CN109360735A - 一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，包括金属外壳、固设在金属外壳内部的电容器芯组、用来封住金属外壳壳口的壳盖、固设在壳盖处的引出端子，金属外壳的内部填充有将电容器芯组完全包裹的绝缘灌注料，电容器芯组包括多个电容器芯，电容器芯通过安全型高方阻锌铝薄膜通过卷绕、喷金制成。所述耐大电流安全型干式直流滤波电容器不但能够耐大电流，即使发生过载或击穿只会使得电容量发生轻微下降而不影响电容器的其他性能，发生大规模击穿导致着火的几率非常低，安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，属于电容器技术领域。
背景技术
随着干式直流滤波电容器工作电流和环境温度的要求越来越高，如何提高电容器的安全性变得尤为重要。电容器内部的电容器芯是由金属化薄膜经过卷绕、喷金制成。由于电容器芯内部的结构致密，这使得其内部的热量不易散发，这很容易导致电容器芯处于过热的工作环境。电容器芯过热易导致金属化薄膜发生击穿从而使得电容器报废，甚至发生安全事故。
目前市场上普遍使用的金属化薄膜均采用的是单纯的高方阻膜，而单纯的高方阻膜在厚镀层这一区域的自愈不是很理想，容易发生次自愈，发热比较严重。同时，金属化薄膜通常使用廉价易得的聚丙烯薄膜，该薄膜的绝缘性能优良，但是其阻燃效果非常差，其阻燃等级通常为HB级或V-2级，一旦发生大规模击穿，则易导致金属化薄膜起火，从而发生安全事故。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，具体技术方案如下：
一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，包括金属外壳、固设在金属外壳内部的电容器芯组、用来封住金属外壳壳口的壳盖、固设在壳盖处的引出端子，所述金属外壳的内部填充有将电容器芯组完全包裹的绝缘灌注料，所述引出端子与电容器芯组之间电连接，所述壳盖与金属外壳的壳口之间采用满焊焊接固定。
作为上述技术方案的改进，所述电容器芯组包括多个电容器芯，多个电容器芯之间采用串联或并联或混联的方式电连接。
作为上述技术方案的改进，所述电容器芯通过安全型高方阻锌铝薄膜通过卷绕、喷金制成，所述安全型高方阻锌铝薄膜包括绝缘基膜，在绝缘基膜的一面通过真空镀膜工艺制成金属镀层，所述金属镀层的一侧延伸至绝缘基膜的一侧，所述金属镀层的另一侧与绝缘基膜的另一侧之间设置有空白留边，所述金属镀层的层面设置有多个工字状无镀层区，所述无镀层区沿着绝缘基膜的长度方向等间距排列；所述无镀层区包括两个与绝缘基膜长度方向相平行的横空白屏带、与绝缘基膜长度方向相垂直的纵空白屏带，所述横空白屏带与金属镀层的侧边设置有间距；所述金属镀层被无镀层区分成位于横空白屏带附近的高方阻区和位于纵空白屏带附近的低方阻区，所述低方阻区的方阻为4～9Ω/□，所述高方阻区的方阻为30～60Ω/□。
作为上述技术方案的改进，所述金属镀层包括与绝缘基膜相结合的第一镀铝层、位于中间的镀锌层和将镀锌层完全覆盖的第二镀铝层。
作为上述技术方案的改进，所述绝缘基膜由阻燃型苯并恶嗪树脂母粒和芳香胺按照质量比100:(20～25)的比例混合成混料，混料通过挤出片后进行拉伸即制成薄膜。
作为上述技术方案的改进，所述阻燃型苯并恶嗪树脂由苯并恶嗪树脂、脂环胺、三聚氰胺、2-甲基咪唑、叔丁氧基铝、二甲基甲酰胺混合均匀制成胶液，所述胶液在185～195℃进行半固化得到胶体，胶体经过造粒即得到所述阻燃型苯并恶嗪树脂母粒。
作为上述技术方案的改进，所述苯并恶嗪树脂、脂环胺、三聚氰胺、2-甲基咪唑、叔丁氧基铝、二甲基甲酰胺的质量比为(120～150):(25～33):(30～36):(5.2～5.6):(47～53):(200～230)。
作为上述技术方案的改进，所述胶液的半固化时间为30～50min。
本发明的有益效果：
所述耐大电流安全型干式直流滤波电容器不但能够耐大电流，即使发生过载或击穿只会使得电容量发生轻微下降而不影响电容器的其他性能，发生大规模击穿导致着火的几率非常低，安全性高。
附图说明
图1为本发明实施例1所述耐大电流安全型干式直流滤波电容器的结构示意图；
图2为本发明实施例1所述安全型高方阻锌铝薄膜的结构示意图(俯视状态)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，所述耐大电流安全型干式直流滤波电容器，包括金属外壳10、固设在金属外壳10内部的电容器芯组20、用来封住金属外壳10壳口的壳盖30、固设在壳盖30处的引出端子40，所述金属外壳10的内部填充有将电容器芯组20完全包裹的绝缘灌注料50，所述引出端子40与电容器芯组20之间电连接，所述壳盖30与金属外壳10的壳口之间采用满焊焊接固定。
根据厂家需求，所述电容器芯组20包括多个电容器芯，多个电容器芯之间采用串联或并联或混联的方式电连接。
如图2所示，所述电容器芯通过安全型高方阻锌铝薄膜通过卷绕、喷金制成，所述安全型高方阻锌铝薄膜包括绝缘基膜，在绝缘基膜的一面通过真空镀膜工艺制成金属镀层，所述金属镀层的一侧延伸至绝缘基膜的一侧，所述金属镀层的另一侧与绝缘基膜的另一侧之间设置有空白留边21，所述金属镀层的层面设置有多个工字状无镀层区，所述无镀层区沿着绝缘基膜的长度方向等间距排列；所述无镀层区包括两个与绝缘基膜长度方向相平行的横空白屏带221、与绝缘基膜长度方向相垂直的纵空白屏带222，所述横空白屏带221与金属镀层的侧边设置有间距；所述金属镀层被无镀层区分成位于横空白屏带221附近的高方阻区24和位于纵空白屏带222附近的低方阻区23，所述低方阻区23的方阻为4～9Ω/□，所述高方阻区24的方阻为30～60Ω/□。
该安全型高方阻锌铝薄膜具有如下优点：
1)、由于工字状无镀层区粉分隔，这使得金属镀层被分为若干个导电分区，由于横空白屏带221与金属镀层的侧边设置有间距，这使得横空白屏带221的外侧构成宽度非常小的安全丝，相邻的导电分区通过安全丝电连接；一旦某一个导电分区所在区域的电流密度急剧增大，这会使得该导电分区附近的安全丝被熔断，从而使得该导电分区与其它的导电分区分隔开来，无论该导电分区是发生击穿还是自愈，都不会影响其它的导电分区，从而提高所述金属镀层的安全性。
2)、低方阻区23和高方阻区24的同步存在，使得金属镀层具有优良的耐大电流性能，并且发热量比现有金属化薄膜的发热量低。
所述金属镀层包括与绝缘基膜相结合的第一镀铝层、位于中间的镀锌层和将镀锌层完全覆盖的第二镀铝层。该种结构的金属镀层同时具有镀铝金属化薄膜和镀锌金属化薄膜的各自优点。先进行镀铝，保证其与绝缘基膜具有良好的附着力，后镀锌是为了保持镀锌层良好的电特性参数；最后再次进行镀铝是为了保护镀锌层不被深度氧化而损害有效电极区。
实施例2
1)、将120Kg苯并恶嗪树脂、25Kg脂环胺、30Kg三聚氰胺、5.2Kg的2-甲基咪唑、47Kg叔丁氧基铝、200Kg二甲基甲酰胺混合均匀制成胶液，所述胶液在185℃进行半固化得到胶体，胶液的半固化时间为50min，胶体经过造粒即得到所述阻燃型苯并恶嗪树脂母粒。
2)、将100Kg阻燃型苯并恶嗪树脂母粒和20Kg芳香胺混合成混料，混料通过挤出片后进行拉伸即制成所述绝缘基膜。
所述绝缘基膜进行可燃性UL94等级测试为V-0级。
对该绝缘基膜进行拉伸试验，拉伸后绝缘基膜的面积是拉伸前绝缘基膜面积的5倍。拉伸后绝缘基膜进行漏水测试，发生漏水的即判定为不合格；拉伸后绝缘基膜的合格率为99.6％以上。
实施例3
1)、将130Kg苯并恶嗪树脂、30Kg脂环胺、33Kg三聚氰胺、5.5Kg的2-甲基咪唑、50Kg叔丁氧基铝、220Kg二甲基甲酰胺混合均匀制成胶液，所述胶液在190℃进行半固化得到胶体，胶液的半固化时间为35min，胶体经过造粒即得到所述阻燃型苯并恶嗪树脂母粒。
2)、将100Kg阻燃型苯并恶嗪树脂母粒和22Kg芳香胺混合成混料，混料通过挤出片后进行拉伸即制成所述绝缘基膜。
所述绝缘基膜进行可燃性UL94等级测试为V-0级。
对该绝缘基膜进行拉伸试验，拉伸后绝缘基膜的面积是拉伸前绝缘基膜面积的5倍。拉伸后绝缘基膜进行漏水测试，发生漏水的即判定为不合格；拉伸后绝缘基膜的合格率为99.7％以上。
实施例4
1)、将150Kg苯并恶嗪树脂、33Kg脂环胺、36Kg三聚氰胺、5.6Kg的2-甲基咪唑、53Kg叔丁氧基铝、230Kg二甲基甲酰胺混合均匀制成胶液，所述胶液在195℃进行半固化得到胶体，胶液的半固化时间为30min，胶体经过造粒即得到所述阻燃型苯并恶嗪树脂母粒。
2)、将100Kg阻燃型苯并恶嗪树脂母粒和25Kg芳香胺混合成混料，混料通过挤出片后进行拉伸即制成所述绝缘基膜。
所述绝缘基膜进行可燃性UL94等级测试为V-0级。
对该绝缘基膜进行拉伸试验，拉伸后绝缘基膜的面积是拉伸前绝缘基膜面积的5倍。拉伸后绝缘基膜进行漏水测试，发生漏水的即判定为不合格；拉伸后绝缘基膜的合格率为99.6％以上。
实施例5
在制作聚丙烯薄膜过程中加入无机阻燃剂制成无机阻燃型聚丙烯薄膜，无机阻燃型聚丙烯薄膜的厚度等于实施例2中绝缘基膜的厚度，对无机阻燃型聚丙烯薄膜进行可燃性UL94等级测试为V-0级。该无机阻燃剂可选用氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑中的一种。
对该无机阻燃型聚丙烯薄膜进行拉伸试验，拉伸后无机阻燃型聚丙烯薄膜的面积是拉伸前无机阻燃型聚丙烯薄膜面积的5倍。拉伸后无机阻燃型聚丙烯薄膜进行漏水测试，发生漏水的即判定为不合格；拉伸后无机阻燃型聚丙烯薄膜的合格率不超过47％。
实施例6
在制作聚丙烯薄膜过程中加入机硅阻燃剂或有机磷系阻燃剂制成有机阻燃型聚丙烯薄膜，有机阻燃型聚丙烯薄膜的厚度等于实施例2中绝缘基膜的厚度，对有机阻燃型聚丙烯薄膜进行可燃性UL94等级测试为V-0级。
对该有机阻燃型聚丙烯薄膜进行拉伸试验，拉伸后有机阻燃型聚丙烯薄膜的面积是拉伸前无机阻燃型聚丙烯薄膜面积的5倍。拉伸后有机阻燃型聚丙烯薄膜进行漏水测试，发生漏水的即判定为不合格；拉伸后有机阻燃型聚丙烯薄膜的合格率不超过56％。
实施例7
将实施例2中的叔丁氧基铝替换成氢氧化铝，最终制成对照薄膜，对照薄膜的厚度等于实施例2中绝缘基膜的厚度，对照薄膜进行可燃性UL94等级测试为V-1级。
对照薄膜进行拉伸试验，拉伸后对照薄膜的面积是拉伸前对照薄膜面积的5倍。拉伸后对照薄膜进行漏水测试，发生漏水的即判定为不合格；拉伸后对照薄膜的合格率为63％。
在上述实施例中，所述耐大电流安全型干式直流滤波电容器不但能够耐大电流，而且安全性能好，即使发生过载或击穿只会使得电容量发生轻微下降而不影响电容器的其他性能，发生大规模击穿导致着火的几率非常低，安全性高。
通过分析实施例2～4可知，本发明所述绝缘基膜的阻燃性能优良，在可燃性UL94等级测试为V-0级。即使发生大规模击穿，所述安全型高方阻锌铝薄膜也不会被燃烧，从而避免起火导致安全事故发生。其中，在绝缘基膜制作过程中，所述脂环胺和三聚氰胺为固化剂，所述2-甲基咪唑为催化剂，所述叔丁氧基铝为阻燃剂，所述二甲基甲酰胺为溶剂。采用先半固化成母粒，再通过挤出拉伸制成薄膜的方式，有助于制成绝缘性能优良的薄膜。其中，苯并噁嗪因其固化过程中没有小分子放出，固化收缩率几乎为零，模量高，强度大，耐热好，吸水率低等特性，这使得本发明所述绝缘基膜的绝缘性能优良，即使采用拉伸法制成绝缘基膜，所述安全型高方阻锌铝薄膜的击穿电压大于或等于2500V。而苯并噁嗪本身跟聚丙烯薄膜一样，其阻燃型非常差。通过添加阻燃剂叔丁氧基铝的方式来提高其阻燃性能。
通过分析实施例5～7可知，即使采用大量添加有机阻燃剂或无机阻燃剂，也能够提升聚丙烯薄膜的阻燃性能，但是阻燃剂的大量使用，会导致薄膜的抗拉伸性能变差，这不但不利于后续薄膜的加工，而且还不利于制作金属化薄膜。但是，本发明通过在苯并噁嗪树脂中添加叔丁氧基铝来提高其阻燃性能，而且还不影响后续绝缘基膜的抗拉伸性能，有助于后续绝缘基膜的成型。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，其特征在于：包括金属外壳、固设在金属外壳内部的电容器芯组、用来封住金属外壳壳口的壳盖、固设在壳盖处的引出端子，所述金属外壳的内部填充有将电容器芯组完全包裹的绝缘灌注料，所述引出端子与电容器芯组之间电连接，所述壳盖与金属外壳的壳口之间采用满焊焊接固定。
2.根据权利要求1所述的一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，其特征在于：所述电容器芯组包括多个电容器芯，多个电容器芯之间采用串联或并联或混联的方式电连接。
3.根据权利要求2所述的一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，其特征在于：所述电容器芯通过安全型高方阻锌铝薄膜通过卷绕、喷金制成，所述安全型高方阻锌铝薄膜包括绝缘基膜，在绝缘基膜的一面通过真空镀膜工艺制成金属镀层，所述金属镀层的一侧延伸至绝缘基膜的一侧，所述金属镀层的另一侧与绝缘基膜的另一侧之间设置有空白留边，所述金属镀层的层面设置有多个工字状无镀层区，所述无镀层区沿着绝缘基膜的长度方向等间距排列；所述无镀层区包括两个与绝缘基膜长度方向相平行的横空白屏带、与绝缘基膜长度方向相垂直的纵空白屏带，所述横空白屏带与金属镀层的侧边设置有间距；所述金属镀层被无镀层区分成位于横空白屏带附近的高方阻区和位于纵空白屏带附近的低方阻区，所述低方阻区的方阻为4～9Ω/□，所述高方阻区的方阻为30～60Ω/□。
4.根据权利要求3所述的一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，其特征在于：所述金属镀层包括与绝缘基膜相结合的第一镀铝层、位于中间的镀锌层和将镀锌层完全覆盖的第二镀铝层。
5.根据权利要求3所述的一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，其特征在于：所述绝缘基膜由阻燃型苯并恶嗪树脂母粒和芳香胺按照质量比100:(20～25)的比例混合成混料，混料通过挤出片后进行拉伸即制成薄膜。
6.根据权利要求5所述的一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，其特征在于：所述阻燃型苯并恶嗪树脂由苯并恶嗪树脂、脂环胺、三聚氰胺、2-甲基咪唑、叔丁氧基铝、二甲基甲酰胺混合均匀制成胶液，所述胶液在185～195℃进行半固化得到胶体，胶体经过造粒即得到所述阻燃型苯并恶嗪树脂母粒。
7.根据权利要求6所述的一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，其特征在于：所述苯并恶嗪树脂、脂环胺、三聚氰胺、2-甲基咪唑、叔丁氧基铝、二甲基甲酰胺的质量比为(120～150):(25～33):(30～36):(5.2～5.6):(47～53):(200～230)。
8.根据权利要求6所述的一种耐大电流安全型干式直流滤波电容器，其特征在于：所述胶液的半固化时间为30～50min。
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