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日期:2024-11-04浏览:169次
Huace-DCS10KV电介质充放电测试系统主要用于研究介电储能材料高电压放电性能。目前常规的方法是通过电滞回线计算高压下电介质的能量密度,测试时,样品的电荷是放回到高压源上,而不是释放到负载上,通过电滞回线测得的储能密度一般会大于样品实际释放的能量密度,无法正确评估电介质材料的正常放电性能。华测Huace-DCS10KV储能电介质充放电系统采用专门设计的电容放电电路来测量,测试电路如下图所示。在该电路中,首先将介电膜充电到给定电压,之后通过闭合高速MOS高压开关,存储在电容器膜中的能量被放电到电阻器负载的原理设计开发,更符合电介质充放电原理。
典型的测试电路
华测Huace-DCS10KV储能电介质充放电系统采用专门设计的电容放电电路来测量,测试电路如下图所示。在该电路中,首先将介电膜充电到给定电压,之后通过闭合高速MOS高压开关,存储在电容器膜中的能量被放电到电阻器负载。在放电过程中电压对样品的时间依赖性可以通过检波器进行记录。介电材料的储能性能通常取决于放电速度,可通过改变负载电阻器的电阻来调节。通常测试系统中装了具有不同电阻的电阻器。在测试过程中,用户需要选择电阻器或几个电阻器的组合获得所需的电阻,并将电阻器或电阻的组合连接到测试的电介质材料。在该电路中,选择高压MOSFET开关以释放储存的能量非常重要。该开关限制电路的最大放电速度和最大充电电压。本套测试系统由放电采集电路、高压放大器或高压直流电源和控制计算机构成。在测试中,测试人员需要通过选择合适的电阻来确定测量的放电速度,测试样品上的电压可以由计算机自动获得。
利用放电电路进行测试
与P-E回滞测量类似,在放电测试之前,应在介电材料的表面制备导电电极,还应测量可用于估计测试的放电速度的弱场介电特性。因为在测试中经常涉及几千伏的高电压,所以介电材料通常浸入硅油中。测试者应该确定他们感兴趣的放电速度。放电速度可以通过样品的低场电容C和负载电阻RL(RLC常数)粗略计算。一旦确定了期望的放电速度,就可以选择负载电阻器并将其连接到测试样品,然后将充电电压施加到介电材料。一旦样品全部充电,然后通过按下电路盒上的放电按钮关闭高速开关,将储存的能量释放到负载电阻器,电阻器上电压的时间依赖性就可由计算机自动记录。
在此将以P(VDF-TrFE-CFE)三元共聚物(63/37/7.5)作为示例材料,来演示如何解释放电结果。使用上图所示的电路,表征三元共聚物对负载电阻器的放电行为。使用时间相关的电压数据公式,可以计算放电能量密度的时间依赖性。图中显示了三元共聚物中不同充电电场的1MΩ负载的放电能量密度随时间的变化。总放电能量密度与从单极P-E回路推导出的能量密度相当。这里使用薄膜样品的电容在1kHz下测量为约1nF。对几种三元共聚物膜样品进行表征发现,由于极化响应的非线性和频率依赖性,三元共聚物的放电特性不能简单地通过RC常数来描述,其中R是电阻(R=RL+ESR)假设电容器电容不随频率、电场和RC电路和RC电路的时间常数(τ=RLC+ESRXC)变化,如果RL>ESR,可以忽略ESRXC,,则放电能量密度与时间的关系如下: Uc(1)=UD(1-e-(21/t)) 式中,UD为放电能量。
为了便于比较,使用1nF的电容和1MΩ的负载电阻,利用公式来估算能量放电时间。70%能量释放所需理论放电时间为0.6ms,50%能量释放所需理论放电时间为0.35ms。而实验中,这两种能量释放所需放电时间分别为0.66ms和0.3ms。估计值和测量值之间的差异反映了非线性[有效介电常数在高场(>100MV/m)变小]和介电响应的频率依赖性(介电常数在更高频率或更短放电时间下变得更小)。此外,ESR在高频(或短放电时间)下很小,并且在放电后时间变
长。
对于相同的三元共聚物薄膜电容器,其他负载电阻((RLL分别为100kΩ和1kΩ)下放电能量密度如图所示。正如预期的那样,减小的RL会缩短放电时间。然而,仔细检查实验数据发现,放电时间的减少与RL的减少不成比例。