一种新的电容器电容控制方法研究

1、一种新的电容器电容控制方法研究马峰0 引言目前用户对单台电容器电容偏差的要求越来越高，为了减小电容偏差，将其控 制在用户要求的范围内，甚至更小的范围内，以提高电容器电容控制水平，有必要 探索一种新的电容控制方法。通过对芯子施加压力控制芯子高度进行设计、制造电容器时，考虑膜在生产制 造过程中的分散性，用千分尺法测量聚丙烯薄膜的厚度，在生产中将电容偏差控制 在较小范围难度相当大，所以研究一种电容器电容控制的新方法势在必行。千分尺法测量的聚丙烯薄膜的厚度，仅反映了样品各个点采用千分尺测量厚度 的平均值，它仅能近似反映样品的平均厚度。而质量密度厚度法（俗称膜重量厚度 法）能真实地反映样品的平均厚度，所

2、以说，后者较前者能正确或接近反映电容控 制的真实性。利用千分尺法控制电容的传统方法已有一定的经验，但实施过程中影响的因素 较多，尤其是厚度的偏差直接影响电容偏差；质量密度法控制电容无现成经验可借 鉴，要通过大量的试验、验证，以便找出其规律性。1 粗化型聚丙烯膜厚度、空隙率及电容器芯子压紧力之间的关系粗化型聚丙烯膜厚度通常有两种测试方法千分尺法设膜的试样数为 N，每个试样叠成 10 层，再施加一个恒力 F，直接测得膜的叠层厚度，并计算出一个试样每层膜平均厚度 T1i（I 1，2，3N）。然后取 N 个试样的平均厚度即为本批膜的千分尺法测得的厚度，设为T1（简称千分尺法厚度） ，即质量密度法设膜的

3、试样数仍为 N，粗化膜表示的粗糙度 Ra 约为 0.25mm0.65mm，膜的密 度为 d0.900.91 ，每个试样面积为 S，试样质量为 mi，质量密度法测得的一个试 样膜厚度（简称质量密度法厚度）为 T2i ，即m iT2i =（ i 1，2，3N），N个试样膜的平均厚度Sd粗化膜断面结构图见图 1图 1 双面粗化膜 1/2断面结构示意图由上述两种厚度测量方法可知，千分尺法厚度仅以试样中测得的个别点的平均 值代表试样厚度， 而质量密度法厚度代表了试样的真实平均厚度。 前者一个试样中， 如改变不同的测试点，其测得的厚度可能不尽相同，但后者的一个试样其厚度是不 变的，显然 T2T1，且 T1

4、 的测试误差也偏大。 本批膜同一批试样两个不同的测试方 法测量的两个平均厚度误差 T2 要小于 T1。粗化膜的空隙率 由粗化型聚丙烯膜表面粗糙引起的空隙率，是以千分尺法测得的厚度超过质量 密度法测得的厚度之增量的百分数表示，即空隙率：T1T2SF= 100T2式中 SF 空隙率， %；T1 叠层法（千分尺）测得的厚度， m；T2 质量密度法测得的厚度， m。粗化膜厚度、空隙率及电容器芯子压紧力之间关系 传统或现代的电容器场强、电容设计及计算是按千分尺厚度作为设计依据，造 成生产过程中芯子（或元件）实际压紧系数（芯子高度要符合设计要求）及其电容 值在大多数情况下有明显差异，这一差异与膜的千分尺法

5、厚度有关，这给生产中电 容控制带来了不必要的麻烦。质量密度法厚度作为电容器设计依据之一时，两极板之间膜（固体介质）的厚 度加上膜层和膜与极板间的间隙（用于脱水、气通道）基本上为两极板之间设计距 离，但这要求有一定的压紧度保证。固体介质中膜与膜（通常为 2层或 3层），或膜 与极板铝箔之间，膜表面的粗化层要相互重叠，必然要受到一定的挤压，如空隙率 越大重叠深度（克服阻力）要越深，因而两极板间要施加的挤压力也就越大，反之 亦然。为保证元件或芯子实际电容与设计电容相符合，亦即保证两极板之间的设计 距离不变，则两极板之间施加的力必须维持在一个范围内（芯子的高度也与此压力 有关）。上述这一压力范围是难以

6、计算处来的，而只能通过反复试验测试得到。当然对 应不同产品，不同元件面积以及不同膜的空隙率，对其施加的压力也就不一样。 2 电容器生产中传统的电容控制方法电容器生产中电容的控制通常根据设计的严紧系数控制芯子高度来控制干芯子 的电容。设计中电容计算，依据的是膜的千分尺法测得的厚度，通常粗化膜空隙率 SF6 10，设计计算出来的电容往往和实际生产中的电容有差异， 生产中经常 出现电容偏差较大的情况。为保证干芯子电容在要求的范围内，只好在生产过程中 调整元件的圈数或极板长度以保证电容在要求的范围内。在元件的卷绕过程中每个 料卷卷完后要进行料卷的更换，每次更换的料卷厚度都会出现厚度上的偏差，影响到电容

7、的控制。通过压紧系数、干芯子高度控制电容，影响干芯子电容控制主要有以下几个方 面因素：1）设计计算的压紧系数与生产过程中的压紧系数往往不一致；2）元件卷绕过程中， 更换料卷后由于材料厚度变化， 干芯子电容偏差控制难度 大；3）压紧系数小、芯子松紧程度不一样，产品浸油后每台产品芯子差异较大，使 得电容偏差增大；4）芯子装箱完成后， 在芯子与盖之间支架的高低或压紧程度也会影响浸油后电 容的变化。为了提高电容控制水平，我国借鉴了国外的某些经验进行了依据质量密度法厚 度设计和芯子压力控制电容的研究。3 膜质量密度法厚度控制电容的研究膜采用质量密度法测得的厚度进行电容设计计算，其计算结果接近生产的实际

8、情况，即用压力控制电容器干芯子的压装，从而达到了有效控制电容的目的。为此 就要改造芯子卧式压床，在卧式压床上增加压力传感器并有压力显示表，在芯子压 装过程中可以预先设定压力 （经过试验验证而获得） ，待压力达到设定压力后压床施 压过程停止并锁定高度，实现压力控制电容。3.1 改造卧式压床由外协和作单位将卧式压床进行改造。在压床的压头上增加压力传感器，压力 通过传感器在压力表上显示压力的大小，压力的大小达到设定压力后，压床压紧位 置进行锁定，芯子压紧过程达到要求后对芯子进行打包，完成芯子的压装过程。 3.2 膜质量密度法厚度控制电容的应用研究试验选取某批号的产品（见表 1），按照膜质量密度法进行

9、电容设计计算，通过试验和验证，给出芯子压力范围，并提供给生产车间。按照设计和工艺规定的压力由生 产车间对该工号的芯子进行压装，对压装完成的芯子进行元件的电容测量，元件的 电容在要求的范围内，然后进行芯子焊接，测量芯子电容，使其在规定的范围内， 试验数据见表 1。表 1 对 BAM12/ 3 3341W 芯子施加一定压力控制电容的情况序号产品编号芯子编号压力 /kg 芯子高度 /mm干芯子电容量 / F计算压紧系数浸渍后芯子电容量 / F电容偏差 /%湿干比108034260079556018.930.854322.6332.171.19720803426023第1组10056018.920.8

10、54322.7242.591.2013080342600510056018.920.854322.6292.161.1964080342600910256018.860.854322.6872.421.2035080342600410756018.950.858122.6212.131.19460803426018第2组10656018.970.858122.6122.061.1927080342601210756018.980.858122.6382.201.1958080342601111056018.950.858122.7542.731.2019080342601711556019.0

11、10.86222.6132.091.190100803426026第3组11256019.040.86222.6102.081.18811080342602111556019.030.86222.6252.141.18912080342600611756018.990.86222.5301.721.18613080342600112556019.020.865922.5211.611.184140803426002第4组12356019.050.865922.5871.971.18615080342601412756019.070.865922.5932.001.185160803426022

12、12656019.040.865922.6562.281.19017080342600814056019.170.869822.6552.281.182180803426013第5组14156019.100.869822.6022.041.18919080342601914256019.130.869822.5831.951.18320080342600313956019.170.869822.6042.051.17921080342601014056019.160.869822.5751.921.17822080342601615456019.190.873822.6072.061.1782

13、30803426025第6组15656019.200.873822.5381.751.17424080342602415656019.210.873822.5431.771.17425080342602015656019.230.873822.7092.521.180注：1.本批产品为用户合同产品，要求电容偏差为0 3，因此，本批产品试验时未考虑电容的绝对偏差，只考虑其相对偏差2.上述试验，由于台数少，批量少，有些数据可能会出现异常。通过压床对芯子施加压力控制 BAM12/ 3 334 1W 的电容，压力约在1000N1500N 之间，干芯子受压后的松紧程度适宜，电容可以很容易控制在较小 范围

14、内，干芯子压得较紧，在自动生产线上变形小，所以用压力控制干芯子电容是 一种较为有效、操作方便而且科学的一种工艺方法。4 试验研究结论1）BAM12/ 3 3341W 电容器 25 台分 6 组芯子（每组 4 台，其中一组 5 台芯子），从第一组起，逐组施加芯子压装的压力时，干芯子电容亦随之略有上升， 其浸后电容与浸前电容之比值（简称湿干比）略呈下降趋势，但浸后电容与额定值 之相对偏差较小，在 1 3之间；2）当对芯子压装时施加的压力介于 1150N 1400N 之间时，其计算的压紧系数 为 0.860.87之间，其浸油后电容与额定电容的相对偏差小于 1 个百分点；3）如果当施加在芯子压装时的压

15、力小于 500N（其计算的压紧系数 0.85）时， 其压力与干芯子电容之间难以建立一一对应关系，增加了对芯子电容控制的难度；4）采用质量密度法测得的厚度作为电容设计依据之一时， 对芯子压装施加一个 合适的压力（据此计算的压紧系数 k0.86），可以有效控制电容偏差，同时也为后 续器身包绕（电缆纸）创造了条件（包绕时，对芯子要施加一定压力以固定之） 。淄博莱宝电力电容器有限公司2011.10.10工作总结马峰淄博桓台人， 生于 1969年 2月，大专学历， 现任淄博莱宝电力电容器 有限公司技术总监。公司创建于 2003 年，为股份制企业，是以电容器用金属 化薄膜生产与高低压电力电容器，自愈式交流

16、滤波电容器，高压滤波电容器， CBB系列电容器和特种电容器生产，经营为一体的专业化企业。做为公司技术 的带头人，我深知科技创新是企业生存的基石， 又是企业发展的动力。 我十年 如一日， 为公司科技进步和企业发展默默奉献自己的青春和热血。 尤其是我担 任公司技术总监以来，在科技工作上敢于创新， 敢于实践， 敢于打破传统的观 念和理念，从产业发展到企业管理都发生了一系列变革。 由于产品的不断创新， 连续多年被评为淄博市高新区高成长技术型企业， 淄博市高新技术企业， 我本 人也多次被评为科学技术先进工作者， 2011 年被评为淄博市劳动模范。多年来，科技研发部门在我的带领下，坚持以质量求生存，以技术

17、创新 谋发展的理念，发挥企业原材料支援的优势，延深，发展生产了质量稳定，性 能可靠，多系列，多规格的 BSMJ，BCM，J BFM系列高低压电力电容器，同时不 断的开发生产出特殊条件下使用的国内首创 BGMJ型圆柱形电容器，油田抽油 机随负荷变化的可调专用电容器， 就地成套补偿装置等新产品， 并申请了专利， 产品销往全国各地， 现在拥有产品实用新型十一项专利， 并且油田提油机专用 电容器和圆柱形电容器两性成果通过了科技成果鉴定， 为公司的持续发展带来 了很大的经济效益。 2010 年还先后建立了山东省第一家电力电容器实验室和 高低压电容器研发实验中心， 六端子电容器被列入国家火炬计划， 圆柱形电容 器被评为山东省名牌产品。在市场竞争不断加剧的新形势下， 我和我的团队以坚韧不拔的毅力、 创新变革的胆魄