一種平板型低電感高壓電容器的製作方法
2023-12-09 11:06:46
專利名稱：一種平板型低電感高壓電容器的製作方法
技術領域：
本發明屬於高壓儲能裝置，具體地說，是一種適於在快脈衝電壓產生階段陡化輸出脈衝前沿的高壓脈衝電容器。
背景技術：
在電磁脈衝環境模擬技術領域，通常要求模擬器產生快上升前沿和慢下降後沿的 雙指數脈衝波形。傳統的快Marx發生器直接對純阻性天線負載放電，可以很好地滿足慢下降後沿雙指數波的要求。但是，對於高電壓、大儲能的Marx發生器，由於電容器、氣體開關和結構尺寸帶來的固有電感的限制，很難實現脈衝波形的快前沿輸出。因此，需採用低電感電容來對輸出脈衝前沿進行陡化。根據電容器對純阻性負載放電產生雙指數波的典型電路分析可知，輸出脈衝前沿與阻性負載阻值呈反比，與放電迴路電感成正比。當負載阻值一定時，為獲得更快的輸出脈衝前沿需儘量減小放電迴路電感。低電感電容作為陡化迴路的主要組成部件，自身電感能否做的更小，往往成為影響脈衝前沿陡化效果的關鍵。隨著電磁脈衝模擬技術的發展，對模擬裝置輸出脈衝的幅值與前沿提出了更高的要求。同時，也增加了低電感電容的設計難度。在電容器研製過程中，因絕緣設計要求限制，電容器結構尺寸隨其耐壓等級的提高逐漸增加，自身電感很難做的很小。為滿足電磁脈衝模擬裝置輸出電壓幅值更高、前沿更快的實際應用需求，通常採用將電容器主體密封在充有高壓絕緣氣體的腔體中的方法來壓縮其結構尺寸，達到減小自身電感和提高耐壓水平的目的。該情況下，密封腔體採用何種結構、何種材料，決定了電容器的緊湊程度。同時，也成為制約電容器耐壓水平提高和減小自身電感的主要因素。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種緊湊度高、電感低、耐壓等級高的平板型低電感高壓電容器。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種平板型低電感高壓電容器，包括電容器主體，所述電容器主體設置於密封外殼中；所述電容器主體由多層極板組成，相鄰極板間分別設有絕緣薄膜，所述電容器主體的電極分別從所述密封外殼的上部和下部引出。進一步地，所述密封外殼由上殼體和下殼體兩部分組成，所述上殼體和下殼體相互交錯嵌合併由螺釘固定；所述上殼體和下殼體的結合處設有密封圈。進一步地，所述上殼體、下殼體及螺釘由玻璃鋼材料製成。進一步地，所述上殼體上設有充氣嘴。進一步地,所述充氣嘴由尼龍材料製成。進一步地，所述電容器主體的最上層極板和最下層極板由不鏽鋼材料製成，中間的極板為招板。進一步地，所述絕緣薄膜的直徑大於所述極板的直徑。
進一步地,所述絕緣薄膜的直徑為160mm,所述極板的直徑為135mm。進一步地，每層所述絕緣薄膜由多張聚脂膜疊加而成。進一步地，每層所述絕緣薄膜厚度為1mm，每層所述絕緣薄膜由20張厚度為50um，介電常數為3. 2，直流耐壓達160kV/_以上的聚脂膜疊加而成。本發明利用高強度絕緣密封外殼直接緊固電容器主體形成一體化的結構，使電容器整體結構更加緊湊，自身電感可以做的更小。本發明的電容器自身電感不大於17nH，在半高寬500ns脈衝作用下，耐壓可達500kV ;當作用脈衝半高寬為35ns時，耐壓可達800kV以上；本發明可用於輸出脈衝前沿2. 3±0. 5n s,幅值600kV的有界波模擬器的脈衝陡化。
圖I是本發明的電容器一實施例的縱剖結構示意圖。圖2是圖I所示實施例的俯視圖。圖3是圖I所示實施例的仰視圖。圖中1.上殼體，2.充氣嘴，3.中間極板，4.上電極，5.最上層極板，6.絕緣薄膜，
7.螺釘，8.下殼體，9.最下層極板，10.下電極，11.第二凸環，12.第一凸環，13.密封圈。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。如圖I所示，並請同時參照圖2和圖3，在本實施例中，本發明的平板型低電感高壓電容器包括電容器主體，電容器主體設置於密封外殼中，整體呈圓柱形結構。其中，電容器主體由多層極板組成，相鄰極板間分別設有絕緣薄膜6。在本實施例中，密封外殼外徑為315mm，中間形成一個直徑176mm，高39mm的密閉空腔，中間密封腔體邊角處採用大角度的圓弧過渡。密封外殼由上殼體I和下殼體8兩部分組成，上殼體I和下殼體8相互交錯嵌合併由螺釘7同心緊固；上殼體I和下殼體8的結合處設有密封圈13。本實施例中，下殼體8的周緣處向上設有第一凸環12，而上殼體I的距周緣一定距離處向下設有第二凸環11，該距離相當於第一凸環12的寬度，通過第一凸環12和第二凸環11的相互交錯嵌合再配合密封圈13，形成徑向密封方式，可以很好地滿足密封腔體既要壓緊電容器主體又要保持密封的要求。上殼體I、下殼體8由玻璃鋼材料製成，在保證強度的同時具有良好的絕緣性能。螺釘7也採用玻璃鋼材料，玻璃鋼螺釘強度可以很好的滿足電容器整體結構的受力要求，同時又可以避免使用金屬螺釘而帶來的絕緣問題。在上殼體I上設有充氣嘴2，充氣嘴2優選採用尼龍材料製成，通過充氣嘴2向密封殼體的內腔中充入SF6氣體作為絕緣介質。本實施例中，電容器主體由7層絕緣薄膜6和8層金屬極板交錯疊加而成。兩塊金屬極板與一層絕緣薄膜6構成一級電容器，總電容由7級電容串聯而成，具體電容量根據實際需求而定。該布局的優點是使兩金屬極板間電場分布更加均勻，有效避免了因金屬極板間隙過大而導致的邊緣場畸變，從而使電容器內部耐壓顯著提高。金屬極板為圓盤結構，厚度4_，端部採用圓角過渡。電容器主體的最上層極板5和最下層極板9均由不鏽鋼材料製成，中間極板3為鋁板。最上層極板5的中心向上突出形成上電極4，最下層極板9的中心向下突出形成下電極10，上電極4和下電極10分別從密封外殼的上部和下部引出。絕緣薄膜6為圓形。為了實施良好的絕緣，絕緣薄膜6的直徑應大於極板的直徑。在本實施例中，絕緣薄膜6的直徑為160mm，極板的直徑為135mm。絕緣薄膜6伸出金屬極板12. 5mm,有效增加了極板邊緣處絕緣長度，使電容器沿面滑閃電壓提高。每層絕緣薄膜6由多張聚脂膜疊加而成，本實施例中，每層絕緣薄膜6的厚度為1_，每層絕緣薄膜6由20張厚度為50um，介電常數為3. 2，直流耐壓達160kV/mm以上的聚脂膜疊加而成。
本發明實施例的主要安裝過程是(1)將密封殼體進行水壓試驗，檢驗是否存在缺陷；(2)水壓試驗後將密封殼體清潔烘乾後密閉保存；(3)將金屬極板進行表面打磨和拋光後清潔烘乾；(4)將聚酯薄膜進行加工、除塵和除靜電處理；(5)將密封殼體的下殼體取出，水平放置並固定在液壓平臺上；(6)將不鏽鋼的最下層極板同心放置在下殼體中，平面部分朝上；(7)將第一層絕緣薄膜放置在不鏽鋼的最下層電極上，並進行對芯；(8)將鋁製的中間極板壓在絕緣薄膜上，並進行對芯；(9)依次將7層絕緣薄膜與金屬電極同心疊加在一起後，將密封殼體的上殼體同心壓在不鏽鋼的最上層極板上，同時與密封殼體的下殼體接口處合在一起；(9)利用液壓裝置將密封殼體上下部分，連同電容器主體一起壓緊；(10)將密封殼體周邊玻璃鋼螺釘旋上，並緊固。本發明實施例安裝完成。本發明的優點是
(I)本發明利用高強度絕緣密封外殼直接緊固電容器主體，形成一體化的結構，使電容器整體結構更加緊湊，自身電感可以做的更小。(2)本發明電容器主體部分採用7層絕緣薄膜串聯疊加的結構，使電容器高壓極板間電場分布更加均勻，從而達到提高耐壓和緊湊結構的目的。(3)本發明絕緣層採用20張聚酯膜疊加的形式，可以有效避免單層膜存在絕緣缺陷，容易導致擊穿的缺點，從而進一步提高電容器內部耐壓。( 4)本發明電容器主體電極上下極板採用不鏽鋼，可以提高電極強度，防止壓緊時內部變形；中間電極採用鋁板可以使電極與薄膜間壓接更緊密且不易發生側向移動，同時可以減輕電容器重量。(5)本發明密封外殼採用高強度玻璃鋼型材加工而成，並將中間密封腔體邊角處進行了大角度的圓弧過渡，使其可以耐受很高的壓力。水壓試驗證明，密封腔體在耐受2. 5Mpa壓力情況下，30分鐘內未見異常。密封腔體可承受氣壓的增強意味著電容器內部可耐受電壓等級的提高。實驗證明，當密封腔體內部充IMpa六氟化硫氣體時，電容器可有效耐受半寬500ns、幅值500kV的高壓脈衝。(6)本發明採用平板型結構，在應用於有界波模擬器輸出脈衝陡化時，可以更好地實現模擬器脈衝源與平板型有界波天線的連接，使裝置整體結構更加連續，以利於快前沿電磁脈衝環境的產生。以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍以權利要求書為準。
權利要求
1.一種平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，包括電容器主體，所述電容器主體設置於密封外殼中；所述電容器主體由多層極板組成，相鄰極板間分別設有絕緣薄膜，所述電容器主體的電極分別從所述密封外殼的上部和下部引出。
2.根據權利要求I所述的平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，所述密封外殼由上殼體和下殼體兩部分組成，所述上殼體和下殼體相互交錯嵌合併由螺釘固定；所述上殼體和下殼體的結合處設有密封圈。
3.根據權利要求2所述的平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，所述上殼體、下殼體及螺釘由玻璃鋼材料製成。
4.根據權利要求2或3所述的平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，所述上殼體上設有充氣嘴。
5.根據權利要求4所述的平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，所述充氣嘴由尼龍材料製成。
6.根據權利要求I所述的平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，所述電容器主體的最上層極板和最下層極板由不鏽鋼材料製成，中間的極板為鋁板。
7.根據權利要求I所述的平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，所述絕緣薄膜的直徑大於所述極板的直徑。
8.根據權利要求7所述的平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，所述絕緣薄膜的直徑為160mm,所述極板的直徑為135mm。
9.根據權利要求7所述的平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，每層所述絕緣薄膜由多張聚脂膜疊加而成。
10.根據權利要求9所述的平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，每層所述絕緣薄膜厚度為1mm，每層所述絕緣薄膜由20張厚度為50um，介電常數為3. 2，直流耐壓達160kV/mm以上的聚脂I旲置加而成。
全文摘要
本發明公開了一種平板型低電感高壓電容器，其特徵在於，包括電容器主體，所述電容器主體設置於密封外殼中；所述電容器主體由多層極板組成，相鄰極板間分別設有絕緣薄膜，所述電容器主體的電極分別從所述密封外殼的上部和下部引出。本發明利用高強度絕緣密封外殼直接緊固電容器主體形成一體化的結構，使電容器整體結構更加緊湊，自身電感可以做的更小。本發明的電容器自身電感不大於17nH，在半高寬500ns脈衝作用下，耐壓可達500kV；當作用脈衝半高寬為35ns時，耐壓可達800kV以上；本發明可用於輸出脈衝前沿2.3±0.5ns，幅值600kV的有界波模擬器的脈衝陡化。
文檔編號H01G4/224GK102637525SQ20121008775
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者湯俊萍, 謝霖燊, 賈偉, 郭帆, 陳維青 申請人:賈偉