本發(fā)明屬于金屬化膜電容器領域，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：
：用于金屬化安全膜電容器的熔絲保護技術是電容器保護的重要措施，熔絲保護的重點在于熔絲的熔斷機理和尺寸設計。金屬化安全膜中熔絲熔斷機理有兩種：(1)電爆炸導致熔絲熔斷，即短時間內過大的電流密度導致蒸鍍電極發(fā)生電爆炸；(2)電極金屬相變導致熔絲熔斷，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)生的正常現(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)正常運行，而自愈失敗是不允許發(fā)生的，自愈失敗會導致電容器內部擊穿短路。因此合理的熔絲設計要求電容器正常工作發(fā)生自愈時熔絲不熔斷，電容器發(fā)生自愈失敗時熔絲斷開。直流濾波金屬化膜電容器的熔絲設計需要綜合考慮自愈成功和自愈失敗兩種情況，且電容器的實際運行環(huán)境復雜。目前并無針對金屬化安全膜電容器的熔絲設計的方法。技術實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術的缺陷，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平臺中，通過設置試驗溫度并施加壓強來進行自愈試驗，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以及時間參數(shù)A設置所述安全膜仿真模型中自愈電弧電阻參數(shù)Rarc或Rshort、自愈成功時的擊穿電壓U、自愈失敗時的擊穿電壓U，并計算不同熔絲數(shù)量下自愈成功和自愈失敗時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數(shù)的關系對熔絲個數(shù)進行配置。本發(fā)明通過進行金屬化膜自愈實驗得到金屬化膜自愈特性，在此基礎上搭建安全膜仿真模型，通過模型仿真計算分別得到最嚴重的自愈成功和最不嚴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，對熔絲的寬度或者熔絲個數(shù)進行配置。本發(fā)明能準確對用于直流濾波的T型金屬化安全膜電容器的熔絲進行設計。更進一步地，在步驟(2)中，所述電阻模型其中，t為時刻，t0為自愈電流下降為零的時刻，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為時間參數(shù)。更進一步地，所述安全膜仿真模型包括：自愈點所在分塊和自愈點兩側分塊，所有分塊之間通過熔絲并聯(lián)連接；所述自愈點所在分塊用于仿真自愈點擊穿情況；所述自愈點兩側分塊用于仿真周圍分塊上儲存的能量向自愈點的流動。更進一步地，所述自愈點兩側分塊包括串聯(lián)連接的分塊電容C1、分塊等效電阻Rsl和熔絲電阻Rfuse；所述自愈點所在分塊分為若干等份，每個等份包括一個等份的電容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；每個等份的電容兩側通過電極電阻并聯(lián)連接，并通過一個等份電極電阻連接至熔絲電阻和低壓側。更進一步地，步驟(3)中，自愈成功時的擊穿電壓U設置為2.6UN、自愈失敗時的擊穿電壓U設置為UN，其中，UN為電容器運行額定電壓。更進一步地，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。更進一步地，步驟(4)中，所述電流密度和熔絲熱量與熔絲個數(shù)的關系為：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?？傮w而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：(1)通過金屬化膜自愈試驗確定自愈模型參數(shù)，在設計時能更準確仿真所用金屬化安全膜的自愈特性。(2)通過計算不同熔絲設置方案下安全膜自愈成功與自愈失敗時流過熔絲的電流峰值和熔絲上產(chǎn)生的焦耳熱，可準確得到自愈成功時保證熔絲不動作和自愈失敗時保證熔絲動作的理想的熔絲設計方案。計算簡單、設計結果直觀。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例提供的用于直流濾波電容器的熔絲參數(shù)獲取方法的實現(xiàn)流程圖；圖2為本發(fā)明金屬化膜自愈試驗平臺的示意圖；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。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實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。主要適用于實際運行工況下直流濾波電容器的熔絲設計。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平臺中，設置試驗溫度并施加壓強，進行自愈試驗；并獲得金屬化膜試品的自愈電壓和自愈電流。試驗溫度與電容器實際工作溫度相同；金屬化膜電容器大部分電容量損失出現(xiàn)在電容器外層，該部分的層間壓強約為1MPa。自愈試驗平臺是用于對金屬化膜在特定溫度和壓強下的自愈特性進行研究，通過自愈試驗平臺可對金屬化膜自愈過程進行模擬試驗。其具體結構可以參見專利文獻“發(fā)明名稱為《一種用于金屬化膜自愈實驗的裝置》”。(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以及時間參數(shù)A。其中，自愈過程從0時刻開始，t為時刻，t0為自愈電流下降為零的時刻，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為時間參數(shù)。(3)搭建安全膜仿真模型，如圖3或4所示。對于自愈點所在分塊，在仿真中將分塊電容C1分成若干等份，Cs表示一個等份的電容，Rs表示一個等份的電極電阻，Rs1表示單個分塊的電極電阻，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)實際參數(shù)設置。根據(jù)步驟(2)得到的自愈電弧電阻參數(shù)設置自愈電弧電阻參數(shù)Rarc或Rshort；自愈成功時的擊穿電壓U為2.6UN，自愈失敗時的擊穿電壓U為UN。計算不同熔絲數(shù)量下自愈成功和自愈失敗時流過安全膜熔絲的電流和熔絲上產(chǎn)生的焦耳熱。(4)結合熔絲熔斷判據(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數(shù)的關系對熔絲個數(shù)進行配置。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)明實施例中，金屬化膜自愈試驗平臺包括與金屬化膜試品串接的用于測量自愈電流的1Ω無感采樣電阻、用于對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、用于對金屬化膜試品施加壓強以模擬實際電容器中層間壓強的液壓泵、用于測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確定自愈模型參數(shù)，在設計時能更準確仿真所用金屬化安全膜的自愈特性。通過計算不同熔絲設置方案下安全膜自愈成功與自愈失敗時流過熔絲的電流峰值和熔絲上產(chǎn)生的焦耳熱，可準確得到自愈成功時保證熔絲不動作和自愈失敗時保證熔絲動作的理想的熔絲設計方案。計算簡單、設計結果直觀。為了更進一步的說明本發(fā)明實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)結合附圖和具體實例詳述如下。如圖2所示，本發(fā)明金屬化膜自愈試驗平臺包括：直流高壓耐壓儀，用于向被測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。自愈試驗過程中，高壓和地分別通過兩個銅電極與兩張金屬化膜的電極面進行電氣連接，設置一定溫度并施加壓強，采用手動升壓的方式以300V/s的升壓速率對金屬化膜施加電壓。當試品電容發(fā)生擊穿時，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，完成一次自愈實驗。若自愈成功，自愈電弧電阻在幾μs～十幾μs的時間內由最小值逐漸恢復到最大值，電弧在該時間內熄滅，具體時間與采用的金屬化膜參數(shù)和實驗參數(shù)有關；若自愈失敗，擊穿點等效電弧電阻在較長一段時間內持續(xù)維持在數(shù)Ω～數(shù)百Ω量級，電弧持續(xù)燃燒。在自愈電弧電阻等效中，忽略1μs-2μs內電弧形成時間，自愈電弧電阻的表達式為：Rarcmin＝min(u/i)-Rc-Rcont，u和i分別為實驗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。在仿真中將單個分塊電容C1分成若干等份，Cs表示一個等份的電容，Rs表示一個等份的電極電阻，Rs1表示單個分塊的電極電阻，Rfuse表示安全膜熔絲電阻。自愈成功是通過在自愈點串聯(lián)一個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串聯(lián)一個阻值恒定的短路電阻(Rshort)來模擬自愈失敗點的電弧電阻。根據(jù)多次自愈試驗，由Weibull分布統(tǒng)計得到自愈成功時Rarcmin大于2460Ω，因此仿真最嚴重的自愈成功時取Rarcmin＝2460Ω；仿真最不嚴重的自愈失敗時Rshort取為500Ω，若取為更大的值，則此時流經(jīng)熔絲的電流幅值與最嚴重的自愈成功時相近，此時為自愈成功的情況。在自愈過程中，兩側的分塊2和3會通過熔絲向自愈點所在分塊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算得到自愈成功與自愈失敗時流過安全膜熔絲的電流和熔絲上產(chǎn)生的焦耳熱。結合熔絲的尺寸、熔絲不熔斷(達不到熔點)和熔斷(完全汽化)時熔絲上的熱量應滿足的條件，計算自愈成功和自愈失敗時電流密度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)時間20μs；1.0kV下自愈失敗電弧電阻500Ω。計算結果如表2所示。表2不同分塊寬度下熔絲設計仿真結果本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3