導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電解電容，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關(guān)鍵詞】DC-Link電容；薄膜電容；電解電容；替代

隨著各國出臺新能源相關(guān)政策以及新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，該領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也帶來了新機(jī)遇，電容器作為必不可少的上游相關(guān)產(chǎn)品行業(yè)也獲得了新的發(fā)展機(jī)遇。在新能源及新能源汽車運(yùn)用中，電容器在能源控制、電源管理、電源逆變以及直流交流變換等系統(tǒng)中是決定變流器壽命的關(guān)鍵元器件。變流技術(shù)在上述系統(tǒng)中普遍得到運(yùn)用，然而在逆變器中直流電作為輸入電源，需通過直流母線與逆變器連接，該方式叫作DC-Link或直流支撐。因逆變器在從DC-Link得到有效值和峰值很高的脈沖電流的同時(shí)，會在DC-Link上產(chǎn)生很高的脈沖電壓使得逆變器難以承受。所以需要選擇DC-Link電容器來連接，一方面以吸收逆變器從DC-Link端的高脈沖電流，防止在DC-Link的阻抗上產(chǎn)生高脈沖電壓，使逆變器端的電壓波動(dòng)處在可接受范圍內(nèi)；另一方面也防止逆變器受到DC-Link端的電壓過沖和瞬時(shí)過電壓的影響。

為新能源（含風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電）以及新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中DC-Link電容器的運(yùn)用示意圖圖1、2。

圖1為風(fēng)力發(fā)電變流器電路拓?fù)鋱D，其中C1為DC-Link（一般整合到模塊上），C2為IGBT吸收，C3為LC濾波（網(wǎng)側(cè)），C4轉(zhuǎn)子側(cè)DV/DT濾波。圖2為光伏發(fā)電變流器電路拓?fù)鋱D，其中C1為DC濾波，C2為EMI濾波，C4為DC-Link，C6為LC濾波（網(wǎng)側(cè)），C3為DC濾波，C5為IPM/IGBT吸收。圖3為新能源汽車系統(tǒng)中主電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中C3為DC-Link，C4為IGBT吸收電容。

在上述提到的新能源領(lǐng)域運(yùn)用中，DC-Link電容作為一個(gè)關(guān)鍵器件，不管是在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)還是在新能源汽車系統(tǒng)中都要求高可靠性及長壽命，其選型顯得尤為重要。下面介紹薄膜電容與電解電容的特性對比及在DC-Link電容運(yùn)用中兩者的分析對比：

1.特性對比

1.1 薄膜電容

首先介紹薄膜金屬化的原理，薄膜金屬化技術(shù)的原理：在薄膜介質(zhì)表面蒸鍍上足夠薄的金屬層，在介質(zhì)存在缺陷的情況下，該鍍層能夠蒸發(fā)并因此隔離該缺陷點(diǎn)起到保護(hù)作用，這種現(xiàn)象被稱作自愈。圖4為金屬化鍍膜的原理圖[1]，蒸鍍前薄膜介質(zhì)先進(jìn)行前期處理（電暈或其他方式）以便金屬分子能夠附著在上面。金屬通過在真空狀態(tài)下高溫溶化蒸發(fā)（鋁的蒸發(fā)溫度1400?C～1600?C，鋅的蒸發(fā)溫度400?C～600?C），當(dāng)金屬蒸氣遇被冷卻的薄膜后凝結(jié)在薄膜表面（薄膜冷卻溫度-25?C～-35?C），從而形成金屬鍍層。金屬化技術(shù)的發(fā)展提高了單位厚度的薄膜介質(zhì)的介電強(qiáng)度，干式技術(shù)脈沖或放電運(yùn)用電容設(shè)計(jì)可以達(dá)到500V/?m，直流濾波運(yùn)用電容設(shè)計(jì)可以達(dá)到250V/?m。DC-Link電容屬于后者，根據(jù)IEC61071對于電力電子運(yùn)用電容的要求可以承受較為苛刻的電壓沖擊，可以達(dá)到2倍的額定電壓[2]。因此使用者只需考慮其設(shè)計(jì)所需的額定工作電壓就可以了。金屬化薄膜電容器具有較低的ESR，使其能承受較大的紋波電流；較低的ESL滿足逆變器的低電感設(shè)計(jì)要求，減少了開關(guān)頻率下的震蕩效應(yīng)。

薄膜介質(zhì)的質(zhì)量、金屬化鍍層質(zhì)量、電容器設(shè)計(jì)及制造過程工藝決定了金屬化電容器自愈特性的好壞。Faratronic生產(chǎn)的DC-Link電容用的薄膜介質(zhì)主要為OPP薄膜。

1.2 電解電容

電解電容使用的介質(zhì)為鋁經(jīng)過腐蝕形成的氧化鋁，介電常數(shù)為8～8.5，工作的介電強(qiáng)度約為0.07V/A（1?m=10000A），按照計(jì)算對于900Vdc的電解電容需要的厚度為12000A。然而要達(dá)到這樣的厚度是不可能的，因?yàn)闉榱双@得好的儲能特性所用鋁箔要進(jìn)行腐蝕形成氧化鋁膜，表面會形成許多凹凸不平的曲面，鋁層厚度會降低電解電容的容量系數(shù)（比容）。另一方面，低電壓的電解液電阻率為150Ωcm，高電壓（500V）的電解液的電阻率則達(dá)到5kΩcm。電解液較高的電阻率限制了電解電容所能承受的有效值電流，一般為20mA/?F[3]。

基于上述原因電解電容的設(shè)計(jì)最高電壓典型值為450V（有個(gè)別廠家設(shè)計(jì)600V）。因此，為了獲得更高的電壓必須用電容器串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，然而因各個(gè)電解電容的絕緣電阻存在差異，為了平衡各串聯(lián)電容的電壓，各電容必須連接一個(gè)電阻。此外，電解電容為有極性器件，當(dāng)施加反向電壓超過1.5倍Un時(shí)，會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)施加的反向電壓時(shí)間足夠長，電容將發(fā)生爆炸，或冒頂電解液將外溢。為了避免該現(xiàn)象發(fā)生，使用的時(shí)候要在每個(gè)電容旁并上一個(gè)二極管。除此之外，電解電容的耐電壓沖擊特性，一般為1.15倍Un，好的可以達(dá)到1.2倍Un。這樣設(shè)計(jì)師在使用時(shí)就不但要考慮穩(wěn)態(tài)工作電壓大小，而且還要考慮其沖擊電壓大小。

綜上所述，可以得出薄膜電容與電解電容如下特性對比表，見表1。

2.運(yùn)用分析

DC-Link電容作為濾波器要求大電流和大容量設(shè)計(jì)。如圖3提到的新能源汽車主電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是一個(gè)例子。在該運(yùn)用中電容起到退耦作用，電路特點(diǎn)工作電流大。薄膜DC-Link電容具有較大優(yōu)勢，能承受較大的工作電流（Irms）。以50～60kW新能源汽車參數(shù)為例，參數(shù)如下：工作電壓330Vdc，紋波電壓10Vrms，紋波電流150Arms@10KHz。

那么最小電容量計(jì)算為：

。這樣對于薄膜電容設(shè)計(jì)很容易實(shí)現(xiàn)。假設(shè)采用電解電容，如果考慮20mA/?F，那么為了滿足上述參數(shù)，計(jì)算電解電容最小的容值為：。這樣需要多個(gè)電解電容并聯(lián)獲得該容值。

在過電壓運(yùn)用場合，如輕軌、電動(dòng)巴士、地鐵等，考慮這些動(dòng)力通過受電弓連接到機(jī)車集電弓，在運(yùn)輸行進(jìn)過程中受電弓與集電弓的接觸是間續(xù)的。當(dāng)兩者不接觸時(shí)通過DC-Link電容進(jìn)行支撐供電，當(dāng)兩者接觸恢復(fù)時(shí)過電壓就會產(chǎn)生。最壞的情況是斷開時(shí)由DC-Link電容完全放電，此時(shí)放電電壓等于受電弓電壓，當(dāng)恢復(fù)接觸時(shí)，其產(chǎn)生的過電壓幾乎就是額定工作時(shí)的2倍Un。對于薄膜電容DC-Link電容可以處理不需額外考慮。如果采用電解電容，過電壓為1.2Un。以上海地鐵為例，Un=1500Vdc，對于電解電容要考慮電壓為：。那么要用6個(gè)450V的電容進(jìn)行串聯(lián)連接。若采用薄膜電容設(shè)計(jì)在600Vdc到2000Vdc，甚至3000Vdc都容易實(shí)現(xiàn)。此外，在電容完全放電情況下能量在兩電極間形成短路放電，產(chǎn)生很大沖擊電流通過DC-Link電容，通常電解電容很難滿足要求。

另外，相對于電解電容DC-Link薄膜電容器通過設(shè)計(jì)可以達(dá)到很低的ESR（通常低于10mΩ，更低的

3.結(jié)論

作為直流支撐濾波用電容，DC-Link電容早期考慮到成本及尺寸因素大部分選擇電解電容。然而電解電容受到耐壓、電流承受能力（相對薄膜電容ESR高很多）等因素的影響，為了獲得大容量和滿足高壓使用要求，則必須要用多個(gè)電解電容進(jìn)行串、并聯(lián)。另外考慮到電解液材料的揮發(fā)，所以要定期進(jìn)行更換，新能源運(yùn)用一般要求產(chǎn)品壽命要達(dá)15年，那么在這段時(shí)間內(nèi)必須更換兩到三次，因而在整機(jī)售后服務(wù)方面存在不小的費(fèi)用和不方便性。隨著金屬化鍍膜技術(shù)及薄膜電容器技術(shù)的發(fā)展，采用安全膜蒸鍍技術(shù)已經(jīng)可以用超薄OPP膜（最薄2.7?m，甚至2.4?m）生產(chǎn)出電壓450V到1200V甚至更高電壓的大容量直流濾波電容。另一方面通過DC-Link電容與母排整合，使得逆變器模塊設(shè)計(jì)更加緊湊，大大降低了電路的雜散電感使電路更加優(yōu)化。以此同時(shí)，薄膜電容制作成本在不斷下降，相比電解電容更凸顯其經(jīng)濟(jì)性，在要求工作電壓高、承受高紋波電流（Irms）、有過電壓要求、有電壓反向現(xiàn)象、處理高沖擊電流（dV/dt）以及長壽命要求的電路設(shè)計(jì)中，選擇DC-Link薄膜電容替代電解電容將成為設(shè)計(jì)者今后設(shè)計(jì)選擇的一種趨勢。

注釋：

①指的是DC-Link用電解電容.

②指的是DC-Link用薄膜電容，一般以O(shè)PP膜為介質(zhì).

③C3A ESR測試頻率為10kHz.

④?最大峰值電流（C×dV/dt）.

⑤Imax最大允許電流有效值.

⑥C3B ESR測試頻率為1kH.

參考文獻(xiàn)

[1]Applied Films GmbH & Co.KG.《MULTIMET 650 Operating Instructions》，2001，66.

[2]IEC61071 INTERNATIONALSTANDARD For Capacitors for power electronics，2007.

[3]Gilles Terzulli，Billy W.Peace.FILM TECHNOLOGY TO REPLACE ELECTROLYTIC TECHNOLOGY，2005.

篇2

電容器一般有陶瓷電容器、有機(jī)薄膜電容器和電解電容器三大類。陶瓷電容器、有機(jī)薄膜電容器都是用電介質(zhì)材料直接命名，而電解電容器則是用一種工藝的名稱來命名。正因?yàn)榇耍娊怆娙萜骶哂信c陶瓷電容器、有機(jī)薄膜電容器完全不同的特性。電解電容器根據(jù)所應(yīng)用的閥金屬材料的不同而分為鋁電解電容器和鉭電解電容器。

1 電解電容器的基本構(gòu)造特征

電解電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與陶瓷電容器、有機(jī)薄膜電容器相比有明顯的不同，大致有三個(gè)特征：

（1）電解電容器的電介質(zhì)是在（如鋁、鉭、鈮之類）閥金屬表面上通過電解過程所生成的一層極薄的金屬氧化膜（可以小到納米級），此層氧化膜介質(zhì)完全與組成電容器的一端電極結(jié)合成一個(gè)整體，它不能單獨(dú)存在。而陶瓷電容器、有機(jī)薄膜電容器的電介質(zhì)則是由一種獨(dú)立制造的絕緣材料（如有機(jī)薄膜、陶瓷片等）所構(gòu)成。

（2）電解電容器中生成氧化膜電介質(zhì)的閥金屬是電容器的一個(gè)電極稱為陽極，也即在極性電解電容器中是接入電路中應(yīng)用時(shí)的正極。電解電容器的另一極并非金屬，而是所謂“電解質(zhì)”（注意電解質(zhì)不是電介質(zhì)），它可以為液體，也可為糊狀、凝膠或者是固體，這是使電解電容器能夠承受極高的工作電場強(qiáng)度以及保持電容器可靠工作的必要條件，這一極稱為電容器的陰極。

（3）為了使陰極能與外界電路相連接，又以另一金屬與電解質(zhì)相接觸，這是電解電容器接入電路時(shí)的負(fù)極，它僅起引出陰極的作用。

為了防止電解電容器的陽極和陰極短路，有時(shí)需要在兩者之間添加電解電容器紙，又稱電解電容器隔膜紙。鋁電解電容器和鉭電解電容器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 電解電容器的性能特點(diǎn)

電解電容器結(jié)構(gòu)上的特殊性決定了它在性能上有許多獨(dú)特之處，現(xiàn)簡述如下：

（1）單位體積內(nèi)所具有的電容量特別大，即比容量非常高。電容器的電容量C=ε0·εr·S/d，ε0是真空電容率，εr是電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，S是電極的有效面積，d是電介質(zhì)的厚度。對于電解電容器，d=α·Vf，α是電介質(zhì)的形成常數(shù)，Vf是電介質(zhì)的形成電壓。由于α一般為nm/V級別，因此，電解電容器的電介質(zhì)厚度一般比陶瓷電容器、有機(jī)薄膜電容器小一個(gè)數(shù)量級以上。另外，鋁電解電容器的陽極箔通過電化學(xué)腐蝕后其表面積提高數(shù)十甚至百倍，鉭電解電容器通過金屬粉末燒結(jié)獲得的陽極體同樣具有極高的比表面積。因此，電解電容器的比電容量比其它電容器高一個(gè)多數(shù)量級。

（2）在電解電容器的工作過程中，它的陰極即電解質(zhì)具有自動(dòng)修補(bǔ)或隔絕氧化膜中的疵點(diǎn)的性能使氧化膜介質(zhì)隨時(shí)得到加固和恢復(fù)其應(yīng)有的絕緣能力，而不致遭到連續(xù)的累積性破壞，這種性能稱為自愈特性。

（3）工作電場強(qiáng)度非常高。由于電介質(zhì)的形成系數(shù)α一般為nm/V級別，它的倒數(shù)就是電介質(zhì)的工作場強(qiáng)，約達(dá)幾百kV/mm；這約是陶瓷、有機(jī)薄膜工作場強(qiáng)的幾十倍。

（4）可以獲得很大的額定電容量。鋁電解電容器通過鋁箔卷繞方式可以方便實(shí)現(xiàn)的體積，因此，可以獲得非常大的額定電容量。比如，在較低的工作電壓范圍內(nèi)，可以方便地獲得法拉級數(shù)值的電容量，即使高壓電解電容器也可以很容易獲得數(shù)千微法的電容量，這是其它電容器無法實(shí)現(xiàn)的。

（5）具有單向?qū)щ娦裕此^有“極性”。應(yīng)用時(shí)應(yīng)按電源的正、負(fù)方向接入電路。電解電容器的陽極（正極）接電源的“+”極，陰極（負(fù)極）接電源的“—”極；如果接錯(cuò)不僅電解電容器發(fā)揮不了作用，而且漏電流很大，短時(shí)間內(nèi)芯子就會發(fā)熱，破壞氧化膜，隨即失效損壞。如果需要短期應(yīng)用在完全是交流電源或交流成分較強(qiáng)的直流電路中。可以采用一種稱為“雙極性”的電解電容器就是將陰極引出箔換成與具有氧化膜的陽極相同的電極，這樣實(shí)際上是兩個(gè)電解電容器背對背串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，不僅容量減少一半，而且總體也隨之增加。“雙極”電解電容器僅是改變了電容器的結(jié)構(gòu)，并沒有改變氧化膜的單向?qū)щ姳举|(zhì)，這也是電解電容器的不足。

（6）工作電壓有一定的上限。由于電解電容器的電介質(zhì)是通過電解過程形成的，其形成電壓不能無限升高，而電解電容器的工作電壓必須小于電介質(zhì)的形成電壓，因此，電解電容器的工作電壓有一定限制。例如單個(gè)鋁電解電容器的工作電壓一般最高值為700 V，而固體鉭電解電容器的上限值為150 V。

（7）絕緣性能較差。由于電解電容器電極的比表面積比其它電容器高數(shù)十倍，且其工作場強(qiáng)同樣高數(shù)十倍，因此，電解電容器的相對絕緣性能比其它電容器差。但并不妨礙電解電容器的大量使用。

（8）損耗角正切值較大，而且溫度、頻率特性亦差。主要是由于電解電容器的一個(gè)電極是電解質(zhì)，其電導(dǎo)率較低，導(dǎo)致其等效串聯(lián)電阻較大；另外由于電解電容器電容量較大，因此其損耗角正切值較大。如果采用液體電解質(zhì)作陰極，由于液體材料受溫度變化影響大，電解電容器的溫度特性較差。同時(shí)液體電解質(zhì)中離子遷移率較低，電容量大，因此頻率特性也較差。

（9）鋁電解電容器易老化，性能的可靠性將逐年下降。這也是與所使用的液體電解質(zhì)等原材料有密切的關(guān)系。如果采用固體電解質(zhì)，老化性能會得到明顯改變。

（10）鋁電解電容器最大的特點(diǎn)是容量大、價(jià)格便宜。

3 電解電容器的技術(shù)進(jìn)展

篇3

關(guān)鍵詞：鋁電解質(zhì) 熔點(diǎn) 數(shù)字模型 意義

1.前言

隨著近幾年世界經(jīng)濟(jì)、環(huán)保要求動(dòng)態(tài)，國內(nèi)能源供給現(xiàn)狀，對于目前的鋁電解質(zhì)熔點(diǎn)條件主要是取決于設(shè)備安全的主要問題。但由于鋁電解質(zhì)熔點(diǎn)條件不夠理想，就會給工業(yè)帶來很多困難問題。我國曾在鋁電解質(zhì)熔點(diǎn)數(shù)學(xué)模型中采用過各種各樣的方法，從而就達(dá)到減少鋁電解質(zhì)熔點(diǎn)數(shù)學(xué)模型的工作和維護(hù)鋁電解質(zhì)熔點(diǎn)數(shù)學(xué)模型獲得成功。

2.鋁電解電容的內(nèi)涵

2.1鋁電解質(zhì)的性質(zhì)

（1）冰晶石比

（4）電解質(zhì)的密度

電解質(zhì)的密度大小影響金屬鋁與電解質(zhì)的分離。1812時(shí)金屬鋁的密度為2.7g/cm3，純冰晶石密度為2.95g/cm3。但在電解溫度下，熔融鋁比冰晶石重，尤其當(dāng)冰晶石中溶解有大量氧化鋁時(shí)。例如，在電解煉鋁的工業(yè)條件下，電解溫度為950℃，鋁的密度為2.308g/cm3，而含有5%A1203的冰晶石熔體密度為2.102，可見在電解溫度下，熔融鋁要比電解質(zhì)重約10%。按此密度差是可以很好分層的，所以電解過程中，析出的鋁聚集在電解槽底部。

（5）電解質(zhì)的黏度

電解質(zhì)的黏度隨溫度增高而降低，隨熔體中A1203含量增加而增加。在工業(yè)生產(chǎn)上要求電解質(zhì)具有適當(dāng)?shù)酿ざ取Ｈ绻ざ冗^大，則陽極氣泡不易逸出，加入電解質(zhì)內(nèi)的氧化鋁不易沉降，而呈懸浮狀態(tài)，這些都對電解過程發(fā)生不良影響。反之，如果黏度過小，則電解質(zhì)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)加快，從而加速鋁滴和溶解了的鋁的轉(zhuǎn)移，影響電流效率。所以，有的鋁廠為了獲得高效率，寧愿采取比較高的A1203濃度和比較低的電解溫度，以增大電解質(zhì)的黏度。

3.鋁電解質(zhì)熔點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型分析

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，進(jìn)入鋁電解糟的物質(zhì)有冰晶石，氟化鋁，螢石，氧化鋁及不同廠家根據(jù)相應(yīng)管理理念加入少量鋰鹽等添加劑和各種材料中的微量雜質(zhì)，可以推斷鋁電解質(zhì)液體由NaF、Al2O3、AlF3、CaF2、 MgF2、LiF等六種化合物及少量雜質(zhì)積累物混合而成，由以上六種化合物凝固形成的固態(tài)物即是測量用的鋁電解質(zhì)樣品。

熱力學(xué)第二定律表明混合物熔點(diǎn)和其中各成份濃度存在相應(yīng)關(guān)系。本文據(jù)此利用實(shí)測數(shù)據(jù)，建立電解質(zhì)熔點(diǎn)計(jì)算數(shù)學(xué)公式，給電解工藝管理工程師提供直觀數(shù)據(jù)，幫助其更快、更準(zhǔn)確地判斷槽況，定量精確控制能量輸入、物流出入，保持良好動(dòng)態(tài)平衡，減少浪費(fèi)，達(dá)到能源利用最大化和最佳工況目的。

此工作需要實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)車間共同完成，步驟如下：

1）電解工藝管理工程師提供所有電解槽當(dāng)天實(shí)測溫度的平均值，實(shí)驗(yàn)室計(jì)算當(dāng)天全部電解槽所有成份平均值，連續(xù)多次后，建立方程組，解出各成份濃度與槽溫的相關(guān)系數(shù)和常數(shù)值。

2）應(yīng)用相關(guān)系數(shù)和常數(shù)值，在儀器分析軟件虛擬元素項(xiàng)內(nèi)設(shè)立溫度計(jì)算公式，分析其它成份時(shí)同時(shí)算出溫度值。

3）測試多個(gè)在電解槽內(nèi)發(fā)粘（接近熔點(diǎn)）的電解質(zhì)樣品，把計(jì)算溫度與實(shí)測的溫度相比較，減去多余量，得出熔點(diǎn)計(jì)算公式常數(shù)值。

實(shí)際計(jì)算時(shí)選取的是所有336臺電解槽中工況良好率很高時(shí)的7組數(shù)。

解出來的常數(shù)M實(shí)際包含兩個(gè)常量，一個(gè)是與熔點(diǎn)有關(guān)的常量，用N表示，另一個(gè)是為了保持混合物良好流動(dòng)性的過量的管理量（經(jīng)驗(yàn)值），用P表示。通過步驟3，計(jì)算出來的大于實(shí)測值的數(shù)，就是P值。M減去P即得N值。經(jīng)步驟4用N代替M，完成整個(gè)工作流程。

4.鋁電解質(zhì)的熔點(diǎn)意義

目前，電解鋁行業(yè)中間過程分析儀器化已經(jīng)完全普及，但是存在一個(gè)非常大的問題，沒有統(tǒng)一的電解質(zhì)光譜分析樣品！各鋁廠均宣稱自己的內(nèi)控標(biāo)樣是準(zhǔn)確的、可靠的 ，可是應(yīng)用到別的廠家時(shí)卻一律變成了參考樣，工藝管理與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)往往是經(jīng)過很長時(shí)間的磨合，而電解槽是一個(gè)一直在變化的對象，所以，工藝管理與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)也隨著這個(gè)變化建立動(dòng)態(tài)的磨合再磨合，這些過程內(nèi)消耗了大量能源和材料，造成極大浪費(fèi)。磨合度能夠量化，將極大縮短這個(gè)過程的時(shí)間，節(jié)約大量資源。提供樣品熔化溫度電解質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)樣品應(yīng)用范圍將擴(kuò)大，整個(gè)電解鋁行業(yè)使用統(tǒng)一標(biāo)樣變成可能。

5.結(jié)論

鋁電解工業(yè)清潔工藝的研究開發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，不僅要加強(qiáng)單項(xiàng)新技術(shù)的開發(fā)研究，更重要的是要加強(qiáng)該工藝的綜合協(xié)調(diào)研究。今后工作的重點(diǎn)應(yīng)該是：

（1）對低溫鋁液上浮式電解進(jìn)行中試研究，為工業(yè)化應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)；

（2）推廣在石墨化爐上生產(chǎn)TiB2技術(shù)及使用新型T，E2涂層陰極技術(shù)；

（3）研究降低氮化硅結(jié)合碳化硅材料的成本，為工業(yè)電解槽上應(yīng)用創(chuàng)造條件；

（4）開展工業(yè)電解槽電場、磁場和熱場的研究，設(shè)計(jì)新型的工業(yè)電解槽；

（5）開展利用人工智能技術(shù)控制電解過程的開發(fā)研究；

（6）開展陽極材料的研究；

（7）在單項(xiàng)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合研究。

參考文獻(xiàn)：

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膜電容器（特別是金屬化膜電容器）基于由兩層金屬化聚丙烯構(gòu)成的繞組。聚丙烯薄膜（絕緣體）的厚度決定額定電壓的大小（可達(dá)若干kV）。聚丙烯的一個(gè)特殊特征是其自愈能力。由于通常使用的聚丙烯薄膜非常薄，所以此能力對避免閃絡(luò)之后的短路極其重要。其他與設(shè)計(jì)有關(guān)的性質(zhì)包括低ESR、ESL和相對寬的工作溫度范圍。

鋁電解質(zhì)電容器由兩層鋁薄膜和夾在其間的一層或兩層用導(dǎo)電液（電解液）浸過的紙張組成。由于第一層鋁薄膜的氧化層的厚度和電解液的性質(zhì)，其工作電壓限于約500V。重要器件性質(zhì)包括非常高的電荷儲存容量和相對容量而言的小尺寸。但是，由于電解質(zhì)電容器是極化的，所以其在交流電環(huán)境中的用途有限。雖然鋁電解質(zhì)電容器在單位體積下的電容值較高，但由于其特定結(jié)構(gòu)，該電容值會隨溫度和頻率的變化而變化。歐姆損耗和頻率相關(guān)損耗會造成充電/放電期間的發(fā)熱，這會限制可能的紋波電流。另外，由于化學(xué)過程的作用，電性質(zhì)也會隨時(shí)間而變化，這會導(dǎo)致故障率在規(guī)定使用壽命結(jié)束后增加。

陶瓷電容器由于使用陶瓷絕緣材料而能耐受極高電壓。將磨得非常細(xì)小的順電鐵電基礎(chǔ)材料在高溫下燒結(jié)成電容性元件，其可作為電介質(zhì)用作電極支柱。陶瓷電容器只能儲存少量電荷，且通常用于高頻電壓條件下的濾波用途。在這些應(yīng)用中，相導(dǎo)線和中性導(dǎo)線通過電容器與大地短接。目前市場上的高壓電容器能夠承受若干kV的過電壓。

現(xiàn)代電源和轉(zhuǎn)換器的功率密度日益增加，目前已可達(dá)到兆瓦范圍。現(xiàn)代半導(dǎo)體支持在日益增加的頻率下進(jìn)行高負(fù)載切換，使得以可接受成本實(shí)現(xiàn)緊湊的高功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)成為可能。但是，隨著功率密度的不斷增加，對電容器的要求也在提高。

通常，轉(zhuǎn)換器輸入電路（或多或少延伸的結(jié)構(gòu)）是以能源來區(qū)分的。特別是在太陽能轉(zhuǎn)換器的情況下，輸入值取決于陽光強(qiáng)度，因而可能存在很大差異，使最好工作點(diǎn)的安排變得困難。因此，必須在輸入位置提供DC能源儲存器件。由于高DC電壓分量、所需要的高儲存容量以及輸入電路電容器能夠相應(yīng)地提供超大尺寸的特點(diǎn)，輸入電容器是用電解質(zhì)電容器來實(shí)現(xiàn)的。由于不大可能有非常高的交流分量，所以電容器幾乎不受壓力。

對中間電路電容器（亦稱直流鏈電容器）的要求明顯更為復(fù)雜。它們在DC/DC轉(zhuǎn)換器和DC/AC逆變器之間充當(dāng)儲能器件，且其輸入電流包含非常高的交流分量（紋波）。輸出側(cè)電壓必須非常平穩(wěn)，以確保向逆變器提供穩(wěn)定的直流電壓。低電容轉(zhuǎn)換器的典型例子是MKP1848系列金屬化聚丙烯電容器，而HDMKP系列電容器則適用于更大的轉(zhuǎn)換器。

如果可用空間太小或必須儲存更多能量，則鋁電容器是合適的替代方案。對于負(fù)載范圍達(dá)到100kW或更大的應(yīng)用，可使用中間電路電容器（常常是較大的鋁電容器）。

在元件成本方面，鋁電容器有明顯優(yōu)勢；470μF/450V鋁電容器的成本只有類似膜電容器的五分之一。但是，薄膜電容器只需較少的保護(hù)電路來限制其故障效應(yīng)。高開關(guān)頻率和陡開關(guān)側(cè)面需要使用阻尼電容器（緩沖器）。吸收電容MKP386M的任務(wù)是減小或消除電壓和電流尖峰及開關(guān)損耗。通過抑制由半導(dǎo)體的開關(guān)所造成電壓和電流過沖可減少噪聲發(fā)射（EMI）。

作為替代方案，開發(fā)人員越來越多地在電力電子應(yīng)用中使用復(fù)雜的開關(guān)算法來進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，以提高效率和改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。這些設(shè)計(jì)使用更高的頻率和諧波，所以必須在輸出位置使用LC和LCL濾波器進(jìn)行濾波。交流濾波電容器（女IMKP1847系列）提供更大的電容值范圍、各種連接配置，并為提高安全性而提供符合UL810標(biāo)準(zhǔn)要求的所謂分段式薄膜技術(shù)。

由于功率密度的日益增加，對過載和故障行為的考慮受到重視。損害形式可能是短路、開路或居于二者之間（更高的漏電流）；如果出現(xiàn)過熱，電解質(zhì)會由于壓力減小和繞組干燥而泄漏。

不受負(fù)載變化影響的穩(wěn)定高電壓

可再生能源（如風(fēng)能和太陽能）的日益整合使電網(wǎng)面臨新的挑戰(zhàn)。用于穩(wěn)定高壓電網(wǎng)電壓的電容器的使用環(huán)境完全不同于通常的電容器，并具有不同的設(shè)計(jì)要求和尺寸。它們用于維持標(biāo)準(zhǔn)要求，按照這些要求，最終用戶獲得的電網(wǎng)電壓偏差不可超過230VAC±10%。

附加提供電容性無功功率能夠穩(wěn)定電壓；向電容區(qū)或電感區(qū)的輕微相移可以提高電壓。為此，可按照需要連接并聯(lián)電抗器或電容器組。架空線路在高負(fù)載條件下會表現(xiàn)出電感特性。電壓會下降并在電容性無功功率造成相移時(shí)再次增加。

除了電壓穩(wěn)定性，電壓質(zhì)量也是電網(wǎng)運(yùn)營者考慮的一個(gè)重要事項(xiàng)。在電網(wǎng)工作期間，會有諧波（頻率為基波頻率倍數(shù)的疊加電壓）疊加于基波。通常，第三諧波（150Hz）在重負(fù)載電網(wǎng)中最顯著，所以必須顯著予以降低。對應(yīng)的濾波器安裝通常是在200～300MVA的功率范圍之內(nèi)。

無功功率的減小由帶阻尼功能的機(jī)械開關(guān)電容器組（MSCDN）來提供。如果由于電網(wǎng)中出現(xiàn)大負(fù)載而必須保持電壓水平，可通過將電容器連接至每個(gè)相來實(shí)現(xiàn)。利用高電壓電抗器L調(diào)節(jié)電容器C1和C2會使50Hz電流分量不受阻礙地流過C2。但接近中心頻率的頻率流過電阻器并轉(zhuǎn)化為熱，因此干擾頻率顯著減小。

單個(gè)電容器的設(shè)計(jì)

電容器由繞線元件構(gòu)成。這些器件可在約2kV電壓的范圍內(nèi)保持最好工作狀態(tài)，所以必須將大量元件串聯(lián)起來，以實(shí)現(xiàn)所要求的250～300kV耐受電壓。為使這些巨型電容器易于運(yùn)輸和進(jìn)行模塊化安裝，專業(yè)制造商現(xiàn)在能夠?qū)⒗@線元件裝配在不銹鋼外殼之中并予以焊接，以提供一個(gè)密封接頭。這些裝置稱為中壓電容器。

連接至第一電容器（C1）的高電壓分配在30～40個(gè)電容器上，使每個(gè)電容上的電壓約為7.5kV。電容器的重量最大不能超過100千克，每個(gè)并聯(lián)電容器串不超過10個(gè)。一個(gè)C1電容器的電容值為35～40μF。這些電容器由若干繞組元件組成，這些元件在內(nèi)部進(jìn)行連接，形成串聯(lián)繞組群。在第二電容器（C2）中，所連接的30～40kV電壓分配到約5個(gè)電容器串上，使每個(gè)電容器上的電壓約為7kV，電容值約為45μF。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)會產(chǎn)生非常大的設(shè)備。一個(gè)電容器繞組元件的電極由一張鋁薄膜和電介質(zhì)（由若干層聚丙烯薄膜組成）構(gòu)成。如果將這種設(shè)計(jì)需要的所有薄膜依次排列起來，會產(chǎn)生一條800萬米長的薄膜帶，遠(yuǎn)超過地軸長度的一半，薄膜面積可覆蓋350個(gè)標(biāo)準(zhǔn)FIFA足球場。以重量來表示，這需要超過10噸鋁和約25噸聚丙烯。為了將這么大的有效面積的薄膜壓緊，鋁薄膜和聚丙烯薄膜首先要繞成圓形，然后被壓平。然后將這些扁平繞組堆疊、連接、絕緣，并裝配和密封在矩形外殼中。僅電容器（包括外殼和連接器）的總重就可遠(yuǎn)超50噸。

這許多例子都證明了電容器在電力電子和電力工程中的廣泛應(yīng)用。它們還可作為輔助組件用于更多應(yīng)用，如混合動(dòng)力車和電動(dòng)車、電表及大功率驅(qū)動(dòng)裝置的控制。

ST、CIOilit以及斯帕蘭扎尼傳染病研究所合作研發(fā)高精度的病毒分析儀，

幫助提早發(fā)現(xiàn)埃博拉病毒

意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，簡稱ST）、Clonit以及意大利拉扎羅斯帕蘭扎尼國家傳染病研究所（NationalInstitute for Infectious Diseases LazzaroSpallanzani）經(jīng)過幾個(gè)星期的合作，開發(fā)出一款能夠在75分鐘內(nèi)檢測出埃博拉病毒的便攜分析儀原型設(shè)計(jì)。

該便攜分析儀基于實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)（RT-PCR，RealTime Polymerase Chain Reaction）的分子生物學(xué)技術(shù)。這項(xiàng)合作的下一步開發(fā)任務(wù)是將定點(diǎn)保健站（point-of-care）的埃博拉病毒檢測方案最佳化，包括最大限度降低在處理生物樣品過程中可能受到感染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低成本，使其能夠大規(guī)模廣泛推廣應(yīng)用，以加快實(shí)現(xiàn)快速診斷埃博拉以及其它傳播性較強(qiáng)的病毒鋪平道路。

意大利拉扎羅斯帕蘭扎尼國家傳染病研究所是意大利衛(wèi)生部指定的兩家埃博拉護(hù)理治療中心之一；該分析工具套件原型設(shè)計(jì)通過了該中心制定的國際標(biāo)準(zhǔn)測試，能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)血液中的埃博拉病毒，而整個(gè)化驗(yàn)過程中只需幾毫升人類血液樣品，并可用稀釋100萬倍的血液樣品驗(yàn)證了化驗(yàn)結(jié)果的精確度。因?yàn)闄z測靈敏度及準(zhǔn)確度極高，該解決方案可用于病癥早期的病毒檢測，有助于大幅度抑制致命性傳染病傳播與蔓延。

該工具套件有4個(gè)主要組件：

?提取器（extractor）：存放血液樣品，提取RNA病毒；

?微型硅芯片（silicon microchip）：意法半導(dǎo)體的AgrateBrianza和Catania實(shí)驗(yàn)室研發(fā)、尺寸僅為郵票大小的微型硅芯片可充當(dāng)微型反應(yīng)器，重現(xiàn)提取遺傳物質(zhì)的微米級放大篩選過程。被提取的RNA放入反應(yīng)器內(nèi)，可根據(jù)RT PCR檢測方法逆轉(zhuǎn)成DNA并被放大。

?專門試劑（specific reagents）：Clonit開發(fā)的反應(yīng)試劑，預(yù)置于微型芯片上，按照國際質(zhì)量控制法規(guī)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和控制方法，執(zhí)行量化實(shí)時(shí)PCR（病毒裝載）過程；

?便攜光學(xué)讀取器（portable optical reader）：意法半導(dǎo)體開發(fā)的解決方案，檢測血液樣本是否存在病毒DNA，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到相連的電腦主機(jī)，由電腦主機(jī)軟件處理檢測數(shù)據(jù).并以圖表形式顯示處理結(jié)果。

除了檢測準(zhǔn)確外，快速的檢測速度和小尺寸也使該分析套件非常適用于急救和醫(yī)院外的現(xiàn)場診斷。

篇5

【關(guān)鍵詞】平行板電容器；圓柱形電容器；球形電容器；電介質(zhì)；電容

電容器電容的計(jì)算是大學(xué)物理課程中最基本的內(nèi)容之一，而各向同性電介質(zhì)電容器電容的計(jì)算方法也是多樣的，大學(xué)物理教材中主要從定義公式來介紹電容器的電容，學(xué)生在做課后習(xí)題時(shí)，不能舉一反三，很少考慮到用其他方法來求解電容器的電容，本文介紹了用三種方法求解大學(xué)物理學(xué)中常見的電容器的電容，并對三種方法進(jìn)行了討論分析。

1 利用定義公式來計(jì)算各向同性電介質(zhì)電容器的電容

這種方法是大學(xué)物理書上介紹的較多的也是學(xué)生比較熟悉的的一種求解方法，具體的解題步驟可歸納如下：

（1）運(yùn)用高斯定律求解電容器極板之間的電位移矢量D的大小。

（2）根據(jù)各向同性電介質(zhì)中電位移D與電場強(qiáng)度E的關(guān)系E=■，求出兩極板之間的電場強(qiáng)度E的大小。

（3）再利用電位差U與場強(qiáng)E的關(guān)系式U=■■.d■，求解兩板之間電位差U。

（4）應(yīng)用定義C=■，求解電容器的電容，其中公式中的Q表示一塊極板所帶的電量的大小。

[例1]平行板電容器兩板之間的距離為d，極板面積為s，兩板之間的電勢差為 U，左右兩部分空間分別充滿介電常數(shù)為ε1和ε2的電介質(zhì)，ε1充滿的空間的極板面積為s1，求電容器的電容C。

圖1 平行板電容器示意圖

[解]：直接應(yīng)用定義[1] C=■=■+■這種方法比較容易，不做詳細(xì)解答。

球形電容器和圓柱形電容器也能夠采用此方法來求解電容器的電容，這種方法比較簡單，本文不再具體討論。

2 利用疊加法來計(jì)算各向同性電容器的電容

這種方法在大學(xué)物理書上介紹的很少，學(xué)生做課后習(xí)題時(shí)往往忽略了這種方法，也很少有學(xué)生想到這種方法，用疊加法來求解電容器的電容，具體步驟可歸納如下：

（1）把電容器看成是由兩個(gè)或者多個(gè)電容器的串聯(lián)或者并聯(lián)而成，先求各個(gè)電容器的電容 ，C1，C2…Cn。

（2）根據(jù)疊加原理[2]，利用電容器串聯(lián)公式■=■+■+…■或者電容器的并聯(lián)公式C=C1+C2+…Cn來求解電容器的電容C。

[例2] 如圖所示，圓柱形電容器由兩個(gè)同軸的圓柱面構(gòu)成，長度均為l，半徑分別為R2和R1（R2>R1），且l>>R2-R1兩柱面之間充有介電常數(shù)ε的均勻電介質(zhì)，當(dāng)兩圓柱面分別帶等量異號電荷+Q和-Q時(shí)，求：圓柱形電容器的電容。

圖2 圓柱形電容器串聯(lián)示意圖

[解]：把整個(gè)圓柱形電容器看成由很多個(gè)半徑為r，厚度為dr，高度為l的圓柱體微元電容器構(gòu)成，整個(gè)圓柱形電容器可看成是由這些圓柱體電容器串聯(lián)而成，微元電容器的電容：

dC=■（2.1）

因?yàn)閞>>dr微元電容器的電容為：

dC=■（2.2）

電容器的串聯(lián)方法得出電容器的總電容滿足：

■=■■（2.3）

圓柱形電容器的總電容為

C=■（2.4）

平行板電容器、球形電容器的電容的計(jì)算也可以采用此方法來求解，[例1]就可以看成左右兩個(gè)電容器的并聯(lián)，利用并聯(lián)公式求解C，本文不再討論。

3 利用能量法來求解各向同性電介質(zhì)中電容器的電容

用這種方法來求解電容器的電容要求學(xué)生熟悉能量與電容的關(guān)系式，很多時(shí)候是能量已經(jīng)在前一步驟已經(jīng)計(jì)算出來了或者題目中已提供能量的大小，這個(gè)時(shí)候可以直接運(yùn)用公式C=■來求解電容器的電容，具體求解步驟可歸納如下：

（1）運(yùn)用高斯定律求解電容器極板之間的電位移矢量D的大小。

（2）在各向同性電介質(zhì)中，電位移D與電場強(qiáng)度E的關(guān)系為E=■，利用這個(gè)式子求出兩極板之間的電場強(qiáng)度E的大小。

（3）利用電位差U與場強(qiáng)E的關(guān)系式U=■■.d■，求出兩板之間電位差U的大小。

（4）利用公式W=■QU求出整個(gè)電容器的能量W。

（5）利用公式C=■求出電容器的電容C。

[例3] 如圖所示，兩個(gè)同軸球面半徑分別為R2和R1（R2>>R1），帶有等量異號電荷+Q和-Q，兩球面之間充滿介電常數(shù)為ε的電介質(zhì)，求球形電容器的電容。（下轉(zhuǎn)第34頁）

圖3 球形電容器示意圖

[解]：根據(jù)介質(zhì)中的高斯定律兩球面之間的電位移大小為：

D=■（3.1）

由電位移與電場強(qiáng)度的關(guān)系求出電場強(qiáng)度E的大小為：

E=■=■（3.2）

利用電勢與場強(qiáng)的關(guān)系U=■Edr，求出兩板之間的電位差為：

U=■（3.3）

整個(gè)電容器的能量為：

W=■QU=■（3.4）

整個(gè)電容器的電容為：

C=■=■（3.5）

電容器的能量除了用上述方法來求，通常采用W=■ωdV來求能量，或者把電容器分割成一系列小的電容器，把每部分的能量疊加起來求出電容器的總能量，然后再求電容器的電容C，這里不再一一介紹。這種方法也可以用來求平行板電容器和圓柱形電容器的電容。

總之，上面用了三種方法來講述電容器電容的計(jì)算，三種方法各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，具體采用哪種方法要視情況而定，用定義公式和用疊加法較簡單計(jì)算各向同性電介質(zhì)的電容過程比較簡單，但定義直接計(jì)算非線性的各向異性電介質(zhì)比較復(fù)雜，能量法一般是題中已經(jīng)提供了能量或者前一步驟已經(jīng)計(jì)算出能量才運(yùn)用能量法求解，要不反倒會使問題變得復(fù)雜。學(xué)生在做課后練習(xí)時(shí)，要做到舉一反三，能夠運(yùn)用不同的方法來解決同一個(gè)問題。

【參考文獻(xiàn)】

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【關(guān)鍵詞】單片機(jī)，555多諧振蕩電路，LED動(dòng)態(tài)顯示模塊，電容三點(diǎn)式振蕩

【中圖分類號】TM53【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0400-02

【基金項(xiàng)目】 本文為《大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目》 項(xiàng)目編號：0205-02010008，指導(dǎo)老師：趙波、郝武幫。

1、設(shè)計(jì)的背景及意義

目前，常見的高精度L、C、R電橋均采用阻抗―矢量電壓測量L、C、R參數(shù)。通常這些儀器都設(shè)置了高精度差動(dòng)放大器、精密鑒相電路、高性能的濾波器、比較器、積分器、高分辨率的雙斜式A/D等一系列功能電路。因正弦信號源直接影響測量精度，所以在正弦電路中均采取了一系列穩(wěn)頻、穩(wěn)幅和降低失真的措施[1]。雖然這類儀器的精度較高，但整個(gè)儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對元器件要求高，選配和調(diào)試?yán)щy，生產(chǎn)成本高，體積較大，需220VAC供電等，使其推廣受到限制。

本設(shè)計(jì)開發(fā)的這測試儀采取阻抗―相角法測量L、C、R參數(shù)。這測試儀以MCS―51單片機(jī)[2]為核心，采用過零鑒相填充計(jì)數(shù)法[3]進(jìn)行測相，由程序控制定時(shí)實(shí)測正弦信號頻率，從而大大降低了儀器對正弦信號電路的要求，故不必像阻抗―矢量電壓法儀表那樣對正弦發(fā)生電路采取專門的穩(wěn)壓、穩(wěn)頻措施。儀器采用自行設(shè)計(jì)的低成本、高精度測相電路和正弦發(fā)生電路，并由程序控制定時(shí)實(shí)測正弦信號頻率，采用多次測量中值濾波等，既保證了儀器的精度，又降低了儀器的生產(chǎn)成本，適應(yīng)了普通測量的需要。

新型R、L、C測試儀設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)：成本低、體積小、便于攜帶、測試方便、雙電源模式。

2、系統(tǒng)的原理框圖

本設(shè)計(jì)中，考慮到單片機(jī)具有物美價(jià)廉、功能強(qiáng)、使用方便靈活、可靠性高等特點(diǎn)，擬采用MCS -51系列的單片機(jī)為核心來實(shí)現(xiàn)電阻、電容、電感測試儀的控制[4]。系統(tǒng)分四大部分：測量電路、控制電路、通道選擇和顯示電路。通過P1.3和P1.4向模擬開關(guān)送兩位地址信號，取得相應(yīng)的振蕩頻率，然后根據(jù)所測頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得出相應(yīng)的參數(shù)值。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2-1如下所示。

框圖各部分說明如下：

1）控制部分：本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，采用AT89C52單片機(jī)，利用其管腳的特殊功能以及所具備的中斷系統(tǒng)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器和LED顯示功能等。LED燈：本設(shè)計(jì)中，設(shè)置了1盞電源指示燈，采用紅色的LED以共陽極方式來連接，直觀易懂，操作也簡單。數(shù)碼管顯示：本設(shè)計(jì)中有1個(gè)74HC02、2個(gè)74LS573、1個(gè)2803驅(qū)動(dòng)和6個(gè)數(shù)碼管，采用共陽極方式連接構(gòu)成動(dòng)態(tài)顯示部分，降低功耗。鍵盤：本設(shè)計(jì)中有Sr，Sc，SL三個(gè)按鍵，可靈活控制不同測量參數(shù)的切換，實(shí)現(xiàn)一鍵測量。

2）通道選擇：本設(shè)計(jì)通過單片機(jī)控制CD4052模擬開關(guān)來控制被測頻率的自動(dòng)選擇。

3）測量電路：RC震蕩電路是利用555振蕩電路實(shí)現(xiàn)被測電阻和被測電容頻率化。電容三點(diǎn)式振蕩電路是利用電容三點(diǎn)式振蕩電路實(shí)現(xiàn)被測電感參數(shù)頻率化。通過51單片機(jī)的I/O口自動(dòng)識別量程切換，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量。

3、電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 MCS―51單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，考慮到單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)。另外，本設(shè)計(jì)還需要利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行接口等等，所以，選擇以單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)具有極大的必要性。在硬件設(shè)計(jì)中，選用MCS-51系列單片機(jī)，其各個(gè)I/O口分別接有按鍵、LED燈、七位數(shù)碼管等，通過軟件進(jìn)行控制[5]。

MCS-51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行I/O口、串行口和中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。

3.2 測量電阻電路的設(shè)計(jì)

由于555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，只需外接少量R、C元件，就可以構(gòu)成多諧、單穩(wěn)及施密特觸發(fā)器[6]。電阻的測量采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)算被測電阻的大小。

555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：

參考文獻(xiàn)

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[2] 張毅剛.MCS―51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997

[3] 余孟嘗主編，清華大學(xué)電子學(xué)教研組編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M].3版.高等教育出版社，2010

篇7

電容器檢測方法主要分為三個(gè)大類：可變電容器的檢測、電解電容器的檢測、固定電容器的檢測。

1、可變電容器的檢測

A用手輕輕旋動(dòng)轉(zhuǎn)軸，應(yīng)感覺十分平滑，不應(yīng)感覺有時(shí)松時(shí)緊甚至有卡滯現(xiàn)象。將載軸向前、后、上、下、左、右等各個(gè)方向推動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸不應(yīng)有松動(dòng)的現(xiàn)象。

B用一只手旋動(dòng)轉(zhuǎn)軸，另一只手輕摸動(dòng)片組的外緣，不應(yīng)感覺有任何松脫現(xiàn)象。轉(zhuǎn)軸與動(dòng)片之間接觸不良的可變電容器，是不能再繼續(xù)使用的。

C將萬用表置于R×10k擋，一只手將兩個(gè)表筆分別接可變電容器的動(dòng)片和定片的引出端，另一只手將轉(zhuǎn)軸緩緩旋動(dòng)幾個(gè)來回，萬用表指針都應(yīng)在無窮大位置不動(dòng)。在旋動(dòng)轉(zhuǎn)軸的過程中，如果指針有時(shí)指向零，說明動(dòng)片和定片之間存在短路點(diǎn);如果碰到某一角度，萬用表讀數(shù)不為無窮大而是出現(xiàn)一定阻值，說明可變電容器動(dòng)片與定片之間存在漏電現(xiàn)象。

2、固定電容器的檢測

A檢測10pF以下的小電容因10pF以下的固定電容器容量太小，用萬用表進(jìn)行測量，只能定性的檢查其是否有漏電，內(nèi)部短路或擊穿現(xiàn)象。測量時(shí)，可選用萬用表R×10k擋，用兩表筆分別任意接電容的兩個(gè)引腳，阻值應(yīng)為無窮大。若測出阻值(指針向右擺動(dòng))為零，則說明電容漏電損壞或內(nèi)部擊穿。

B檢測10PF～0.01μF固定電容器是否有充電現(xiàn)象，進(jìn)而判斷其好壞。萬用表選用R×1k擋。兩只三極管的β值均為100以上，且穿透電流可選用3DG6等型號硅三極管組成復(fù)合管。萬用表的紅和黑表筆分別與復(fù)合管的發(fā)射極e和集電極c相接。由于復(fù)合三極管的放大作用，把被測電容的充放電過程予以放大，使萬用表指針擺幅度加大，從而便于觀察。應(yīng)注意的是：在測試操作時(shí)，特別是在測較小容量的電容時(shí)，要反復(fù)調(diào)換被測電容引腳接觸A、B兩點(diǎn)，才能明顯地看到萬用表指針的擺動(dòng)。

C對于0.01μF以上的固定電容，可用萬用表的R×10k擋直接測試電容器有無充電過程以及有無內(nèi)部短路或漏電，并可根據(jù)指針向右擺動(dòng)的幅度大小估計(jì)出電容器的容量。

3、電解電容器的檢測

A因?yàn)殡娊怆娙莸娜萘枯^一般固定電容大得多，所以，測量時(shí)，應(yīng)針對不同容量選用合適的量程。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，1～47μF間的電容，可用R×1k擋測量，大于47μF的電容可用R×100擋測量。

B將萬用表紅表筆接負(fù)極，黑表筆接正極，在剛接觸的瞬間，萬用表指針即向右偏轉(zhuǎn)較大偏度(對于同一電阻擋，容量越大，擺幅越大)，接著逐漸向左回轉(zhuǎn)，直到停在某一位置。此時(shí)的阻值便是電解電容的正向漏電阻，此值略大于反向漏電阻。實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)表明，電解電容的漏電阻一般應(yīng)在幾百kΩ以上，否則，將不能正常工作。在測試中，若正向、反向均無充電的現(xiàn)象，即表針不動(dòng)，則說明容量消失或內(nèi)部斷路;如果所測阻值很小或?yàn)榱悖f明電容漏電大或已擊穿損壞，不能再使用。

篇8

1、電機(jī)的C線接到電容的火線；

2、電機(jī)的M線接到電容的零線；

3、電機(jī)的R線串聯(lián)電容后，接到零線上面。

篇9

[關(guān)鍵詞]電容充放電 原理 結(jié)構(gòu)

中圖分類號：R197.39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）16-0252-01

[Abstract]Capacitor charging and discharging radiation X-ray machine is an essential equipment， it has the use of flexible and convenient， simple structure， easy operation， less investment characteristics. This article describes a specific type of equipment， working principle and structural characteristics.

[Key words]Capacitor charging and discharging Principle Frame

1 概述

電容充放電X線機(jī)，是醫(yī)用診斷X線機(jī)中另一型的機(jī)器，它是將電能儲存于高壓電容器內(nèi)，通過X線管瞬間釋放電能而產(chǎn)生X線。這種機(jī)器有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

1.1 使用柵控三極X線管

電容充放電X線機(jī)的X線發(fā)生控制屬次級控制式。高壓電容器充電的同時(shí)，X線管兩端就加上了電容器的充電電壓，但不發(fā)生X線，這是因?yàn)槿龢OX線管的柵極上加有約1kV的負(fù)電位。控制X線的發(fā)生，僅控制柵極負(fù)電位的有無即可。實(shí)際上，柵極負(fù)電位的控制不是絕對的，即在柵極加有負(fù)電位時(shí)，仍有少量X線產(chǎn)生，此X線稱為潛生X線。為此，電容充放電X線機(jī)的縮光器除具有通常的遮線板外，還設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)式遮線板。在通常狀態(tài)下，它進(jìn)入X線通道，遮斷潛生X線的外漏。X線發(fā)生前將它轉(zhuǎn)出X線通道，使X線僅受縮光器的限制。

1.2 對光源的要求低

高壓發(fā)生器具有兩個(gè)大容量的高壓電容器，曝光前，由電源對電容器充電；曝光時(shí)，電容器通過X線管放電。電容器容量一般為1uF，充電開始由面板的充電按鈕控制。一般對電源的要求在220V、200W左右，在普通照明插座即可正常工作。由于高壓電容器的使用，使得X線發(fā)生時(shí)，X線發(fā)生裝置主電路與外電源脫離關(guān)系，所以，X線的輸出不受電源波動(dòng)的影響，X線的發(fā)生也不會引起電源的波動(dòng)。X線管的燈絲電路和控制電路是一直由電源供電的。由于這種X線裝置設(shè)有mAs限時(shí)器，即使X線發(fā)生時(shí)偶然的電源波動(dòng)引起燈絲溫度變化，最終的X線輸出也會自動(dòng)得到補(bǔ)償。

1.3 具有尾波切斷功能， 免了軟射線的影響

隨著X線的產(chǎn)生，電容器經(jīng)X線管放電，電容器兩端的電壓逐漸下降，即千伏值降落越甚。管電壓在35kV以下所發(fā)生的X線都屬于軟射線，對攝影效果作用不大，但卻增加了病人的受照劑量。所以，該設(shè)備上設(shè)有35kV以下自動(dòng)切斷曝光的功能。

1.4 可獲得快速攝影效果， 攝影速度可達(dá)到0.001s。

1.5 放電電流無波動(dòng)， X線輸出量大于相同規(guī)格的單相或三相全波整流式X線機(jī)。

1.6 控制電路簡單，操作方便。

雖然它具有上述優(yōu)點(diǎn)，但由于早期技術(shù)水平所限，在設(shè)計(jì)理論及制造工藝等方面都存在著很多不足之處，直到20世紀(jì)60年代末電容沖放電X線機(jī)才逐漸完善。在這期間相繼研制并投放市場的有：胸部間接攝影移動(dòng)式X線機(jī)；病房移動(dòng)式X線機(jī)等。以后又和電視系統(tǒng)相結(jié)合，研制成快速心血攝影機(jī)

2 基本結(jié)構(gòu)

電容充電式X線機(jī)，主要是依靠小容量高壓變壓器對高壓電容器充電，當(dāng)電壓達(dá)到一定數(shù)值后，高壓電容器所積蓄的電荷，通過X線管放電，即產(chǎn)生X線。再次充電后既可進(jìn)行第二次放電，而第二次充電比第一次充電時(shí)所需功率少，只需補(bǔ)足放電所耗功率即可。其組成的方框圖如下所示。

2.1 高壓發(fā)生器

包括高壓變壓器、X線燈絲加熱變壓器、高壓歸整流器及充電保護(hù)電阻。為了高壓絕緣和防震，將這些元件均裝入一個(gè)油浸的鐵箱內(nèi)。

2.2 高壓電容器箱

包括高壓電容器、殘留電荷釋放器、放電保護(hù)電阻和管電壓測量去器元件等。這些器件，也都裝在一個(gè)鐵箱內(nèi)，并注入絕緣油。移動(dòng)式電容充放電X線機(jī)，大都將高壓發(fā)生器和高壓電容器裝在同一個(gè)鐵箱內(nèi)。

2.3 控制臺

包括各類開關(guān)、測量儀表、調(diào)節(jié)器、控制電路等。

2.4 線管頭

包括柵控三極X線管、X線管套、旋轉(zhuǎn)陽極定子繞組和遮光器等。電容充放電X線機(jī)的遮光器在不攝影時(shí)其葉片完全閉合，使暗電流X線不能射出。

2.5 機(jī)械裝置

移動(dòng)式一般制成臺車型用蓄電池做能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)使臺車移動(dòng)。車船或室內(nèi)固定型，其機(jī)械裝置與一般X線機(jī)類似。

電容充放電X線機(jī)，按起結(jié)構(gòu)形式分為兩大類：一類是按其結(jié)構(gòu)形式分巡回移動(dòng)電容充放電X線機(jī)，另一類是胸部、胃腸普查用固定型間接攝影X線機(jī)。兩者結(jié)構(gòu)原理大致相同，只是使用目的的不同，機(jī)件結(jié)構(gòu)形式有些差異。巡回移動(dòng)式電容充放電X線機(jī)，在大醫(yī)院中可作為病房內(nèi)巡回診斷攝影用。而胸部胃腸普查用間接攝影機(jī)，系將高壓電容器、高壓變壓器、控制臺、X線機(jī)、攝影機(jī)以及一些其他附件、均裝在車船上或醫(yī)院的普查的診斷室，用于團(tuán)體檢查。

參考文獻(xiàn)

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[2] 黃殿中.醫(yī)學(xué)影像學(xué)發(fā)展與技術(shù)設(shè)備[J].醫(yī)療裝備，2007，4：51-52.

篇10

[關(guān)鍵詞]電容式電壓互感器（CVT） 自激法 正接線 反接線

中圖分類號：TM451 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）43-0133-01

前言

介質(zhì)損耗是測量CVT絕緣好壞手段，CVT絕緣受潮，老化內(nèi)部損傷都可以通過tanδ值反應(yīng)，測量同時(shí)可測出電容值并反應(yīng)CVT內(nèi)串聯(lián)電容器組及連接部位是否牢固有無擊穿，損壞及放電現(xiàn)象。CVT分為單元式結(jié)構(gòu)和整體式結(jié)構(gòu)，其中整體式結(jié)構(gòu)有整體封閉式和瓷套上引出分壓電容抽頭兩種類型，下文中將針對不同結(jié)構(gòu)CVT介紹正接線，反接線和自激法，根據(jù)中國《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》對測量結(jié)果做出判定。

電容式電壓互感器CVT主要由電容部分和電磁部分組成，電容部分由主電容器組（C1）和分壓電容器（C2）構(gòu)成電容分壓器，電容器之間會有分壓抽頭引出以方便介損測量。電磁部分由中間變壓器（T1），補(bǔ)償電抗器（L），阻尼器（R0），保護(hù)間隙（P）組成。工作時(shí)，一次電壓通過CVT中的電容分壓器將一次高壓將低到一定水平通過后面的中間變壓器處理轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┒卧O(shè)備保護(hù)，測量，計(jì)量用的小電壓，這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)從一次側(cè)看CVT呈容性可有效避免如串級式電壓互感器（電磁式互感器一次呈感性）與電源側(cè)開關(guān)斷口電容結(jié)構(gòu)形成諧振回路防止了諧振過電壓出現(xiàn)。電容分壓器（C2）的低壓端（δ）與地之間可接入載波耦合器（J）它的阻抗值在工頻（50Hz）時(shí)極小可視為短路，δ端在不作載波通訊時(shí)必須接地。為補(bǔ)償電容分壓器（C2）的容性阻抗串入補(bǔ)償電抗器（L）使CVT在工頻下回路中電感和分壓電容的等效電容處于諧振中從而減小CVT回路自身的阻抗提高了測量精度和帶負(fù)荷的能力。中間變壓器（T1）工作在磁化特性線性段輸出低電壓供給保護(hù)與測量設(shè)備其低壓端（Xt）在設(shè)備運(yùn)行時(shí)與接地端短接并禁止開路，阻尼器（R0）起抑制鐵磁諧振保護(hù)設(shè)備絕緣作用它并聯(lián)在二次繞組（af，xf）中，該繞組提供零序保護(hù)電壓額定輸出100V也稱剩余電壓繞組用作高壓輸電線路某相出現(xiàn)單相接地時(shí)給保護(hù)器零序電壓報(bào)警。其余幾個(gè)繞組可根據(jù)準(zhǔn)確度分別使用‘0.2’級用作電能計(jì)量，‘3P’級用作繼電保護(hù)額定輸出電壓都為‘100/√3’V。 根據(jù)疊裝式CVT的兩種結(jié)構(gòu)型式：整體封閉和有分壓抽頭引出。分別針對不同結(jié)構(gòu)介紹不同的現(xiàn)場停電測量方法。

1、自激法

對整體封閉式電容式電壓互感器因?yàn)闆]有分壓抽頭引出常規(guī)測量法已不能使用。用AI-6000E自動(dòng)變頻介損測試儀進(jìn)行試驗(yàn)，被試品型號：TYD2 110/√3―0.01H桂林電力電容器廠，測量電壓由剩余繞組（af xf）施加，這一繞組中并聯(lián)有阻尼電阻（R0）可防分壓電容與電感（L）形成諧振回路產(chǎn)生的過電壓，中間變壓器（T1）作為試驗(yàn)變壓器從剩余繞組施加電壓產(chǎn)生激磁在一次側(cè)感應(yīng)出高壓作為測量用電壓用來測量主電容，分壓電容和耦合電容器的tanδ值和電容值。從剩余繞組加壓除并聯(lián)有阻尼電阻可防過電壓損傷絕緣外還因?yàn)槔@組容量大于電橋消耗功率考慮到電容器串聯(lián)單元，介損測量時(shí)的電壓效應(yīng)，大容量二次繞組試驗(yàn)時(shí)可施加更高電壓測量出的結(jié)果更真實(shí)。實(shí)際測量時(shí)應(yīng)將一次線與避雷器拆開，懸空并根據(jù)二次繞組絕緣水平選擇施加電壓2.5KV。

2、正接線

對有分壓抽頭引出的CVT進(jìn)行介損測量如被試品兩端對地絕緣時(shí)使用此方法，這種方法易于排除高壓端對地雜散電流帶來的誤差，對電容量測量誤差較小，抗干擾性較強(qiáng)。試品型號：TYD 110/√3-0.01H試驗(yàn)前應(yīng)拆除與避雷器相連一次線，從二次繞組分壓電容低壓端‘δ’上施加電壓，‘δ’端應(yīng)獨(dú)立懸空，其余繞組短接并接地。施加試驗(yàn)電壓時(shí)電橋處于低電位，試驗(yàn)電壓不受電橋絕緣水平限制，實(shí)驗(yàn)電壓規(guī)定為10kv以內(nèi)根據(jù)加壓繞組絕緣水平常采用8kv試驗(yàn)電壓。

3、反接線

對于有分壓點(diǎn)引出的CVT還有一種方法進(jìn)行測量如被試品只有一端接地時(shí)采用，這種試驗(yàn)方法測量時(shí)電橋處于高電位試驗(yàn)電壓受電橋絕緣水平限制，高壓端對地雜散電流不易消除，干擾效大，為減少干擾提高測量精度降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)可選擇從二次繞組加壓。如上圖右所示，試驗(yàn)前一次繞組與避雷器的連線應(yīng)拆開并掛上接地線保證其線路上工作人員的安全，試驗(yàn)電壓從二次繞組‘δ’端施加，‘δ’端應(yīng)獨(dú)立并懸空，其余繞組短接并可靠接地，考慮到繞組絕緣水平施加試驗(yàn)電壓應(yīng)小于4kv工作中選擇2kv作為試驗(yàn)電壓。

案例分析：2012年5月初，在外線維修組完成線路檢修后玉溪鋼鐵廠110kv降壓站九龍線‘Ι回’復(fù)電，中控室發(fā)現(xiàn)三相電壓采樣值不一樣。其中AC相都為110kv上下，B相在97～102kv之間做無規(guī)律變動(dòng)，聯(lián)系電調(diào)和上一級寶峰變詢問110kv側(cè)電壓回復(fù)均為正常，排除上一級故障。進(jìn)一步檢查端子箱用萬用表測量電壓發(fā)現(xiàn)采樣回路B相電壓低于額定值（100/√3），再查綜合保護(hù)器電壓回路B相電壓也低于額定值，且保護(hù)定值未被改動(dòng)保護(hù)動(dòng)作未觸發(fā)通信無異常，排除保護(hù)器故障。最后懷疑B相CVT內(nèi)部故障，申請停電試驗(yàn)。

預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)（溫度：10度 相對濕度>35% 載波耦合電容C：9.97nF tanδ：0.052%

高壓電容C1：12.48nF tanδ：0.057% 分壓電容C2：60.05nF tanδ： 0.055%）

數(shù)據(jù)分析和整改建議：試驗(yàn)采用自激法進(jìn)行測量由于當(dāng)天氣溫低濕度大故測出的tan δ值比出廠值要大但符合標(biāo)準(zhǔn)，對比電容值發(fā)現(xiàn)分壓電容C2電容量已超出額定值10%，考慮到二次采樣電壓與中間變壓器變比，分壓電容器電容量大小有關(guān)，二次電壓降低但并未完全失壓且有波動(dòng)可以排除中間變壓器一次側(cè)故障重點(diǎn)排查中間變壓器二次繞組引出線是否有斷線或接地，分壓電容器C2是否短路，有放電現(xiàn)象。返廠維修發(fā)現(xiàn)電容器元為紙介質(zhì)在安裝時(shí)介質(zhì)有破損并有水份滲入在投運(yùn)后在系統(tǒng)短時(shí)過電壓沖擊下發(fā)生過局部放電現(xiàn)象，經(jīng)過一段時(shí)間出現(xiàn)個(gè)別電容元件擊穿所以出現(xiàn)二次采樣電壓低于額定值。

整改方案：由于CVT電容量變化是一個(gè)量變到質(zhì)變的緩慢過程且初期變化量小不易發(fā)現(xiàn)，所以值班人員密切監(jiān)視采樣值做好當(dāng)班記錄并修改上位機(jī)增加采樣曲線日記錄功能，以便日后做對比掌握發(fā)展規(guī)律。日常停電維修中禁止使用水管對CVT外表面進(jìn)行沖洗防止水份沿安裝縫隙浸入二次繞組及內(nèi)部元件，引起短路，接地故障。有條件時(shí)，可用酒精對二次繞組瓷套進(jìn)行擦拭以消除水氣，防止元件受潮老化。

參考文獻(xiàn)

[1] 王寅仲，陳天翔?電氣試驗(yàn)（第四版），中國電力出版社，2005年.