由里向外是递减的,经热处理后的压强是热处理前压强的3倍以上。     

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。     

聚偏氟乙烯基金属化膜电容器自愈特性的研究

聚偏氟乙烯基聚合物是开发高储能密度金属化膜电容器的重要介质之一,而对其自愈特性的研究是提升储能特性的关键。通过对聚偏氟乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯共混(PVDF/PMMA)薄膜与金属化膜电容器心子的耐压试验、自愈点形貌表征与自愈能量等效电路计算,与聚丙烯电容心子对比分析了电容器的击穿场强、自愈能量等特性。发现批量化制薄膜的击穿场强相比实验室制薄膜降低约21%;电容心子贯穿性击穿场强为薄膜击穿场强的54%,心子平均自愈面积大于同等容量聚丙烯心子。在此基础上建立了自愈过程等效电路模型,讨论了PVDF/PMMA电容心子自愈机理。     

金属化膜电容器Gamma过程性能退化建模的自助法

针对安全关键系统中长寿命高可靠性产品失效数据稀缺的问题,研究了一种部件寿命预测的自助法.首先建立了基于Gamma过程的性能退化模型.而后,考虑到各个体间的制造及运行环境等随机差异,应用自助法对个体退化数据再抽样求得了个体形状参数α和尺度参数卢β;在此基础上,对个体α、β再自助抽样求得总体形状参数和尺度参数;之后,运用G...