CN113281378B - 一种金属化膜电容器端部传热的解耦研究装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属化膜电容器端部传热的解耦研究装置，属于高压电工领域。包括真空模块、调压模块和测量模块；所述真空模块用于对实验空间进行真空处理，所述调压模块用于输出频率一定、幅值可调的交流电压，所述测量模块用于对被测试品的表面温度以及两侧电压进行测量；本发明通过对金属化膜电容器进行真空处理，排除了端部对流换热方式的影响，得到的温升数据只需考虑辐射换热方式，采用实验方式实现了对端部传热过程的解耦研究。

Description

一种金属化膜电容器端部传热的解耦研究装置
技术领域
本发明属于高压电工领域，更具体地，涉及一种金属化膜电容器端部传热的解耦研究装置。
背景技术
金属化膜电容器(Metallized Film Capacitor，MFC)由厚度为4μm～10μm的薄膜表面蒸镀纳米级的金属形成的金属化膜卷绕而成。MFC元件的制作过程如下：先由两层金属化膜在绝缘芯轴上卷绕形成电容器心子，之后在心子两端喷涂金属粒子形成喷金端，最后在喷金端焊接引出线形成引出电极。
MFC能量损耗主要包括金属损耗和介质损耗两个部分。在电流作用下，金属电极发热和介质损耗发热使得MFC内部的温度升高，热量从元件内部传导至元件表面，表面的热量通过对流散热和辐射散热传递至外部环境中。当散热功率小于发热功率时，电容器的内部温度和表面温度均会不断升高，表面散热功率也随之增大，直到散热功率增大到与发热功率相等时，电容器达到动态平衡，内外温度将不再发生变化。因此要想准确得到MFC元件的温升情况，需要获知MFC元件各部分的热物性，其中端部传热过程较为复杂，包括对流换热和辐射换热，需要对端部传热进行解耦分析。
对于端部传热过程的解耦研究，目前仅限于理论计算阶段，只能通过假设对流换热与辐射换热互不影响，单独计算二者的换热系数，尚未能真正地完全排除一方的干扰，因此计算结果并不具备可靠性。
发明内容
针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种金属化膜电容器端部传热的解耦研究装置，旨在解决目前对流换热与辐射换热互相耦合而导致的理论计算误差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种金属化膜电容器端部传热的解耦研究装置，包括调压模块、真空模块和测量模块；
所述调压模块输出频率一定且幅值可调的交流电压，施加于被测电容试品两端；
所述测量模块包括热电偶、温度巡检仪和高压探头，所述热电偶贴覆于被测电容试品表面，所述高压探头与被测电容试品并联；
所述真空模块包括真空罐和电机，被测电容试品和所述热电偶置于所述真空罐内，所述调压模块、所述温度巡检仪和所述高压探头位于所述真空罐外。
进一步地，所述真空罐为全封闭结构，真空罐壁上分布有多个法兰，所述被测电容试品经所述法兰与真空罐外的调压模块和高压探头连接，所述热电偶经所述法兰与真空罐外的温度巡检仪连接。
进一步地，采用绝缘带将所被测电容试品两侧的导线固定，使被测电容试品悬挂于真空罐中。
进一步地，所述调压模块包括调压器和升压变压器。
进一步地，所述测量模块还包括示波器。
进一步地，所述放电电阻与接地棒相连，用于实验结束后泄放被测电容试品中的残余电荷。
进一步地，被测电容试品的表面被全部涂黑。
进一步地，还包括放电模块；所述放电模块包括放电电阻，所述放电电阻并联在被测电容试品两端。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，通过对金属化膜电容器进行真空处理，排除了端部对流换热方式的影响，得到的温升数据只需考虑辐射换热方式，采用实验方式实现了对端部传热过程的解耦研究。其中，通过法兰连接试品与外部的导线以及测温装置，保证了真空罐内部的密封性。
附图说明
图1是本发明的用于端部传热解耦研究的实验装置结构示意图；
图2是本发明的实验装置安装示意图；
图3是本发明的MFC元件交流升温试验回路电路原理图；
图4是本发明的热电偶测温点布置方式示意图；
图5是本发明的调压模块施加到被测试品上的电压波形；
图6是被测试品分别在真空环境下和大气环境下所测得的温升曲线。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供了一种金属化膜电容器端部传热的解耦研究装置，包括调压模块、真空模块、测量模块和放电模块；
所述调压模块输出频率一定且幅值可调的交流电压，施加于被测电容试品两端；
所述测量模块包括热电偶、温度巡检仪和高压探头，所述热电偶贴覆于被测电容试品表面，所述高压探头与被测电容试品并联；
所述放电模块包括放电电阻，所述放电电阻并联在被测电容试品两端；
所述真空模块包括真空罐和电机，被测电容试品和所述热电偶置于所述真空罐内，所述调压模块、所述温度巡检仪和所述高压探头位于所述真空罐外。
进一步地，所述真空罐为全封闭结构，真空罐壁上分布有多个法兰，所述被测电容试品经所述法兰与真空罐外的调压模块和高压探头连接，所述热电偶经所述法兰与真空罐外的温度巡检仪连接。
进一步地，采用绝缘带将所被测电容试品两侧的导线固定，使被测电容试品悬挂于真空罐中。
进一步地，所述调压模块包括调压器和升压变压器。
进一步地，所述测量模块还包括示波器。
进一步地，所述放电电阻与接地棒相连，用于实验结束后泄放被测电容试品中的残余电荷。
进一步地，被测电容试品的表面被全部涂黑。
下面结合一个优选实施例，对上述实施例中涉及的内容进行说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种金属化膜电容器端部传热的解耦研究装置，包括：真空模块1、调压模块2和测量模块3；
真空模块1为全封闭结构，主要由真空罐和电机组成，外部导线连接法兰向MFC元件供电，实验开始前由电机对内部进行抽真空处理；
调压模块2输入端连接市电；调压模块2用于输出频率一定，幅值大小可调的交流电压；
测量模块3用于在所述调压模块、真空模块共同作用下测量被测试品两端电压以及由于交流电流导致的温升。
具体地，如图3所示，调压模块2包括：调压器T1、升压变压器T2；升压变压器二次侧接地。
测量模块3包括：T型热电偶、温度巡检仪、高压探头、示波器；
被测试品直接连接调压模块中的升压变压器，由变压器向被测试品两端直接供电，因此可直接调节调压器调节被测试品两端电压；
被测试品与包括高压探头在内的电压测量装置并联，在示波器上可显示被测试品两端电压；
如图4所示，在被测试品表面沿膜宽方向等间距布置测温点，热电偶通过法兰连接外部温度巡检仪；在所述温度巡检仪上显示所测试品表面温度分布；
放电模块包括放电电阻R，放电电阻连接在接地棒上，实验结束后并联在被测试品两端，用于泄放试品中的残余电荷。
如图2所示，上述装置中，被测试品为MFC元件，为了避免接触传热，采用绝缘扎带将所述MFC元件两侧导线固定，使所述MFC元件悬挂于真空罐中。为了能更好的确定所述MFC元件表面的辐射换热系数，采用将其表面涂黑的方式确定其表面发射率。热电偶通过焊接到法兰连接所述MFC元件保证了真空罐的密封性。
本发明的实验装置能够分别在大气环境和真空环境下向MFC元件施加如图5所示的交流电压，且交流电压幅值可调，满足对端部传热的解耦研究要求。
为进行端部传热过程的解耦研究，实验准备阶段，首先要将T型热电偶从中间剪断，焊接到法兰上，将热电偶传感部分通过耐高温绝缘胶带紧贴在被测试品表面，再将被测试品按照图2所示悬挂于真空罐中，盖好容器，启动电机进行抽真空处理，抽真空时长为4h，真空度为6.2*10-3Pa。
实验时，启动电源，调节调压器，对被测试品施加给定幅值和频率的交流电压，同时监测温度巡检仪上被测试品表面温度上升，升温过程中，MFC元件表面温度从初始值急剧上升，然后上升速度逐渐减缓，最后趋于稳定，当元件的温度达到稳定后，停止给元件通流，让元件在真空环境中自然冷却，温度迅速下降，后下降速度逐渐减缓，最后趋于稳定，得到图6所示的真空环境下MFC元件温度变化曲线(左为真空环境，右为大气环境)。
为了将对流换热过程和辐射换热过程分开研究，需要设置对照，即在大气环境下施加相同波形电压获得MFC元件的温度变化曲线，除抽真空操作外重复上述操作，即可得到大气环境下MFC元件温度变化曲线。
如图6所示，真空环境下：元件的初始温度为18.0℃，最高温度为30.2℃；大气环境下：元件的初始温度为18.5℃，最高温度为28.8℃。可以看出抽真空后有效排除了对流换热的影响，使得散热量减小，元件表面温度较高。
本领域的技术人员容易理解，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 (1)

1.一种金属化膜电容器端部传热的解耦研究装置，其特征在于，包括调压模块、真空模块和测量模块；
所述调压模块输出频率一定且幅值可调的交流电压，施加于被测电容试品两端；
所述测量模块包括热电偶、温度巡检仪和高压探头，所述热电偶贴覆于被测电容试品表面，所述高压探头与被测电容试品并联；
所述真空模块包括真空罐和电机，被测电容试品和所述热电偶置于所述真空罐内，所述调压模块、所述温度巡检仪和所述高压探头位于所述真空罐外；
所述真空罐为全封闭结构，真空罐壁上分布有多个法兰，所述被测电容试品经所述法兰与真空罐外的调压模块和高压探头连接，所述热电偶经所述法兰与真空罐外的温度巡检仪连接；
采用绝缘带将所被测电容试品两侧的导线固定，使被测电容试品悬挂于真空罐中；
所述调压模块包括调压器和升压变压器；
所述测量模块还包括示波器；
放电电阻与接地棒相连，用于实验结束后泄放被测电容试品中的残余电荷；
被测电容试品的表面被全部涂黑；
还包括放电模块；
所述放电模块包括放电电阻，所述放电电阻并联在被测电容试品两端。
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