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金属化聚丙烯膜脉冲电容器过载特性研究

张天洋  
【摘要】:单次使用的脉冲功率装置的紧凑化是国内外近年来研究的一项重要内容。正是由于单次使用,为脉冲功率各部件的小型化提供了极大的可能。目前大多数的脉冲功率装置都采用脉冲电容器作为初级能源,具有安全、可靠的特点。以金属化聚丙烯膜脉冲电容器(MPP capacitor)为代表的高储能密度电容器技术的发展,为构建紧凑化的初级能源系统提供了极大的便利。商业提供的金属化聚丙烯膜脉冲电容器在额定电压和额定电流下,都有一定的寿命,即重复放电次数(一般大于1000次)。如果在确保其一次或几次可靠工作的前提下,人为提高其工作电压和放电电流,则可以大大提高其储能密度,从而可以构建极为紧凑的初级能源。本文的研究结果为金属化聚丙烯膜脉冲电容器的过载使用展现了很好的发展前景,为以后制作可靠的单次或者几次使用的紧凑初级能源奠定了坚实的基础。本文的研究内容主要包括以下几方面: 首先,对金属化聚丙烯膜脉冲电容器的发展及特点进行了概述,简要介绍了金属化聚丙烯膜脉冲电容器相关的基础知识,对国外相关过载研究进行了简要总结,并对过载实验中电容器各项参数、温度、高电压和脉冲大电流的测试方法进行了简单的介绍。 其次,对不同温度下电容器单元的过载特性进行了详细的研究,通过温度和耐压实验得到了MMJ4-6.6电容器单元在-45℃~60℃范围内电容量C随温度的变化率k_C≈-1.2×10~(-3)μF/°C,其安全过载充电的储能密度是额定储能密度的1.8倍以上;根据过载放电特性实验结果可知,其放电能力超过100kA/kJ;对漏电特性实验结果进行分析,该电容器单元充电所需的最小充电电流不能小于500μA,这为脉冲功率初级能源的紧凑化设计提供重要的实验依据。 最后,对串并联电容器单元的过载放电特性进行了初步的研究,通过耐压特性研究得到了MKMJ3-50电容器单元在置信水平0.7、充电电压4kV时的耐压可靠度单侧置信下限约为0.81。单元过载放电特性研究结果表明,置信水平0.7、放电电流30kA时,该电容器单元的单次可靠放电单侧置信下限约为0.94。根据串并联过载放电实验数据可知,该电容器单元通流能力在一次性破坏的情况下,达到了48kA,这对金属化聚丙烯膜脉冲电容器的过载放电研究具有重要的指导意义。


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