电介质充放电系统
产品功能
产品功能储能电介电放电行为
产品特点
产品参数
○●  PRODUCE FUNCTION
○●  DIELECTRIC DISCHARGE BEHAVIOR
○●  PRODUCE FEATURES
○●  PRODUCE PARAMETERS
      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。
      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max放电速度和max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。
      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。一旦样品完全充电,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(介电常数在较高频率或较短放电时间下变得较小)。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。
      在实际应用中,当电介质或电容器充电后,存储的能量被放电到外部负载,放电过程由负载、电工互连和电容器组成的整个电路决定,有时甚至电缆的长度变化也会强烈的影响放电过程、电压和电流波形。因此P-E回滞测量的放电条件与实际实用中的放电条件明显不同,并且在实际应用中从P-E回滞环获得的能量密度可能偏离(通常高于)真实的放 电能量密度。       为了评估介电材料在类似于现实应用的放电条件下的性能,另一种测试方式用于测量介电材料的储能特性。在测量过程中,首先将介电材料充电到给定的电压,然后,将电容器中的存储的能量放电到外部负
载,如上图(1),经测试的介电材料可以建模为理想的无损耗电容,与电阻{等效串联电阻(ESR)}串联,代表介质材料的损耗。很容易看出,当外部负载电阻RL》ESR时,大部分储存的能量将通过ESR(电介质材料tanδ 、电极和连接电缆的电阻等)消散,并且来自RL测量的能量密度将远远小于存储的能量密度(快速放电)。因此,如果RL》ESR,介质电容器的放电效率将取决于负载条件,并且可以非常高。RL的选取影响着测试的放电速度。较大的RL意味着较大的RLC常数(C是材料的电容)较慢的放电速度。在测试中,尽管可以固定RL,但是介电材料的电容是可能不是恒定的,因为材料介电性能具有场致依赖性。无论怎样,总是可以使用负载电阻和弱场电容来估算放电速度,并选择负载电阻进行测试。
技术概述 / Technical Overview
典型的测试电路 / Typical Test Circuit
利用放电电路进行测试 / Discharge Circuit
序言 / Preamble
扩展性强
数据采集
可用作极化材料
疲劳测试
放电电流高
可作为信号源
寄生电容小,动作时间短
电流电压
适用多种样品测试
变温测试
两种测试模式
可外接高压放大器或高压直流电源;
通过示波器采集数据,并能直接计算
储能密度;
可用于极化材料之用;
可以进行疲劳测试;
通过电流探头检测放电电流,可达100A;
可以作为一个信号源,产生任意波形;
本系统采用特殊高压开关,通过单刀双掷控制充电和放电过程,开关可以承受10kV高压,寄生电容小,动作时间短;
电压10kV,电流5mA。
定制载样平台,可适用于陶瓷和薄膜样品测试;
可以进行变温测试,RT~250℃;
实现欠阻尼和过阻尼两种测试模式,欠阻尼测试时,放电回路短路,不使用电阻负载,过阻尼测试时,使用较大的精度高的无感电阻作为放电负载;