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金属化聚丙烯膜脉冲电容器过载特性研究

作　者: 张天洋
导　师: 陈冬群；曹胜光
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 物理电子学
关键词: 金属化聚丙烯膜脉冲电容器过载特性过电压过电流单次使用
分类号: TM533
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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^-3μF/°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。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-23
  1.1 金属化聚丙烯膜脉冲电容器简介  12-14
    1.1.1 金属化聚丙烯膜脉冲电容器的发展  12-13
    1.1.2 金属化聚丙烯膜脉冲电容器组成  13-14
  1.2 金属化聚丙烯膜脉冲电容器的特性  14-19
    1.2.1 自愈特性  14-15
    1.2.2 温度特性  15-16
    1.2.3 充放电特性  16-18
    1.2.4 发热特性  18-19
  1.3 国外相关实验研究  19-21
    1.3.1 电阻的超功率脉冲测试实验  19-20
    1.3.2 电容器的过电压测试实验  20-21
    1.3.3 电池的过电流放电实验  21
  1.4 课题研究的意义和主要内容  21-23
第二章过载特性研究参数测试方法  23-31
  2.1 电容器参数测试方法  23-26
    2.1.1 电容器的等效电路  23-25
    2.1.2 电容器参数测试方法  25-26
  2.2 温度测试方法  26-27
  2.3 高电压测试方法  27-28
  2.4 脉冲大电流测试方法  28-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章不同温度下电容器单元过载特性研究  31-43
  3.1 电容器参数随温度变化特性研究  31-33
    3.1.1 实验原理  31-32
    3.1.2 实验装置及步骤  32
    3.1.3 实验结果及分析  32-33
  3.2 耐压特性研究  33-36
    3.2.1 实验原理  33-34
    3.2.2 实验装置及步骤  34-35
    3.2.3 实验结果及分析  35-36
  3.3 过载放电特性研究  36-39
    3.3.1 实验原理  36-37
    3.3.2 实验装置及步骤  37
    3.3.3 实验结果及分析  37-39
  3.4 漏电特性研究  39-42
    3.4.1 实验原理  39-40
    3.4.2 实验装置及步骤  40-41
    3.4.3 实验结果及分析  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章串并联电容器单元过载放电特性研究  43-55
  4.1 电容器单元耐压特性测试  43-46
    4.1.1 实验原理  43-44
    4.1.2 实验步骤及结果  44
    4.1.3 可靠性分析  44-46
  4.2 电容器单元过载放电研究  46-48
    4.2.1 实验步骤  46
    4.2.2 实验结果及分析  46-48
  4.3 串并联过载放电研究  48-54
    4.3.1 实验步骤  48-49
    4.3.2 实验结果及分析  49-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章总结与展望  55-57
  5.1 主要内容和结果  55-56
  5.2 今后工作展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-61
作者在学期间取得的学术成果  61-62
附录A 二项分布可靠度单侧置信下限表  62-63

金属化聚丙烯膜脉冲电容器过载特性研究

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