[实用新型]一种插接式高压脉冲电容器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电气工程研究领域，具体地，涉及一种插接式高压脉冲电容器。

背景技术

近年来随着核物理、高能物理、脉冲功率、电力电子、高压电气、医疗、环保等领域的快速发展，脉冲功率系统、快脉冲驱动器、高压大电流脉冲电源等对电容器的要求越来越高，除高电压、大电流、低电感、低内阻参数等要求外，对重复频率和寿命也提出了更高的要求。高压大电流脉冲电容器在多个技术领域有着广泛的应用，如聚变能源研究装置、加速器、等离子体发生器、高功率微波源、高压电力电子设备、大电流发生器等。在上述装置使用的关键器件中，绝大部分会使用高压大电流脉冲电容器作为储能器件，较多装置使用多个高压大电流脉冲电容器进行串并联使用，电容器的性能指标和可靠性尤为重要。如电压耐受能力、大电流放电能力、低电感参数、低内阻参数、长寿命、重复频率等。

在传统的高功率脉冲产生装置中，一般采用直流—较慢脉冲—快脉冲多级压缩，实现快脉冲高功率输出需要中间储能环节。这种技术线路体积大、中间环节多，有庞大的辅助系统，不利于下一代更大规模装置的建设。

综上所述，本申请发明人在实现本申请实用新型技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，传统的高功率脉冲产生装置中的电容器不能直接输出大电流、快脉冲，而需要进行脉冲二次压缩的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种插接式高压脉冲电容器，解决了传统的高功率脉冲产生装置存在体积大、中间环节多，需要庞大的辅助系统的技术问题，实现了具有放电电流大、内电感小、内电阻小、寿命长的技术效果。

为实现上述实用新型目的，本申请提供了一种插接式高压脉冲电容器，所述高压脉冲电容器包括：

储能单元、密封外壳、插接式电极结构，储能单元由多个储能元件依次串联连接组成，储能单元位于密封外壳内，插接式电极结构中的电极分别穿过密封外壳与储能单元两端连接。

其中，本申请的原理为：储能单元中的多个储能元件依次串联连接组成，将电荷储存在储能单元中。密封外壳将储能单元密封在其中，以保证储能单元的绝缘性能，对其进行固定和保护。插接式电极结构将储能单元的电极分别穿过密封外壳与外部连接，当外部需要提取能量时，由外部开关等器件将储能单元中的电荷提取出去。

其中，本申请中的高压脉冲电容器直接通过电容和开关放电产生快脉冲进行叠加，这样可以省去中间环节。并且可以实现长寿命，可重复频率运行，是理想的高功率脉冲产生装置需要具备的指标。直接放电产生快脉冲要求电容器具备可实现高功率、快脉冲的放电能力。

进一步的，储能元件由储能薄膜与铝箔进行卷绕压制成型，储能元件之间通过低温合金焊方式进行连接。储能薄膜为聚丙烯薄膜。

进一步的，密封外壳由盒装模具与面板组成，盒装模具与面板连接处通过拐角式焊缝连接。

进一步的，盒装模具与面板采用超声波焊工艺进行焊接。采用超声波焊工艺，形成大面积熔接，实现良好的密封，保证介质绝缘性能。所述储能单元由偶数电容器储能元件依次串联构成，采用电流通路对称结构，所产生的磁场相互抵消，从而使回路的内电感下降，实现了低内感。

进一步的，插接式电极结构中的电极均由连接结构与连接触指组成，连接触指嵌入连接结构中的插拔侧。形成大面积均匀接触，通过镀银处理，实现大电流通流，并可进行快速连接。

进一步的，所述连接结构由深孔倒杆、匀场紧固环组成，匀场紧固环旋紧在深孔导杆的螺纹端。

进一步的，盒装模具为顶面开口、内部为空心的长方体。一部分为可直接盖住长方体顶面的面板，两个部件的连接处设计一个对称的拐角焊缝，使焊接面从2个变成4个，再使用焊料进行双边焊接，实现了长期有效密封，保证了高压绝缘性能。

进一步的，储能单元中的单个元件端部电极之间连接采用低温合金焊丝夹入铜箔进行焊接，通过对突出铝箔的大面积焊接，并在中间夹入铜箔，实现了低内阻连接。

进一步的，储能元件所使用的材料为多层储能薄膜与铝箔，通过自动张力式卷绕，并进行折边处理，卷绕成型后，加热进行压扁，形成单个储能元件，并通过绝缘液体介质进行填充，保证了储能介质的介电常数一致性。

进一步的，连接电容器元件与插接式电极，通过三维电场计算软件进行电场优化设计，电极材料采用均匀镀锡工艺进行匀场处理，实现了电容器内部连接部位电场的均匀分布。电容器储能元件叠加固定采用与储能薄膜介电常数基本一致的绝缘带，以打包式结构固定，并使用L形垫块进行填充紧固，L形垫块进行表面粗糙化处理，保证了内部结构的稳定性。