pF级层叠式平行极板可变电容箱

pf级层叠式平行极板可变电容箱
技术领域
1.本实用新型涉及平行板电容器技术领域，特别涉及一种pf级层叠式平行极板可变电容器，可作为高频高压谐振补偿电路中的电容。


背景技术：

2.平行板电容器是最简单的电容器，一般由两块相互平行的金属导体极板构成，中间被电解质材料隔开，当两极板之间存在一定的电势差时，极板之间便会存在静电场分布，其电容值可通过下列公式计算得到：
[0003][0004]
其中，c表示平行板电容器的电容值，εs表示两平行极板间的正对面积(两极板相互重叠部分的面积)，d表示两极板间的距离。则根据上述原理公式可知，通过调节两平行极板间的正对面积或两极板间的距离可以调节电容的大小，而任意的非平行板电容器都可以看作由若干个小型平行板电容器串联与并联而成。因此，研究平行板电容器电容值变化的调节方法对于整个电容器领域是至关重要的。公布号为cn101345130a的中国发明专利申请公开了一种“平行板电容器”，该平行板电容器使用不同平行板上相邻的指状结构产生电容值，在电容器体积维持不变的情况下增加了电容值。然而，该项技术仅仅是公开了增加电容值的方法，并不能减小电容，且应用的原理也与上述原理不同。
[0005]
另一方面，在频率范围较广的谐振电路中需要采用不同容值的电容配合电感器，当电路发生串联谐振时，电容电流ic和电感电流i
l
相等，电感器和电容器两端的电压幅值相等且相位相反，由公式：
[0006][0007]
可知，当保证电流幅值不变时，随着频率的增加，电容两端的交流电压幅值逐渐增大，这就对电容的耐压提出了更高的要求。而目前适用于高压高频大电流的pf级别的电容器价格都比较昂贵、容值档位少，且在高频时，耐压能力会迅速下降，不适合做大功率的驱动实验。


技术实现要素：

[0008]
有鉴于此，本实用新型提出一种pf级层叠式平行极板可变电容箱，该可变电容箱为一种在高压高频下使用的pf级别的电容值可调的电容装置。
[0009]
本实用新型为实现上述技术目的所采用的技术方案如下：
[0010]
一种pf级层叠式平行极板可变电容箱，包括电容箱箱体和设置在所述电容箱箱体内的至少一组平行极板组件，所述电容箱箱体内的上下两侧分别对称设置滑轨组件，所述电容箱箱体的侧壁上设置驱动组件；所述平行极板组件包括固定极板和滑动极板，所述固定极板的上下两端分别固定在所述电容箱箱体的上下两侧，所述滑动极板的上下两端分别
固定在所述滑轨组件上，且所述滑动极板上设置有连接组件，通过该连接组件将所述滑动极板与所述驱动组件连接，所述滑动极板通过所述连接组件在所述驱动组件的带动下在所述滑轨组件上移动，以改变所述滑动极板与所述固定极板间的正对面积。
[0011]
上述技术方案中，所述固定极板与所述滑动极板之间填充有以空气形成的中间介质层。
[0012]
上述技术方案中，所述电容箱箱体是由框架和亚克力顶板、亚克力底板及亚克力背板搭建而成。
[0013]
上述技术方案中，所述滑轨组件包括导轨及滑块，所述导轨分别对称固定在所述亚克力顶板和亚克力底板上，所述滑块与所述导轨配合连接，所述滑动极板的上下两端通过绝缘材质的极板配件与所述滑块固定连接。
[0014]
上述技术方案中，所述固定极板的上下两端连接有绝缘材质的极板固定件，所述极板固定件用于将所述固定极板与所述导轨隔离，两个所述极板固定件的另一端连接有角铁，所述角铁的另一端分别固定在所述亚克力顶板和亚克力底板上。
[0015]
上述技术方案中，所述连接组件包括连接板和丝杆拉杆，所述连接板的两端分别与所述滑动极板的两端相连接，所述丝杆拉杆的一端固定在所述连接板的中部，所述丝杆拉杆的另一端与所述驱动组件连接。
[0016]
上述技术方案中，所述驱动组件包括电机、丝杆、丝杆固定座及丝杆滑块，所述电机通过电机底座安装在所述亚克力背板上，所述丝杆与所述电机的输出端连接，所述丝杆的另一端固定在丝杆固定座上，且所述丝杆固定座固定安装在所述亚克力背板上，所述丝杆滑块滑动连接在所述丝杆上，且所述丝杆拉杆固定在所述丝杆滑块上。
[0017]
上述技术方案中，所述亚克力底板上安装有行程开关和激光测距仪，所述行程开关和激光测距仪与电机控制器电连接，通过激光测距仪测得的所述滑动极板在所述滑轨组件上的位置控制电机的启停。
[0018]
上述技术方案中，所述电容箱箱体的底部四角均设置万向轮。
[0019]
上述技术方案中，还包括多组所述平行极板，多组所述平行极板组件呈叠层式、平行布置在所述电容箱箱体中，且多组所述平行极板组件中的固定极板和滑动极板交错设置，多个所述滑动极板均连接在同一个所述连接组件上。
[0020]
与现有技术相比，本实用新型提供的一种pf级层叠式平行极板可变电容箱，通过将平行极板组件分为固定极板和滑动极板，并且通过连接组件将滑动极板与驱动组件连接，在驱动组件的带动下所述滑动极板能够在滑轨组件上移动，则滑动极板与固定极板间的正对面积发生改变，如此，在滑动极板与固定极板间的间距不变的条件下，其电容值发生改变，实现了电容可调的目的。
附图说明
[0021]
图1是本实施例一种pf级层叠式平行极板可变电容箱的主视图；
[0022]
图2是本实施例一种pf级层叠式平行极板可变电容箱的俯视图；
[0023]
图3是本实施例一种pf级层叠式平行极板可变电容箱的侧视图；
[0024]
图4是本实施例一种pf级层叠式平行极板可变电容箱在ansys仿真中滑动极板的移动距离和电容容值的关系。
[0025]
附图中各标记名称如下:
[0026]
1-电容箱箱体，11-框架，12-亚克力顶板，13-亚克力底板，14-亚克力背板，2-平行极板组件，21-固定极板，22-滑动极板，3-滑轨组件，31-导轨，32-滑块，4-驱动组件，41-电机，42-丝杆，43-丝杆固定座，44-丝杆滑块，45-联轴器，46-丝杆套件，5-连接组件，51-连接板，52-丝杆拉杆，6-极板配件，7-极板固定件，8-行程开关，9-激光测距仪。
具体实施方式
[0027]
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0028]
请一并参阅图1～3所示，本实施例提供一种pf级层叠式平行极板可变电容箱，包括电容箱箱体1和两组平行极板组件2，所述电容箱箱体1内的上下两侧分别对称设置有滑轨组件3，所述电容箱箱体的侧壁上设置有驱动组件4；每组所述平行极板组件2包括固定极板21和滑动极板22，所述固定极板21的上下两端分别固定在所述电容箱箱体1的上下两侧，所述滑动极板22的上下两端分别固定在所述滑轨组件3上，且所述滑动极板22上设置有连接组件5，通过该连接组件5将所述滑动极板22与所述驱动组件4连接，如此设置，所述滑动极板22通过所述连接组件5在所述驱动组件4的带动下能够在所述滑轨组件3上移动，以改变所述滑动极板22与所述固定极板21间的正对面积。
[0029]
本实施例中，由于所述滑动极板22与所述固定极板21间的间距是固定不变的，则根据平行板电容器电容值的计算公式可得出，改变了滑动极板22与所述固定极板21间的正对面积，可使得电容值发生变化，因此，本实施例的技术方案获得了一种电容值可调的电容装置。
[0030]
本实施例中，两组所述平行极板组件2呈叠层式、平行布置在所述电容箱箱体1中，且该两组所述平行极板组件2中的固定极板21和滑动极板22交错设置，所有的滑动极板22均连接在同一个所述连接组件5上，可实现滑动极板22的同时移动。
[0031]
同时，所述固定极板21与所述滑动极板22之间填充有以空气形成的中间介质层，根据空气的击穿电压为30kv/cm易确定电容箱的耐压水平。如此，在面对高压、高频、大电流的驱动实验时，可根据空气耐压标准的不同设计固定极板21与滑动极板22间的距离，达到谐振实验中高耐压的要求。
[0032]
本实施例的技术方案中，所述电容箱箱体1是由框架11和亚克力顶板12、亚克力底板13及亚克力背板14搭建而成。
[0033]
本实施例的技术方案中，所述滑轨组件3包括导轨31及滑块32，所述导轨31分别通过螺丝钉对称固定在所述亚克力顶板12和亚克力底板13上，所述滑块32与所述导轨31配合连接，所述滑动极板22的上下两端通过绝缘材质的极板配件6与所述滑块32固定连接。优选的，所述极板配件6为塑料材质。
[0034]
本实施例的技术方案中，所述固定极板21的上下两端连接有绝缘材质的极板固定件7，所述极板固定件7用于将所述固定极板21与金属材质的导轨31隔离，使得金属部件之间相互绝缘，周围金属部件对平行极板间的电场影响较小。两个所述极板固定件7的另一端连接有角铁，所述角铁的另一端分别固定在所述亚克力顶板12和亚克力底板13上。优选的，
该极板固定件7为亚克力材质。
[0035]
本实施例的技术方案中，所述连接组件5包括连接板51和丝杆拉杆52，所述连接板51的两端分别与两个所述滑动极板22的两端相连接，所述丝杆拉杆52的一端固定在所述连接板51的中部，所述丝杆拉杆52的另一端与所述驱动组件4连接。
[0036]
本实施例的技术方案中，所述驱动组件4包括电机41、丝杆42、丝杆固定座43及丝杆滑块44，所述电机41通过电机底座安装在所述亚克力背板上14，所述丝杆42通过联轴器45和丝杆套件46与所述电机41的输出端连接，所述丝杆42的另一端固定在丝杆固定座43上，且所述丝杆固定座43固定安装在所述亚克力背板14上，所述丝杆滑块44滑动连接在所述丝杆42上，且所述丝杆拉杆52固定在所述丝杆滑块44上。
[0037]
上述本实施例的技术方案，两块固定极板21由导线相连引出作为负极，两块滑动极板22由导线相连作为正极，电机41带动丝杆42转动，使得丝杆滑块44在丝杆42上发生移动，进而通过丝杆拉杆52带动连接板51移动，从而使得两块滑动极板22在导轨31上移动，改变了平行极板间的正对面积，实现了正负极间的等效电容值的改变。
[0038]
本实施例的上述技术方案中，为了避免滑块32脱轨造成的安全事故，所述亚克力底板13上安装有行程开关8，当滑块32碰触到行程开关8时，电机控制器接收到信号后控制行程开关8在滑块32快要运行到导轨31两端时关闭。
[0039]
本实施例的上述技术方案中，为了测量滑动极板22的移动距离，在亚克力底板13上设置激光测距仪9，激光测距仪9用于确定滑动极板22的位置，传出模拟信号。本实施例的电机41的驱动信号由电机控制器发送pwm实现，设置占空比50％，通过设置pwm的频率来改变电机41对滑动极板22的拖动速度，设置的频率大小与系统参数有以下关系：q表示步电机41的驱动器细分；d表示丝杆42的导程；v表示电机41的前进速度，单位为mm/s。电机41在一段时间内拖动的距离为d＝vt，t代表每次操作左移或右移的时间。拖动距离决定了此时的容值。如图4所示，ansys仿真给出的理论值，最终可以获得11.45-153.44pf级别的可调电容，由极板两端引出正负极，用电桥测得实际容值范围为13.842-155.98pf。
[0040]
另外，所述电容箱箱体1的底部四角均设置万向轮，可使得电容箱箱体1进行移动。
[0041]
综上，本实施例提供的一种pf级层叠式平行极板可变电容箱，通过电机41拖动两块滑动极板22移动可改变固定极板21与滑动极板22间的正对面积，从而实现电容值的调节；同时，可根据空气耐压标准进行设计固定极板21和滑动极板22之间的间距，达到谐振实验中耐高温的要求。另外，本实施例的结构、原理简单，固定极板21和滑动极板22的大小和数量均可根据实际需求改变和拓展，以此获得不同范围的电容。
[0042]
以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。