一种适用于电容器测试的测试装置的制作方法

本发明属于工业应用领域，具体涉及到适用于电容器高重复频率下寿命考核实验装置。

背景技术：

脉冲电容器和固态脉冲形成线是脉冲功率系统的主要储能元件。自1994年E. L. Neau提出高重频固态脉冲功率技术概念后，固态化和体积小型化作为脉冲功率技术发展的新趋势而备受关注，对脉冲电容器和固态脉冲形成线的储能密度、通流能力以及特殊场合的应用提出了更高的要求。陶瓷材料由于具有耐温度冲击、耐辐射、易于散热、寿命长等优点而成为制作脉冲电容器和固态脉冲形成线的优选介质材料。在固态MARX装置研究中，需对装置所用的电容器进行寿命检验及筛选，对电容器的要求为：电容量：20nF；充电电压：20~100kV；放电电流：1~100kA；充放电重复频率：≥50Hz；寿命：重频充放电次数10万次至100万次。电容器其他技术指标考核较容易检验，但是寿命考核，特别是此类重复频率寿命考核一直都是一个难题，需要设计一种经济、可靠且操作简便的开关组件来进行重复频率测试。

近年来，在高新装备和物理研究需求的推动下，脉冲功率技术受到广泛关注，各主要技术强国均投入大量人力物力开展相关研究工作，取得了多项里程碑式的技术进步，其应用领域也获得迅速拓展。目前，脉冲功率技术的发展呈现两大趋势：一方面向单次运行、高峰值功率的方向发展。大型脉冲功率源可为负载提供很高的峰值功率，创造高功率密度、高能量密度的极端环境，推动了核爆模拟、材料物性等极端条件物理研究，此类装置通常为单次运行，如美国的ZR装置；另一方面朝着高重复频率、高平均功率的方向发展。高新装备的发展对系统核心部件脉冲功率源提出了更高的要求，即小型化、模块化、高重复频率运行和长使用寿命。工业应用也要求脉冲功率源具备较高重复频率和高平均功率，以获得工业化生产的产量要求。固态器件具有重复运行频率高、易于维护、使用寿命长等优点，是重复频率脉冲功率技术研究领域的主流方向。目前，高重复频率、高平均功率固态脉冲功率源技术研究已经成为脉冲功率技术研究领域的热点，列入美国多个重点国家科技计划。在对陶瓷电容器考核时，重频开关是关键。目前，常用重频开关有：1）半导体开关组件：成本高、功率容量小，特别是对负载短路等故障的承受能力较差；2）吹气火花隙开关：操作不便且安全性差；3）闸流管：功率容量小、高重复频率、较高功率条件下的寿命尚难以满足百万次寿命考核实验的要求。需要设计一种满足高电压、大电流、长寿命的经济、可靠且操作简便的重频开关。所查在适用于陶瓷电容器重频寿命考核相关文献和专利资料中并未发现有相关新型旋转间隙开关制作和应用方面相关的专利信息。

技术实现要素：

本发明的目的是基于固态Marx发生器、高重频脉冲功率系统等重要科研项目的需求，经过系统分析和设计，设计一种新型旋转间隙开关。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于电容器测试的测试装置，包括脉冲产生电路和用于连接电路中电极的重复频率开关组件，所述重复频率开关组件包括设置在两个电极之间的绝缘转盘，所述绝缘转盘上设置与两个电极位置对应处设置有通孔，所述绝缘转盘通过电机带动进行转动。

在上述技术方案中，所述绝缘转盘上在同一圆周上设置有若干个通孔。

在上述技术方案中，每一个通孔的大小一致，相邻两个通孔之间的间距一致。

在上述技术方案中，绝缘盘为50Hz绝缘转盘。

在上述技术方案中，在测试时：

当直流电机旋转时，电极间的电弧在绝缘转盘上的通孔作用下不停的通断，确保电容器以固定频率重复充放电，实现对电容器寿命考核。

在上述技术方案中，通过改变绝缘转盘上的孔数或直流电机转速即可实现多种频率的重复充放电。

在上述技术方案中，所述绝缘盘内的同一圆周上设置有六个通孔，直流电机以500转/min旋转，电极间的电弧通断频率达到50Hz，这样能确保电容器以50Hz频率重复充放电。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

此重频开关采用高速运动的高熔点绝缘材料切入电弧、通过绝缘材料的运动拉伸并切断电弧来实现电容器的放电的通断、控制，解决重频在50 Hz甚至100 Hz以上高压脉冲电容器大电流快放电能力及寿命考核问题。

该开关频率稳定性高，可靠性高且操作简便、经济实用。仅通过改变绝缘转盘孔数或直流电机转速即可实现多种频率（>50 Hz）的重复充放电。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的测试电路图；

图2是绝缘转盘的结构示意图；

其中：1是绝缘转盘，2是通孔，3是电机，4是电极。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

如图1 所示，是本发明的测试电路图，与常规的电路一致，电路中串联有被测的电容和其他组件以及两个放电电极，本发明主要改进的地方就是将电极之间的空气开关改为绝缘转盘。

一般重复频率寿命测试都必须借助重复频率开关组件，常规组件有：1.半导体开关组件，此开关组件设计、生产、控制技术难度大，成本高；2.吹气火花隙开关，此开关组件是靠气流切断电弧，操作很不方便且安全性差。因此考虑使用绝缘材料切入、切出电弧来实现重复频率开关，最后需要解决的是实现50Hz的充放电重复频率。

经过多次试验和优化，设计出本发明的旋转开关。此旋转间隙开关，原理是将绝缘材料有规律的切断电弧来实现电容器的重复充放电，此旋转间隙开关频率稳定性高，可靠性高且操作简便、经济实用。如图2所示，此新型旋转间隙开关是由50Hz专用绝缘转盘、直流电机、电极头和其他组件构成，50Hz专用绝缘转盘是一个Φ500×5厚绝缘玻璃或陶瓷圆盘，在Φ450圆周上均布6个小孔，当直流电机以500转/min旋转时，电极头间的电弧通断频率达到50Hz，这样能确保电容器以50Hz频率重复充放电，实现对电容器寿命考核。

此旋转间隙开关仅通过改变绝缘转盘孔数或直流电机转速即可实现多种频率的重复充放电；改变工作环境、提高重频及工作电压，可实现大电流熄弧，从而用于高电压电容器的寿命考核。

应用旋转间隙开关测得的高压脉冲电容器在重复频率50Hz时的放电波形，此装置应用于高压脉冲电容器大电流快放电能力及寿命考核中，取得了较好的结果。在重复频率50 Hz工作时，完成了对高压脉冲电容器在工作电流1.5 kA、工作电压20 kV条件下的百万次寿命考核。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。