本文關(guān)鍵詞：基于電極斷裂行為的金屬化膜電容器通流特性研究

  更多相關(guān)文章： 金屬化膜電容器 金屬化電極 電爆炸 電極斷裂 臨界通流電流密度 電容量突降

【摘要】：金屬化膜電容器具有高儲能密度、高可靠性等特點(diǎn),是脈沖功率電源的首選儲能器件,本文基于金屬化電極斷裂行為的理論和試驗(yàn)研究金屬化膜電容器的通流特性。論文首先分析金屬化膜電容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)�；陔娙萜鹘Y(jié)構(gòu),分析了金屬化電極斷裂條件下電容器主要性能參數(shù)電容量和等效串聯(lián)電阻(ESR)的變化趨勢,并將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。研究結(jié)果表明:出現(xiàn)金屬化電極斷裂的電容器其電容量和ESR會隨著頻率的降低而增大,電流流向變化是出現(xiàn)金屬化電極斷裂的電容器參數(shù)變化的根本原因。研究金屬化電極電爆炸的形態(tài)與影響因素。建立電爆炸試驗(yàn)平臺對厚度為6 nm金屬化電極開展了電爆炸形態(tài)研究,通過高速攝影機(jī)拍攝金屬化電極斷裂形態(tài)。結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象和電爆炸理論對金屬化電極電爆炸的發(fā)展過程進(jìn)行了詳細(xì)描述。電爆炸過程中金屬化電極斷裂發(fā)展方向與電流方向垂直,通過仿真分析認(rèn)為焦耳熱和電磁力是其主要原因。對不同電容儲能和感性負(fù)載下的金屬化電極電爆炸進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明:通過金屬化電極的能量與能量速率是電爆炸發(fā)生的重要影響因素;能量轉(zhuǎn)化效率變化趨勢表明6 nm金屬化電極電爆炸的臨界電流密度接近1.00×1011 A/m2。研究金屬化電極在多次脈沖電流作用下的臨界通流電流密度。通過顯微鏡試驗(yàn)獲得6 nm的金屬化電極在周期為310μs、反峰系數(shù)為10%的脈沖電流作用下,臨界通流線電流密度為131.9 A/m,臨界通流電流密度為2.20×1010 A/m2。對金屬化電極在多次脈沖電流作用下的電磁力和焦耳熱進(jìn)行了定量研究。研究表明:電磁力不足以導(dǎo)致電極斷裂。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果和焦耳熱仿真分析得到了臨界通流電流密度的表達(dá)式。分析表明金屬化電極的臨界通流電流密度與周期、方阻(金屬層厚度)、熱量轉(zhuǎn)化效率、畸變系數(shù)相關(guān)。進(jìn)行了不同影響因素下的理論和試驗(yàn)研究,研究表明理論推導(dǎo)結(jié)果與試驗(yàn)具有較好的一致性。研究脈沖放電下金屬化膜電容器的通流特性。對不同線電流密度和反峰系數(shù)下的金屬化膜電容器進(jìn)行了壽命測試。測試結(jié)果表明:金屬化膜電容器隨著線電流密度的增大出現(xiàn)了電容量突降現(xiàn)象,正常電容器(未發(fā)生電容量突降)的壽命隨著線電流密度的增大而下降。當(dāng)線電流密度大于13 A/m時(shí),3 nm金屬化膜電容器會出現(xiàn)電極斷裂現(xiàn)象導(dǎo)致電容量突降。而突降概率隨著線電流密度的增大呈明顯的上升趨勢,當(dāng)線電流密度達(dá)到28 A/m時(shí),突降概率為66.7%。不同反峰系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果表明:金屬化膜電容器壽命隨著反峰系數(shù)的增大而下降。試驗(yàn)結(jié)果與理論相結(jié)合,擬合出了新的經(jīng)驗(yàn)公式,可以得到不同電壓與反峰系數(shù)下電容器壽命。最后研究不同電極厚度對金屬化膜電容器通流特性的影響。對兩種不同厚度金屬化電極電容器進(jìn)行壽命測試,試驗(yàn)結(jié)果分析表明:隨著電極厚度的下降,相同的線電流密度下金屬化膜電容器突降的比例升高。正常電容器(未發(fā)生電容量突降)平均壽命隨線電流密度上升而下降,平均壽命下降比例隨著電極厚度的下降而上升。
【關(guān)鍵詞】：金屬化膜電容器 金屬化電極 電爆炸 電極斷裂 臨界通流電流密度 電容量突降
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-24
• 1.1 引言10-14
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀與存在的問題14-22
• 1.3 論文的主要工作和章節(jié)安排22-24
• 2 金屬化電極斷裂對電容器性能的影響研究24-34
• 2.1 金屬化電極斷裂現(xiàn)象24-26
• 2.2 金屬化膜電容器電路模型26-29
• 2.3 金屬化電極斷裂仿真分析29-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 3 金屬化電極斷裂形態(tài)及其影響因素研究34-49
• 3.1 電爆炸發(fā)展過程34-35
• 3.2 金屬化電極電爆炸試驗(yàn)35-38
• 3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析38-44
• 3.4 影響電爆炸因素44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 4 金屬化電極斷裂的臨界通流電流密度研究49-63
• 4.1 金屬化電極斷裂模擬試驗(yàn)49-52
• 4.2 電磁力影響52-54
• 4.3 焦耳熱影響54-59
• 4.4 不同影響因素下的臨界電流分析59-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 5 金屬化膜電容器通流特性研究63-76
• 5.1 脈沖放電下電容器壽命的影響機(jī)理63-65
• 5.2 金屬化膜電容器壽命試驗(yàn)平臺65-67
• 5.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析67-74
• 5.4 本章小結(jié)74-76
• 6 全文總結(jié)76-78
• 6.1 全文總結(jié)76-77
• 6.2 工作展望77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85

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本文編號：592105