Причины старения высоковольтных импульсных конденсаторов-

Импульсные конденсаторы высокого-напряжения являются ключевыми компонентами силовых электронных систем и широко используются, среди прочего, в лазерных генераторах, импульсных источниках питания, электромагнитной формовке, медицинском оборудовании, ускорителях частиц. Их рабочие характеристики — выдерживать чрезвычайно высокие изменения напряжения и силы тока в течение очень короткого периода времени. Однако, как и другие конденсаторы, они неизбежно подвергаются снижению производительности или старению в ходе длительной-работы.

Ⅰ. Старение под электрическим напряжением: самый прямой фактор

⑴ Частичный разряд. Это основная причина старения конденсаторов высокого-напряжения.

Механизм: При наличии пузырьков, примесей внутри диэлектрика конденсатора или при чрезмерной концентрации напряженности электрического поля на краях электрода напряженность электрического поля в этих областях будет превышать напряженность поля локального пробоя среды. В результате происходят небольшие повторяющиеся поломки и гашения, известные как локальные разряды.

⑵ Перенапряжение:

Перенапряжение: даже кратковременное перенапряжение может превысить предел допуска среды, что приведет к непосредственному повреждению изоляции и значительному ускорению процесса старения.

II. Термическое стрессовое старение: хронический убийца производительности

⑴ Нагрев диэлектрических потерь: конденсаторы выделяют тепло из-за диэлектрических потерь в переменном электрическом поле. В импульсных приложениях с высоким-напряжением напряжение (U) чрезвычайно велико, и хотя частота (f) невелика, количество выделяемого тепла все равно остается значительным.

⑵ Потери ESR и выделение тепла: Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсатора генерирует джоулево тепло при прохождении большого импульсного тока (Ipulse). Это основной источник выделения тепла для импульсных конденсаторов.

⑶ Эффект накопления тепла: если выделяемое тепло превышает рассеиваемое, температура внутри конденсатора будет продолжать расти. Высокая температура приведет к: снижению прочности изоляции диэлектрика. Ускорение химических реакций разложения внутри диэлектрика.

III. Химическое и физическое старение диэлектрических материалов

⑴ Деградация диэлектрических материалов. Обычно используемые полимерные материалы, такие как полипропиленовая пленка (БОПП), могут подвергаться разрыву молекулярной цепи, образованию поперечных-сшивок или окислению под длительным-воздействием электрического поля, что приводит к постепенному ухудшению диэлектрических свойств.

⑵ Старение пропиточного агента. Функция пропиточного агента заключается в заполнении зазоров между пленками, повышении устойчивости к давлению и улучшении отвода тепла. Однако пропиточный агент постепенно окисляется, полимеризуется или поглощает влагу, что приводит к снижению его диэлектрической проницаемости и изоляционных характеристик, а также к потере защитного эффекта.

⑶ Электрохимическая коррозия. Проникновение влаги и кислорода — враг конденсаторов. Они будут подвергаться электрохимическим реакциям с электродами металлизированной пленки (обычно слоем цинка-алюминия), что приводит к коррозии и испарению электродов, что проявляется в устойчивом снижении емкости (C) и увеличении эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Это основной режим старения, когда способность металлизированного пленочного конденсатора к «самовосстановлению» исчерпана.