本發(fā)明屬于金屬化膜電容器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于直流濾波電容器的熔絲參數(shù)獲取方法。
背景技術(shù)：
：用于金屬化安全膜電容器的熔絲保護(hù)技術(shù)是電容器保護(hù)的重要措施，熔絲保護(hù)的重點(diǎn)在于熔絲的熔斷機(jī)理和尺寸設(shè)計(jì)。金屬化安全膜中熔絲熔斷機(jī)理有兩種：(1)電爆炸導(dǎo)致熔絲熔斷，即短時(shí)間內(nèi)過大的電流密度導(dǎo)致蒸鍍電極發(fā)生電爆炸；(2)電極金屬相變導(dǎo)致熔絲熔斷，指在自愈過程中流經(jīng)熔絲電阻的電流的熱效應(yīng)使熔絲上的電極金屬產(chǎn)生裂紋甚至蒸發(fā)。在金屬化膜電容器中，自愈是允許發(fā)生的正?，F(xiàn)象，自愈發(fā)生后金屬化膜電容器僅損失少量電容量能繼續(xù)正常運(yùn)行，而自愈失敗是不允許發(fā)生的，自愈失敗會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部擊穿短路。因此合理的熔絲設(shè)計(jì)要求電容器正常工作發(fā)生自愈時(shí)熔絲不熔斷，電容器發(fā)生自愈失敗時(shí)熔絲斷開。直流濾波金屬化膜電容器的熔絲設(shè)計(jì)需要綜合考慮自愈成功和自愈失敗兩種情況，且電容器的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜。目前并無針對(duì)金屬化安全膜電容器的熔絲設(shè)計(jì)的方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種用于直流濾波電容器的熔絲參數(shù)獲取方法，其目的在于獲得安全膜電容器中的熔絲個(gè)數(shù)。本發(fā)明提供了一種用于直流濾波電容器的熔絲參數(shù)獲取方法，包括下述步驟：(1)將金屬化膜試品置于自愈試驗(yàn)平臺(tái)中，通過設(shè)置試驗(yàn)溫度并施加壓強(qiáng)來進(jìn)行自愈試驗(yàn)，并獲得金屬化膜試品的自愈電壓和自愈電流；(2)根據(jù)金屬化膜試品的自愈電壓和自愈電流獲得自愈電弧電阻，并根據(jù)自愈電弧電阻獲得電阻模型，根據(jù)電阻模型獲得自愈電弧電阻參數(shù)最小值Rarcmin，最大值R0以及時(shí)間參數(shù)A；(3)搭建安全膜仿真模型，根據(jù)所述自愈電弧電阻參數(shù)最小值Rarcmin，最大值R0以及時(shí)間參數(shù)A設(shè)置所述安全膜仿真模型中自愈電弧電阻參數(shù)Rarc或Rshort、自愈成功時(shí)的擊穿電壓U、自愈失敗時(shí)的擊穿電壓U，并計(jì)算不同熔絲數(shù)量下自愈成功和自愈失敗時(shí)流過安全膜熔絲的電流和熔絲上產(chǎn)生的焦耳熱；(4)根據(jù)熔絲熔斷判據(jù)以及電流密度和熔絲熱量與熔絲個(gè)數(shù)的關(guān)系對(duì)熔絲個(gè)數(shù)進(jìn)行配置。本發(fā)明通過進(jìn)行金屬化膜自愈實(shí)驗(yàn)得到金屬化膜自愈特性，在此基礎(chǔ)上搭建安全膜仿真模型，通過模型仿真計(jì)算分別得到最嚴(yán)重的自愈成功和最不嚴(yán)重的自愈失敗情況下流過安全膜熔絲的電流Ipeak和熔絲上產(chǎn)生的焦耳熱-熔絲能量Wfuse。根據(jù)此兩種情況下的熔絲電流密度和熔絲能量，對(duì)熔絲的寬度或者熔絲個(gè)數(shù)進(jìn)行配置。本發(fā)明能準(zhǔn)確對(duì)用于直流濾波的T型金屬化安全膜電容器的熔絲進(jìn)行設(shè)計(jì)。更進(jìn)一步地，在步驟(2)中，所述電阻模型其中，t為時(shí)刻，t0為自愈電流下降為零的時(shí)刻，Rarcmin為在一次自愈過程中自愈電弧電阻最小值，R0為自愈電弧電阻最大值，A為時(shí)間參數(shù)。更進(jìn)一步地，所述安全膜仿真模型包括：自愈點(diǎn)所在分塊和自愈點(diǎn)兩側(cè)分塊，所有分塊之間通過熔絲并聯(lián)連接；所述自愈點(diǎn)所在分塊用于仿真自愈點(diǎn)擊穿情況；所述自愈點(diǎn)兩側(cè)分塊用于仿真周圍分塊上儲(chǔ)存的能量向自愈點(diǎn)的流動(dòng)。更進(jìn)一步地，所述自愈點(diǎn)兩側(cè)分塊包括串聯(lián)連接的分塊電容C1、分塊等效電阻Rsl和熔絲電阻Rfuse；所述自愈點(diǎn)所在分塊分為若干等份，每個(gè)等份包括一個(gè)等份的電容Cs，電極電阻Rs，自愈成功電弧電阻Rarc和自愈失敗等效短路電阻Rshort；每個(gè)等份的電容兩側(cè)通過電極電阻并聯(lián)連接，并通過一個(gè)等份電極電阻連接至熔絲電阻和低壓側(cè)。更進(jìn)一步地，步驟(3)中，自愈成功時(shí)的擊穿電壓U設(shè)置為2.6UN、自愈失敗時(shí)的擊穿電壓U設(shè)置為UN，其中，UN為電容器運(yùn)行額定電壓。更進(jìn)一步地，步驟(4)中，所述熔絲熔斷判據(jù)為：熔絲上的線電流密度J大于Jm＝1011A/m2或者熔絲上產(chǎn)生的熱量WR大于WRm2＝0.127mJ，并根據(jù)最嚴(yán)重的自愈成功情況下熔絲不熔斷，即電流密度J<Jm＝1011A/m2且WR<WRm1＝0.0052mJ，和最不嚴(yán)重的自愈失敗情況下熔絲熔斷，即J>Jm＝1011A/m2或WR>WRm2＝0.127mJ。更進(jìn)一步地，步驟(4)中，所述電流密度和熔絲熱量與熔絲個(gè)數(shù)的關(guān)系為：電流密度J＝Im/NDL＝Iβ/NρL，Im為流經(jīng)分塊熔絲的電流幅值，N為熔絲數(shù)目，D為熔絲金屬層厚度，L為熔絲寬度，ρ為金屬鋁的電阻率；單個(gè)熔絲能量WR＝∫(i/N)2βB/Ldt，i為流經(jīng)分塊熔絲的電流值，B為金屬化膜有效膜寬。總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：(1)通過金屬化膜自愈試驗(yàn)確定自愈模型參數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)能更準(zhǔn)確仿真所用金屬化安全膜的自愈特性。(2)通過計(jì)算不同熔絲設(shè)置方案下安全膜自愈成功與自愈失敗時(shí)流過熔絲的電流峰值和熔絲上產(chǎn)生的焦耳熱，可準(zhǔn)確得到自愈成功時(shí)保證熔絲不動(dòng)作和自愈失敗時(shí)保證熔絲動(dòng)作的理想的熔絲設(shè)計(jì)方案。計(jì)算簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)結(jié)果直觀。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于直流濾波電容器的熔絲參數(shù)獲取方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖2為本發(fā)明金屬化膜自愈試驗(yàn)平臺(tái)的示意圖；圖3為本發(fā)明提供的自愈成功安全膜仿真模型；圖4為本發(fā)明提供的自愈失敗安全膜仿真模型。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種用于直流濾波的金屬化安全膜電容器的熔絲參數(shù)獲取方法，可以準(zhǔn)確獲得安全膜電容器中的熔絲寬度或熔絲數(shù)量。主要適用于實(shí)際運(yùn)行工況下直流濾波電容器的熔絲設(shè)計(jì)。本發(fā)明提供的用于直流濾波金屬化安全膜電容器的熔絲參數(shù)的獲取方法，包括下述步驟：(1)將金屬化膜試品置于自愈試驗(yàn)平臺(tái)中，設(shè)置試驗(yàn)溫度并施加壓強(qiáng)，進(jìn)行自愈試驗(yàn)；并獲得金屬化膜試品的自愈電壓和自愈電流。試驗(yàn)溫度與電容器實(shí)際工作溫度相同；金屬化膜電容器大部分電容量損失出現(xiàn)在電容器外層，該部分的層間壓強(qiáng)約為1MPa。自愈試驗(yàn)平臺(tái)是用于對(duì)金屬化膜在特定溫度和壓強(qiáng)下的自愈特性進(jìn)行研究，通過自愈試驗(yàn)平臺(tái)可對(duì)金屬化膜自愈過程進(jìn)行模擬試驗(yàn)。其具體結(jié)構(gòu)可以參見專利文獻(xiàn)“發(fā)明名稱為《一種用于金屬化膜自愈實(shí)驗(yàn)的裝置》”。(2)根據(jù)金屬化膜試品的自愈電壓和自愈電流獲得自愈電弧電阻，并根據(jù)自愈電弧電阻獲得電阻模型根據(jù)電阻模型獲得自愈電弧電阻參數(shù)最小值Rarcmin，最大值R0以及時(shí)間參數(shù)A。其中，自愈過程從0時(shí)刻開始，t為時(shí)刻，t0為自愈電流下降為零的時(shí)刻，Rarcmin為在一次自愈過程中自愈電弧電阻最小值，R0為自愈電弧電阻最大值，A為時(shí)間參數(shù)。(3)搭建安全膜仿真模型，如圖3或4所示。對(duì)于自愈點(diǎn)所在分塊，在仿真中將分塊電容C1分成若干等份，Cs表示一個(gè)等份的電容，Rs表示一個(gè)等份的電極電阻，Rs1表示單個(gè)分塊的電極電阻，Rfuse表示安全膜熔絲電阻。其他分塊使用等效串聯(lián)電路表示，單個(gè)分塊金屬化膜尺寸、電容量、電極電阻、方阻以及熔絲電阻根據(jù)實(shí)際參數(shù)設(shè)置。根據(jù)步驟(2)得到的自愈電弧電阻參數(shù)設(shè)置自愈電弧電阻參數(shù)Rarc或Rshort；自愈成功時(shí)的擊穿電壓U為2.6UN，自愈失敗時(shí)的擊穿電壓U為UN。計(jì)算不同熔絲數(shù)量下自愈成功和自愈失敗時(shí)流過安全膜熔絲的電流和熔絲上產(chǎn)生的焦耳熱。(4)結(jié)合熔絲熔斷判據(jù)，熔絲上的線電流密度J大于Jm＝1011A/m2或者熔絲上產(chǎn)生的熱量WR大于WRm2＝0.127mJ，并根據(jù)最嚴(yán)重的自愈成功情況下熔絲不熔斷，即電流密度J<Jm＝1011A/m2且WR<WRm1＝0.0052mJ，和最不嚴(yán)重的自愈失敗情況下熔絲熔斷，即J>Jm＝1011A/m2或WR>WRm2＝0.127mJ，根據(jù)電流密度和熔絲熱量與熔絲個(gè)數(shù)的關(guān)系對(duì)熔絲個(gè)數(shù)進(jìn)行配置。電流密度J＝Im/NDL＝Iβ/NρL，Im為流經(jīng)分塊熔絲的電流幅值，N為熔絲數(shù)目，D為熔絲金屬層厚度，L為熔絲寬度，ρ為金屬鋁的電阻率。單個(gè)熔絲能量WR＝∫(i/N)2βB/Ldt，i為流經(jīng)分塊熔絲的電流值，B為金屬化膜有效膜寬。在本發(fā)明實(shí)施例中，金屬化膜自愈試驗(yàn)平臺(tái)包括與金屬化膜試品串接的用于測(cè)量自愈電流的1Ω無感采樣電阻、用于對(duì)金屬化膜試品和采樣電阻施加直流高壓的直流高壓耐壓儀、用于對(duì)金屬化膜試品施加壓強(qiáng)以模擬實(shí)際電容器中層間壓強(qiáng)的液壓泵、用于測(cè)量金屬化膜試品電壓的高壓探頭。本發(fā)明通過金屬化膜自愈試驗(yàn)確定自愈模型參數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)能更準(zhǔn)確仿真所用金屬化安全膜的自愈特性。通過計(jì)算不同熔絲設(shè)置方案下安全膜自愈成功與自愈失敗時(shí)流過熔絲的電流峰值和熔絲上產(chǎn)生的焦耳熱，可準(zhǔn)確得到自愈成功時(shí)保證熔絲不動(dòng)作和自愈失敗時(shí)保證熔絲動(dòng)作的理想的熔絲設(shè)計(jì)方案。計(jì)算簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)結(jié)果直觀。為了更進(jìn)一步的說明本發(fā)明實(shí)施例提供的用于直流濾波電容器的熔絲參數(shù)獲取方法，現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)例詳述如下。如圖2所示，本發(fā)明金屬化膜自愈試驗(yàn)平臺(tái)包括：直流高壓耐壓儀，用于向被測(cè)量金屬化膜試品施加電壓；Rc為充電電阻，阻值為1MΩ；1Ω無感采樣電阻(RS)，用于獲取自愈電流；并聯(lián)穩(wěn)壓電容(Cp)，電容量為0.1μF。試品膜電容(Cs)，采用兩張單面金屬化聚丙烯薄膜重疊而成。圖3給出了用于直流濾波電容器的安全膜仿真模型。自愈試驗(yàn)過程中，高壓和地分別通過兩個(gè)銅電極與兩張金屬化膜的電極面進(jìn)行電氣連接，設(shè)置一定溫度并施加壓強(qiáng)，采用手動(dòng)升壓的方式以300V/s的升壓速率對(duì)金屬化膜施加電壓。當(dāng)試品電容發(fā)生擊穿時(shí)，停止升壓并將電壓回零。通過示波器記錄自愈電壓電流波形，完成一次自愈實(shí)驗(yàn)。若自愈成功，自愈電弧電阻在幾μs～十幾μs的時(shí)間內(nèi)由最小值逐漸恢復(fù)到最大值，電弧在該時(shí)間內(nèi)熄滅，具體時(shí)間與采用的金屬化膜參數(shù)和實(shí)驗(yàn)參數(shù)有關(guān)；若自愈失敗，擊穿點(diǎn)等效電弧電阻在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)維持在數(shù)Ω～數(shù)百Ω量級(jí)，電弧持續(xù)燃燒。在自愈電弧電阻等效中，忽略1μs-2μs內(nèi)電弧形成時(shí)間，自愈電弧電阻的表達(dá)式為：Rarcmin＝min(u/i)-Rc-Rcont，u和i分別為實(shí)驗(yàn)中采集到的自愈過程中金屬化膜試品電容上的電壓和電流值；Rc為從電極接觸點(diǎn)到金屬化膜重合區(qū)域之間的金屬化膜的電阻；Rcont為電極與金屬化膜的接觸電阻。建立自愈成功安全膜仿真模型如圖3所示，自愈失敗安全膜仿真模型如圖3所示。在仿真中將單個(gè)分塊電容C1分成若干等份，Cs表示一個(gè)等份的電容，Rs表示一個(gè)等份的電極電阻，Rs1表示單個(gè)分塊的電極電阻，Rfuse表示安全膜熔絲電阻。自愈成功是通過在自愈點(diǎn)串聯(lián)一個(gè)從自愈電弧電阻最小值(Rarcmin)開始按指數(shù)規(guī)律增大的電阻Rarc來模擬其電弧熄滅過程；而自愈失敗則是在自愈點(diǎn)串聯(lián)一個(gè)阻值恒定的短路電阻(Rshort)來模擬自愈失敗點(diǎn)的電弧電阻。根據(jù)多次自愈試驗(yàn)，由Weibull分布統(tǒng)計(jì)得到自愈成功時(shí)Rarcmin大于2460Ω，因此仿真最嚴(yán)重的自愈成功時(shí)取Rarcmin＝2460Ω；仿真最不嚴(yán)重的自愈失敗時(shí)Rshort取為500Ω，若取為更大的值，則此時(shí)流經(jīng)熔絲的電流幅值與最嚴(yán)重的自愈成功時(shí)相近，此時(shí)為自愈成功的情況。在自愈過程中，兩側(cè)的分塊2和3會(huì)通過熔絲向自愈點(diǎn)所在分塊1灌注能量，以提供自愈所需能量，基于該安全膜自愈仿真模型仿真計(jì)算得到自愈成功與自愈失敗時(shí)流過安全膜熔絲的電流和熔絲上產(chǎn)生的焦耳熱。結(jié)合熔絲的尺寸、熔絲不熔斷(達(dá)不到熔點(diǎn))和熔斷(完全汽化)時(shí)熔絲上的熱量應(yīng)滿足的條件，計(jì)算自愈成功和自愈失敗時(shí)電流密度J和熔絲能量WR所需滿足的條件(如表1所示)，電流密度J＝Im/NDL＝Imβ/NρL，Im為流經(jīng)分塊熔絲4的電流幅值，N為熔絲數(shù)目，D為熔絲金屬層厚度，L為熔絲寬度，ρ為金屬鋁的電阻率，β為金屬化膜方阻。單個(gè)熔絲能量WR＝∫(i/N)2βB/Ldt，i為流經(jīng)分塊熔絲4的電流值，B為金屬化膜有效膜寬。表1熔絲熔斷區(qū)間自愈情況電流密度和熔絲能量自愈成功J<Jm＝1011A/m2且WR<WRm1＝0.0052mJ自愈失敗J>Jm＝1011A/m2或WR>WRm2＝0.127mJ根據(jù)仿真模型，取T型安全膜分塊尺寸S為69mm×30mm，方阻β為20Ω/□，熔絲單體尺寸為2mm×1mm。2.6kV下自愈成功電弧電阻3000Ω，持續(xù)時(shí)間20μs；1.0kV下自愈失敗電弧電阻500Ω。計(jì)算結(jié)果如表2所示。表2不同分塊寬度下熔絲設(shè)計(jì)仿真結(jié)果本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3