[实用新型]一种重复频率小型百千伏高压脉冲电容器

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲功率技术领域，特别是涉及一种可重复频率工作、工作电压高达百千伏的小型平板式高压脉冲电容器。

背景技术

脉冲功率由于其瞬时高功率特性，能够产生一些特殊的作用效果，在核爆炸模拟、高功率激光/微波、粒子加速、等离子体物理等领域有广泛的应用。

脉冲功率系统是获得脉冲功率的主要手段，其核心是储能器件和开关器件。常见的储能器件按原理不同，可分为电场储能型、磁场储能型、化学储能型、惯性储能型等，其中最常用的是基于电场储能原理的电容器和基于磁场储能原理的电感器，因为他们都以二次电能为驱动，能够实现精确控制，且技术成熟、安全性高。电感器虽然在储能密度方面具有优越性，但由于其通常无法实现直流储能，因此其初级储能器件也必须采用电容器，故电容器是目前脉冲功率的主要储能器件。

目前，高输出功率、小型化、高重复频率是脉冲功率发展的主流方向，但几个发展方向往往难以兼顾：在负载一定时，更高的输出功率意味着更高的输出电压，这对储能器件的耐压和绝缘等都提出了更高的要求，并会导致储能器件体积重量增加，不能很好的满足脉冲功率系统的小型化发展要求。基本储能器件的储能密度的提高，则能够同时实现高输出功率和小型化，对脉冲功率技术的发展至关重要。

目前适用于脉冲功率系统的高压储能电容器主要有陶瓷电容器和薄膜式电容器等。薄膜式电容器由于储能密度较高、且能够兼顾高耐压值和大电容值等优点，在脉冲功率领域得到了广泛的应用。薄膜式电容器的发展水平主要受制于相应介电材料的发展程度，主要介电材料经历了电缆纸、电容器纸、聚丙烯薄膜与电容器纸复合，最后到全部采用聚丙烯薄膜的发展过程。目前国内金属化膜电容器储能密度可达2.0 MJ/m³，国外已经超过3.0 MJ/m³。但由于金属化膜电容器在大电流情形下发热大且热稳定性差，一般很少用于重复频率工作，上述高储能密度一般对应约几千伏的工作电压。目前关于脉冲功率系统用的高压电容器的研究不多，且当工作电压增加10~100倍，达到几十千伏甚至上百千伏时，由于绝缘材料性能瓶颈限制，电容器储能密度会迅速降低至kJ量级。

发明内容

本发明的目的是提供一种可重复频率工作、工作电压高达百千伏的小型平板式高压脉冲电容器，针对脉冲功率系统用的高工作电压、可重复频率工作的高压脉冲电容器发展要求，研制了一种工作电压最高可达150 kV、重复工作频率可达50 Hz的小型平板式薄膜电容器，储能密度最高可达60 kJ/m3。该电容器工作温度范围宽、本身性能受环境影响小，成本低廉且使用寿命较长。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种重复频率小型百千伏高压脉冲电容器，包括密封壳体和设置在密封壳体内的电容，所述电容包括多个串联为一体的折叠式薄膜电容，所有折叠式薄膜电容从上至下设置；

所述薄膜电容是带状结构，按照绝缘薄膜、电极层、绝缘薄膜、电极层、绝缘薄膜的顺序依次叠加而成；

所述折叠式薄膜电容是将带状结构的薄膜电容以固定直径进行卷绕，在卷绕的空心位置设置有绝缘油纸，且卷绕后的薄膜电容和绝缘油纸挤压为扁平状；

所述密封壳体上设置有两个连接电极，两个连接电极各自连接到电容的输出电极上；

所述密封壳体内填充有绝缘介质，充满整个密封空间。

在上述技术方案中，所述折叠式薄膜电容中的绝缘油纸直径小于薄膜电容的卷绕直径。

在上述技术方案中，所述绝缘油纸贯穿所述折叠式薄膜电容，所述绝缘油纸的两端延伸出折叠式薄膜电容。

在上述技术方案中，所述绝缘油纸设置在挤压后的折叠式薄膜电容中的两个电极层之间。

在上述技术方案中，所述相邻的两个折叠式薄膜电容之间采用连接铝片进行连接。

在上述技术方案中，每一个折叠式薄膜电容中的绝缘油纸将两个用于连接折叠式薄膜电容的连接铝片隔离分开。

在上述技术方案中，所述连接电极穿过密封壳体，设置在密封壳体内的为内连接电极，设置在密封壳体外的为外连接电极。

在上述技术方案中，所述内连接电极表面为圆弧状，与电容的输出电极连接。

在上述技术方案中，所述密封壳体的对立的两侧上设置有绝缘端子，绝缘端子内部空间与密封壳体相通。

在上述技术方案中，延伸出折叠式薄膜电容的绝缘油纸设置于绝缘端子内部空间中。