CN108646098A - 一种检测自愈式金属化膜电容器内部esl的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法，开关柜、调压器、变压器、硅堆、保护电阻、高压开关、放电装置、大电流放电开关、电流互感器、示波器、连接导线、被试品和陪试品等组成一个特殊的短路放电试验回路并获得对应的波形；按照电工原理，根据波形对回路的ESL进行计算，再通过差值法最终得到试品的ESL，填补了目前本行业对电容器的ESL精确测量试验方法上的空白。

Description

一种检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法

技术领域

本发明涉及直流支撑电容器、机车电容、脉冲电容器等金属化膜电容器技术领域，尤其是一种检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法。

背景技术

自愈式金属化膜电容器广泛应用于柔性直流输电、铁路交通、特殊冲击试验等场合，柔性直流输电中所用的金属化膜直流支撑式电容器，因对回路中的IGBT直流电压起支撑作用，要求直流支撑式电容器内部的ESL(等效串联电感)尽可能的小，否则会直接影响IGBT的运行安全。根据系统的运行要求，直流支撑式电容器内部的ESL必须达到某具体值的要求范围内，才能保证运行的安全性。

目前检测金属化膜电容器内部ESL的具体值并没有一个很好的办法。采用高精度的低压数字电桥，由于是在低电压下测量，受测试频率、电桥回路的影响较大，测试结果并不能反映金属化膜电容器内部ESL的真实水平。采用哪种合理的试验方法，能准确得到金属化膜电容器内部ESL的具体值，成为目前金属化电容器行业亟需解决的问题。

根据标准JB/T8168-1999，对电容器固有ESL的测量也提出了四种不同的测量方法，分别为：

(1)用示波器测量电容器的放电振荡频率及对数衰减率，并按照相应公式计算电容器ESL，该方法在测试时将外电路的附加电感值也带入了测量值，无法区分单独剥离金属化膜电容器内部ESL的具体值。

(2)用差值法测量电容器电感值，该方法要求外电路电感值需与电容器ESL在同一数量级上，而对于直流支撑电容器、机车电容、脉冲电容器等金属化膜电容器ESL基本上为几十nH，要将外电路电感值控制在nH级别基本上无法实现。

(3)通过测量电容器谐振频率计算ESL以及通过测量工频及高频(105～107Hz)电压下的电容值计算ESL，这两种方法按照目前实际的试验条件，要实现测量电容器谐振频率以及获得高频电源，是非常困难的。

发明内容

针对上述情况，本发明建立在标准JB/T8168-1999差值法测量电容器电感值的基础上，提供一种检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法，在实际操作中简单、易于实现，试验结果准确、可靠。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法，它包括以下步骤：

步骤1，设置一个电容器直流充电试验回路和短路冲击放电试验回路，短路冲击放电试验回路中设置一个大电流放电开关，短路冲击放电试验回路的线路尽可能短，本身电阻和接触电阻尽可能小；

步骤2，通过电容器直流充电试验回路对电容器进行充电储能，通过自动控制软件严格控制试验电压；

步骤3，电容器直流充电施加电压从1％Un逐级升压进行试验；

步骤4，根据放电波形条件确定最终施加试验电压；

步骤5，电容器直流充电完成后，通过大电流放电开关对电容器进行短路放电；

步骤6，进行短路放电操作时，由电流互感器采集电流型号，通过示波器进行录波；

步骤7，采用串联差值法或并联差值法通过步骤1-6得到的波形计算出ESL的最终值。

进一步地，短路冲击放电试验回路包括开关柜、调压器、变压器、硅堆、保护电阻、高压开关、放电装置、大电流放电开关、电流互感器、示波器、连接导线、被试品和陪试品，通过电流互感器和示波器检测并采集短路冲击放电波形和数据，通过被试品和陪试品的串联或并联进行波形的试验检测和计算，再通过差值法计算出最终被试品的ESL。

进一步地，步骤4中放电波形包括以下条件：

(a)放电波形需要至少有3个明显可读的同向波峰及以上；

(b)放电波形的第一个波峰和相邻的同向波峰的比值需控制在1.1-2倍之间；

(c)放电波形的第一个波峰峰值不得超过电流互感器和示波器的量程。

进一步地，步骤7中串联差值法通过以下步骤实现：

步骤71，首先将准备好的1台被试品和1台陪试品串联接入短路冲击试验回路后，按照步骤1-6进行放电试验和录波，录波个数重复3-5个，按照电工原理的计算方法，通过波形计算得到ESL；

步骤72，保持回路不变，将被试品所有出线端子短接，按照步骤1-6进行放电试验和录波，通过波形得到ESL；

步骤73，将步骤71计算得到的ESL减去步骤72计算得到的ESL，即可得到被试品的ESL最终值。

进一步地，步骤7中并联差值法通过以下步骤实现：

步骤74，首先将准备好的1台被试品和1台陪试品并联接入短路冲击试验回路后，按照步骤1-6进行放电试验和录波，录波个数重复3-5个，按照电工原理的计算方法，通过波形计算得到ESL；

步骤75，保持回路不变，将被试品断接，按照步骤1-6进行放电试验和录波，通过波形得到ESL；

步骤76，将步骤74计算得到的ESL减去步骤75计算得到的ESL，即可得到被试品的ESL最终值。

有益效果：

1.本发明通过自动控制软件严格控制电容器直流充电试验回路来获得精准的试验电压。

2.本发明设计专门的短路冲击放电试验回路，保证其包含的所有硬件自身电阻以及接触部位总电阻值足够小。

3.本发明的短路冲击放电试验回路中配置特殊大电流放电开关，保证其能耐受瞬时大电流冲击。

4.本发明通过高精度的检测控制系统(包括电流互感器和示波器)检测并采集准确稳定的短路冲击放电波形和数据。

5.本发明通过短路冲击放电波形和数据可精确计算得出电容器的ESL值，解决了行业内目前无法对金属化膜电容器内部ESL精确测量的难题。

附图说明

图1为本发明的被试品A与陪试品B串联试验回路电气原理图；

图2为本发明一实施例的ZCMJ2.8-7500两台串联放电波形图；

图3为本发明短接被试品A后陪试品B的试验回路电气原理图；

图4为本发明一实施例的ZCMJ2.8-7500两台串联放电波形图；

图5为本发明被试品A与陪试品B并联试验回路电气原理图；

图6为本发明断接被试品A后陪试品B的试验回路电气原理图；

图中：1-开关柜、2-调压器、3-变压器、4-硅堆、5-保护电阻、6-高压开关、7-放电装置、8-大电流放电开关、9-电流互感器、10-示波器、11-连接导线、12-被试品、13-陪试品。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提出一种采用串联差值法检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法，它包括以下步骤：

步骤1，设置一个电容器直流充电试验回路和短路冲击放电试验回路，短路冲击放电试验回路中设置一个大电流放电开关8，短路冲击放电试验回路的线路尽可能短，本身电阻和接触电阻尽可能小，如图1所示，由开关柜1、调压器2、变压器3、硅堆4、保护电阻5、高压开关6、放电装置7、大电流放电开关8、电流互感器9、示波器10、连接导线11、1台被试品12和1台陪试品13组成短路冲击放电试验回路，被试品12和陪试品13串联，通过电流互感器9和示波器10检测并采集短路冲击放电波形和数据；

步骤2，通过电容器直流充电试验回路对被试品12和陪试品13进行充电储能，通过自动控制软件严格控制试验电压；

步骤3，电容器直流充电施加电压从1％Un逐级升压进行试验；

步骤4，根据以下放电波形条件确定最终施加试验电压；

(a)放电波形需要至少有3个明显可读的同向波峰及以上；

(b)放电波形的第一个波峰和相邻的同向波峰的比值需控制在1.1-2倍之间；

(c)放电波形的第一个波峰峰值不得超过电流互感器和示波器的量程；

步骤5，电容器直流充电完成后，通过大电流放电开关8对被试品12和陪试品13进行短路放电；

步骤6，进行短路放电操作时，由电流互感器9采集电流型号，通过示波器10进行录波，为提高重复性，录波个数重复3-5个，按照电工原理的计算方法，通过波形计算得到ESL；

步骤7，保持回路不变，将被试品12所有出线端子短接，如图3所示，按照步骤1-6进行放电试验和录波，通过波形得到ESL；

步骤8，将步骤6计算得到的ESL减去步骤7计算得到的ESL，即可得到被试品12的ESL最终值。

实施例：

(1)将两台型号为ZCMJ2.8-7500的直流支撑电容器串联接入图1的试验回路中，通过短路放电试验，在示波器10上可得如图2所示的波形；

(2)由图2的录波波形可读取到放电波形第一个波峰峰值电流为7.76kA，同极性第二波峰峰值电流为4.24kA，放电周期为296μs，由此可计算出两台直流支撑电容器串联的ESL_A+B为586.40nH；

(3)将型号为ZCMJ2.8-7500的被试品直流支撑电容器在上述试验回路中短接，如图3所示，通过短路放电试验，在示波器10上可得如图4所示波形；

(4)由图4的录波波形可读取到放电波形第一个波峰峰值电流为5.6kA，同极性第二波峰峰值电流为3.04kA，放电周期为416μs，由此可计算出两台直流支撑电容器串联的ESL_B为579.00nH；

(5)根据步骤(1)与步骤(2)得知，两台直流支撑电容器串联的ESL_A+B为586.40nH，将被试品短接后计算得ESL_B为579.00nH，所以被试品直流支撑电容器的电感：

ESL_A＝ESL_A+B-ESL_B＝586.4-579.0＝7.4nH

本发明还提出一种采用并联差值法检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法，将被试品12与陪试品13并联，如图5所示，仍按照上述试验方法，通过短路放电得出并联后的ESL_A∥B，以及将被试品断路后的ESL_B，如图6所示，并通过以下公式计算得出被试品的ESL_A：

对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤1，设置一个电容器直流充电试验回路和短路冲击放电试验回路，短路冲击放电试验回路中设置一个大电流放电开关；

步骤2，通过电容器直流充电试验回路对电容器进行充电储能，通过自动控制软件严格控制试验电压；

步骤3，电容器直流充电施加电压从1％Un逐级升压进行试验；

步骤4，根据放电波形条件确定最终施加试验电压；

步骤5，电容器直流充电完成后，通过大电流放电开关对电容器进行短路放电；

步骤6，进行短路放电操作时，由电流互感器采集电流型号，通过示波器进行录波；

步骤7，采用串联差值法或并联差值法通过步骤1-6得到的波形计算出ESL的最终值。

2.根据权利要求1所述的检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法，其特征在于，所述短路冲击放电试验回路包括开关柜、调压器、变压器、硅堆、保护电阻、高压开关、放电装置、大电流放电开关、电流互感器、示波器、连接导线、被试品和陪试品，通过电流互感器和示波器检测并采集短路冲击放电波形和数据，通过被试品和陪试品的串联或并联进行波形的试验检测和计算，再通过差值法计算出最终被试品的ESL。

3.根据权利要求1或2所述的检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法，其特征在于，所述步骤4中放电波形包括以下条件：

(a)放电波形需要至少有3个明显可读的同向波峰及以上；

(b)放电波形的第一个波峰和相邻的同向波峰的比值需控制在1.1-2倍之间；

(c)放电波形的第一个波峰峰值不得超过电流互感器和示波器的量程。

4.根据权利要求1或2所述的检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法，其特征在于，所述步骤7中串联差值法通过以下步骤实现：

步骤71，首先将准备好的1台被试品和1台陪试品串联接入短路冲击试验回路后，按照步骤1-6进行放电试验和录波，录波个数重复3-5个，按照电工原理的计算方法，通过波形计算得到ESL；

步骤72，保持回路不变，将被试品所有出线端子短接，按照步骤1-6进行放电试验和录波，通过波形得到ESL；

步骤73，将步骤71计算得到的ESL减去步骤72计算得到的ESL，即可得到被试品的ESL最终值。

5.根据权利要求1或2所述的检测自愈式金属化膜电容器内部ESL的试验方法，其特征在于，所述步骤7中并联差值法通过以下步骤实现：

步骤74，首先将准备好的1台被试品和1台陪试品并联接入短路冲击试验回路后，按照步骤1-6进行放电试验和录波，录波个数重复3-5个，按照电工原理的计算方法，通过波形计算得到ESL；

步骤75，保持回路不变，将被试品断接，按照步骤1-6进行放电试验和录波，通过波形得到ESL；

步骤76，将步骤74计算得到的ESL减去步骤75计算得到的ESL，即可得到被试品的ESL最终值。