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《鋁電解電容器退化分析與故障預(yù)診斷》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第29卷第15期682005年8月10日電力系統(tǒng)自動化AutomationofElectricPowerSystemsVol.29No.15Aug.10，2005?1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved,http://www.cnki.net?1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved,http://www.cnki.net鋁電解電容器退
2、化分析與故障預(yù)診斷馬皓，王林國(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江省杭州市)摘要：從鋁電解電容器的一般組成和結(jié)構(gòu)出發(fā)，給出了適合實(shí)際電路應(yīng)用的等效電路模型，闡述和分析了鋁電解電容器的主要退化機(jī)理，在此基礎(chǔ)上給出了鋁電解電容器的壽命模型和退化參數(shù)表征。對獲取等效串聯(lián)電阻（ESR)的幾種方法進(jìn)行了分析和比較，探討了在實(shí)際電力電子系統(tǒng)在線故障預(yù)診斷中應(yīng)用的可行性，并在理論上推算了ESR隨時間的變化趨勢。關(guān)鍵詞：電解電容器；等效串聯(lián)電阻；退化機(jī)制；故障預(yù)診斷中圖分類號：TM535.1?1994-2012ChinaAcademicJournalElectron
3、icPublishingHouse.Allrightsreserved,http://www.cnki.net?1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved,http://www.cnki.net〇引言鋁電解電容器以其大容量、髙耐壓、高性價比等特點(diǎn)在各種大功率場合有著廣泛的應(yīng)用，特別是在電力電子系統(tǒng)中，電解電容器的性能和指標(biāo)直接影響著整個系統(tǒng)的性能，應(yīng)用情況[1]表明電解電容器發(fā)生故障的概率在整個電力電子系統(tǒng)故障中最高。因此，要實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)
4、的在線故障預(yù)診斷，對電解電容器的故障進(jìn)行分析是十分必要的。本文從鋁電解電容器的一般組成和結(jié)構(gòu)出發(fā)，推導(dǎo)得出適合實(shí)際電路應(yīng)用的等效模型；并從分析電解電容器的工作原理人手，闡述其主要的退化機(jī)理，在此基礎(chǔ)上給出鋁電解電容器的壽命模型和退化參數(shù)表征，對獲取等效串聯(lián)電阻（ESR)的時間積分法、參數(shù)推導(dǎo)法、參數(shù)辨識法進(jìn)行了分析和比較，探討了在實(shí)際電力電子系統(tǒng)在線故障預(yù)診斷中應(yīng)用的可行性，在理論上推算了ESR隨時間的變化趨勢，并結(jié)合測試數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。1鋁電解電容器結(jié)構(gòu)與等效模型常用鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)由電容器芯子、保護(hù)結(jié)構(gòu)及引出線或絕緣子引出端組
5、成。其中功能部分為電容器芯子，其組成結(jié)構(gòu)包括：陽極金屬箱、電解液和陰極金屬箔，如圖1所示。在陽極箔上經(jīng)過化成反應(yīng)形成金屬氧化膜（A1203)，金屬氧化膜具有良好的耐壓能力[2](1.4nm/V?1.5nm/V)，因此鋁電解電容器常有較高的耐壓等級。對一般鋁電解電容器，陰極箔上并沒有進(jìn)行化成處理，電容量主要由陽極金屬氧化膜作為工作介質(zhì)構(gòu)成。由于在金屬上生長的氧化膜有類似PN結(jié)的單向?qū)Я魈匦訹3],收稿日期：2005-02-28。國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（)。因此電解電容器具有極性。若在使用中反接，金屬氧化膜中有較大電流通過，導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)熱使電容
6、器失效。常見電解液為乙二醇、丙三醇、硼和氨水等所組成的糊狀物，在鋁電解電容器中起陰極的作用，并通過化學(xué)反應(yīng)對陽極氧化膜起修補(bǔ)和自愈的作用，電解液中常浸有襯墊紙，用以吸附電解液并防止陰陽極金屬箱的直接短路。由于一般電容器陰極箔上并沒有介質(zhì)氧化膜，在結(jié)構(gòu)上陰極箔僅起連接電解液和外部引出線的作用。為提高電極板與介質(zhì)氧化膜的接觸面積，金屬箔上常蝕刻有很密的小孔，從而增大鋁電解電容器的容量。介質(zhì)電解液襯墊紙圖1鋁電解電容器芯子結(jié)構(gòu)Fig,1ElementstructureofthealuminumeletroJyticcapacitor從上述鋁電解電容
7、器的組成結(jié)構(gòu)上分析，其等效電路可如圖2所示。D2i?pQCl：_Ls只sp圖2鋁電解電容器等效電路Fig.2Equivalentcircuitofaluminumelectrolyticcapacitor?1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved,http://www.cnki.net?研制與開發(fā)?馬皓，等鋁電解電容器退化分析與故障預(yù)診斷73]cJ〇(1)圖2中，Ls為引線電感，串聯(lián)電阻i?sp表示電解液及襯墊紙歐姆電阻，并聯(lián)電阻i?P為介
8、質(zhì)（金屬氧化膜)損耗電阻，其中忽略因氧化膜不完整引起的漏導(dǎo)電阻（一般為100/C，單位為Mn[2]，C的單位為jxF)。二極管D等效氧化膜介質(zhì)的PN結(jié)效應(yīng)。該電路的
