基于电极断裂行为的金属化膜电容器通流特性研究

发布时间：2017-07-30 02:16

  本文关键词：基于电极断裂行为的金属化膜电容器通流特性研究

  更多相关文章： 金属化膜电容器 金属化电极 电爆炸 电极断裂 临界通流电流密度 电容量突降

【摘要】：金属化膜电容器具有高储能密度、高可靠性等特点,是脉冲功率电源的首选储能器件,本文基于金属化电极断裂行为的理论和试验研究金属化膜电容器的通流特性。论文首先分析金属化膜电容器的结构特点。基于电容器结构,分析了金属化电极断裂条件下电容器主要性能参数电容量和等效串联电阻(ESR)的变化趋势,并将仿真结果与试验结果进行对比。研究结果表明:出现金属化电极断裂的电容器其电容量和ESR会随着频率的降低而增大,电流流向变化是出现金属化电极断裂的电容器参数变化的根本原因。研究金属化电极电爆炸的形态与影响因素。建立电爆炸试验平台对厚度为6 nm金属化电极开展了电爆炸形态研究,通过高速摄影机拍摄金属化电极断裂形态。结合试验现象和电爆炸理论对金属化电极电爆炸的发展过程进行了详细描述。电爆炸过程中金属化电极断裂发展方向与电流方向垂直,通过仿真分析认为焦耳热和电磁力是其主要原因。对不同电容储能和感性负载下的金属化电极电爆炸进行了试验研究。研究结果表明:通过金属化电极的能量与能量速率是电爆炸发生的重要影响因素;能量转化效率变化趋势表明6 nm金属化电极电爆炸的临界电流密度接近1.00×1011 A/m2。研究金属化电极在多次脉冲电流作用下的临界通流电流密度。通过显微镜试验获得6 nm的金属化电极在周期为310μs、反峰系数为10%的脉冲电流作用下,临界通流线电流密度为131.9 A/m,临界通流电流密度为2.20×1010 A/m2。对金属化电极在多次脉冲电流作用下的电磁力和焦耳热进行了定量研究。研究表明:电磁力不足以导致电极断裂。结合试验结果和焦耳热仿真分析得到了临界通流电流密度的表达式。分析表明金属化电极的临界通流电流密度与周期、方阻(金属层厚度)、热量转化效率、畸变系数相关。进行了不同影响因素下的理论和试验研究,研究表明理论推导结果与试验具有较好的一致性。研究脉冲放电下金属化膜电容器的通流特性。对不同线电流密度和反峰系数下的金属化膜电容器进行了寿命测试。测试结果表明:金属化膜电容器随着线电流密度的增大出现了电容量突降现象,正常电容器(未发生电容量突降)的寿命随着线电流密度的增大而下降。当线电流密度大于13 A/m时,3 nm金属化膜电容器会出现电极断裂现象导致电容量突降。而突降概率随着线电流密度的增大呈明显的上升趋势,当线电流密度达到28 A/m时,突降概率为66.7%。不同反峰系数的试验结果表明:金属化膜电容器寿命随着反峰系数的增大而下降。试验结果与理论相结合,拟合出了新的经验公式,可以得到不同电压与反峰系数下电容器寿命。最后研究不同电极厚度对金属化膜电容器通流特性的影响。对两种不同厚度金属化电极电容器进行寿命测试,试验结果分析表明:随着电极厚度的下降,相同的线电流密度下金属化膜电容器突降的比例升高。正常电容器(未发生电容量突降)平均寿命随线电流密度上升而下降,平均寿命下降比例随着电极厚度的下降而上升。
【关键词】：金属化膜电容器 金属化电极 电爆炸 电极断裂 临界通流电流密度 电容量突降
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 引言10-14
• 1.2 课题研究现状与存在的问题14-22
• 1.3 论文的主要工作和章节安排22-24
• 2 金属化电极断裂对电容器性能的影响研究24-34
• 2.1 金属化电极断裂现象24-26
• 2.2 金属化膜电容器电路模型26-29
• 2.3 金属化电极断裂仿真分析29-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 金属化电极断裂形态及其影响因素研究34-49
• 3.1 电爆炸发展过程34-35
• 3.2 金属化电极电爆炸试验35-38
• 3.3 试验结果与分析38-44
• 3.4 影响电爆炸因素44-47
• 3.5 本章小结47-49
• 4 金属化电极断裂的临界通流电流密度研究49-63
• 4.1 金属化电极断裂模拟试验49-52
• 4.2 电磁力影响52-54
• 4.3 焦耳热影响54-59
• 4.4 不同影响因素下的临界电流分析59-62
• 4.5 本章小结62-63
• 5 金属化膜电容器通流特性研究63-76
• 5.1 脉冲放电下电容器寿命的影响机理63-65
• 5.2 金属化膜电容器寿命试验平台65-67
• 5.3 试验结果与分析67-74
• 5.4 本章小结74-76
• 6 全文总结76-78
• 6.1 全文总结76-77
• 6.2 工作展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-85
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文85

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本文编号：592105