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塑膠薄膜內部結構

1.薄膜/箔結構

塑膠薄膜內部結構


薄膜/箔結構主要用于電容較小的電容器(100pF~0.1μF),這種結構的優點是金屬箔電極容易接觸,脈沖強度好。
此類電容器的介質膜擊穿會導致短路,從而故障。

為了避免電介質中的薄弱點造成的擊穿,所選的絕緣膜總是比根據材料的特定擊穿強度確定的值理論上所要求的厚度要厚。小于4μm的薄膜不用于此類電容器,因為其薄弱點比例較高。

絕緣膜越厚,對尺寸和材料的使用都有不利的影響。為了獲取特定容量,用較厚的絕緣膜,薄膜的長度也必須做出量的增加。因此,絕緣膜越厚,繞組元件的體積就越大。
當薄膜的上下表面出現凹陷時,就會出現一個薄弱點。電介質的厚度必須足以達到所需的擊穿強度。

優點:由于焊接導線與金屬箔電極接觸良好,因此具有較高的脈沖負載能力。


2.金屬化結構
塑膠薄膜內部結構

金屬化類型的結構,也使得可以制造出更小尺寸的大容值電容器(0.01μF~100μFandlarger),對于金屬化電容器,絕緣膜上真空鍍鋁(~0.03μm)作為導電電極,在擊穿的情況下,短路電流會導致金屬涂層在故障點周圍蒸發,而不會降低電介質的質量,形成絕緣區域,電容器保持完好(自愈)。由此引起的幾個pF的電容損失并不重要。采用金屬化電容器,可充分利用絕緣膜的擊穿強度。在電容器的生產過程中,薄弱環節被治愈了。這使得使用厚度小于1μm的最超薄絕緣膜成為可能。與金屬化電容器的小尺寸和自愈特性的優點相比,由于較薄的真空鍍膜金屬層,存在有限的電流負載能力的缺點。

優點:金屬化結構具有最有利的容量/體積值。


3.脈沖應用的金屬化結構

塑膠薄膜內部結構

額定(直流)電壓:250Vdc、400Vdc


塑膠薄膜內部結構

額定(交流)電壓:630Vdc、1000Vdc、1600Vdc、2000Vdc


為了克服單面金屬化電容器電流負載能力有限的缺點,威迪為高脈沖應用開發了特殊的金屬化版本,其中介質膜上不直接蒸鍍(金屬化)電極,而塑料薄膜的兩面被真空蒸鍍上鋁,該雙面金屬膜與絕緣膜(介質膜)共同卷起,就像薄膜/金屬箔電容器一樣。

通過噴涂金屬並形成接觸,將載體膜上的兩個金屬層作為導體連接在一起。因此,載體膜處于無磁場空間,其介電性能不重要(無磁場空間中的膜),并且故障的自愈過程發生在該雙面膜上。由于兩面都有金屬化,這種類型的電容器具有與單面金屬化電容器相同的良好自愈性能,雙面金屬化還有更好的導電能力和接觸性的優勢。

這些電容器能夠承受非常高的脈沖電流,并且只比單面金屬化電容器的體積稍大。

它們在關鍵應用中具有很高的操作安全性。


優勢:
高脈沖負載能力,由于良好的雙面金屬層與噴金層的接觸。

良好的自愈性能,得益于載體膜處于無磁場空間。


4.帶金屬化電極載體的薄膜/箔結構

塑膠薄膜內部結構


由于其帶金屬化電極載體薄膜/箔結構,這種電容器類型適合于最高電流負載。電容器為串聯結構,載流電極由兩個金屬箔和一個作為“浮動電極”的金屬化載膜組成。

在絕緣和粘合之后,導線與繞組元件的所有邊緣連接。浮動電極僅通過電容耦合傳輸電流。通過這種方式,自愈合的優點(通過金屬化浮動電極)與金屬箔異常安全結合的優點結合在一起。由于串聯,電暈起始電壓的值增加了一倍。

以這種方式構造的電容器適用于具有最大運行安全性的非常高的額定電流。


優勢:

由于良好的結合(金屬箔電極和金屬化電極載體膜),因此具有最高的脈沖負載能力。

金屬化載體膜浮動電極具有良好的自愈合性能。

由于串聯,電暈起始電壓值增加了一倍。


5.金屬化電容器的自愈過程
即使是最好的塑料薄膜,如陶瓷材料,也不是沒有針孔的。然而,對于金屬化薄膜電容器,可以通過施加比額定電壓高得多的電壓來消除這些故障。這個過程被稱為自愈,實際上使“零缺陷電介質”成為可能。

塑膠薄膜內部結構圖1:自愈過程的示意圖、圖2:自愈過程后的絕緣區域自愈過程是由電擊穿開始的,大約需要10-8秒。在擊穿通道中,電介質被轉變成一個高度壓縮的等離子體,該等離子體被推出通道并將電介質層壓開(如圖1)。

在擴散的等離子體中,放電繼續在金屬電極上進行。溫度約為6000K,在原始故障點周圍形成絕緣區域(如圖2)。這種自愈過程需要幾微秒,在更大的電壓損失發生之前,等離子體中的放電已經停止。這種等離子體的快速熄滅是必要的,以避免進一步損壞靠近故障點附近的電介質層。

各層之間的壓力不能太大,這樣等離子體就可以從擊穿通道迅速擴散出去。大部分等離子體進入低場強區域。

自愈過程的完美過程取決于金屬鍍層的厚度、化學成分和施加電壓的速率;這里,除了化學成分外,生產條件還必須為最佳自愈提供先決條件。

自愈行為作為質量標準。

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