電介質充放電系統
產品介紹
產品特點
儲能電介電放電行為
產品參數
擴展性強
可作為信號源
可用作極化材料
電流電壓
寄生電容小,動作時間短
適用多種樣品測試
放電電流高
變溫測試
疲勞測試
兩種測試模式
數據采集
可外接高壓放大器或高壓直流電源;
可以作為一個信號源,產生任意波形;
可用于極化材料之用;
電壓10kV,電流5mA。
本系統采用特殊高壓開關,通過單刀雙擲控制充電和放電過程,開關可以承受10kV高壓,寄生電容小,動作時間短;
可外接高壓放大器或高壓直流電源;
通過電流探頭檢測放電電流,可達100A;
可以進行變溫測試,RT~200℃;
可以進行疲勞測試;
實現欠阻尼和過阻尼兩種測試模式,欠阻尼測試時,放電回路短路,不使用電阻負載,過阻尼測試時,使用較大的精度高的無感電阻作為放電負載;
通過示波器采集數據,并能直接計算
儲能密度;
技術概述/Technical Overview
序言/Preamble
典型的測試電路/Typical Test Circuit
利用放電電路進行測試/Discharge Circuit
PRODUCE INTRODUCTION
PRODUCE FEATURES
DIELECTRIC DISCHARGE BEHAVIOR
PRODUCE PARAMETERS
      Huace-DCS10KV電介質充放電測試系統主要用于研究介電儲能材料高電壓放電性能。目前常規的方法是通過電滯回線計算高壓下電介質的能量密度,測試時,樣品的電荷是放回到高壓源上,而不是釋放到負載上,通過電滯回線測得的儲能密度一般會大于樣品實際釋放的能量密度,無法正確評估電介質材料的正常放電性能。華測Huace-DCS10KV儲能電介質充放電系統采用專門設計的電容放電電路來測量,測試電路如下圖所示。在該電路中,首先將介電膜充電到給定電壓,之后通過閉合高速MOS高壓開關,存儲在電容器膜中的能量被放電到電阻器負載的原理設計開發,更符合電介質充放電原理。
      在實際應用中,當電介質或電容器充電后,存儲的能量被放電到外部負載,放電過程由負載、電工互連和電容器組成的整個電路決定,有時甚至
電纜的長度變化也會強烈的影響放電過程、電壓和電流波形。因此P-E回滯測量的放電條件與實際實用中的放電條件明顯不同,并且在實際應用中從P-E回滯環獲得的能量密度可能偏離(通常高于)真實的放電能量密度。
   為了評估介電材料在類似于現實應用的放電條件下的性能,另一種測試方式用于測量介電材料的儲能特性。在測量過程中,首先將介電材料充電到給定的電壓,然后,將電容器中的存儲的能量放電到外部負載,如上圖,經測試的介電材料可以建模為理想的無損耗電容,與電阻{等效串聯電阻(ESR)}串聯,代表介質材料的損耗。很容易看出,當外部負載電阻RL》
      華測Huace-DCS10KV儲能電介質充放電系統采用專門設計的電容放電電路來測量,測試電路如下圖所示。在該電路中,首先將介電膜充電到給定
電壓,之后通過閉合高速MOS高壓開關,存儲在電容器膜中的能量被放電到電阻器負載。在放電過程中電壓對樣品的時間依賴性可以通過檢波器進行記錄。介電材料的儲能性能通常取決于放電速度,可通過改變負載電阻器的電阻來調節。通常測試系統中裝了具有不同電阻的電阻器。在測試過程中,用戶需要選擇電阻器或幾個電阻器的組合獲得得所需的電阻,并將電阻器或電阻的組合連接到測試的電介質材料。在該電路中,選擇高壓MOSFET開關以釋放儲存的能量非常重要。該開關限制電路的放電速度max和充電電壓max。本套測試系統由放電采集電路、高壓放大器或高壓直流電源和控制計算機構成。在測試中,測試人員需要通過選擇合適的電阻來確定測量的放電速度,測試樣品上的電壓可以由計算機自動獲得。
      與P-E回滯測量類似,在放電測試之前,應在介電材料的表面制備導電電極,還應測量可用于估計測試的放電速度的弱場介電特性。因為在測試中經常涉及幾千伏的高電壓,所以介電材料通常浸入硅油中。測試者應該確定他們感興趣的放電速度。放電速度可以通過樣品的低場電容C和負載電阻RL(RLC常數)粗略計算。一旦確定了期望的放電速度,就可以選擇負載電阻器并將其連接到測試樣品,然后將充電電壓施加到介電材料。一旦樣品完全充電,然后通過按下電路盒上的放電按鈕關閉高速開關,將儲存的能量釋放到負載電阻器,電阻器上電壓的時間依賴性就可由計算機自動記錄。
   在此將以P(VDF-TrFE-CFE)三元共聚物(63/37/7.5)作為示例材料,來演示如何解釋放電結果。使用上圖所示的電路,表征三元共聚物對負載電阻器的放電行為。使用時間相關的電壓數據公式,可以計算放電能量密度的時間依賴性。圖中顯示了三元共聚物中不同充電電場的1MΩ負載的放電能量密度隨時間的變化??偡烹娔芰棵芏扰c從單極P-E回路推導出的能量密度相當。這里使用薄膜樣品的電容在1kHz下測量為約1nF。對幾種三元共聚物膜樣品進行表征發現,由于極化響應的非線性和頻率依賴性,三元共聚物的放電特性不能簡單地通過RC常數來描述,其中R是電阻(R=RL+ESR)假設電容器電容不隨頻率、電場和RC電路和RC電路的時間常數(τ=RLC+ESRXC)變化,如果RL>ESR,可以忽略ESRXC,,則放電能量密度與時間的關系如下:
Uc(1)=UD(1-e-(21/t))
式中,UD為放電能量。
   為了便于比較,使用1nF的電容和1MΩ的負載電阻,利用公式來估算能量放電時間。70%能量釋放所需理論放電時間為0.6ms,50%能量釋放所需理論放電時間為0.35ms。而實驗中,這兩種能量釋放所需放電時間分別為0.66ms和0.3ms。估計值和測量值之間的差異反映了非線性[有效介電
常數在高場(>100MV/m)變?。莺徒殡婍憫念l率依賴性(介電常數在較為高的頻率或更短放電時間下變得更?。?。此外,ESR在高頻(或短放電時間)下很小,并且在放電后時間變長。
   對于相同的三元共聚物薄膜電容器,其他負載電阻((RLL分別為100kΩ和1kΩ)下放電能量密度如圖所示。正如預期的那樣,減小的RL會縮短放電時間。然而,仔細檢查實驗數據發現,放電時間的減少與RL的減少不成比例。
ESR時,部分儲存的能量將通過ESR(電介質材料tanδ、電極和連接電纜的電阻等)消散,并且來自RL測量的能量密度將遠遠小于存儲的能量密度(快速放電)。因此,如果RL》ESR,介質電容器的放電效率將取決于負載條件,并且可以非常高。RL的選取影響著測試的放電速度。較大的RL意味著較大的RLC常數(C是材料的電容)較慢的放電速度。在測試中,盡管可以固定RL,但是介電材料的電容是可能不是恒定的,因為材料介電性能具有場致依賴性。無論怎樣,總是可以使用負載電阻和弱場電容來估算放電速度,并選擇負載電阻進行測試。