Nguyên nhân khiến tụ điện xung cao áp-lão hóa

Tụ điện xung điện áp cao{0}}là thành phần chính trong hệ thống điện tử công suất và được sử dụng rộng rãi trong máy phát laser, nguồn năng lượng xung, tạo hình điện từ, thiết bị y tế và máy gia tốc hạt, cùng nhiều thiết bị khác. Đặc tính làm việc của chúng là chịu được sự thay đổi tốc độ dòng điện và điện áp cực cao trong một khoảng thời gian rất ngắn. Tuy nhiên, giống như các tụ điện khác, chúng chắc chắn sẽ bị suy giảm hoặc lão hóa hiệu suất trong quá trình hoạt động lâu dài.

Ⅰ. Lão hóa ứng suất điện: Yếu tố trực tiếp nhất

⑴ Phóng điện cục bộ: Đây là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng lão hóa ở-tụ điện cao áp.

Cơ chế: Khi có bọt khí, tạp chất bên trong chất điện môi của tụ điện hoặc nếu cường độ điện trường ở các cạnh điện cực tập trung quá mức thì cường độ điện trường tại các khu vực này sẽ vượt quá cường độ trường đánh thủng cục bộ của môi trường. Kết quả là xảy ra sự cố và sự cố nhỏ, lặp đi lặp lại, được gọi là phóng điện cục bộ.

⑵ Quá điện áp:

Quá điện áp: Ngay cả một hoạt động quá điện áp ngắn cũng có thể vượt quá giới hạn dung sai của môi chất, trực tiếp gây ra hư hỏng cách điện và đẩy nhanh đáng kể quá trình lão hóa.

II. Lão hóa do căng thẳng nhiệt: Kẻ giết người mãn tính của hiệu suất

⑴ Làm nóng tổn thất điện môi: Tụ điện tạo ra nhiệt do tổn thất điện môi dưới tác dụng của điện trường xoay chiều. Trong các ứng dụng xung điện áp cao{1}}, điện áp (U) cực kỳ cao và mặc dù tần số (f) không cao nhưng lượng nhiệt sinh ra vẫn đáng kể.

⑵ Tổn thất ESR và sinh nhiệt: Điện trở nối tiếp tương đương (ESR) của tụ điện tạo ra nhiệt lượng joule khi truyền qua dòng điện xung lớn (Ipulse). Đây là nguồn sinh nhiệt chính cho tụ điện xung.

⑶ Hiệu ứng tích tụ nhiệt: Nếu nhiệt lượng sinh ra lớn hơn nhiệt lượng tiêu tán thì nhiệt độ bên trong tụ điện sẽ tiếp tục tăng. Nhiệt độ cao sẽ: làm giảm độ bền cách điện của chất điện môi. Đẩy nhanh các phản ứng phân hủy hóa học trong chất điện môi.

III. Lão hóa hóa học và vật lý của vật liệu điện môi

⑴ Sự xuống cấp của vật liệu điện môi: Các vật liệu polyme thường được sử dụng như màng polypropylen (BOPP) có thể bị đứt chuỗi phân tử, liên kết chéo hoặc oxy hóa khi tiếp xúc với điện trường trong thời gian dài-, dẫn đến sự suy giảm dần các đặc tính điện môi.

⑵ Lão hóa chất ngâm tẩm: Chức năng của chất ngâm tẩm là lấp đầy khoảng trống giữa các màng, tăng cường khả năng chịu áp lực và cải thiện khả năng tản nhiệt. Tuy nhiên, chất ngâm tẩm sẽ dần dần bị oxy hóa, polyme hóa hoặc hấp thụ độ ẩm, dẫn đến giảm hằng số điện môi và hiệu suất cách điện, đồng thời mất tác dụng bảo vệ.

⑶ Ăn mòn điện hóa: Sự xâm nhập của hơi ẩm và oxy là kẻ thù của tụ điện. Chúng sẽ trải qua các phản ứng điện hóa với các điện cực của màng kim loại hóa (thường là lớp nhôm{1}}kẽm), dẫn đến ăn mòn và bay hơi điện cực, biểu hiện là sự sụt giảm đều đặn của điện dung (C) và tăng điện trở nối tiếp tương đương (ESR). Đây là chế độ lão hóa chính khi khả năng "tự phục hồi" của tụ điện màng kim loại đã cạn kiệt.