一种用于陡化电容用电介质薄膜材料电气特性的评价方法和试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于陡化电容用电介质薄膜材料电气特性的评价方法和试验装置，试验装置，包括可调高压直流充电单元

【技术实现步骤摘要】
一种用于陡化电容用电介质薄膜材料电气特性的评价方法和试验装置


[0001]本专利技术属于电气工程
，涉及电介质薄膜材料电气特性的试验和评价方法，特别涉及一种用于陡化电容用电介质薄膜材料电气特性的评价方法和试验装置
。

技术介绍

[0002]高空电磁脉冲模拟装置是强电磁脉冲试验的重要装备，脉冲压缩技术是大型高空电磁脉冲模拟装置广泛采用的技术手段
。
陡化回路的设计是电磁脉冲模拟装置的关键和核心器件，而同轴电容是大型快前沿电磁脉冲模拟装置陡化电容最常见的结构形式，其耐受电压和陡化效果往往相互制约，陡化电容成为电磁脉冲模拟装置中需要关注的薄弱环节
。
因此，陡化电容用电介质薄膜材料电气特性的研究，对于同轴陡化电容的结构设计以及大型快前沿电磁脉冲模拟装置的安全可靠运行具有重要意义
。
[0003]通常的高电压大电流发生装置中，大多是利用长时间充电的储能电容通过放电开关
、
波形形成电感
、
波形形成电阻放电，产生满足一定参数要求的脉冲电压和电流波形，这种状态下，储能电容除了满足一定的通流容量要求外，还需要能够承受长时间充电的直流电压
。
而对于具有陡化回路设计的大型快前沿电磁脉冲模拟装置，陡化电容的作用与通常的高电压大电流电源中的储能电容作用有较大的差异，其承受的是纳秒脉冲电压，同时由于陡化电容的结构形式为“金属电极
‑
电介质薄膜
‑
金属电极
‑……
金属电极”的紧凑型多层结构，两层电极之间的电介质薄膜材料还要承受沿面闪络的风险
。
[0004]参见图
1a
是大型快前沿脉冲模拟装置的一级脉冲压缩电路
。
图
1a
中，
C
M
为主储能电容，
C
P
为陡化电容，
S
M
和
S
P
分别为主放电开关和陡化间隙
/
开关
。
陡化开关承受的是主电容
C
M
通过主放电开关
S
M
形成的初级纳秒脉冲电压，不需要像主储能电容
C
M
要承受长时间充电的直流电容
。
陡化电容
C
P
不仅要承受高幅值的纳秒脉冲电压，重要的是其剩余电感量，包括图
1a
所示，回路右网孔中的等效电感量要尽可能小，这就形成了陡化电容高耐压和紧凑结构相互制约的技术难题
。
如图
1b
所示，陡化电容结构设计中，除了电容器薄膜材料的本体耐压满足大型快前沿电磁脉冲模拟装置的额定电压外，陡化电容的每层电极之间电介质薄膜材料的沿面闪络耐受成为陡化电容乃至整个电磁脉冲模拟装置失效的主导模式
。
这是因为：陡化电容的两层电极
、
电介质薄膜以及陡化电容工作的气体环境的三结合点，形成了陡化电容电场最容易发生畸变的地方
。
一旦沿面闪络形成永久的导通通道，陡化电容
、
快前沿电磁脉冲模拟装置将失效，输出的快前沿脉冲就会发生畸变，甚至电磁脉冲装置系统功能丧失
。
[0005]因此，针对大型快纳秒前沿的电磁脉冲模拟装置应用的重大需求，研究陡化电容用电介质薄膜材料的沿面闪络特性对沿面绝缘耐受电压和薄膜材料本体耐受电压的影响规律，筛选出综合性能最优的电介质薄膜材料，对于陡化电容用电介质薄膜材料的研究
、
以及陡化电容的优化设计和性能提升是目前亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提出一种用于陡化电容用电介质薄膜材料电气特性的评价方法和试验装置，以筛选出综合性能最优的电介质薄膜材料，为陡化电容用电介质薄膜材料的研究
、
以及陡化电容的优化设计和性能提升提供技术支撑
。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种用于陡化电容用电介质薄膜材料电气特性试验装置，包括可调高压直流充电单元
、
纳秒脉冲放电单元
、
电介质薄膜材料和计算机测控管理系统；
[0009]所述可调高压直流充电单元由可调高压直流充电电源
、
限流电阻和直流分压器组成，用于为纳秒脉冲放电单元的储能电容
C1
进行充电；所述纳秒脉冲放电单元包括储能电容
C1、
放电开关
G、
波形形成电阻
Rf、Rt
以及波形形成电容
C2
，通过可调高压直流充电单元对纳秒脉冲放电单元的储能电容
C1
进行充电，储能电容
C1
储存的电能在放电开关
G
触发瞬态导通下通过波形形成电阻
Rf、Rt
以及波形形成电容
C2
放电，产生的纳秒脉冲电压施加在被试电介质薄膜材料表面相距一定绝缘距离的两点之间，或者施加在被试电介质薄膜材料同一位置的上下表面；试验时被试电介质薄膜材料通过试验夹具固定充有绝缘气体的密闭绝缘壳体中；
[0010]所述计算机测控管理系统用于电介质薄膜材料纳秒冲击电压耐受试验的测控管理，进行耐压试验的流程控制以及试验数据和波形的分析
、
处理和管理
。
[0011]进一步，所述计算机测控管理系统包括控制单元
、
脉冲分压器
、
示波器和计算机；
[0012]所述计算机与控制单元通过光纤传输通讯，计算机与示波器采用网口输出传输，被试电介质薄膜材料的沿面闪络击穿电压和本体耐受电压通过脉冲分压器提取
、
示波器采集和记录，且通过计算机与示波器之间的数据通讯，实现电介质薄膜材料电气特性的试验评估
。
[0013]进一步，所述波形形成电阻
Rf、Rt
以及波形形成电容
C2
为可离散调整参数的元器件，通过调整纳秒脉冲电压的上升时间，满足陡化电容用不同电介质薄膜材料不同纳秒脉冲电压上升时间的试验要求
。
[0014]进一步，设置两个“指形电极”分别接至纳秒脉冲放电单元的高压端和低压端，且两个“指形电极”设置在电介质薄膜材料表面具有一定绝缘距离的两点处以进行电介质薄膜材料的沿面闪络特性试验；或者通过两个“圆形”或“椭圆形”电极分别设置在电介质薄膜材料同一位置的上下表面以进行材料本体的体击穿耐受试验
。
[0015]进一步，所述密闭绝缘壳体内充有
0.1
‑
1MPa
的
N2或
SF6气体
。
[0016]用于陡化电容用电介质薄膜材料电气特性的评价方法，包括以下步骤：
[0017]1)
可调高压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于陡化电容用电介质薄膜材料电气特性试验装置，其特征在于：包括可调高压直流充电单元
(1)、
纳秒脉冲放电单元
(2)、
电介质薄膜材料
(3)
和计算机测控管理系统
(4)
；所述可调高压直流充电单元
(1)
由可调高压直流充电电源
(1
‑
1)、
限流电阻
(1
‑
2)
和直流分压器
(1
‑
3)
组成，用于为纳秒脉冲放电单元
(2)
的储能电容
C1
进行充电；所述纳秒脉冲放电单元
(2)
包括储能电容
C1、
放电开关
G、
波形形成电阻
Rf、Rt
以及波形形成电容
C2
，通过可调高压直流充电单元
(1)
对纳秒脉冲放电单元
(2)
的储能电容
C1
进行充电，储能电容
C1
储存的电能在放电开关
G
触发瞬态导通下通过波形形成电阻
Rf、Rt
以及波形形成电容
C2
放电，产生的纳秒脉冲电压施加在被试电介质薄膜材料
(3)
表面相距一定绝缘距离的两点之间，或者施加在被试电介质薄膜材料
(3)
同一位置的上下表面；试验时被试电介质薄膜材料
(3)
通过试验夹具固定充有绝缘气体的密闭绝缘壳体中；所述计算机测控管理系统
(4)
用于电介质薄膜材料
(3)
纳秒冲击电压耐受试验的测控管理，进行耐压试验的流程控制以及试验数据和波形的分析
、
处理和管理
。2.
如权利要求1所述的用于陡化电容用电介质薄膜材料电气特性试验装置，其特征在于：所述计算机测控管理系统
(4)
包括控制单元
(41)、
脉冲分压器
(42)、
示波器
(43)
和计算机
(44)
；所述计算机
(44)
与控制单元
(41)
通过光纤传输通讯，计算机
(44)
与示波器
(43)
采用网口输出传输，被试电介质薄膜材料
(3)
的沿面闪络击穿电压和本体耐受电压通过脉冲分压器
(42)
提取
、
示波器
(43)
采集和记录，且通过计算机
(44)
与示波器
(43)
之间的数据通讯，实现电介质薄膜材料
(3)
电气特性的试验评估
。3.
如权利要求1所述的用于陡化电容用电介质薄膜材料电气特性试验装置，其特征在于：所述波形形成电阻
Rf、Rt

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晋茹，姚学玲，王可悦，董子溢，卿钦，陈景亮，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：