一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类方法及系统

本发明涉及耐高压电容器，更具体的说是涉及一种金属化薄膜电容器(mfc)初始自愈类型分类方法。

背景技术：

1、目前，金属化薄膜电容器(mfc)通常以有机塑料薄膜作为绝缘介质，以金属化薄膜作为电极，通过卷绕的方式制成。相较于传统电容器，mfc因其循环寿命良好、充放电速度快、功率密度高，以及其特有的自愈特性，被广泛运用于电磁武器、车载设备和微波功率源系统中。其中自愈过程是保障mfc工作特性的关键，在局部电介质击穿的情况下，电流密度骤增，存储的能量在击穿区耗散。由该现象引发的金属化电极电爆炸，会使得击穿通道附近区域的电极和介质遭到破坏。随后的微弧放电在微秒级时间内发展，形成脱金属区域。该区域将击穿处与电极的其余部分隔离开，使电容器恢复工作能力。因此，即使工作在极端电压工况下，mfc仍能正常运行。

2、但是，由于mfc的自愈性能存在随机性，并且电容器内部发生自愈的位置存在一定的聚集效应。除此之外，根据i ec标准60384-17-2019表明，电容器在其容值下降超过5％时判定为失效。由于mfc在工作过程中不断发生自愈，使得内部金属化电极面积减小，导致mfc容值不断下降，影响了mfc的使用寿命，使得mfc在后续使用过程中存在安全隐患。

3、因此，如何提供一种安全可靠且适用性广的电容器初始自愈类型分类方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种可以判定金属化薄膜电容器后续工作过程中可靠性的初始自愈类型分类方法。可以通过观察金属化薄膜电容器初始自愈的发展情况，对其进行分类，实现对其适用电压范围的评估和后续使用寿命的估计。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类方法，包括如下步骤：

4、步骤1：对待测金属化薄膜电容器施加不同升压速率的电压值，确定该待测金属化薄膜电容器的电压承受范围；

5、步骤2：在待测金属化薄膜电容器的电压承受范围内，根据待测金属化薄膜电容器在初始自愈发生时对应的电压值及发生初始自愈后剩余的电压值，确定待测金属化薄膜电容器发生初始自愈时对应的初始自愈能量；

6、步骤3：根据待测金属化薄膜电容器样品在初始自愈发生时对应的初始自愈电压值和发生初始自愈时对应的初始自愈能量的对应关系，建立初始自愈电压-能量数据库；

7、步骤4：利用初始自愈电压-能量数据库，结合初始自愈恢复情况及其后续金属化薄膜电容器的服役寿命和性能数据，对所述金属化薄膜电容器进行分类。

8、优选的，所述步骤1中具体包括：根据不同升压速率的电压值下，待测金属化薄膜电容器初始自愈发生时对应的电压值以及初始自愈的恢复情况，规定unom为金属化薄膜电容器的额定工作电压，当外加电压小于u1时，电容器无自愈现象产生；当外加电压大于u4时，电压超过电容器自愈恢复的承受范围,将电压范围u1～u4作为待测金属化薄膜电容器的电压承受范围。

9、优选的，所述步骤2中具体包括：在步骤1确定的待测金属化薄膜电容器的电压承受范围内，利用电气学公式确定待测金属化薄膜电容器发生初始自愈时对应的能量，采用的公式为：

10、

11、其中，eshi为待测金属化薄膜电容器发生初始自愈对应的能量，单位为mj；cx为待测金属化薄膜电容器的容值，单位为μf，ushi为发生初始自愈的电压，单位为v；ures为发生初始自愈后的剩余电压，单位为v。

12、优选的，所述步骤3中具体包括：建立的初始自愈电压-能量数据库通过非线性拟合的方法确定二者满足n∈[2,4]关系,其中n∈r，c0为电容量，β为方阻，f(p)为层间压强函数，α、k为系数，以此划定初始自愈电压-能量数据库的边界范围。

13、优选的，按照金属化薄膜电容器额定工作电压unom倍率划分金属化薄膜电容器适用的电压范围，结合初始自愈的恢复情况对电容器进行分类，具体分类方法如下：

14、对金属化薄膜电容器施加外加电压，并定义初始自愈电压边界，u3为上边界，对应的初始自愈能量为eshi2，u2为下边界,对应的初始自愈能量为eshi1，若：

15、(1)在u1～u4内，未出现自愈，金属化薄膜电容器为a级电容器；

16、(2)初始自愈电压出现在u3～u4，初始自愈能量小于eshi2，且初始自愈恢复后，电压能按原升压速率上升至u4，金属化薄膜电容器为b级电容，否则为c级电容；

17、(3)初始自愈电压出现在u2～u3，初始自愈能量小于eshi1，且初始自愈恢复后，电压能按原升压速率上升至u3，金属化薄膜电容器为c级电容，否则为d级电容；

18、(4)初始自愈电压出现在u1～u2，且初始自愈恢复后，电压能按原升压速率上升至u2，金属化薄膜电容器为d级电容；

19、(5)初始自愈电压出现在0～u1，或者发生在上述各区域之内的初始自愈，其自愈电压无法恢复且伴随密集自愈，金属化薄膜电容器为e级电容。

20、为实现上述目的，本发明还提供了一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类系统，包括：

21、电压范围测定模块，用于对待测金属化薄膜电容器施加不同升压速率的电压值，确定该待测金属化薄膜电容器的电压承受范围；

22、能量测定模块，用于在待测金属化薄膜电容器的电压承受范围内，根据待测金属化薄膜电容器在初始自愈发生时对应的电压值及发生初始自愈后剩余的电压值，确定待测金属化薄膜电容器发生初始自愈时对应的初始自愈能量；

23、数据库建立模块，用于根据待测金属化薄膜电容器样品在初始自愈发生时对应的初始自愈电压值和发生初始自愈时对应的初始自愈能量的对应关系，建立初始自愈电压-能量数据库；

24、分类模块，用于利用初始自愈电压-能量数据库，结合初始自愈恢复情况及其后续金属化薄膜电容器的服役寿命和性能数据，对所述金属化薄膜电容器进行分类。

25、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类方法及系统，其有益效果在于：

26、1)本发明提出的金属化薄膜电容器初始自愈类型分类方法，所采用的分类方法简单高效，弥补了目前对金属化薄膜电容器使用性能及其适用工况在线评定方法的空缺，减少测试过程对金属化薄膜电容器的损伤。

27、2)本发明根据大量实验测得的金属化薄膜电容器在其适用工作电压范围内的使用寿命，确定不同等级金属化薄膜电容器的使用寿命，为电容器再后续使用过程中判定其可靠性和安全性提供了参考依据。

28、3)本发明采用的金属化薄膜电容器寿命测试方法为重复脉冲实验中测量电容器寿命的惯用方法，具有一定的普适性和可靠性。

技术特征：

1.一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1的一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类方法，其特征在于，步骤1中具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类方法，其特征在于，步骤2中具体包括：

4.根据权利要求3所述的一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类方法，其特征在于，步骤3中具体包括：

5.根据权利要求2所述的一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类方法，其特征在于，按照金属化薄膜电容器额定工作电压unom倍率划分金属化薄膜电容器适用的电压范围，结合初始自愈的恢复情况对电容器进行分类，具体分类方法如下：

6.一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种金属化薄膜电容器初始自愈类型分类方法及系统，涉及耐高压电容器技术领域，对待测金属化薄膜电容器施加不同升压速率的电压值，确定该待测金属化薄膜电容器的电压承受范围；根据待测金属化薄膜电容器在初始自愈发生时对应的电压值及发生初始自愈后剩余的电压值，确定待测金属化薄膜电容器发生初始自愈时对应的初始自愈能量；根据样品在初始自愈发生时的初始自愈电压值和发生初始自愈时对应的初始自愈能量，建立初始自愈电压‑能量数据库；结合初始自愈恢复情况及其后续金属化薄膜电容器的服役寿命和性能数据，对所述金属化薄膜电容器进行分类，弥补了目前对金属化薄膜电容器使用性能及其适用工况在线分类方法的空缺。

技术研发人员：王飞鹏,张婕,何渝霜,李剑,陈伟根,黄正勇,王强,张晓
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12