CN112635196B - 一种降低电容器温度系数的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低电容器温度系数的装置及方法，包括由电容器上盖、电容器外壳以及电容器下盖组成的封闭空间，封闭空间中设置有固定盖、电容器心子、固定板、心子底座、支撑板、支撑弹簧、推动板及膨胀器。本发明通过改变电容器心子高度尺寸(即心子压紧系数)来压缩或放大其内部各个电容元件的极板间距，从而实现心子电容量的调节，进而实现自动降低电容器温度系数。
Description
技术领域
本发明涉及电力电容器电容量调节领域，特别涉及一种降低电容器温度系数的装置及方法。
背景技术
电力电容器是电力系统中的主要设备，主要用于电压测量、无功补偿、滤波、载波通信等方面。由于电容量随温度的变化而变化，当电容量变化过大时，会造成精度超差，保护误动作等情况发生。
目前电容器设计时利用不同材料选择、搭配来调节电容器的温度系数，没有自动降低电容器温度系数的方法。但是通过材料选择、搭配调节电容器温度系数受限于应用场景，不能随意搭配，且仅能针对某一温度范围加工生产为固定温度系数，在温度范围较大的工作环境下电容量仍会出现变化量过大的情况。
以下对涉及术语进行说明：
电容器温度系数：电容器在温度变化时，单位温度变化对应的电容量变化率。根据电容器材料的不同，可以为正温度系数或负温度系数，即电容量随温度升高而增大或减小。
电容心子：电容器的重要组成部分，由多个电容元件通过串、并联组成，安装在电容器内部。其电容元件的极板间距与电容量大小有重要的关系。
电容器内压力：密封外壳电容器内部压力随工作温度变化而改变，温度升高时内部压力增加，温度降低时内部压力减小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低电容器温度系数的装置及方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明可以自动调节电容器温度系数。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种降低电容器温度系数的装置，包括由电容器上盖、电容器外壳、电容器下盖所组成的封闭空间，封闭空间中设置有固定盖、电容器心子、固定板、心子底座、支撑板、支撑弹簧、推动板及膨胀器；
当电容器温度系数为正值时，所述心子底座固定在电容器下盖上，且心子底座内部中空，心子底座内部设置有膨胀器，膨胀器的底部与电容器下盖固定，顶部设置有推动板，推动板中部设置向下凹的安装槽，安装槽中设置支撑弹簧，支撑弹簧的顶部连接支撑板下部，所述支撑板下部嵌入心子底座内，并能够上、下滑动，支撑板的上部连接电容器心子，电容器心子的顶部与固定盖固定，固定盖与固定板连接固定，固定板与心子底座连接固定；
当电容器温度系数为负值时，所述心子底座固定在电容器下盖上，且心子底座内部中空，心子底座内部设置有膨胀器，膨胀器的顶部与心子底座的顶部固定，底部设置有推动板，推动板中部设置向上凸的安装槽，安装槽中设置支撑弹簧，支撑弹簧的底部连接电容器下盖，安装槽的顶部连接支撑板下部，支撑板的上部连接电容器心子，电容器心子的顶部与固定盖固定，固定盖与固定板连接固定，固定板与心子底座连接固定。
进一步地，所述固定板为两块，分别设置在电容器心子的两侧。
进一步地，所述固定板上端与固定盖固定连接，固定板下端与心子底座固定连接。
进一步地，所述支撑板的上侧与电容器心子的底部固定连接。
进一步地，当电容器温度系数为正值时，支撑板下部设置有能够将支撑弹簧顶部卡住固定的卡槽结构。
进一步地，当电容器温度系数为负值时，推动板的安装槽顶部设置有能够将支撑弹簧顶部卡住固定的卡槽结构。
进一步地，所述封闭空间中充有体积随温度变化的绝缘介质。
一种降低电容器温度系数的方法，当电容器温度系数为正值时，若封闭空间中温度升高，内部压力增加，膨胀器受力收缩，推动板对支撑弹簧的支持力也相应减小，支撑弹簧通过支撑板对电容器心子的支持力也减小，电容器心子高度增加，相应的电容器心子内部各个电容元件高度也增加，电容元件内部极板间距增加，电容器电容量减小；具有正温度系数的电容器因温度升高，电容量增大；同时又因为电容元件极板间距增加，电容量减小，两者相互抵消，即电容器整体温度系数降低；
若封闭空间中温度降低，内部压力减小，膨胀器伸长，推动板对支撑弹簧的支持力也相应增加，支撑弹簧通过支撑板对电容器心子的支持力也增加，电容器心子高度减小，相应的电容器心子内部各个电容元件高度也减小，电容元件内部极板间距减小，电容器电容量增加；具有正温度系数的电容器因温度降低，电容量减小；同时又因为电容元件极板间距减小，电容量增加，两者相互抵消，即电容器整体温度系数降低；
当电容器温度系数为负值时，若封闭空间中温度升高，内部压力增加，膨胀器受力收缩，其通过推动板对支撑弹簧的向下作用力也相应减小，支撑弹簧向上挤压电容器心子的作用力增大，电容器心子高度减小，相应的电容器心子内部各个电容元件高度也减小，电容元件内部极板间距减小，电容器电容量增加；具有负温度系数的电容器因温度升高，电容量减小；同时又因为电容元件极板间距减小，电容量增加，两者相互抵消，即电容器整体温度系数降低；
若封闭空间中温度降低，内部压力减小，膨胀器伸长，其通过推动板对支撑弹簧的向下作用力也相应增大，支撑弹簧向上挤压电容器心子的作用力减小，电容器心子高度增加，相应的电容器心子内部各个电容元件高度也增加，电容元件内部极板间距增加，电容器电容量减小；具有负温度系数的电容器因温度降低，电容量增加；同时又因为电容元件极板间距增加，电容量减小，两者相互抵消，即电容器整体温度系数降低。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明在使用过程中，当电容器温度系数为正值时，若封闭空间中温度升高，内部压力增加，膨胀器受力收缩，推动板对支撑弹簧的支持力也相应减小，支撑弹簧通过支撑板对电容器心子的支持力也减小，电容器心子高度增加，相应的电容器心子内部各个电容元件高度也增加，电容元件内部极板间距增加，电容器电容量减小；具有正温度系数的电容器因温度升高，电容量增大；同时又因为电容元件极板间距增加，电容量减小，两者相互抵消，即电容器整体温度系数降低；当工作温度降低时，装置的工作原理与温度升高时相反，电容器因温度降低，电容量降低；同时又因为电容元件极板间距减小，电容量增加，两者相互抵消，电容器整体温度系数降低。
当电容器温度系数为负值时，若封闭空间中温度升高，内部压力增加，膨胀器受力收缩，其通过推动板对支撑弹簧的向下作用力也相应减小，支撑弹簧向上挤压电容器心子的作用力增大，电容器心子高度减小，相应的电容器心子内部各个电容元件高度也减小，电容元件内部极板间距减小，电容器电容量增加；具有负温度系数的电容器因温度升高，电容量减小；同时又因为电容元件极板间距减小，电容量增加，两者相互抵消，即电容器整体温度系数降低；当工作温度降低时，装置的工作原理与温度升高时相反，电容器因温度降低，电容量增加；同时又因为电容元件极板间距增加，电容量减小，两者相互抵消，电容器整体温度系数降低。
本发明利用电容器工作温度（及环境温度）的变化调整其内部电容元件极板间距，从而改变、调整电容器电容量，并使其与自身材料温度系数引起的电容量变化进行抵消，达到在不同温度下自动降低电容器温度系数的目的。
附图说明
图1为采用本发明装置的电容器剖视示意图（正视）；
图2为采用本发明装置的电容器剖视示意图（侧视）；
图3为本发明装置安装示意图；
图4为本发明装置安装剖视示意图；
图5为正温度系数温度升高示意图，其中（a）为初始状态，（b）为温度变化后状态；
图6为正温度系数温度降低示意图，其中（a）为初始状态，（b）为温度变化后状态；
图7为负温度系数温度升高示意图，其中（a）为初始状态，（b）为温度变化后状态；
图8为负温度系数温度降低示意图，其中（a）为初始状态，（b）为温度变化后状态。
其中，1、固定盖；2、电容器心子；3、固定板；4、心子底座；5、支撑板；6、支撑弹簧；7、推动板；8、膨胀器；9、封闭空间；10、电容器上盖；11、电容器外壳；12、电容器下盖。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述：
参见图1-图4，电容器由电容器上盖10、电容器外壳11及电容器下盖12组成封闭空间9，封闭空间9内部充有体积随温度变化的绝缘介质，当电容器温度系数为正值时，心子底座4安装在电容器下盖12上，心子底座4内安装膨胀器8，膨胀器8为圆环型，中空处放置推动板7，推动板7内部有安装槽，可放置支撑弹簧6并可对支撑弹簧6产生推动作用，支撑弹簧6上方放置支撑板5；支撑板5下方有卡槽结构，可将支撑弹簧6顶部卡住固定。支撑板5上方与电容器心子2底部固定并可联动；电容器心子2由多个电容元件串、并联组成，并用固定盖1限制高度，固定板3安装于固定盖1和心子底座4上；电容器心子2顶部与固定盖1连接，固定板3顶部与固定盖1固定，固定板3底部与心子底座4固定。
当电容器温度系数为负值时，所述心子底座4固定在电容器下盖12上，且心子底座4内部中空，心子底座4内部设置有膨胀器8，膨胀器8的顶部与心子底座4的顶部固定，底部设置有推动板7，推动板7中部设置向上凸的安装槽，安装槽中设置支撑弹簧6，支撑弹簧6的底部连接电容器下盖12，安装槽的顶部连接支撑板5下部，所述支撑板5下部连接在推动板7的顶部，支撑板5的上部连接电容器心子2，电容器心子2的顶部与固定盖1固定。
下面结合附图对本发明实施例做详细描述：
本发明通过改变电容器心子2高度尺寸（即心子压紧系数）来压缩或放大其内部各个电容元件的极板间距，从而实现心子电容量的调节，而心子压紧系数的调节具体为：通过膨胀器8随压力变化其高度将变化的特点，并与支撑弹簧6配合改变电容器心子2的高度尺寸。
电容量变化率和极板间距的关系：
C'=-K*Bj/（(Nc*Nq)*Bk）*100%
C'-为电容量的变化率
Bk-产品在某一温度下的极板间的距离，单位mm
Bj-心子的伸长量，单位mm
Nc-电容元件数量
Nq-电容元件圈数
K-考虑到心子除了元件外，还有衬垫，引线等，增加了修正系数。可以取0.85~0.92。
本发明降低电容器温度系数的方法具体如下：
a）电容器温度系数为正值的情况：
拥有正温度系数的电容器电容量随环境温度升高而升高（或随温度降低而降低）。
为降低温度系数，可按以下方法自动抵消温度变化造成的电容量变化：
当工作温度升高时如图5所示，（a）图为正常状态电容器内部示意图，H为装置总高度，HA0为电容器心子2正常高度，HB0为膨胀器8正常高度。当电容器工作温度升高时，电容器内部示意图如图5（b）所示，电容器内部压力增加，膨胀器8受力收缩，高度降低为HB1，其对支撑弹簧6的支持力也相应减小，支撑弹簧6通过支撑板5对电容器心子2的支持力也减小，电容器心子2高度伸长为HA1，此时HB1＜HB0，HA1＞HA0，H不变，由于电容器心子2高度增加，相应的内部各个电容元件高度也增加，电容元件内部极板间距增加，电容器电容量减小。
具有正温度系数的电容器因温度升高，电容量增大；同时又因为电容元件极板间距增加，电容量减小，两者相互抵消可将电容器整体温度系数降低。
当工作温度降低时如图6所示，装置的工作原理与温度升高时相反，电容器因温度降低，电容量降低；同时又因为电容元件极板间距减小，电容量增加，两者相互抵消。
b）电容器温度系数为负值的情况：
拥有负温度系数的电容器电容量随环境温度升高而降低（或随温度降低而升高）。
为降低温度系数，可按以下方法自动抵消温度变化造成的电容量变化：
当工作温度升高时如图7所示，将推动板7倒置安装在支撑弹簧6顶部，膨胀器8安装在心子底座4上部，图7中（a）图为正常状态电容器内部示意图，H为装置总高度，HA0为电容器心子2正常高度，HB0为膨胀器8正常高度。当电容器工作温度升高时，电容器内部示意图如图7（b）所示，电容器内部压力增加，膨胀器8受力收缩，高度降低为HB1，其通过推动板7对支撑弹簧6的向下作用力也相应减小，支撑弹簧6向上挤压电容器心子2的作用力增大，电容器心子2高度压缩为HA1，此时HB1＜HB0，HA1＜HA0，H不变，由于电容器心子2高度减小，相应的内部各个电容元件高度也减小，电容元件内部极板间距减小，电容器电容量增加。
具有负温度系数的电容器因温度升高，电容量减小；同时又因为电容元件极板间距减小，电容量增加，两者相互抵消可将电容器整体温度系数降低。
当工作温度降低时如图8所示，装置的工作原理与温度升高时相反，电容器因温度降低，电容量增加；同时又因为电容元件极板间距增加，电容量减小，两者相互抵消。
Claims (6)
1.一种降低电容器温度系数的装置，包括由电容器上盖（10）、电容器外壳（11）、电容器下盖（12）所组成的封闭空间（9），其特征在于，封闭空间（9）中设置有固定盖（1）、电容器心子（2）、固定板（3）、心子底座（4）、支撑板（5）、支撑弹簧（6）、推动板（7）及膨胀器（8）；
当电容器温度系数为正值时，所述心子底座（4）固定在电容器下盖（12）上，且心子底座（4）内部中空，心子底座（4）内部设置有膨胀器（8），膨胀器（8）的底部与电容器下盖（12）固定，顶部设置有推动板（7），推动板（7）中部设置向下凹的安装槽，安装槽中设置支撑弹簧（6），支撑弹簧（6）的顶部连接支撑板（5）下部，支撑板（5）下部设置有能够将支撑弹簧（6）顶部卡住固定的卡槽结构，所述支撑板（5）下部嵌入心子底座（4）内，并能够上、下滑动，支撑板（5）的上部连接电容器心子（2），电容器心子（2）的顶部与固定盖（1）固定，固定盖（1）与固定板（3）连接固定，固定板（3）与心子底座（4）连接固定；
当电容器温度系数为负值时，所述心子底座（4）固定在电容器下盖（12）上，且心子底座（4）内部中空，心子底座（4）内部设置有膨胀器（8），膨胀器（8）的顶部与心子底座（4）的顶部固定，底部设置有推动板（7），推动板（7）中部设置向上凸的安装槽，安装槽中设置支撑弹簧（6），推动板（7）的安装槽顶部设置有能够将支撑弹簧（6）顶部卡住固定的卡槽结构，支撑弹簧（6）的底部连接电容器下盖（12），安装槽的顶部连接支撑板（5）下部，支撑板（5）的上部连接电容器心子（2），电容器心子（2）的顶部与固定盖（1）固定，固定盖（1）与固定板（3）连接固定，固定板（3）与心子底座（4）连接固定。
2.根据权利要求1所述的一种降低电容器温度系数的装置，其特征在于，所述固定板（3）为两块，分别设置在电容器心子（2）的两侧。
3.根据权利要求2所述的一种降低电容器温度系数的装置，其特征在于，所述固定板（3）上端与固定盖（1）固定连接，固定板（3）下端与心子底座（4）固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种降低电容器温度系数的装置，其特征在于，所述支撑板（5）的上侧与电容器心子（2）的底部固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种降低电容器温度系数的装置，其特征在于，所述封闭空间（9）中充有体积随温度变化的绝缘介质。
6.一种降低电容器温度系数的方法，采用权利要求1-5任一项所述的一种降低电容器温度系数的装置，其特征在于，
当电容器温度系数为正值时，若封闭空间（9）中温度升高，内部压力增加，膨胀器（8）受力收缩，推动板（7）对支撑弹簧（6）的支持力也相应减小，支撑弹簧（6）通过支撑板（5）对电容器心子（2）的支持力也减小，电容器心子（2）高度增加，相应的电容器心子（2）内部各个电容元件高度也增加，电容元件内部极板间距增加，电容器电容量减小；具有正温度系数的电容器因温度升高，电容量增大；同时又因为电容元件极板间距增加，电容量减小，两者相互抵消，即电容器整体温度系数降低；
若封闭空间（9）中温度降低，内部压力减小，膨胀器（8）伸长，推动板（7）对支撑弹簧（6）的支持力也相应增加，支撑弹簧（6）通过支撑板（5）对电容器心子（2）的支持力也增加，电容器心子（2）高度减小，相应的电容器心子（2）内部各个电容元件高度也减小，电容元件内部极板间距减小，电容器电容量增加；具有正温度系数的电容器因温度降低，电容量减小；同时又因为电容元件极板间距减小，电容量增加，两者相互抵消，即电容器整体温度系数降低；
当电容器温度系数为负值时，若封闭空间（9）中温度升高，内部压力增加，膨胀器（8）受力收缩，其通过推动板（7）对支撑弹簧（6）的向下作用力也相应减小，支撑弹簧（6）向上挤压电容器心子（2）的作用力增大，电容器心子（2）高度减小，相应的电容器心子（2）内部各个电容元件高度也减小，电容元件内部极板间距减小，电容器电容量增加；具有负温度系数的电容器因温度升高，电容量减小；同时又因为电容元件极板间距减小，电容量增加，两者相互抵消，即电容器整体温度系数降低；
若封闭空间（9）中温度降低，内部压力减小，膨胀器（8）伸长，其通过推动板（7）对支撑弹簧（6）的向下作用力也相应增大，支撑弹簧（6）向上挤压电容器心子（2）的作用力减小，电容器心子（2）高度增加，相应的电容器心子（2）内部各个电容元件高度也增加，电容元件内部极板间距增加，电容器电容量减小；具有负温度系数的电容器因温度降低，电容量增加；同时又因为电容元件极板间距增加，电容量减小，两者相互抵消，即电容器整体温度系数降低。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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