CN108732446A - 重复频率脉冲电容器寿命试验平台及测试方法 - Google Patents

Abstract

重复频率脉冲电容器寿命试验平台及测试方法。用电流电压表和万用表测电容，测量误差较大且上述三种方法都是在低压状态下进行，无法检测到存在软击穿故障的电容器。本发明组成包括：充电机（1）、放电反压保护单元（2）、放电回路（3）和控制单元（4），充电机和放电反压保护单元和放电回路依次串联构成寿命试验主回路，放电反压保护单元是由两个限流电阻（12）与反并联二极管（14）组成的T型保护回路，电阻分压器（20）并联在放电回路的测试电容（15）两端，电阻分压器和放电回路的分流器（16）分别与控制单元的光电隔离模块（11）电连接。本发明用于重复频率脉冲电容器寿命试验平台及测试方法。

Description

重复频率脉冲电容器寿命试验平台及测试方法

技术领域：

本发明涉及脉冲电容器领域，特别涉及一种重复频率脉冲电容器寿命试验平台及测试方法。

背景技术：

脉冲功率技术以高电压、大电流、高功率、强脉冲为特点，应用领域广泛，如电磁发射、惯性约束聚变、环境处理和生物医学等。脉冲功率电源向着高功率和小型化方向发展，对脉冲电容器提出更高要求:高储能密度、与负载寿命相匹配的工作寿命以及高可靠性。重复频率脉冲功率是脉冲功率技术实用化发展的关键技术，但现有重复频率脉冲功率电源的具体商业化或实际应用较少，针对重复频率放电领域的高储能脉冲电容器的研究也较少。

为了保证脉冲电容器的安全有效运行，需要对设备运行状态进行评估，并对状态进行显示和记录，以便维护人员及时处理故障。电容量C是诊断介质老化、受潮等劣化情况重要参数，可以较灵敏地反映出设备的绝缘状况。目前电容测试有三种方法，电流电压表法、万用表法、交流电桥法，但均存在一些问题：用电流电压表和万用表测电容，测量误差较大且上述三种方法都是在低压状态下进行，无法检测到存在软击穿故障的电容器。因此，需要对电容量的检测提出新的方法，以测量高压运行状态下电容器的真实电容量。一般以电容量下降值达到初始电容量的5%作为电容器寿命终结标志。

发明内容：

本发明的目的是解决现有的电容测试误差大，无法检测到存在软击穿故障的电容器的问题，提供一种体积小、充电精度和效率较高，误差小的重复频率脉冲电容器寿命试验平台及测试方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种重复频率脉冲电容器寿命试验平台，其组成包括：充电机、放电反压保护单元、放电回路和控制单元，所述的充电机和所述的放电反压保护单元和所述的放电回路依次串联构成寿命试验主回路，所述的放电反压保护单元是由两个限流电阻与反并联二极管组成的T型保护回路，电阻分压器并联在所述的放电回路的测试电容两端，所述的电阻分压器和所述的放电回路的分流器分别与所述的控制单元的光电隔离模块电连接。

所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的放电回路是由高压放电开关、调波电感、调波电阻、所述的分流器和所述的测试电容依次串联而成。

所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的控制单元包括峰值检波模块、控制器和所述的光电隔离模块，所述的光电隔离模块与所述的峰值检波模块电连接，所述的峰值检波模块与所述的控制器电连接，所述的控制器分别与所述的充电机和所述的高压放电开关电连接。

所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的充电机是由整流滤波单元、全桥逆变单元、谐振变换单元和升压整流单元依次串联而成。

所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的整流滤波单元由六只二极管连接成的三相全桥不可控整流电路，滤波电容并接在整流电路的输出端。

所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的全桥逆变单元由两只双单元IGBT连接成全桥逆变电路。

所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的谐振变换单元由谐振电感和电容串联组成。

所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的升压整流单元由高频升压变压器和单相全桥整流电路组成，所述的单相全桥整流电路由四只高压整流二极管串并联组成。

一种重复频率脉冲电容器寿命试验平台的测试方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：设置试验平台参数，包括电容充电电压、充电时间、电压保持时间、放电时间、连续工作时间、间歇时间；

步骤二：控制器启动充电机向测试电容充电，同时电阻分压器和分流器分别对电压电流信号采样并送给控制单元，后者根据采样信号判断并控制平台工作状态；

步骤三：测试电容C充至预设电压后，控制器控制充电机停机，电容进入电压保持阶段；

步骤四：达到预设耐压时间后，控制器触发高压放电开关导通，使测试电容进入放电阶段；

步骤五：放电完毕后，控制器断开并重新启动充电机向测试电容充电，进入下一个充放电试验周期；

步骤六：达到连续工作时间后平台停止工作，进入间歇时间；

步骤七：计算测试电容在连续充放电试验后的电容量，并与初始值进行比较，判断其是否失效。

所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台的测试方法，在步骤三中，电容进入电压保持阶段后，所述的控制单元会通过电阻分压器时刻监控电容电压，若低于预设充电电压，则会重新启动充电机将电容C充至预设电压。

有益效果：

1.设计了放电反压保护单元，可以防止测试电容放电结束时，放电回路电感续流，对测试电容反向充电，从而使整流硅堆导通而经受极大的浪涌电流冲击而损坏。

通过该试验平台可以研究各个阶段（充电、保持、放电）的经历时间和重复频率对电容器寿命特性的影响以及重复频率工况下脉冲电容器的失效机制。

该寿命平台所采用的测试方法与传统的电容量测试方法相比，误差较小。

充电机采用串联谐振软开关恒流充电电源，体积小且稳定度、充电精度和效率较高。

将放电回路、控制单元置于全屏蔽室内，可以有效削弱强电磁干扰和噪声，抗干扰能力强。

可以很容易通过修改控制器内部结构来实现对试验平台的功能扩展和更新，使其具有对系列电容测试的通用性。

附图说明：

附图1是本发明的总体结构示意图；

附图2是本发明的充电机主电路原理图；

图中：1、充电机；2、放电反压保护单元；3、放电回路；4、控制单元；5、整流滤波单元；6、全桥逆变单元；7、谐振变换单元；8、升压整流单元；9、控制器；10、峰值检波模块；11、光电隔离模块；12、限流电阻；14、反并联二极管；15、测试电容；16、分流器；17、调波电阻；18、调波电感；19、高压放电开关；20、电阻分压器。

具体实施方式：

实施例1：

一种重复频率脉冲电容器寿命试验平台，其组成包括：充电机1、放电反压保护单元2、放电回路3和控制单元4，所述的充电机和所述的放电反压保护单元和所述的放电回路依次串联构成寿命试验主回路，所述的放电反压保护单元是由两个限流电阻12与反并联二极管14组成的T型保护回路，电阻分压器20并联在所述的放电回路的测试电容15两端，所述的电阻分压器和所述的放电回路的分流器16分别与所述的控制单元的光电隔离模块11电连接。

名称与符号对照如下：

R₁表示限流电阻A；R₂表示限流电阻B；D表示反并联二极管；C表示测试电容，K表示高压放电开关；L表示调波电感；R表示调波电阻；FL表示分流器；

实施例2：

根据实施例1所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的放电回路是由高压放电开关19、调波电感18、调波电阻17、所述的分流器和所述的测试电容依次串联而成。

实施例3：

根据实施例1或2所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的控制单元包括峰值检波模块10、控制器9和所述的光电隔离模块，所述的光电隔离模块与所述的峰值检波模块电连接，所述的峰值检波模块与所述的控制器电连接，所述的控制器分别与所述的充电机和所述的高压放电开关电连接。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的充电机是由整流滤波单元5、全桥逆变单元6、谐振变换单元7和升压整流单元8依次串联而成。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的整流滤波单元由六只二极管连接成的三相全桥不可控整流电路，滤波电容并接在整流电路的输出端。

实施例6：

根据实施例1或2或3或4或5所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的全桥逆变单元由两只双单元IGBT连接成全桥逆变电路。

实施例7：

根据实施例1或2或3或4或5或6所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的谐振变换单元由谐振电感和电容串联组成。

实施例8：

根据实施例1或2或3或4或5或6或7所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，所述的升压整流单元由高频升压变压器和单相全桥整流电路组成，所述的单相全桥整流电路由四只高压整流二极管串并联组成。

实施例9：

一种重复频率脉冲电容器寿命试验平台的测试方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：设置试验平台参数，包括电容充电电压、充电时间、电压保持时间、放电时间、连续工作时间、间歇时间；

步骤二：控制器启动充电机向测试电容充电，同时电阻分压器和分流器分别对电压电流信号采样并送给控制单元，后者根据采样信号判断并控制平台工作状态；

步骤三：测试电容充至预设电压后，控制器控制充电机停机，电容进入电压保持阶段；

步骤四：达到预设耐压时间后，控制器触发高压放电开关导通，使测试电容进入放电阶段；

步骤五：放电完毕后，控制器断开并重新启动充电机向测试电容充电，进入下一个充放电试验周期；

步骤六：达到连续工作时间后平台停止工作，进入间歇时间；

步骤七：计算测试电容在连续充放电试验后的电容量，并与初始值进行比较，判断其是否失效。

实施例10：

根据实施例1或2或3或4或5或6或7或8或9所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台的测试方法，在步骤三中，电容进入电压保持阶段后，控制单元会通过电阻分压器时刻监控电容电压，若低于预设充电电压，则会重新启动充电机将电容充至预设电压，在所有步骤中，若试验平台出现故障，控制器会中止充电机工作并触发放电开关对测试电容放电。

工作过程如下：

控制器启动充电机，三相交流电经整流滤波单元实现AC-DC转换，输出低压直流电压，然后经过全桥逆变单元和谐振变换单元实现DC-AC转换，输出高频电流至升压整流单元，实现高频高压的AC-DC转换，最后输出对储能脉冲电容器进行充电；电阻分压器和分流器分别对电压电流信号采样并送给控制单元，后者根据采样信号判断并控制平台工作状态；测试电容充至预设电压后，控制器控制充电机停机，电容进入电压保持阶段；达到预设耐压时间后，控制器触发高压放电开关导通，测试电容进入放电阶段；放电完毕后，控制器断开并重新启动充电机向测试电容充电，进入下一个充放电试验周期；达到连续工作时间后平台停止工作，进入间歇时间；如上所述电容进入电压保持阶段后，控制单元会通过电阻分压器时刻监控电容电压，若低于预设充电电压，则会重新启动充电机将电容充至预设电压；若试验平台出现故障，控制器会中止充电机工作并触发放电开关对测试电容放电。整个试验平台由控制单元进行控制，以此来完成对测试电容的充放电试验和寿命特性研究。

Claims (10)

1.一种重复频率脉冲电容器寿命试验平台，其组成包括：充电机、放电反压保护单元、放电回路和控制单元，其特征是：所述的充电机和所述的放电反压保护单元和所述的放电回路依次串联构成寿命试验主回路，所述的放电反压保护单元是由两个限流电阻与反并联二极管组成的T型保护回路，电阻分压器并联在所述的放电回路的测试电容两端，所述的电阻分压器和所述的放电回路的分流器分别与所述的控制单元的光电隔离模块电连接。

2.根据权利要求1所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，其特征是：所述的放电回路是由高压放电开关、调波电感、调波电阻、所述的分流器和所述的测试电容依次串联而成。

3.根据权利要求1或2所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，其特征是：所述的控制单元包括峰值检波模块、控制器和所述的光电隔离模块，所述的光电隔离模块与所述的峰值检波模块电连接，所述的峰值检波模块与所述的控制器电连接，所述的控制器分别与所述的充电机和所述的高压放电开关电连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，其特征是：所述的充电机是由整流滤波单元、全桥逆变单元、谐振变换单元和升压整流单元依次串联而成。

5.根据权利要求4所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，其特征是：所述的整流滤波单元由六只二极管连接成的三相全桥不可控整流电路，滤波电容并接在整流电路的输出端。

6.根据权利要求4所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，其特征是：所述的全桥逆变单元由两只双单元IGBT连接成全桥逆变电路。

7.根据权利要求4所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，其特征是：所述的谐振变换单元由谐振电感和电容串联组成。

8.根据权利要求4所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台，其特征是：所述的升压整流单元由高频升压变压器和单相全桥整流电路组成，所述的单相全桥整流电路由四只高压整流二极管串并联组成。

9.一种权利要求1-8之一所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台的测试方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

步骤一：设置试验平台参数，包括电容充电电压、充电时间、电压保持时间、放电时间、连续工作时间、间歇时间；

步骤二：控制器启动充电机向测试电容充电，同时电阻分压器和分流器分别对电压电流信号采样并送给控制单元，后者根据采样信号判断并控制平台工作状态；

步骤三：测试电容C充至预设电压后，控制器控制充电机停机，电容进入电压保持阶段；

步骤四：达到预设耐压时间后，控制器触发高压放电开关导通，使测试电容进入放电阶段；

步骤五：放电完毕后，控制器断开并重新启动充电机向测试电容充电，进入下一个充放电试验周期；

步骤六：达到连续工作时间后平台停止工作，进入间歇时间；

步骤七：计算测试电容在连续充放电试验后的电容量，并与初始值进行比较，判断其是否失效。

10.根据权利要求9所述的重复频率脉冲电容器寿命试验平台的测试方法，其特征是：在步骤三中，电容进入电压保持阶段后，所述的控制单元会通过电阻分压器时刻监控电容电压，若低于预设充电电压，则会重新启动充电机将电容C充至预设电压。