CN109298262A - 一种电解电容器在线状态评估方法 - Google Patents

一种电解电容器在线状态评估方法 Download PDF

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CN109298262A CN201811178660.3A CN201811178660A CN109298262A CN 109298262 A CN109298262 A CN 109298262A CN 201811178660 A CN201811178660 A CN 201811178660A CN 109298262 A CN109298262 A CN 109298262A
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capacitor
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安振华
张桂新
李凯迪
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere

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Abstract

本发明公开了一种电解电容器在线状态评估方法。本发明的目的是为了解决现有技术中的算法复杂、适用范围小且不能在线评估的问题，包括以下步骤：步骤A，测试特定规格和品牌的电解电容器ESR的温度特性和频率特性，并拟合两者的数学函数；步骤B，从电解电容器取出无直流偏置的电压纹波和电流纹波信息；步骤C，对电解电容器的电压纹波和电流纹波进行高通滤波，利用欧姆定律求ESR；步骤D，步骤C求得的ESR值和利用步骤A拟合的函数求得的同样温度和同样频率的ESR值两者作比较，评估电解电容器的健康状态。通过实时监测电解电容器的健康状态，及时进行相应的更换处理，提高系统的安全性和稳定性。

Description

一种电解电容器在线状态评估方法
技术领域
本发明涉及一种电解电容器在线状态评估方法。
背景技术
电容器是三大无源元件之一，在电力电子装置中几乎无处不在，应用非常广泛，电解电容器尤其以铝电解电容器为代表，凭借其能量密度大，容量高以及价格低的特点成为最常见的电容器之一。但同时，由于电化学工作原理，电解电容相对于其他电容有非常明显的温度特性，这对其生命损耗有非常大的影响。电容随温度的变化本身主要由额定电压和电容器尺寸决定。电解电容的损耗主要表现为电解液的蒸发，这也导致了ESR的增加和电容量C的减小，因此电解电容器也是最易损坏的元器件之一，主要表现为漏液，击穿，甚至爆炸，危害系统稳定和安全。因此对电解电容器进行状态评估，预测其寿命状态就变得尤为重要，特别是在轨道牵引、核电站、医疗部门、电动汽车等设施的供电系统。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种算法简单且适用性强的电解电容器在线状态评估方法。实现本发明目的的技术方案是一种电解电容器在线状态评估方法，主要包括以下步骤：
步骤A，测试特定规格和品牌的电解电容器ESR的温度特性和频率特性，并拟合两者的数学函数；
步骤B，从电解电容器取出无直流偏置的电压纹波和电流纹波信息；
步骤C，对电解电容器的电压纹波和电流纹波进行高通滤波，利用欧姆定律求ESR；
步骤D，步骤C求得的ESR值和利用步骤A拟合的函数求得的同样温度和同样频率的ESR值两者作比较，评估电解电容器的健康状态。
在步骤A中，根据电解电容器的结构特点，可等效成理想电容和ESR(等效串联电阻)串联。通过实验测定特定温度和特定频率下的电容器的阻抗(容抗和ESR矢量和)数值和ESR，得到电解电容器ESR的温度特性拟合函数ESRs＝f(T)，以及阻抗值约等于ESR的频率点fx。
在步骤B中，可采用截止频率为200Hz的高通滤波器提取电容器两端的无直流偏置的电压纹波vc，采用精度较高的电流传感器提取流过电容器的电流纹波ic。
在步骤C中，对采集的电压纹波和电流纹波通过截止频率为fx的高通滤波器对两者进行滤波,得到fx以上频率的电压成分vcf和电流成分icf，并各自求其电压成分有效值RMSv和电流成分有效值RMSi。则ESR计算公式为ESR＝RMSv÷RMSi。
在步骤D中，利用步骤A中求得的温度特性模拟函数f(T)求出该温度下ESR的拟合值ESRs，并与在步骤C中求得的ESR作比较，当后者增大到前者的2～3倍时，说明该电解电容器状态较差，观测者应尽快做更换处理。
本发明具有积极的意义和效果：本发明从电解电容器的结构特点出发，计算方法经济而简单，适用性强且实用性好，有效地在线评估电容器的健康状态，能一定程度上提高相关系统的稳定性与可靠性。
具体实施方式
下面将结合附图说明本发明的具体实施方式，应当理解附图中示出和描述的实施方式仅是示例性的，意在阐述本发明的原理和方法，而并非限制本发明的范围。
见图1，一种电解电容器在线状态评估方法，主要包括以下步骤：
步骤A，测试特定规格和品牌的电解电容器ESR的温度特性和频率特性，并拟合两者的数学函数；
步骤B，从电解电容器取出无直流偏置的电压纹波和电流纹波信息；
步骤C，对电解电容器的电压纹波和电流纹波进行高通滤波，利用欧姆定律求ESR；
步骤D，步骤C求得的ESR值和利用步骤A拟合的函数求得的同样温度和同样频率的ESR值两者作比较，评估电解电容器的健康状态。
在步骤A中，根据电解电容器的结构特定，可等效成理想电容和ESR(等效串联电阻)串联。通过实验测定特定温度和特定频率下的电容器的阻抗(容抗和ESR矢量和)数值和ESR，得到电解电容器ESR的温度特性拟合函数ESRs＝f(T)，以及阻抗值约等于ESR的频率点fx。
在步骤B中，可采用截止频率为200Hz的高通滤波器提取电容器两端的无直流偏置的电压纹波vc，采用精度较高的电流传感器提取流过电容器的电流纹波ic。
在步骤C中，对采集的电压纹波和电流纹波通过截止频率为fx的高通滤波器对两者进行滤波,得到fx以上频率的电压成分vcf和电流成分icf，并各自求其电压成分有效值RMSv和电流成分有效值RMSi。则ESR计算公式为ESR＝RMSv÷RMSi。
在步骤D中，利用步骤A中求得的温度特性模拟函数f(T)求出该温度下ESR的拟合值ESRs，并与在步骤C中求得的ESR作比较，当后者增大到前者的2～3倍时，说明该电解电容器状态较差，观测者应尽快做更换处理。
本发明具有积极的意义和效果：本发明从电解电容器的结构特点出发，计算方法经济而简单，适用性强且实用性好，有效地在线评估电容器的健康状态，能一定程度上提高相关系统的稳定性与可靠性。
显然，本发明的上述实施仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或改动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实施精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明的结构示意图。

Claims (5)

1.一种电解电容器在线状态评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A，测试特定规格和品牌的电解电容器ESR的温度特性和频率特性，并拟合两者的数学函数；
步骤B，从电解电容器取出无直流偏置的电压纹波和电流纹波信息；
步骤C，对电解电容器的电压纹波和电流纹波进行高通滤波，利用欧姆定律求ESR；
步骤D，步骤C求得的ESR值和利用步骤A拟合的函数求得的同样温度和同样频率的ESR值两者作比较，评估电解电容器的健康状态。
2.根据权利要求1所述的电解电容器在线状态评估方法，其特征在于：在步骤A中，根据电解电容器的结构特点，可等效成理想电容和ESR(等效串联电阻)串联。通过实验测定特定温度和特定频率下的电容器的阻抗(容抗和ESR矢量和)数值和ESR，得到电解电容器ESR的温度特性拟合函数ESRs＝f(T)，以及阻抗值约等于ESR的频率点fx。
3.根据权利要求2所述的电解电容器在线状态评估方法，其特征在于：在步骤B中，可采用截止频率为200Hz的高通滤波器提取电容器两端的无直流偏置的电压纹波vc，采用精度较高的电流传感器提取流过电容器的电流纹波ic。
4.根据权利要求3所述的电解电容器在线状态评估方法，其特征在于：在步骤C中，对采集的电压纹波和电流纹波通过截止频率为fx的高通滤波器对两者进行滤波,得到fx以上频率的电压成分vcf和电流成分icf，并各自求其电压成分有效值RMSv和电流成分有效值RMSi。则ESR计算公式为ESR＝RMSv÷RMSi，并记录此时电容器的工作温度T。
5.根据权利要求4所述的电解电容器在线状态评估方法，其特征在于：在步骤D中，利用步骤A中求得的温度特性模拟函数f(T)求出该温度下ESR的拟合值ESRs，并与在步骤C中求得的ESR作比较，当后者增大到前者的2～3倍时，说明该电解电容器状态较差，观测者应尽快做更换处理。
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