CN109192505B - 基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种基于金属聚合物组合电极的平板电容器，目的在于提高现有峰化电容器的沿面耐压强度，输出更高幅值电磁脉冲波形。该峰化电容器包括同轴叠置在一起的多个金属‑聚合物组合电极，相邻的两个金属‑聚合物组合电极之间夹有薄膜介质，位于端部的两个金属‑聚合物组合电极外侧分别设有一个上压板和下压板，拉杆穿过上压板和下压板边缘将上压板和下压板压紧；所述金属‑聚合物组合电极包括金属圆盘电极、聚合物支撑环和粘结剂，所述金属圆盘电极与聚合物支撑环同心设置，金属电极外侧采用粘结剂与聚合物支撑环内侧相连，聚合物支撑环的外径大于薄膜介质的外径。
Description
技术领域
本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种电磁脉冲模拟装置，具体涉及一种用于电磁脉冲模拟装置中的平板型峰化电容器。
背景技术
在电磁脉冲模拟装置中，为了符合相关IEC标准或国家标准对电磁脉冲波形的要求，实现纳秒前沿双指数脉冲波形的输出，通常采用多级脉冲压缩技术对初级脉冲源产生的波形进行压缩。其中峰化电容器作为电磁脉冲模拟装置的关键器件之一，对脉冲压缩的效果起着至关重要的作用。峰化电容器的电感和耐压能力是两个相互制约的参数，一方面，为了提高波形陡化的能力，需要峰化电容器具有较小的尺寸，以满足低电感要求；另一方面，峰化电容器的耐压能力决定了其尺寸不能过小，否则无法承受数百千伏乃至数兆伏的脉冲电压。
为满足峰化电容器的绝缘要求，公开号为CN103887064B和CN102637525A的中国专利所公开的峰化电容器均采用金属电极和多层聚合物薄膜介质依次层叠的结构，聚合物介质伸出金属电极一定距离以增加整个电容器的沿面距离，同时保证相邻两层聚合物薄膜介质不会因为变形而接触。该结构即利用了聚合物薄膜的高体击穿强度，又有效增加了整个电容器的沿面距离，再结合采用高气压的SF6气体作为绝缘介质，实现了较小尺寸下的高耐压强度，是目前常用的峰化电容器结构方式。
随着电磁脉冲的实验对象从单一的器件实验逐步向全系统实验发展，要求模拟器提供更大的实验空间以容纳整个系统，提供幅值更高的电磁脉冲环境以实现全系统的阈值实验，模拟器的输出电压指标需要在现有水平上进一步提高，对峰化电容器的绝缘性能提出了更高的要求，而现有技术尚不能满足这些要求。
发明内容
本发明提供了一种基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，目的在于提高现有峰化电容器的沿面耐压强度，输出更高幅值电磁脉冲波形。
为了完成上述目的，本发明的具体技术解决方案是：一种基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，其特殊之处在于：包括金属-聚合物组合电极、薄膜介质、上压板、下压板和拉杆，所述金属-聚合物组合电极和薄膜介质的数量为多个，多个金属-聚合物组合电极同轴叠置在一起，薄膜介质夹在相邻的两个金属-聚合物组合电极之间，位于端部的两个金属-聚合物组合电极外侧分别设有上压板和下压板，拉杆穿过上压板和下压板边缘将上压板和下压板压紧；
所述金属-聚合物组合电极包括金属圆盘电极、聚合物支撑环和粘结剂，所述金属圆盘电极与聚合物支撑环同心设置，金属圆盘电极外侧采用粘结剂与聚合物支撑环内侧相连，聚合物支撑环的外径大于薄膜介质的外径。
进一步地，所述金属圆盘电极与聚合物支撑环的厚度相同。
进一步地，所述上压板和下压板的外缘均匀地设有多个安装孔，拉杆通过上压板和下压板各自对应的安装孔将二者固定在一起。
进一步地，相邻设置的两个聚合物支撑环的内径相同，外径大小不一。
进一步地，所述拉杆的外侧均匀地设置有多个环形槽。
进一步地，所述上压板、下压板和金属圆盘电极的中心均设有定位孔。
进一步地，所述粘结剂采用双组份环氧树脂，所述双组份环氧树脂在25℃下的混合粘度为233mPa·s。
进一步地，所述环氧树脂为在真空箱中抽走气体分子后的环氧树脂。
进一步地，所述上压板、下压板和拉杆均由MC尼龙材料制成。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明采用金属-聚合物组合电极，金属圆盘电极与聚合物支撑环同心设置，金属圆盘电极外侧采用粘结剂与聚合物支撑环内侧相连，聚合物支撑环的外径大于薄膜介质的外径，将薄膜介质夹在相邻的两个金属-聚合物组合电极之间，有效避免了聚合物薄膜由于挺度小，薄膜边缘自重导致的变形量大，相邻薄膜介质容易接触的问题，延长了整个电容器的沿面距离，提高了沿面闪络电压。
2.本发明中金属圆盘电极边缘属于强电场区域，容易引起气体介质的电离或者解吸附，增加初始电子的数量，采用环氧粘结剂包封后，此处气体介质变为固体介质，由于固体介质电气强度远高于气体介质，介质中自由电子不容易产生，将大大减小沿面闪络过程中初始电子数量。
3.本发明金属圆盘电极边缘被环氧粘结剂包封，上下两平面被薄膜介质或者压紧结构中上下压板压紧，避免了电容器外侧金属圆盘电极与气体绝缘介质直接接触，电子崩和流注发展过程中，电荷不能直接注入放电通道，流注可能会在发展过程中熄灭，沿面闪络的形成需要需介质击穿后才能实现，因此提高沿面闪络的阈值电压。
4.本发明压紧结构的拉杆直线长度长于电容器外沿面，且表面密布环形槽，防止沿面闪络通过压紧结构产生。
5.本发明金属圆盘电极中心设有定位孔，可用于提高安装过程中的装配精度。
附图说明
图1是本发明基于金属聚合物组合电极的平板电容器的立体图；
图2是图1的剖面结构示意图；
图3是金属-聚合物组合电极的加工示意图。
图中：1-薄膜介质，2-金属圆盘电极，3-聚合物支撑环，4-粘结剂，5-上压板，6-下压板，7-拉杆，8-托盘，9-压紧块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1和图2，一种基于金属聚合物组合电极的平板电容器，该电容器包括金属-聚合物组合电极、薄膜介质1、上压板5、下压板6和拉杆7，所述金属-聚合物组合电极和薄膜介质1的数量为多个，多个金属-聚合物组合电极同轴叠置在一起，薄膜介质1夹在相邻的两个金属-聚合物组合电极之间。
所述金属-聚合物组合电极包括金属圆盘电极2、聚合物支撑环3和粘结剂4，所述金属圆盘电极2与聚合物支撑环3同心设置且厚度相同。金属圆盘电极2外侧采用粘结剂4与聚合物支撑环3内侧相连，聚合物支撑环3的外径大于薄膜介质1的外径。粘结剂4采用粘度相对较低的双组分环氧树脂，并在真空箱中经过抽真空预处理，抽走吸附在其内部的气体分子。
位于端部的两个金属-聚合物组合电极外侧分别设有一个上压板5和下压板6，上压板5和下压板6的外缘均匀地开设有多个安装孔，拉杆7通过上压板5和下压板6各自对应的安装孔将二者固定在一起。拉杆7的两端分别伸出上压板5和下压板6，拉杆7外侧均匀地设置有多个环形槽。
金属圆盘电极2中心开孔，金属聚合物组合电极制作时采用工装保证金属圆盘电极2与聚合物支撑环3的同心度和平整度。
制作安装过程：在洁净室中对平板电容器进行组装，首先根据所设计平板电容器的容值、尺寸和耐压要求，确定薄膜介质1的材质、厚度和直径，以及金属圆盘电极2的厚度和直径。薄膜介质1在洁净室准备后备用，金属圆盘电极2加工时确保的光洁度和平整度；聚合物支撑环3采用有机玻璃或聚四氟乙烯等体击穿强度相对较高的聚合物介质，其内侧倒圆，外直径大于薄膜介质的直径，加工时确保其光洁度和平整度符合要求；粘结剂4采用粘稠度相对较低的环氧树脂，放置在真空箱中抽走吸附在树脂中的气体分子后备用。上压板5、下压板6和拉杆7采用拉伸强度和弹性模量相对较高的MC尼龙，加工后备用。
参见图3，将金属圆盘电极2、聚合物支撑环3安装在托盘8上，通过压紧块9使金属圆盘电极2和聚合物支撑环3分别与托盘8紧密结合。将粘结剂4灌入金属圆盘电极2与聚合物支撑环3之间的间隙，并在真空干燥箱中，边抽真空边加热，完成粘结剂4的固化过程。待粘结剂4固化完成后，从真空干燥箱中取出金属-聚合物组合电极，并对粘接处进行加工和后处理后备用，以保证整个金属-聚合物组合电极平面的光洁度和平整度。
通过金属圆盘电极2中心开孔定位，将多个金属-聚合物组合电极同轴叠置在一起，薄膜介质1夹在相邻的两个金属-聚合物合电极之间，金属-聚合物组合电极制作时采用工装保证金属圆盘电极2与聚合物支撑环3的同心度和平整度。在两端的两个金属-聚合物组合电极外侧分别设置上压板5和下压板6，拉杆7通过上压板5和下压板6各自对应的安装孔将二者固定在一起。
应当说明，以上所述的仅是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，其特征在于：包括金属-聚合物组合电极、薄膜介质(1)、上压板(5)、下压板(6)和拉杆(7)，所述金属-聚合物组合电极和薄膜介质(1)的数量为多个，多个金属-聚合物组合电极同轴叠置在一起，薄膜介质(1)夹在相邻的两个金属-聚合物组合电极之间，位于端部的两个金属-聚合物组合电极外侧分别设有上压板(5)和下压板(6)，拉杆(7)穿过上压板和下压板边缘将上压板(5)和下压板(6)压紧；
所述金属-聚合物组合电极包括金属圆盘电极(2)、聚合物支撑环(3)和粘结剂(4)，所述金属圆盘电极(2)与聚合物支撑环(3)同心设置，金属圆盘电极(2)外侧采用粘结剂(4)与聚合物支撑环(3)内侧相连，聚合物支撑环(3)的外径大于薄膜介质(1)的外径。
2.根据权利要求1所述的基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，其特征在于：所述金属圆盘电极(2)与聚合物支撑环(3)的厚度相同。
3.根据权利要求2所述的基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，其特征在于：所述上压板(5)和下压板(6)的外缘均匀地设有多个安装孔，拉杆(7)通过上压板(5)和下压板(6)各自对应的安装孔将二者固定在一起。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，其特征在于：相邻设置的两个聚合物支撑环(3)的内径相同，外径大小不一。
5.根据权利要求4所述的基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，其特征在于：所述拉杆(7)的外侧均匀地设置有多个环形槽。
6.根据权利要求5所述的基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，其特征在于：所述金属圆盘电极(2)的中心均设有定位孔。
7.根据权利要求6所述的基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，其特征在于：所述粘结剂(4)采用双组份环氧树脂，所述双组份环氧树脂在25℃下的混合粘度为233mPa·s。
8.根据权利要求7所述的基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，其特征在于：所述环氧树脂为在真空箱中抽走气体分子后的环氧树脂。
9.根据权利要求8所述的基于金属-聚合物组合电极的高压平板电容器，其特征在于：所述上压板(5)、下压板(6)和拉杆(7)均由MC尼龙材料制成。
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