不同介质及其搭配方式对电容器性能的影响
本文介绍膜、纸(一膜一纸、二膜一纸、一膜二纸、二膜三纸)复合介质和全膜,(二膜、三膜)介质结构和介质搭配方式,给出了用烷基苯浸债小样品的局部放电特性,交直流瞬时击穿电压、击穿电压与击穿时间关系等特性,推荐全膜芯子压紧系数、注油温度等。 电气性能优良的聚丙烯薄膜的出现,为电容器的生产带来美好的前景。目前电容器的生产正处在更新换代的时代,国外如美国、日本都生产全膜电容器,而国内多生产膜、纸复合电容器,正在试制全膜电客器。在复合介质和全膜电容器中,如何选择介质和介质搭配,必须对不同介质材料和不同介质材料搭配的小样品性能进行研究,如局部放电特性,交直流击穿电压、击穿电压与击穿时间的关系、在电热作用下介质稳定性实验和老化气体分析等。只有对上述实验结果进行分析,才能较正确地选择合适的介质结构和介质搭配方式,以及电容器的工作参数、浸渍工艺,从而提高电容器的性能。 (S膜)三纸结构小样熄灭电压分散性大。一膜二纸结构小样品的熄灭电压比二膜一纸结构...&
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电容器是可能的,试验的结果还指出,在不久的将来可以实现E二55V/林的目标。三)制造技术二)引言 随着节能的需要,对全膜电容器的兴趣正日益增大。这是因为全膜电容器的介质损耗低于膜/纸复合介质的一半。此外,由于电容器的工作场强可以大大提高,其比特性的提高也就得以实现。然而,这带来了新的有关耐局部放电的一些制造问题。局部放电是全膜电容器设计的限制因素。为此进行了试验研究,以确定设计场强高于常用数值的电力电容器的可行性。 通过对由箔较短的全尺寸元件组成的电容器试品进行试验,研究了各种不同的介质组成不同占空系数和不同的结构,得出了主要介质性能(损耗因数、起始局部放电电压、由暂态过电压引起的局部放电的发展情况)。列出了持久过电压试验的结果,此项试验是用来检验电容器在运行中特别是在瞬时过电压下耐受可能受到的场强的能力的。 在上述这些试验的基础上试制了几台电压为gKV,容量为200千乏的样品电容器,并经受了与模型电容器相同的试验。试验证明,制...&
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电容器是电气设备中的重要元件之一,在使用时,加在电容器两极上的电压不能超过极限电压(即击穿电压)。否则,电容器介质会被击穿,以致电容器损坏。中学生对电容器击穿造成的后果毫无感性认识,因此在教学中做一次在击穿电压下的电容器实验,很有必要。现将实验装置和演示方法等介绍如下。 一、实验装里和演示方法实验装置和器材的主要规格如图所示。爵下列现象: 1。安培计的示数不再为零,而是逐渐增加,这表示电容器的电介质被击穿,到2安培左右,伏特计的示数已达到了击穿电压。‘ 2.电容器铝筒封口破裂,}司时发出“崩”声,所谓“放炮”现象。 3.铝筒高速飞出,可达两米远。 4.会观察到电容器中的电解液,由于电流的热效应而汽化成一团白雾升起。 5.长条形的铝质电极和纸...&
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1前言自西安电力电容器厂于1986年研制成功我国第一台全膜集合式并联电容器BFMH11/－3334－1W已达十一年了，在这十余年间西容厂经过不懈的努力，在集合式、箱式电容器领域制造出多种在国内电容器行业处于领先水平的产品，这些产品填补了国内空白，技术性能先进、用户使用维护方便，为我国电力电容器事业的发展，做出了突出贡献。1989年为青海西宁轧钢厂生产了我国第一台全密封35kV绝缘等级的高原型箱式电容器BFM38．5－1500－3WG，该产品内部单元不带小外壳，为全膜固体介质，波形板外壳，全密封结构，内藏放电线圈，外形见图IO1990年研制出BFM42－1667－ITHW型全膜箱式电容器，极间电压为国内最高，用于尼泊尔王国拉罕工程132kV系统，总容量10MvarX2，为成套装置，此产品为国内今后在110kV、220kV系统直接进行无功补偿奠定了基础。1993年年底研制出我国第一台全密封35kV绝缘等级的集合式电容器，型号为BFM...&
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国外电容器行业的动向给我们的一些启示西安交通大学严璋国内电容器行业这几十年来有了很大的发展，通过各单位的努力，不但产量大大增长，材料、工艺也有了很多更新，因此在品种方面已相当齐全，可以说已与国外相近了。无论是高压全膜、低压自愈、还是集合式或成套装置等，都已大量投产而且得到用户的肯定。因此，我国已是个电容器生产的大国。可是，从绝大多数电容器厂的人均产值及经济效益等来看，仍远远落后在发达国家之后。有些厂的生产条件并不差，可是产品质量不稳定，效益也相当低，其中问题究竟何在？１９９４年去日本主持学术会议之际，应邀去日新等厂作报告；在京都看了日新的电容器生产过程，如同过去在美国等所见到的那样，厂房面积比我们几个大厂小，特别是人员则更少；而且其厂房；工艺装置或试验条件并不都很现代化，但其人均产值远远比我们高，而且产品质量较高。据其负责人介绍：他们坚持严把质量关，全厂上下一致创名牌，决不允许以牺牲可靠性的方法来争取利润。如按他们所介绍的工作场...&
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1前言自从70年代初期美国麦克劳·爱迪生公司（现COOPER公司）在世界上首先生产高压全膜电容器以来，由于这种新产品具有损耗小、温升低、寿命长和体积小、造价低、占地省的优点，很快取代了膜纸复合介质电容器成为高压电容器的更新换代产品，到80年代初国外发达国家的电容器普遍实现了全膜化，十多年来技术水平又有了大幅度提高。我国经过消化吸收引进技术，从1986年开始生产全膜电容器并投入工业运行，十年来介质材料、设计和制造工艺有了很大进步，全膜电容器的产量占到高压电容器（含并联和滤波电容器）的20％以上，西安、上海两厂和宁波机车电容器研制中心基本实现了全膜化，桂林、锦州、无锡等厂全膜电容器的比重也在提高c在技术上，国产电容器目前仍比国外先进水平有十年以上的差距，国内外电容器技术经济指标对比见表l。2国外电容器目前技术水平现以具有世界先进水平的ABBGE、COOPER和日新公司的产品为代表介绍国外电容器的设计。制造技术。2．l主要材料2．1．...&
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对多层电介质存在时电容器性质的探讨
　　对多层电介质存在时电容器性质的探讨曲红，雷桂林（甘肃联合大学理工学院，甘肃兰州730000）有分层排布的电介质，也有分区排布的电介质的电容，这些其它中都没有讨论。　　一般的电磁学教科书中，只是对只存在一种均匀各向同性电介质进行了研究，而并未对存在几种不同电介质的电容器作探讨，本文参照1-3对存在几种电介质分层或分区放置的电容器进行了讨论，了解电容器的性质和特点。　　1求解存在几种不同电介质电容器问题的步骤明确电容器中电介质的排布类型。　　利用有电介质存在时的高斯定理，先求出各部分的D，再求E.用电容器串联法或并联法计算存在几种电介质时，电容器的各种量，找出其规律性。　　2几种电介质分层放置的电容器容器两板间的电势差，计算出"g.例1当平行板电容器没有放入介质时，对它充电至电压U0，接着切断电源，然后将三种介电常数为X，X和X的电介质依次充入电容器内，且厚度分别为力，必，和d3，求此时电容器的电容。　　解方法（一）-一多个电容器串联法。　　在三种电介质的介界处，可认为有一薄导体板存在，则电介质在电容器中产生极化电荷，如。1多个电容器串联法一一解法M首先，在每两层介质之间置一导体板，这样可将填充多层电介质的电容器看作多个电容器串联；其次，计算每一个电容器的电容G=|=最后，计算该电容器的总电容C=首先，由有电介质存在时的高斯定理计算得到各层电介质的D都相同；接着计算每层电介电介质分层排布1所示，所以有如所示，作一圆柱形闭合面S，由有介质存在时的高斯定理得ftMs=Q上式的面积分只在S0面的积分不为零，D*S0=js.。　　23若在电容器中依次分层充入n种电介质时24若在电容器中介质分层连续分布时电容C为（D为E和d包围的曲面）。　　3几种电介质分区放置的电容器这类问题用电容器并联法求解，当充入分区放置的电介质后，两极电压不变，金属板上电荷分布将发生变化。　　薄板，如*这样原电容器可等效为三个电容器并联，每一区的电容可表示为总电容为4几种电介质既分层又分区时的电容器这种更复杂的情况还没有涉及到，解决这类问题原则上先计算分层分布的每区电容，然后计算总的电容。　　电介质分层、分区排布如所示的情况，电容器介质分I区和区，每区有两种电介质，由2 2可得出I区和区的电容分别为I区与区的电容并联，电容器总电容为对于其它更复杂的情况，依同样的方法可以求解。
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伴有电介质的平行板电容器电容的计算分析
第 30 卷第 3 期 2013 年 09 月阜阳师范学院学报（ 自然科学版） Journal of Fuyang Teachers College （ Natural Science）Vol． 30 ， No． 3 Sep． 2013伴有电介质的平行板电容器电容的计算分析赵晓云（ 阜阳师范学院 物理与电子科学学院， 安徽 阜阳 236037 ）摘要： 平行板电容器是电磁学课程内容的重要组 成 部 分， 关于伴 有 电介 质 的 平 行 板电 容器 电 容的 求解 是学 生 感 到比较棘手的问题之一。本文主要针对平行板电容器内部充有均 匀 介 质 或 非 均 匀 介 质 展 开 分 析， 根据 电 容器 电 容 求解 的定 义式给出了内部充有不同介质时电容的求解结果。 关键词： 平行板电容器; 电介质; 电容 中图分类号： O441． 1 文献标识码： A 4329 （ 2013 ） 0302903 文章编号： 1004-Calculation of parallelplate capacitor with a dielectricZHAO Xiaoyun（ School of Physics and Electronics Science，Fuyang Teachers College，Fuyang Anhui 236037 ，China）Abstract ： Parallel-plate capacitor is an important part of Electromagnetism，and it is difficult for students to solve the capacitance of parallelplate capacitor with a dielectric． Parallelplate capacitor with homogeneous or inhomogeneous media was analyzed in this paper and the results about the capacitor with different media were given according to the definition of the capacitor．Key words： parallel-plate capacitor； dielectric； capacitance 电容器是由两片接近并相互绝缘的导体制成 的电极而组成的， 是储存电荷和电能的器件。 在电 磁学课程教学中， 有关电容器的介绍是其重要内容 之一， 对电容器电容的求解问题则是该部分内容的 重要组成部分 的电容器， 多数问题在计算时不要求考虑边缘效 。平行板电容器是简单而又常见 但由于极板形状或者其中填充的介质不一致 应， 时， 仍然可能导致学生在求解该类电容器电容时往 3］主要针对极板不是平面、 往难以下手， 文献［ 面 积不相等的平行板类电容器电容的求解进行了分 47］ 析， 文献［ 主要介绍了填充两种或多种与极板 平行介质的电容求解， 得到如果所填充的介质分界 面与极板平行， 则电容的求解可以采用类似电阻并 联法计算， 如果所填充的介质分界面与极板垂直， 则电容的求解可以采用类似电阻串联法求解 。0730 收稿日期： 2013基金项目： 阜阳师范学院教研项目( 2012JCJY20 ) 资助。 作者简介： 赵晓云( 1977 － ) ， 男， 硕士， 讲师。研究方向: 电磁学。［1 ， 2 ］尽管上述文献在不考虑边缘效应情形下 ， 已对 平行板电容器中填充介质的电容求解作了一定的 分析， 但在应用与教学中， 常遇到由于所填充的介 质其介电常数非均匀， 或者填充介质时介质的分界 面与极板平面既不平行、 也不垂直， 对于这类平行 板电容器电容的求解学生常感到束手无策 ， 因此为 了促进学生对电容更好地理解以及同行教师之间 有必要对平行板电容器中插入介质后电容 的交流， 的求解进行系统的讨论。1介质分界面与极板平行如图 1 ， 在极板面积为 S、 距离为 d 的空气平行 极板之间， 平行地插入一介电常数为 ε、 厚度为 t （ t ＜ d） 的各向同性均匀介质， 对于这种问题的求解， 可以将极板空间由于介质的插入分为三部分 ， 每部30阜阳师范学院学报（ 自然科学版）第 30 卷分看成一个平行板电容器， 然后其总电容就相当于 三个电容器串联。S d1 t d2总电容为 C = C1 + C2 = ε0 S （ L － l ） εlS / L + （ d － t） ε r + t dL （ 6）3介质倾斜如图 3 ， 长为 L、 极板面积为 S、 距离为 d 的空气 平行极板之间， 插入一与极板水平方向成 θ 角的各 其长为 l、 厚度为 t （ t ＜ d ） 、 介电 项同性均匀介质， 常数为 ε。A B E F C 3 D图1平行极板间插入一与极板平行介质由于极板面积为 S、 距离为 d、 其中填充介电常 数 ε 的平行极板电容器电容为 εS C = d 所以根据串联情形可得图 1 总电容满足 1 1 1 1 = + + = C C1 C2 C3 d2 （ d － t） ε r + t d1 t + + = ε0 S ε S ε0 S εS 则总电容为 C = εS （ d － t） ε r + t （ 3） （ 2）1（ 1）t2图3平行极板间插入的介质倾斜假设上、 下极板所带电量分别为 Q、－ Q， 由于 介质板的存在将极板空间分为三个区域 ， 图中分别 2、 3 表示， 3 区域 用 1、 则根据高斯定理可得图中 1 、 电场强度分别为 E1 = E3 = Q ε0 S （ 7）2介质分界面与极板垂直如图 2 ， 在长为 L、 极板面积为 S、 距离为 d 的空 气平行极板之间， 平行地插入一长为 l、 厚度为 t （ t ＜ d） 、 介电常数为 ε 的各向同性均匀介质。S对于区域 2 介质中的电场强度可以利用分界 面边值关系进行计算， 在区域 1 和区域 2 的分界 面， 根据电场强度切向分量连续可得到区域 2 的电 场强度为 Q sin θ E2 = （ 8） ε0 S sin θ' 于是两极板间电势之差为 U =0td∫d = E ?d x0+E +E ） ?dx
（ 9） ∫（E1 2 3d图2平行极板间插入一与极板垂直介质由于静电场是保守力场， 所以对于静电场来说 两点之间的电势差只与始末位置有关 ， 而与中间过 程无关， 因此上式可以写为 U =A对于这种问题的求解， 可以将极板空间以介质 分界面与极板垂直边缘为分界线 （ 图 2 中虚线 ） 分 为两部分， 这左右两部分可以看成两个电容器并 ， 联 左边部分的电容可以利用类似第一部分的求 解， 可得左边部分电容为 εlS / L C1 = （ 4） （ d － t） ε r + t 右边电容为 C2 = ε0 S （ L － l ） dL （ 5） + E + E = ?d x ?d x ?d x ∫E ∫ ∫B CBCDE1 ?AB + E3 ?CD + E2 ?cos θ' ?BC = Q Q （ AB + CD） + cos θ' ?BC = ε0 S εS Q Q （ d － t） + tcos θ' ε0 S εS 因此电容为 C = Q εS = U （ d － t） ε r + tcos θ （ 11 ） （ 10 ）第3 期赵晓云： 伴有电介质的平行板电容器电容的计算分析314非均匀介质 5 结论C =ε0 S Q = dln 2 U（ 15 ）如图 4 ， 在极板面积为 S、 两极板间距离为 d 的 平行板电容器中间填充非均匀性介质 ， 其介电常数 ε 与极板的厚度有关， 即 ε = f（ x ） ， 以前大家所接触 对于这种填充的是非均匀性介 到的都是均匀介质， 质的电容器电容的求解， 直接利用平行板电容器的 公式明显已不再适合， 对此可以如下分析。x d平行板电容器是一种比较基本类型的电容器 ， 其电容常由于其中插入的介质发生变化 ， 关于电容 的求解是学生比较关心的问题。 本文通过电容的 定义式， 求出了平行板电容器中分别以不同形式插 无论平行板 入电介质后的电容。从解题方法来看， 电容器中插入的介质多么复杂， 其电容的求解都可! = f(x)以从最基本的定义式出发来分析求解 ， 这更说明了 平时学习中需要对物理概念理解的重要性 ， 这样在 解决具体问题时就可以做到举一反三 。0参考文献：平行极板间插入非均匀介质 ［ 1］ 梁灿彬， ． 2 版． 北京： 高 秦光戎， 梁竹健． 电磁学 ［M］ 2004 ： 6266 等教育出版社， ［ 2］ 黄 时 中， 袁 广 宇， 朱 时 忠， 等． 大 学 物 理 学 （ 下 册） ［ M］ ． 2 版． 合肥： 中国科学技 术 大 学 出 版 社， 2010 ： 5660． ［ 3］ 梁成升． 平行板类电容器电容的计算［J］ ． 物理与工d图4x = d 两极板所带电量分别为 Q、 假设 x = 0 、 － Q， 则两极板间电场强度大小为 E = Q σ = ε εS （ 12 ）由此可以确定出两极板间电势差 d d Q Q U = Edx = dx = 0 0 S0 εS∫∫∫1 dx ε（ 13 ）2009 ， 19 （ 1 ） ： 5860． 程， ［ 4］ 袁聿海．“串并联 ” 法在计算平行板电容器电容中的 J］ ． 湖南文理学院学报， 2005 ， 17 （ 1 ） ： 2223． 应用［ ［ 5］ 叶伟国． 有电介质时平行板电容器电容计算问题的讨 J］ ． 物理与工程， 2008 ， 18 （ 3 ） ： 6364． 论［ ［ 6］ 丁舒忻． 平行板电容器的等效计算分析［J］ ． 江西科 2011 ， 29 （ 4 ） ： 470472． 学， ［ 7］ 王祖彝． 平行板电容器极板间存在介质时的进一步讨 J］ ． 青海师专学报， 1988 ， （ 3 ） ： 158159． 论［结合电容的定义式， 可得 Q = C = U0∫dS 1 dx ε（ 14 ） x ） ， 则代入 d例填充的介质其介电常数 ε = ε0 （ 1 + 上式可得电容为（ 上接第 24 页）（ 24 ） ： ． ［ 2］ 袁 广 南． 求 解 Helmholtz 问 题 的 最 优 Schwarz 算 法 ［ D］ ． 长沙： 湖南大学数学与计量经济学院， 2005． ［ 3］ 余德浩， 贾祖鹏． 二维 Helmholtz 方程外问题基于自然 ． 计算数学， 边界归化的非重叠型区域分解算法［J］ 2000 ， 22 （ 2 ） ： 227240． ［ 4］ 王寿城． 不重叠型 Schwarz 交替法的加速收敛［ J］ ．应 2004 ， 27 （ 2 ） ： 237243． 用数学学报， ［ 5］ 王寿 城． 关 于 并 行 迭 代 区 域 分 解 算 法 的 松 弛 因 子 ［ J］ ． 高等学校计算数学学报， 2006 ， 28 （ 2 ） ： 98102． ［ 6］ 陆君安． 偏微分方程的 MATLAB 解法［M］ ． 武汉： 武 2001 ： 3435． 汉大学出版社，3结论在运用最优 Schwarz 交替法解 Helmholtz 方程 时， 选取松弛因子 θ1 ， θ2 ， 调节已选取的交界切线 方向上的线性算子， 可以提高算法收敛速度。 数值 例子也表明此结果。 参考文献：［ 1］ 袁广南， 曾金平， 任明慧． 求解 Helmholtz 方程的非重 J］ ． 科学技术与工程， 2005 ， 5 叠最优 Schwarz 交替法［
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