一种薄膜电容耐久性测试装置的制作方法

1.本实用新型属于电容测试装置领域，特别涉及一种薄膜电容耐久性测试装置。


背景技术：

2.现有的评估电容耐久性的装置，充电电压和电流较小，充电频率慢，充电次数少，不适用于移频脉冲轨道电路中的充放电电容。
3.移频脉冲轨道电路解决原有轨道电路分路不良、绝缘破损、道岔跳线等问题，混合了高压多频率不对称脉冲信号和移频信号。能够在铁路调整状态实现区段空闲检查，分路状态实现区段列车占用检查，同时向车载信号设备进行信息传输。移频脉冲轨道电路的室外设备包括电缆、扼流变压器、补充电容、钢轨等，室内设备包括发送器、接收器、补偿电缆、发送端冗余切换、监测设备等。
4.发送器中的50μf薄膜电容，通过充放电状态的切换从而产生脉冲信号。应用于移频脉冲轨道电路的电容器通常采用金属化薄膜电容，其外壳采用全密封结构和防爆设计，具有工作范围宽、稳定性高、温度范围广、具有自愈特性等优点。适用于高频、高压、高脉冲及交流场合使用。
5.50μf薄膜电容的额定电压达到1000v，工作电流20a，充放电频率3.3hz，电容寿命预期15年。因此，其大容量、大电压、大电流、高频率的特征，需要一种多因素控制的薄膜电容耐久性测试装置，能够达到评估电容寿命的目的。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本实用新型提供了一种适用于移频脉冲轨道电路薄膜电容的耐久性测试装置。
7.本实用新型的一种薄膜电容耐久性测试装置，包括：高压高频大电流充电回路、衰减振荡放电回路和控制电路；
8.其中，
9.所述高压高频大电流充电回路包括用于给所述薄膜电容充电的恒流充电模块和用于接通或断开所述高压高频大电流充电回路的开关控制模块；
10.所述衰减振荡放电回路包括用于给所述薄膜电容放电的放电模块和用于接通或断开所述衰减振荡放电回路的触发电路模块；
11.所述控制电路包括控制板，所述控制板电信号连接所述开关控制模块和所述触发电路模块，并控制所述开关控制模块和所触发电路模块的开启或关闭。
12.进一步地，所述恒流充电模块包括依次电连接的滤波电路、整流电路、高频逆变电路和滤波整流电路，其中所述滤波电路连接380v交流电压源，所述滤波整流电路连接所述薄膜电容。
13.进一步地，所述恒流充电模块中的整流电路为可控整流电路。
14.进一步地，所述放电模块为二极管。
15.进一步地，所述衰减振荡放电回路还包括保护模块，所述保护模块与所述放电模块并联，所述保护模块包括串联的电感和电阻。
16.进一步地，所述保护模块中：
17.所述电阻的阻值r满足：
18.所述衰减振荡放电回路的电流及电压为：
[0019][0020][0021][0022]
其中，l为电感的值，c为被测薄膜电容的电容量，u0为被测薄膜电容的初始电压，uc(t)为被测薄膜电容电压，u
l
(t)为所述电感两端电压，ic(t)为衰减振荡放电回路的电流，δ为回路衰减系数，ω为振荡角频率，ω0为谐振角频率，为ω0与δ的夹角，t为时间。
[0023]
进一步地，还包括用于放置所述薄膜电容的恒温箱，所述控制板与所述恒温箱电连接并调控所述恒温箱内的温度值。
[0024]
进一步地，所述恒温箱内的温度值的调控范围为0～110℃。
[0025]
进一步地，所述触发电路模块为igbt模块。
[0026]
进一步地，所述控制电路还包括用于给所述控制板供电的24v电压源。
[0027]
本实用新型的一种薄膜电容耐久性测试装置，包括高压高频大电流充电回路、衰减振荡放电回路和控制电路，通过高压高频大电流充电回路为薄膜电容提供恒定的高压高频大电流；通过衰减振荡放电回路实现薄膜电容脉冲放电；通过控制电路实现控制充放电过程交替进行。本实用新型的测试装置适用于薄膜电容耐久性测试，能够模拟移频脉冲轨道电路的薄膜电容工作时的充放电过程。本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]
图1示出了根据本实用新型实施例的一种薄膜电容耐久性测试装置结构示意图；
[0030]
图2示出了的根据本实用新型实施例的一种薄膜电容耐久性测试装置中的恒流充电模块结构示意图；
[0031]
图3示出了根据现有技术的电容测试装置原理电路图；
[0032]
图4示出了根据本实用新型实施例的可控整流电路的示意图。
[0033]
图中主要标号说明：
[0034]
1-高压高频大电流充电回路、2-衰减振荡放电回路、3-控制电路、4-保护电路、5-被测薄膜电容、6-恒温箱、11-恒流充电模块、12-开关控制模块、21-触发电路模块、22-放电模块、31-控制板、32-24v电压源、41-保护模块、111-380v三相交流电压源、112-滤波电路、113-整流电路、114-高频逆变电路、115-滤波整流电路、116-相位控制模块。
具体实施方式
[0035]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0036]
应用于移频脉冲轨道电路的电容器实际工作状态为脉冲充放电，有一定的频率及放电电流值要求，所以其寿命的关键在于能够达到的充放电次数。对电容器能力来说，是考察电容器的通过脉冲电流能力。电容器的纹波电流能力、峰值电流能力、浪涌放电能力这三种能力之间的关系是相对应的，一种优另两种也优。为了在更短的时间内分辨出电容的优劣，采用电容充放电方法，来分析电容器的优劣。
[0037]
电容器进行充放电试验的原理如图3所示。充放电系统由两个回路组成，参见图3，图中的电源、开关s1和薄膜电容构成薄膜电容的充电回路，荷载r1起到限制薄膜电容的充电电流大小的作用，薄膜电容、开关s2和荷载r
load
构成薄膜电容的放电回路使电容放电，荷载r
load
在放电回路中起到限制放电电流大小的作用。
[0038]
如图1所示，为本实用新型的一种薄膜电容耐久性测试装置，包括：高压高频大电流充电回路1、衰减振荡放电回路2和控制电路3；
[0039]
其中，如图2所示，高压高频大电流充电回路1包括恒流充电模块11和开关控制模块12；恒流充电模块11包括依次电连接的滤波电路112、整流电路113、高频逆变电路114和滤波整流电路115，其中滤波电路112连接380v三相交流电压源111，滤波整流电路115连接被测薄膜电容5。
[0040]
在本实用新型应用于薄膜电容充放电试验中时，整流电路113为可控整流电路，380v三相交流电压源经过滤波电路112和可控整流电路后，变为直流电压。具体而言，通过相位控制模块116调节整流电路113输出电压的大小，是在整流电路113中加入相位控制，电路图如图4所示。
[0041]
参见图4，可控整流电路的原理为：通过每组晶闸管的交替导通从而实现三相交流电的整流，通过改变每组晶闸管的导通角大小来实现对输出电压大小的调整。可控硅导通角的范围为0～180
°
，因此回路电流为连续。通过可控硅的脉冲依次按晶闸管vt1、vt2、vt3、vt4、vt5、vt6的次序触发，并以脉动的形式输出直流电压。调节导通角度就可以改变输出电压的大小。
[0042]
参见图4，本实用新型的一个实施例中，380v三相交流电压源111也可以先连接整流电路113再连接滤波电路112，即先进行整流再进行滤波处理，其中滤波电路112为lc滤波
电路；这与前述的先进行滤波再进行整流处理效果相同。
[0043]
经过高频逆变电路114使工频50hz的电源变为可调节的频率，再经过滤波整流电路115后输出恒流源，给被测薄膜电容5充电，达到预设电压后停止充电；此时控制板31关断开关控制模块12，并开启触发电路模块21进入电容衰减振荡放电阶段。
[0044]
衰减振荡放电回路2包括放电模块22和触发电路模块21；如图1所示，本实施例中，采用二极管进行放电，当控制板31控制触发电路模块21开启、导通衰减振荡放电回路2时，电容进行放电。
[0045]
为了避免放电电流过大对设备造成损坏，本实用新型的一个较佳实施例中还设置了一个保护模块41，保护模块41与放电模块22并联构成保护电路4；具体地，保护模块41包括串联的电感和电阻，起到调节衰减振荡放电回路2电流、稳定电压的作用。
[0046]
由于电容与电感的存在会存在过阻尼、欠阻尼和临界阻尼状态，电容放电试验要求电容为衰减振荡放电，因此需要使其为欠阻尼状态，即电阻的阻值r需要满足：
[0047]
衰减振荡放电回路2中的电流值和电压值为：
[0048][0049][0050][0051]
其中，l为电感的值，c为被测薄膜电容5的电容量，u0为被测薄膜电容5的初始电压，uc(t)为被测薄膜电容5电压，u
l
(t)为电感两端电压，ic(t)为放电回路的电流，δ为回路衰减系数，ω为振荡角频率，ω0为谐振角频率，为ω0与δ的夹角，t为时间。
[0052]
当被测薄膜电容5的电压下降到预设下限值后，关闭触发电路模块21停止放电，开关控制模块12导通，启动进行下一次充电过程。被测薄膜电容5的一次充电与一次放电完毕即为一次充放电试验过程。
[0053]
如图1所示，本实施例中被测薄膜电容5的充放电过程是通过控制电路3进行控制的，控制电路3包括控制板31，控制板31电信号连接开关控制模块12和触发电路模块21，控制板31通过控制开关控制模块12的开启或关闭实现给被测薄膜电容5充电或停止充电，控制板31通过控制触发电路模块21的开启或关闭实现导通衰减振荡放电回路2和保护电路4，从而给被测薄膜电容5放电或停止放电。
[0054]
进一步地，本实用新型的一个较佳实施例中，被测薄膜电容5放置在温度可以调节的恒温箱6内，控制板31与恒温箱6电连接并调控恒温箱6内的温度值。恒温箱6内的温度值的调控范围为0～110℃，最高可达到110℃，实现在不同温度下的被测薄膜电容5充放电试验，模拟移频脉冲轨道电路中被测薄膜电容5的真实工作环境，从而对被测薄膜电容5进行寿命评估；也可以通过提高被测薄膜电容5的测试温度来提高测试效率。
[0055]
进一步地，控制板31通过额外的24v电压源32供电；触发电路模块21为igbt
(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块。
[0056]
综上，通过可控整流电路、高频逆变电路和滤波整流电路，可以调节给被测薄膜电容5充电的电压与电流；通过调节充电回路开关控制模块12与放电回路触发电路模块21的开通与关断时间，实现调节被测薄膜电容5的充放电频率；通过计算充放电次数与频率的关系，对整个装置的工作时间进行控制，从而改变被测薄膜电容5的充放电次数；通过调整恒温箱6的温度，对被测薄膜电容5的测试温度进行调节。最终通过电压、电流、温度、充放电频率与次数的改变，完成多因素控制下被测薄膜电容5的充放电寿命预测试验。
[0057]
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。