CN102637525A - 一种平板型低电感高压电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平板型低电感高压电容器，其特征在于，包括电容器主体，所述电容器主体设置于密封外壳中；所述电容器主体由多层极板组成，相邻极板间分别设有绝缘薄膜，所述电容器主体的电极分别从所述密封外壳的上部和下部引出。本发明利用高强度绝缘密封外壳直接紧固电容器主体形成一体化的结构，使电容器整体结构更加紧凑，自身电感可以做的更小。本发明的电容器自身电感不大于17nH，在半高宽500ns脉冲作用下，耐压可达500kV；当作用脉冲半高宽为35ns时，耐压可达800kV以上；本发明可用于输出脉冲前沿2.3±0.5ns，幅值600kV的有界波模拟器的脉冲陡化。
Description
技术领域
本发明属于高压储能装置，具体地说，是一种适于在快脉冲电压产生阶段陡化输出脉冲前沿的高压脉冲电容器。
背景技术
在电磁脉冲环境模拟技术领域，通常要求模拟器产生快上升前沿和慢下降后沿的双指数脉冲波形。传统的快Marx发生器直接对纯阻性天线负载放电，可以很好地满足慢下降后沿双指数波的要求。但是，对于高电压、大储能的Marx发生器，由于电容器、气体开关和结构尺寸带来的固有电感的限制，很难实现脉冲波形的快前沿输出。因此，需采用低电感电容来对输出脉冲前沿进行陡化。
根据电容器对纯阻性负载放电产生双指数波的典型电路分析可知，输出脉冲前沿与阻性负载阻值呈反比，与放电回路电感成正比。当负载阻值一定时，为获得更快的输出脉冲前沿需尽量减小放电回路电感。低电感电容作为陡化回路的主要组成部件，自身电感能否做的更小，往往成为影响脉冲前沿陡化效果的关键。
随着电磁脉冲模拟技术的发展，对模拟装置输出脉冲的幅值与前沿提出了更高的要求。同时，也增加了低电感电容的设计难度。在电容器研制过程中，因绝缘设计要求限制，电容器结构尺寸随其耐压等级的提高逐渐增加，自身电感很难做的很小。为满足电磁脉冲模拟装置输出电压幅值更高、前沿更快的实际应用需求，通常采用将电容器主体密封在充有高压绝缘气体的腔体中的方法来压缩其结构尺寸，达到减小自身电感和提高耐压水平的目的。该情况下，密封腔体采用何种结构、何种材料，决定了电容器的紧凑程度。同时，也成为制约电容器耐压水平提高和减小自身电感的主要因素。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种紧凑度高、电感低、耐压等级高的平板型低电感高压电容器。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种平板型低电感高压电容器，包括电容器主体，所述电容器主体设置于密封外壳中；所述电容器主体由多层极板组成，相邻极板间分别设有绝缘薄膜，所述电容器主体的电极分别从所述密封外壳的上部和下部引出。
进一步地，所述密封外壳由上壳体和下壳体两部分组成，所述上壳体和下壳体相互交错嵌合并由螺钉固定；所述上壳体和下壳体的结合处设有密封圈。
进一步地，所述上壳体、下壳体及螺钉由玻璃钢材料制成。
进一步地，所述上壳体上设有充气嘴。
进一步地，所述充气嘴由尼龙材料制成。
进一步地，所述电容器主体的最上层极板和最下层极板由不锈钢材料制成，中间的极板为铝板。
进一步地，所述绝缘薄膜的直径大于所述极板的直径。
进一步地，所述绝缘薄膜的直径为160mm，所述极板的直径为135mm。
进一步地，每层所述绝缘薄膜由多张聚脂膜叠加而成。
进一步地，每层所述绝缘薄膜厚度为1mm，每层所述绝缘薄膜由20张厚度为50um，介电常数为3.2，直流耐压达160kV/mm以上的聚脂膜叠加而成。
本发明利用高强度绝缘密封外壳直接紧固电容器主体形成一体化的结构，使电容器整体结构更加紧凑，自身电感可以做的更小。本发明的电容器自身电感不大于17nH，在半高宽500ns脉冲作用下，耐压可达500kV；当作用脉冲半高宽为35ns时，耐压可达800kV以上；本发明可用于输出脉冲前沿2.3±0.5ns，幅值600kV的有界波模拟器的脉冲陡化。
附图说明
图1是本发明的电容器一实施例的纵剖结构示意图。
图2是图1所示实施例的俯视图。
图3是图1所示实施例的仰视图。
图中：1.上壳体，2.充气嘴，3.中间极板，4.上电极，5.最上层极板，6.绝缘薄膜，7.螺钉，8.下壳体，9.最下层极板，10.下电极，11.第二凸环，12.第一凸环，13.密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，并请同时参照图2和图3，在本实施例中，本发明的平板型低电感高压电容器包括电容器主体，电容器主体设置于密封外壳中，整体呈圆柱形结构。其中，电容器主体由多层极板组成，相邻极板间分别设有绝缘薄膜6。
在本实施例中，密封外壳外径为315mm，中间形成一个直径176mm，高39mm的密闭空腔，中间密封腔体边角处采用大角度的圆弧过渡。密封外壳由上壳体1和下壳体8两部分组成，上壳体1和下壳体8相互交错嵌合并由螺钉7同心紧固；上壳体1和下壳体8的结合处设有密封圈13。本实施例中，下壳体8的周缘处向上设有第一凸环12，而上壳体1的距周缘一定距离处向下设有第二凸环11，该距离相当于第一凸环12的宽度，通过第一凸环12和第二凸环11的相互交错嵌合再配合密封圈13，形成径向密封方式，可以很好地满足密封腔体既要压紧电容器主体又要保持密封的要求。上壳体1、下壳体8由玻璃钢材料制成，在保证强度的同时具有良好的绝缘性能。螺钉7也采用玻璃钢材料，玻璃钢螺钉强度可以很好的满足电容器整体结构的受力要求，同时又可以避免使用金属螺钉而带来的绝缘问题。在上壳体1上设有充气嘴2，充气嘴2优选采用尼龙材料制成，通过充气嘴2向密封壳体的内腔中充入SF6气体作为绝缘介质。
本实施例中，电容器主体由7层绝缘薄膜6和8层金属极板交错叠加而成。两块金属极板与一层绝缘薄膜6构成一级电容器，总电容由7级电容串联而成，具体电容量根据实际需求而定。该布局的优点是使两金属极板间电场分布更加均匀，有效避免了因金属极板间隙过大而导致的边缘场畸变，从而使电容器内部耐压显著提高。金属极板为圆盘结构，厚度4mm，端部采用圆角过渡。电容器主体的最上层极板5和最下层极板9均由不锈钢材料制成，中间极板3为铝板。最上层极板5的中心向上突出形成上电极4，最下层极板9的中心向下突出形成下电极10，上电极4和下电极10分别从密封外壳的上部和下部引出。
绝缘薄膜6为圆形。为了实施良好的绝缘，绝缘薄膜6的直径应大于极板的直径。在本实施例中，绝缘薄膜6的直径为160mm，极板的直径为135mm。绝缘薄膜6伸出金属极板12.5mm，有效增加了极板边缘处绝缘长度，使电容器沿面滑闪电压提高。每层绝缘薄膜6由多张聚脂膜叠加而成，本实施例中，每层绝缘薄膜6的厚度为1mm，每层绝缘薄膜6由20张厚度为50um，介电常数为3.2，直流耐压达160kV/mm以上的聚脂膜叠加而成。
本发明实施例的主要安装过程是：（1）将密封壳体进行水压试验，检验是否存在缺陷；（2）水压试验后将密封壳体清洁烘干后密闭保存；（3）将金属极板进行表面打磨和抛光后清洁烘干；（4）将聚酯薄膜进行加工、除尘和除静电处理；（5）将密封壳体的下壳体取出，水平放置并固定在液压平台上；（6）将不锈钢的最下层极板同心放置在下壳体中，平面部分朝上；（7）将第一层绝缘薄膜放置在不锈钢的最下层电极上，并进行对芯；（8）将铝制的中间极板压在绝缘薄膜上，并进行对芯；（9）依次将7层绝缘薄膜与金属电极同心叠加在一起后，将密封壳体的上壳体同心压在不锈钢的最上层极板上，同时与密封壳体的下壳体接口处合在一起；（9）利用液压装置将密封壳体上下部分，连同电容器主体一起压紧；（10）将密封壳体周边玻璃钢螺钉旋上，并紧固。本发明实施例安装完成。
本发明的优点是：
（1）本发明利用高强度绝缘密封外壳直接紧固电容器主体，形成一体化的结构，使电容器整体结构更加紧凑，自身电感可以做的更小。
（2）本发明电容器主体部分采用7层绝缘薄膜串联叠加的结构，使电容器高压极板间电场分布更加均匀，从而达到提高耐压和紧凑结构的目的。
（3）本发明绝缘层采用20张聚酯膜叠加的形式，可以有效避免单层膜存在绝缘缺陷，容易导致击穿的缺点，从而进一步提高电容器内部耐压。
（4）本发明电容器主体电极上下极板采用不锈钢，可以提高电极强度，防止压紧时内部变形；中间电极采用铝板可以使电极与薄膜间压接更紧密且不易发生侧向移动，同时可以减轻电容器重量。
（5）本发明密封外壳采用高强度玻璃钢型材加工而成，并将中间密封腔体边角处进行了大角度的圆弧过渡，使其可以耐受很高的压力。水压试验证明，密封腔体在耐受2.5Mpa压力情况下，30分钟内未见异常。密封腔体可承受气压的增强意味着电容器内部可耐受电压等级的提高。实验证明，当密封腔体内部充1Mpa六氟化硫气体时，电容器可有效耐受半宽500ns、幅值500kV的高压脉冲。
（6）本发明采用平板型结构，在应用于有界波模拟器输出脉冲陡化时，可以更好地实现模拟器脉冲源与平板型有界波天线的连接，使装置整体结构更加连续，以利于快前沿电磁脉冲环境的产生。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种平板型低电感高压电容器，其特征在于，包括电容器主体，所述电容器主体设置于密封外壳中；所述电容器主体由多层极板组成，相邻极板间分别设有绝缘薄膜，所述电容器主体的电极分别从所述密封外壳的上部和下部引出。
2.根据权利要求1所述的平板型低电感高压电容器，其特征在于，所述密封外壳由上壳体和下壳体两部分组成，所述上壳体和下壳体相互交错嵌合并由螺钉固定；所述上壳体和下壳体的结合处设有密封圈。
3.根据权利要求2所述的平板型低电感高压电容器，其特征在于，所述上壳体、下壳体及螺钉由玻璃钢材料制成。
4.根据权利要求2或3所述的平板型低电感高压电容器，其特征在于，所述上壳体上设有充气嘴。
5.根据权利要求4所述的平板型低电感高压电容器，其特征在于，所述充气嘴由尼龙材料制成。
6.根据权利要求1所述的平板型低电感高压电容器，其特征在于，所述电容器主体的最上层极板和最下层极板由不锈钢材料制成，中间的极板为铝板。
7.根据权利要求1所述的平板型低电感高压电容器，其特征在于，所述绝缘薄膜的直径大于所述极板的直径。
8.根据权利要求7所述的平板型低电感高压电容器，其特征在于，所述绝缘薄膜的直径为160mm，所述极板的直径为135mm。
9.根据权利要求7所述的平板型低电感高压电容器，其特征在于，每层所述绝缘薄膜由多张聚脂膜叠加而成。
10.根据权利要求9所述的平板型低电感高压电容器，其特征在于，每层所述绝缘薄膜厚度为1mm，每层所述绝缘薄膜由20张厚度为50um，介电常数为3.2，直流耐压达160kV/mm以上的聚脂膜叠加而成。
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