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2025年1月电工技术学报Vol.40No.1
第40卷第1期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYJan.2025
DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.231919
高压大容量介电储能脉冲电容器电热耦合
仿真分析与原位测试
朱博峰张晓张冠祥王鑫鲁军勇
（海军工程大学电磁能技术全国重点实验室武汉430033）
摘要连发温升是导致电磁发射用脉冲电容器储能特性劣化甚至失效的重要因素，以往的薄
膜电容器温度分布研究方法和结论缺乏对于极端应用工况等效性和测量结果进行全面、准确及实
时性的考量。该文结合理论分析、有限元仿真以及原位测试等手段系统地研究了一种高压大容量
脉冲电容器在连续浪涌电流冲击工况下的内部温升问题。研究结果表明，在完成连续的50次脉冲
放电后，仅由电容器内部电流焦耳热和自愈生热导致的温升约为0.7～0.9℃，但在并联汇流排热
传导的作用下，电容器单体端部温升最高可达21℃，可见影响脉冲电容器内部芯子最大温升和应
用安全的主要因素是芯子外部的热传导。该文的研究方法和结论对于改进电磁发射用脉冲电容器
散热工艺，进而提高其在极端应用工况下的工作可靠性具有积极意义和参考价值。
关键词：介电储能脉冲电容器电热耦合原位测试
中图分类号：TP743
0引言电流增大，保压能力下降。文献[11]指出热老化是造
成脉冲电容器失效的重要原因之一。文献[12]相关
电磁发射用脉冲功率电源具有高功率、长脉宽
等显著特点[1-3]，因此一般需要采用多模块并联组网研究表明温度每升高8℃，脉冲电容器寿命减小为
的拓扑结构[4-5]。一般情况下，其单个储能脉冲电容原来的1/2。文献[13-14]建立了一种脉冲电容器单体
热模型，但该模型仅考虑了轴向热分布。文献[15]研
器放电电流幅值和脉宽分别为百kA和ms量级，工
究了脉冲电容器单体的各向异性导热系数及其对绝
作电压通常在5～10kV，重复频率小于1Hz，而容
缘安全性的影响。文献[16]研究了脉冲电容器自愈
量和储能规模一般可达mF和百kJ量级。在用于制
现象以及其对电容器工作温升的影响。文献[17-18]
造电容器的各类电介质绝缘材料当中，双向拉伸聚
研究了脉冲电容器在重频放电条件下的温升规律。
丙烯（BiaxiallyOrientedPolypropylene,BOPP）等高
文献[19]利用有限元分析软件对高压交流金属化膜
分子聚合物以其高击穿场强、低损耗、良好的耐温
电容器进行了温升计算，并将仿真结果与实验结果
性和机械加工性以及相对低廉的价格成本成为了高
进行了对比。文献[20]搭建了直流支撑电容器的仿
储能密度脉冲电容器的首选材料。
真模型，开展了其内部温升特性研究。文献[21]基于
由高聚物薄膜缺陷导致的局部击穿现象不可避
免，虽然脉冲电容器具有一定的自愈能力[6]，但是电热耦合的分析方法，计算得到脉冲电容器内部温
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