重復頻率脈沖下的金屬化膜電容器的壽命測試系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于脈沖電容器技術領域，更具體地，涉及一種重復頻率脈沖下的金屬化膜電容器的壽命測試系統及方法。
【背景技術】
[0002]脈沖功率技術起源于20世紀60年代初期，并在20世紀末得到迅速發展，是當代許多高新技術的重要技術基礎之一。脈沖功率系統中儲能方式主要有電容儲能、電感儲能和脈沖發電機儲能等，其中最具代表性的是電容器儲能，具有輸出功率大、利用效率高、波形調制方便、組合靈活等特點。由于應用需求的牽引，脈沖功率系統正向著重復頻率、小型化和長壽命的方向發展。相應地，脈沖功率系統對儲能系統的要求為:高儲能密度、長工作壽命和高可靠性。
[0003]金屬化膜電容器具有儲能密度高、可靠性高、使用壽命長等特點，在單次脈沖功率領域，多采用金屬化膜電容器作為儲能單元。重復頻率脈沖功率是脈沖功率技術實用化發展的關鍵技術，重復頻率脈沖功率系統一般要求電容器具有長達數百萬次的壽命，而電容器在重復頻率下的壽命主要受重復頻率參數的影響，因此需要研究不同重復頻率參數對電容器壽命特性的影響。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種重復頻率脈沖下的金屬化膜電容器的壽命測試系統及方法，有利于研究ms級脈沖放電領域的金屬化膜脈沖電容器的壽命特性，同時能研究各個階段的經歷時間(充電、保持、放電和間隔階段)和重復頻率對電容器壽命的影響。
[0005]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種重復頻率脈沖下的金屬化膜電容器的壽命測試系統，其特征在于，包括充電電源和脈沖放電回路；其中，所述充電電源包括充電模塊、防反模塊和檢測控制模塊；所述充電模塊中，三相交流電通過前級三相不控整流電路輸出直流電壓，并經過全橋逆變電路逆變為交流電壓，然后通過高頻變壓器升壓，再經過單相全橋整流電路將交流電壓整流為直流電壓輸出；所述防反模塊連接所述充電模塊的輸出端，用于防止金屬化膜電容器放電時產生的反向電流流入所述充電模塊；所述檢測控制模塊連接所述充電模塊、所述防反模塊和所述脈沖放電回路，用于對所述充電模塊的單相全橋整流電路的直流側電流取樣，還用于對所述防反模塊的輸出電壓取樣，并判斷取樣電壓是否達到閾值電壓，是則向所述脈沖放電回路提供脈沖驅動信號使其連通。
[0006]優選地，所述脈沖放電回路由晶閘管T和續流二極管D反并聯之后再與可變電感和可變電阻串聯得到，其一端為所述晶閘管T的正極和所述續流二極管D的負極；所述檢測控制模塊連接所述晶閘管T的控制端，通過向所述晶閘管T的控制端提供脈沖驅動信號使所述晶閘管T導通，進而使所述脈沖放電回路連通。
[0007]優選地，測試時，所述脈沖放電回路中所述晶閘管T的正極所在的一端連接所述防反模塊的高壓輸出端，所述脈沖放電回路的另一端接地；根據被測金屬化膜電容器的電容量大小和脈沖放電波形的參數要求，調節所述可變電感和所述可變電阻。
[0008]按照本發明的另一方面，提供了一種用上述系統實現的金屬化膜電容器的壽命測試方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0009](I)根據金屬化膜電容器C放電的脈沖電流波形要求及其電容量，計算得到可變電感Ls的大小和可變電阻R的阻值；
[0010](2)將金屬化膜電容器C接在防反模塊的輸出端，并將其置于恒溫恒濕箱B中，將脈沖放電回路中晶閘管T的正極所在的一端連接防反模塊的高壓輸出端，脈沖放電回路的另一端接地，用示波器對金屬化膜電容器C的電壓和脈沖放電回路的電流進行監測；
[0011](3)設置恒溫恒濕箱B的溫度和濕度，啟動恒溫恒濕箱，待溫度、濕度達到設置值；
[0012](4)設置閾值電壓、金屬化膜電容器C的充電時間、保持時間和放電時間，設置總脈沖放電次數為I ;
[0013](5)使金屬化膜電容器C對可變電感Ls和可變電阻R進行一次充放電；
[0014](6)根據示波器上的電壓和電流波形，調節可變電感Ls和可變電阻R ;
[0015](7)重復以上步驟(5)和(6)，直到金屬化膜電容器C的放電電壓和電流波形滿足要求為止；
[0016](8)重新設置總脈沖放電次數為所需值，設置連續充放電時間和相鄰兩次連續充放電過程的間歇時間，使金屬化膜電容器C連續進行充放電，測量金屬化膜電容器C的電容量變化，得到其壽命值。
[0017]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果:
[0018](I)在充電模塊中引入高頻變壓器，使得金屬化膜脈沖電容器的充放電能獲得較高的重復頻率(最大為100Hz)，從而有利于研究ms級脈沖放電領域的金屬化膜脈沖電容器的壽命特性。
[0019](2)將充電模塊、防反模塊和檢測控制模塊統一整合為充電電源，電容器能方便地在充電電源的輸出端進行更換，同時能方便地對實驗參數進行控制。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明實施例的重復頻率脈沖下的金屬化膜電容器的壽命測試系統的結構示意圖；
[0021]圖2是電容器的電容量變化與脈沖放電次數的關系圖。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發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明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0023]如圖1所示，本發明實施例的重復頻率脈沖下的金屬化膜電容器的壽命測試系統包括充電電源和脈沖放電回路4。其中，脈沖放電回路4由晶閘管T和續流二極管D反并聯之后再與可變電感和可變電阻串聯得到，其一端為晶閘管T的正極和續流二極管D的負極。充電電源包括充電模塊1、防反模塊2和檢測控制模塊3。
[0024]充電模塊I中，三相交流電通過前級三相不控整流電路輸出直流電壓，并經過全橋逆變電路(開關為IGBT)逆變為交流電壓，然后通過高頻變壓器升壓，再經過單相全橋整流電路將交流電壓整流為直流電壓輸出。防反模塊2連接充電模塊I的輸出端，用于防止金屬化膜電容器放電時產生的反向電流流入充電模塊I。檢測