De redenen voor de veroudering van hoog-pulscondensatoren

Hoog-pulscondensatoren zijn sleutelcomponenten in vermogenselektronische systemen en worden veel gebruikt in onder meer lasergeneratoren, pulskrachtbronnen, elektromagnetische vorming, medische apparatuur en deeltjesversnellers. Hun werkkarakteristiek is dat ze binnen een zeer korte tijd extreem hoge spannings- en stroomsnelheidsveranderingen kunnen weerstaan. Net als andere condensatoren zullen ze echter onvermijdelijk te maken krijgen met prestatievermindering of veroudering tijdens langdurig gebruik.

Ⅰ. Veroudering door elektrische stress: de meest directe factor

⑴ Gedeeltelijke ontlading: dit is de voornaamste oorzaak van veroudering bij hoog-condensatoren.

Mechanisme: Wanneer er bellen of onzuiverheden in het diëlektricum van de condensator zitten, of als de elektrische veldintensiteit aan de randen van de elektrode te geconcentreerd is, zal de elektrische veldsterkte in deze gebieden de lokale doorslagveldsterkte van het medium overschrijden. Als gevolg hiervan treden kleine, zich herhalende storingen en blussingen op, ook wel lokale lozingen genoemd.

⑵ Overspanning:

Overspanning: Zelfs een kortstondige overspanningsoperatie kan de tolerantielimiet van het medium overschrijden, wat direct schade aan de isolatie veroorzaakt en het verouderingsproces aanzienlijk versnelt.

II. Thermische stressveroudering: de chronische moordenaar van prestaties

⑴ Verwarming met diëlektrisch verlies: condensatoren genereren warmte als gevolg van diëlektrisch verlies onder een wisselend elektrisch veld. Bij pulstoepassingen met hoge- spanning is de spanning (U) extreem hoog, en hoewel de frequentie (f) niet hoog is, is de gegenereerde hoeveelheid warmte nog steeds aanzienlijk.

⑵ ESR-verlies en warmteontwikkeling: De equivalente serieweerstand (ESR) van de condensator genereert joule-warmte wanneer deze door een grote pulsstroom (Ipulse) gaat. Dit is de primaire bron van warmteontwikkeling voor pulscondensatoren.

⑶ Thermisch accumulatie-effect: als de gegenereerde warmte groter is dan de gedissipeerde warmte, zal de temperatuur in de condensator blijven stijgen. Hoge temperaturen zullen: de isolatiesterkte van het diëlektricum verminderen. Versnel de chemische afbraakreacties binnen het diëlektricum.

III. Chemische en fysische veroudering van diëlektrische materialen

⑴ Afbraak van diëlektrische materialen: Bij veelgebruikte polymeermaterialen zoals polypropyleenfilm (BOPP) kunnen moleculaire ketenbreuken, verknoping of oxidatie optreden bij langdurige blootstelling aan- elektrische velden, wat resulteert in een geleidelijke verslechtering van de diëlektrische eigenschappen.

⑵ Veroudering van het impregneermiddel: De functie van het impregneermiddel is het opvullen van de gaten tussen de films, het verbeteren van de drukweerstand en het verbeteren van de warmteafvoer. Het impregneermiddel zal echter geleidelijk oxideren, polymeriseren of vocht absorberen, wat resulteert in een afname van de diëlektrische constante en isolatieprestaties, en zijn beschermende effect verliest.

⑶ Elektrochemische corrosie: het binnendringen van vocht en zuurstof is de vijand van condensatoren. Ze zullen elektrochemische reacties ondergaan met de elektroden van de gemetalliseerde film (meestal de zink-aluminiumlaag), resulterend in elektrodecorrosie en verdamping, wat zich manifesteert als een gestage afname van de capaciteit (C) en een toename van de equivalente serieweerstand (ESR). Dit is de belangrijkste verouderingsmodus wanneer het "zelfherstellende" vermogen van de gemetalliseerde filmcondensator is uitgeput.