【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，属于电容器。
技术介绍
1、以聚丙烯(polypropylene，pp)为基的金属化薄膜电容器因其高击穿强度、低介电损耗、高直流电阻率以及卓越的自愈能力，被广泛应用于电力电子、新能源汽车、医疗设备、航空航天和柔性直流输电等多个领域。在直流电场的作用下，mppfc内部的自愈击穿造成金属电极永久性损失，导致mppfc的电容减少和介电损耗增加，从而降低其电气性能和运行可靠性。现阶段获取电极损失区域物理场主要是通过实测或数值模拟，其中，实测方法存在以下缺点：1)成本高；2)仅能观测到极为有限的几个观测点物理场分布特征；3)运行中的物理场分布测试较难实现；采用数值模拟可以规避掉以上问题，但由于电容器内部存在薄电极结构，该尺寸与整体尺寸存在巨大差异，由此采用数值模拟方法难以对几何模型直接构建有限元网格，因此需要耗费巨大的计算资源，有时候甚至导致计算无法进行。
2、有鉴于此，有必要提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，以解决现有电容器电极损失区域物理场计算方法存在精度低、计算资源消耗过大的缺陷。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，包括：
4、搭建金属化聚丙烯薄膜电容器自愈击穿实验平台，通过升压实验获取发生单次自愈击穿的金属化聚丙烯薄膜电容器；
5、拆解发生单次自愈击穿
6、构建金属化聚丙烯薄膜的几何模型；依据电极损失形貌显微图，在几何模型的金属电极上刻画电极损失形貌。
7、设置初始条件和边界条件；
8、设定各材料属性参数；对自愈击穿前后几何模型进行网格划分；
9、对几何模型进行有限元计算，得到自愈击穿前后电极电场分布云图。
10、还包括：步骤7，对电场分布云图计算电极自愈击穿前后畸变特性。
11、所述通过升压实验获取发生单次自愈击穿的金属化聚丙烯薄膜电容器，具体为：在常温下进行mppfc的自愈击穿实验，实验样品以25v/s的速率升压至1600v，挑选出仅出现单次自愈击穿现象的mppfc样品，或者在常温下将实验样品以25v/s的速率升压至1600v过程中，出现单次自愈击穿现象时，关断直流电源以获得单次自愈击穿的mppfc样品。
12、拆解发生单次自愈击穿的金属化聚丙烯薄膜电容器，利用采用光学显微镜将每个发生单次自愈击穿mppfc样品的电极进行图像采集，得到电极损失形貌显微图。
13、所述构建金属化聚丙烯薄膜的几何模型，具体为：构建预设层数金属化聚丙烯薄膜的几何模型，对几何模型中的金属电极进行降维处理，将聚丙烯薄膜表面设置为电屏蔽并将其中一部分设置为金属电极、剩余部分设置为留边气隙。
14、所述设置初始条件和边界条件，包括：1)整个几何模型的初始电压为0；2)聚丙烯表面设置电屏蔽分别用以表征厚度为20纳米，宽度23毫米的铝电极和2毫米的留边气隙；3)在喷金端一侧施加1600v电压，喷金端另一侧接地。
15、所述对自愈击穿后几何模型进行网格划分：对电极损失区域的边界进行自定义网格学划分，电极损失区域内进行网格加密，剩余电极及留边气隙采用自由三角形进行自适应网格划分，最后扫掠命令实现三维实体的网格划分。
16、本专利技术的有益效果是：
17、相比于现有的以二维轴对称结构获取金属化聚丙烯薄膜间物理场的方法，本专利技术所述方法考虑了金属化聚丙烯薄膜的完整尺寸结构，可以根据电极损失形貌显微图得到电极损失区域的电场分布云图，并具有精度较高的优点；相比于现有的采用全尺寸模型进行有限元计算的方法，本专利技术将几何模型中的金属电极进行降维处理，该方法具有消耗计算资源少，计算效率高的优点；相比于对电容器元件内部进行实测得到物理场分布的方法，本专利技术所述方法具有节省成本，可获取整个区域物理场的优点。
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1.一种金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，还包括：步骤7，对电场分布云图计算电极自愈击穿前后畸变特性。
3.根据权利要求1所述的金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，所述通过升压实验获取发生单次自愈击穿的金属化聚丙烯薄膜电容器，具体为：在常温下进行MPPFC的自愈击穿实验，实验样品以25V/s的速率升压至1600V，挑选出仅出现单次自愈击穿现象的MPPFC样品，或者在常温下将实验样品以25V/s的速率升压至1600V过程中，出现单次自愈击穿现象时，关断直流电源以获得单次自愈击穿的MPPFC样品。
4.根据权利要求1所述的金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，拆解发生单次自愈击穿的金属化聚丙烯薄膜电容器，利用采用光学显微镜将每个发生单次自愈击穿MPPFC样品的电极进行图像采集，得到电极损失形貌显微图。
5.根据权利要求1所述的金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，所述构建金
6.根据权利要求1所述的金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，所述设置初始条件和边界条件，包括：1)整个几何模型的初始电压为0；2)聚丙烯表面设置电屏蔽分别用以表征厚度为20纳米，宽度23毫米的铝电极和2毫米的留边气隙；3)在喷金端一侧施加1600V电压，喷金端另一侧接地。
7.根据权利要求1所述的金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，所述对自愈击穿后几何模型进行网格划分：对电极损失区域的边界进行自定义网格学划分，
...【技术特征摘要】
1.一种金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，还包括：步骤7，对电场分布云图计算电极自愈击穿前后畸变特性。
3.根据权利要求1所述的金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，所述通过升压实验获取发生单次自愈击穿的金属化聚丙烯薄膜电容器，具体为：在常温下进行mppfc的自愈击穿实验，实验样品以25v/s的速率升压至1600v，挑选出仅出现单次自愈击穿现象的mppfc样品，或者在常温下将实验样品以25v/s的速率升压至1600v过程中，出现单次自愈击穿现象时，关断直流电源以获得单次自愈击穿的mppfc样品。
4.根据权利要求1所述的金属化聚丙烯薄膜电容器电极损失数值模拟方法，其特征在于，拆解发生单次自愈击穿的金属化聚丙烯薄膜电容器，利用采用光学显微镜将每个发生单次自愈击穿m...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔德照，王开正，杨旭东，何渝霜，孙鑫博，潘蕾，王飞鹏，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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