1、一種新的電容器電容控制方法研究馬峰0 引言目前用戶對單臺電容器電容偏差的要求越來越高，為了減小電容偏差，將其控 制在用戶要求的范圍內，甚至更小的范圍內，以提高電容器電容控制水平，有必要 探索一種新的電容控制方法。通過對芯子施加壓力控制芯子高度進行設計、制造電容器時，考慮膜在生產制 造過程中的分散性，用千分尺法測量聚丙烯薄膜的厚度，在生產中將電容偏差控制 在較小范圍難度相當大，所以研究一種電容器電容控制的新方法勢在必行。千分尺法測量的聚丙烯薄膜的厚度，僅反映了樣品各個點采用千分尺測量厚度 的平均值，它僅能近似反映樣品的平均厚度。而質量密度厚度法（俗稱膜重量厚度 法）能真實地反映樣品的平均厚度，所

2、以說，后者較前者能正確或接近反映電容控 制的真實性。利用千分尺法控制電容的傳統方法已有一定的經驗，但實施過程中影響的因素 較多，尤其是厚度的偏差直接影響電容偏差；質量密度法控制電容無現成經驗可借 鑒，要通過大量的試驗、驗證，以便找出其規律性。1 粗化型聚丙烯膜厚度、空隙率及電容器芯子壓緊力之間的關系粗化型聚丙烯膜厚度通常有兩種測試方法千分尺法設膜的試樣數為 N，每個試樣疊成 10 層，再施加一個恒力 F，直接測得膜的疊層厚度，并計算出一個試樣每層膜平均厚度 T1i（I 1，2，3N）。然后取 N 個試樣的平均厚度即為本批膜的千分尺法測得的厚度，設為T1（簡稱千分尺法厚度） ，即質量密度法設膜的

3、試樣數仍為 N，粗化膜表示的粗糙度 Ra 約為 0.25mm0.65mm，膜的密 度為 d0.900.91 ，每個試樣面積為 S，試樣質量為 mi，質量密度法測得的一個試 樣膜厚度（簡稱質量密度法厚度）為 T2i ，即m iT2i =（ i 1，2，3N），N個試樣膜的平均厚度Sd粗化膜斷面結構圖見圖 1圖 1 雙面粗化膜 1/2斷面結構示意圖由上述兩種厚度測量方法可知，千分尺法厚度僅以試樣中測得的個別點的平均 值代表試樣厚度， 而質量密度法厚度代表了試樣的真實平均厚度。 前者一個試樣中， 如改變不同的測試點，其測得的厚度可能不盡相同，但后者的一個試樣其厚度是不 變的，顯然 T2T1，且 T1

4、 的測試誤差也偏大。 本批膜同一批試樣兩個不同的測試方 法測量的兩個平均厚度誤差 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，是以千分尺法測得的厚度超過質量 密度法測得的厚度之增量的百分數表示，即空隙率：T1T2SF= 100T2式中 SF 空隙率， %；T1 疊層法（千分尺）測得的厚度， m；T2 質量密度法測得的厚度， m。粗化膜厚度、空隙率及電容器芯子壓緊力之間關系 傳統或現代的電容器場強、電容設計及計算是按千分尺厚度作為設計依據，造 成生產過程中芯子（或元件）實際壓緊系數（芯子高度要符合設計要求）及其電容 值在大多數情況下有明顯差異，這一差異與膜的千分尺法

5、厚度有關，這給生產中電 容控制帶來了不必要的麻煩。質量密度法厚度作為電容器設計依據之一時，兩極板之間膜（固體介質）的厚 度加上膜層和膜與極板間的間隙（用于脫水、氣通道）基本上為兩極板之間設計距 離，但這要求有一定的壓緊度保證。固體介質中膜與膜（通常為 2層或 3層），或膜 與極板鋁箔之間，膜表面的粗化層要相互重疊，必然要受到一定的擠壓，如空隙率 越大重疊深度（克服阻力）要越深，因而兩極板間要施加的擠壓力也就越大，反之 亦然。為保證元件或芯子實際電容與設計電容相符合，亦即保證兩極板之間的設計 距離不變，則兩極板之間施加的力必須維持在一個范圍內（芯子的高度也與此壓力 有關）。上述這一壓力范圍是難以

6、計算處來的，而只能通過反復試驗測試得到。當然對 應不同產品，不同元件面積以及不同膜的空隙率，對其施加的壓力也就不一樣。 2 電容器生產中傳統的電容控制方法電容器生產中電容的控制通常根據設計的嚴緊系數控制芯子高度來控制干芯子 的電容。設計中電容計算，依據的是膜的千分尺法測得的厚度，通常粗化膜空隙率 SF6 10，設計計算出來的電容往往和實際生產中的電容有差異， 生產中經常 出現電容偏差較大的情況。為保證干芯子電容在要求的范圍內，只好在生產過程中 調整元件的圈數或極板長度以保證電容在要求的范圍內。在元件的卷繞過程中每個 料卷卷完后要進行料卷的更換，每次更換的料卷厚度都會出現厚度上的偏差，影響到電容

7、的控制。通過壓緊系數、干芯子高度控制電容，影響干芯子電容控制主要有以下幾個方 面因素：1）設計計算的壓緊系數與生產過程中的壓緊系數往往不一致；2）元件卷繞過程中， 更換料卷后由于材料厚度變化， 干芯子電容偏差控制難度 大；3）壓緊系數小、芯子松緊程度不一樣，產品浸油后每臺產品芯子差異較大，使 得電容偏差增大；4）芯子裝箱完成后， 在芯子與蓋之間支架的高低或壓緊程度也會影響浸油后電 容的變化。為了提高電容控制水平，我國借鑒了國外的某些經驗進行了依據質量密度法厚 度設計和芯子壓力控制電容的研究。3 膜質量密度法厚度控制電容的研究膜采用質量密度法測得的厚度進行電容設計計算，其計算結果接近生產的實際

8、情況，即用壓力控制電容器干芯子的壓裝，從而達到了有效控制電容的目的。為此 就要改造芯子臥式壓床，在臥式壓床上增加壓力傳感器并有壓力顯示表，在芯子壓 裝過程中可以預先設定壓力 （經過試驗驗證而獲得） ，待壓力達到設定壓力后壓床施 壓過程停止并鎖定高度，實現壓力控制電容。3.1 改造臥式壓床由外協和作單位將臥式壓床進行改造。在壓床的壓頭上增加壓力傳感器，壓力 通過傳感器在壓力表上顯示壓力的大小，壓力的大小達到設定壓力后，壓床壓緊位 置進行鎖定，芯子壓緊過程達到要求后對芯子進行打包，完成芯子的壓裝過程。 3.2 膜質量密度法厚度控制電容的應用研究試驗選取某批號的產品（見表 1），按照膜質量密度法進行

9、電容設計計算，通過試驗和驗證，給出芯子壓力范圍，并提供給生產車間。按照設計和工藝規定的壓力由生 產車間對該工號的芯子進行壓裝，對壓裝完成的芯子進行元件的電容測量，元件的 電容在要求的范圍內，然后進行芯子焊接，測量芯子電容，使其在規定的范圍內， 試驗數據見表 1。表 1 對 BAM12/ 3 3341W 芯子施加一定壓力控制電容的情況序號產品編號芯子編號壓力 /kg 芯子高度 /mm干芯子電容量 / F計算壓緊系數浸漬后芯子電容量 / F電容偏差 /%濕干比108034260079556018.930.854322.6332.171.19720803426023第1組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組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組11256019.040.86222.6102.081.18811080342602111556019.030.86222.6252.141.18912080342600611756018.990.86222.5301.721.18613080342600112556019.020.865922.5211.611.184140803426002第4組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組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組15656019.200.873822.5381.751.17424080342602415656019.210.873822.5431.771.17425080342602015656019.230.873822.7092.521.180注：1.本批產品為用戶合同產品，要求電容偏差為0 3，因此，本批產品試驗時未考慮電容的絕對偏差，只考慮其相對偏差2.上述試驗，由于臺數少，批量少，有些數據可能會出現異常。通過壓床對芯子施加壓力控制 BAM12/ 3 334 1W 的電容，壓力約在1000N1500N 之間，干芯子受壓后的松緊程度適宜，電容可以很容易控制在較小 范圍

14、內，干芯子壓得較緊，在自動生產線上變形小，所以用壓力控制干芯子電容是 一種較為有效、操作方便而且科學的一種工藝方法。4 試驗研究結論1）BAM12/ 3 3341W 電容器 25 臺分 6 組芯子（每組 4 臺，其中一組 5 臺芯子），從第一組起，逐組施加芯子壓裝的壓力時，干芯子電容亦隨之略有上升， 其浸后電容與浸前電容之比值（簡稱濕干比）略呈下降趨勢，但浸后電容與額定值 之相對偏差較小，在 1 3之間；2）當對芯子壓裝時施加的壓力介于 1150N 1400N 之間時，其計算的壓緊系數 為 0.860.87之間，其浸油后電容與額定電容的相對偏差小于 1 個百分點；3）如果當施加在芯子壓裝時的壓

15、力小于 500N（其計算的壓緊系數 0.85）時， 其壓力與干芯子電容之間難以建立一一對應關系，增加了對芯子電容控制的難度；4）采用質量密度法測得的厚度作為電容設計依據之一時， 對芯子壓裝施加一個 合適的壓力（據此計算的壓緊系數 k0.86），可以有效控制電容偏差，同時也為后 續器身包繞（電纜紙）創造了條件（包繞時，對芯子要施加一定壓力以固定之） 。淄博萊寶電力電容器有限公司2011.10.10工作總結馬峰淄博桓臺人， 生于 1969年 2月，大專學歷， 現任淄博萊寶電力電容器 有限公司技術總監。公司創建于 2003 年，為股份制企業，是以電容器用金屬 化薄膜生產與高低壓電力電容器，自愈式交流

16、濾波電容器，高壓濾波電容器， CBB系列電容器和特種電容器生產，經營為一體的專業化企業。做為公司技術 的帶頭人，我深知科技創新是企業生存的基石， 又是企業發展的動力。 我十年 如一日， 為公司科技進步和企業發展默默奉獻自己的青春和熱血。 尤其是我擔 任公司技術總監以來，在科技工作上敢于創新， 敢于實踐， 敢于打破傳統的觀 念和理念，從產業發展到企業管理都發生了一系列變革。 由于產品的不斷創新， 連續多年被評為淄博市高新區高成長技術型企業， 淄博市高新技術企業， 我本 人也多次被評為科學技術先進工作者， 2011 年被評為淄博市勞動模范。多年來，科技研發部門在我的帶領下，堅持以質量求生存，以技術

17、創新 謀發展的理念，發揮企業原材料支援的優勢，延深，發展生產了質量穩定，性 能可靠，多系列，多規格的 BSMJ，BCM，J BFM系列高低壓電力電容器，同時不 斷的開發生產出特殊條件下使用的國內首創 BGMJ型圓柱形電容器，油田抽油 機隨負荷變化的可調專用電容器， 就地成套補償裝置等新產品， 并申請了專利， 產品銷往全國各地， 現在擁有產品實用新型十一項專利， 并且油田提油機專用 電容器和圓柱形電容器兩性成果通過了科技成果鑒定， 為公司的持續發展帶來 了很大的經濟效益。 2010 年還先后建立了山東省第一家電力電容器實驗室和 高低壓電容器研發實驗中心， 六端子電容器被列入國家火炬計劃， 圓柱形電容 器被評為山東省名牌產品。在市場競爭不斷加劇的新形勢下， 我和我的團隊以堅韌不拔的毅力、 創新變革的膽魄