一种基于真空浇注工艺的峰化电容器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于真空浇注工艺的峰化电容器，主要由内芯、内层电极环、外层电极环、介质组成。峰化电容器为竖直中心线对称结构，内芯、内层电极环、外层电极环自内向外依次排列。介质位于内芯、内层电极环、外层电极环之间，以及内层电极环的内部。介质与内芯、内层电极环、外层电极环通过真空浇注固化在一起。本发明专利技术内层电极环均由环氧树脂材料包覆，无传统制作工艺中电极环、薄膜介质与气体绝缘介质构成的锐角型三结合点，不会发生传统制作工艺峰化电容器在较低工作电压下即发生闪络起始的问题，提高了峰化电容器的耐受电压。提高了峰化电容器的耐受电压。提高了峰化电容器的耐受电压。

【技术实现步骤摘要】
一种基于真空浇注工艺的峰化电容器及其制备方法


[0001]本专利技术属于电容器及高空电磁脉冲环境模拟生成
，具体是一种基于真空浇注工艺的峰化电容器。

技术介绍

[0002]在兆伏级高空电磁脉冲模拟装置中，最后一级压缩段中峰化电容器一般与辐射天线共形设计，峰化电容器中同轴结构电极环一侧末端构成的轮廓线与辐射天线锥角保持一致，串级结构的峰化电容器分布在辐射天线的传输路径上，以减少峰化电容器杂散电感对辐射场前沿的影响，获得纳秒级前沿的辐射场信号。为确保耐受电压能力，峰化电容器由多个同轴结构电容串联而成，在传统的峰化电容器制作工艺流程中，峰化电容器一般采用干式薄膜结构，由内芯、箍紧环以及多层电极环和多层薄膜介质卷绕而成。根据峰化电容器的实际运行经验，其薄膜介质的体绝缘性能余量较大，未发生过体击穿的现象，电容器的绝缘失效模式几乎全体现在薄膜介质的沿面闪络上。为此，在《圆形平板电极与薄膜层叠结构的沿面闪络性能》(doi:10.11884/HPLPB202032.190311)、《A Coaxial Film Capacitor with a Novel Structure to Enhance its Flashover Performance》(doi:10.1063/1.5118790)等期刊论文中，文章作者通过引入支撑环，延长薄膜介质伸出电极环的距离，提升了峰化电容器的沿面闪络性能，但是该方法增大了峰化电容器的纵向尺寸，同时由电容器三结合点处起始的非贯穿性滑闪放电，会改变峰化电容器的动态容值，且容值的变化带有一定的随机性，进而影响峰化电容器对前级脉冲的陡化效果，同时对峰化电容器电压信号的测量也会产生负面影响。
[0003]随着被试对象对大范围高幅值辐射场的要求越来越高，高空电磁脉冲模拟装置的工作电压需在现有水平的基础之上进一步提高，而高空电磁脉冲模拟装置工作电压等级主要受制于峰化电容器的沿面闪络性能，基于传统干式薄膜电容器制作工艺的峰化电容器由于三结合点无法被有效消除，使放电通道容易在较低电压下即出现起始。因此，针对兆伏级高空电磁脉冲模拟装置需求，探索新型的峰化电容器制作工艺，提高峰化电容器沿面闪络性能，对于高空电磁脉冲环境模拟生成技术的发展，具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对传统干式薄膜峰化电容器制作工艺下无法有效消除三结合点的缺点，提出了一种基于真空浇注工艺的峰化电容器，以改善峰化电容器内部和表面的电场分布，从而提高其绝缘性能。
[0005]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
[0006]一种基于真空浇注工艺的峰化电容器，主要包括内芯、N个内层电极环、外层电极环、介质；N＝7～12。
[0007]所述内芯为关于竖直中心线对称的空心旋转体；所述内芯、所述N个内层电极环、所述外层电极环自内向外依次同轴排列。所述介质位于所述内芯与最内侧的内层电极环之
间、所述外层电极环与最外侧的内层电极环之间，以及相邻内层电极环之间。所述介质与所述内芯、所述内层电极环、所述外层电极环粘接在一起。
[0008]所述内芯、所述内层电极环、所述外层电极环的材料均为铝合金，所述介质为聚合物材料。
[0009]所述内层电极环由若干个内层电极环单环组成，每个内层电极环单环均由两个半环构成，两个半环间设置有开口。每个内层电极环单环开口的分布，由内向外依次绕竖直中心线旋转90
°
角。每个内层电极环单环的底部平齐，高度自内向外线性减小。
[0010]所述外层电极环由两个半环构成，两个半环间设置有开口；外层电极环侧面设置安装孔，用于安装外接铍铜弹片。外层电极环的开口与相邻内层电极环单环的开口绕竖直中心线旋转90
°
角。外层电极环底部与内层电极环底部平齐，所述外层电极环的高度小于相邻内层电极环单环的高度。
[0011]上述的基于真空浇注工艺的峰化电容器，所述内芯可分为上部和下部两部分，上部为中空圆台形，上台面设置有通孔，用于真空浇注时放置内芯堵头和峰化电容器的连接端口。下部为圆筒形，下底面设置有通孔，用于真空浇注时放置内芯堵头和峰化电容器的连接端口。
[0012]上述的基于真空浇注工艺的峰化电容器，还包括浇注在介质内的电极环定位工装。所述电极环定位工装包括四个圆周均布的环氧树脂材料的支撑板；所述支撑板的上边沿设置有N+1个缺口，用于嵌入N个内层电极环以及外层电极环的底部。
[0013]上述的基于真空浇注工艺的峰化电容器，所述内层电极环的顶部棱边倒圆角；且内侧棱边倒角的曲率半径大于外侧棱边倒角。
[0014]上述的基于真空浇注工艺的峰化电容器，所述内层电极环单环的厚度为D1，D1＝4～6mm，开口距离为D2，D2＝0.5～2mm。
[0015]上述的基于真空浇注工艺的峰化电容器，所述外层电极环厚度为D3，D3＝10～30mm。
[0016]上述的基于真空浇注工艺的峰化电容器，所述介质材料为环氧树脂材料。
[0017]上述的基于真空浇注工艺的峰化电容器，所述介质材料为掺入纳米级Al2O3陶瓷颗粒的环氧树脂。
[0018]基于真空浇注工艺的峰化电容器的制备方法，包括以下步骤：
[0019]步骤1，预涂覆处理：内芯、N个内层电极环和外层电极环采用介质做预涂覆处理。
[0020]步骤2，真空浇注成型：用堵头封闭内芯，再将内芯、N个内层电极环和外层电极环同轴放置于浇注模具中，封闭浇注模具。通过抽真空接头抽真空，通过注胶口进行真空浇注，至室温后打开抽真空接头，脱模，得到峰化电容器初样。
[0021]步骤3，机械加工：按照预定尺寸对峰化电容器初样进行机械加工，得到基于真空浇注工艺的峰化电容器。
[0022]上述基于真空浇注工艺的峰化电容器的制备方法，所述步骤2中，先用电极环定位工装固定N个内层电极环和外层电极环相对位置，再将内芯、N个内层电极环和外层电极环同轴放置于浇注模具中。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]一种基于真空浇注工艺的峰化电容器，内层电极环均由环氧树脂材料包覆，无传
统制作工艺中电极环、薄膜介质与气体绝缘介质构成的锐角型三结合点，不会发生传统制作工艺峰化电容器在较低工作电压下即发生闪络起始的问题，从而提高峰化电容器的耐受电压。内芯和外层电极环处的三结合点均为钝角型，场增强效应远低于锐角型三结合点，三结合点处电场不会过高；
[0025]一种基于真空浇注工艺的峰化电容器，外层电极环两侧末端倒角靠近内芯侧和靠近外层电极环的曲率半径不要求一致，可以通过电场优化设计进一步减小内层电极环表面电场；
[0026]一种基于真空浇注工艺的峰化电容器，内层电极环和外层电极环均由两个半环构成，可以更好地适应环氧树脂固化过程中材料收缩或者膨胀引起的形变，避免在电极环与环氧树脂界面形成孔隙，影响体击穿性能；
[0027]一种基于真空浇注工艺的峰化电容器，环氧树脂采用掺杂纳米级Al2O3陶瓷颗粒的839型环氧树脂或者其他类似性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于真空浇注工艺的峰化电容器，其特征在于，主要由内芯(1)、N个内层电极环(2)、外层电极环(3)、介质(4)组成；N＝7～12；所述内芯(1)为关于竖直中心线对称的空心旋转体；所述内芯(1)、所述N个内层电极环(2)、所述外层电极环(3)自内向外依次同轴排列；所述介质(4)位于所述内芯(1)与最内侧的内层电极环(2)之间、所述外层电极环(3)与最外侧的内层电极环(2)之间，以及相邻内层电极环(2)之间；所述介质(4)与所述内芯(1)、所述内层电极环(2)、所述外层电极环(3)粘接在一起；所述内芯(1)、所述内层电极环(2)、所述外层电极环(3)的材料均为铝合金，所述介质(4)为聚合物材料；所述内层电极环(2)由若干个内层电极环单环组成，每个内层电极环单环均由两个半环构成，两个半环间设置有开口；每个内层电极环单环开口的分布，由内向外依次绕竖直中心线旋转90
°
角；每个内层电极环单环的底部平齐，高度自内向外线性减小；所述外层电极环(3)由两个半环构成，两个半环间设置有开口；外层电极环(3)侧面设置安装孔，用于安装外接铍铜弹片；外层电极环(3)的开口与相邻内层电极环单环的开口绕竖直中心线旋转90
°
角；外层电极环(3)底部与内层电极环(2)底部平齐，所述外层电极环(3)的高度小于相邻内层电极环单环的高度。2.根据权利要求1所述的基于真空浇注工艺的峰化电容器，其特征在于，所述内芯(1)可分为上部和下部两部分，上部为中空圆台形，上台面设置有通孔，用于真空浇注时放置内芯堵头(9)和峰化电容器的连接端口；下部为圆筒形，下底面设置有通孔，用于真空浇注时放置内芯堵头(9)和峰化电容器的连接端口。3.根据权利要求1或2所述的基于真空浇注工艺的峰化电容器，其特征在于，还包括浇注在介质(4)内的电极环定位工装(5)；所述电极环定位工...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志强，梅锴盛，贾伟，吴伟，郭帆，谢霖燊，程永平，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：