陶瓷电容范文

陶瓷电容范文第1篇

关键词： 压电陶瓷； 电容传感器； 扩展卡尔曼滤波（EKF）； 容错控制

中图分类号： TN820.3?34 ；TP273+.5 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）21?0152?04

Fault tolerance control of capacitance transducer in

piezoelectric ceramic positioning system

GUO Jia?liang， LI Peng?zhi， LI Pei?yue

（State Key Laboratory of Applied Optics， Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics， CAS， Changchun 130033， China）

Abstract： As the failure of capacitance transducer has a big impact on tracking accuracy of the piezoelectric ceramic positioning system， the methodology of using extended Kalman filter （EKF） to implement the fault tolerance control is investigated in this paper. Aiming at the sampling circuit failure and the power failure of the transducer， an EKF filtering formula of capacitance transducer under three?order trajectory planning algorithm is analysed. The method that the discrete iterative EKF algorithm is taken to replace the traditional method is introduced. Positioning control experiment is performed with the benchmark of the laser interferometer. The results indicate that the proposed method can achieve 0.7% maximum tracking errors， with the deviation of ±3.5 μm， in a stroke of 500 μm. The experimental results indicate that the fault tolerance control method based on EKF can the control error caused by transducer fault and increase the robustness of the piezoelectric ceramic positioning system.

Keywords： piezoelectric ceramic； capacitance transducer； extended Kalman filter； fault tolerance control

0 引 言

压电陶瓷定位系统通常是由压电陶瓷执行器作为驱动器及电容传感器作为位移传感器而构成的闭环定位系统[1]。由于压电陶瓷定位系统具有高精度和高速度的特性，被广泛地应用于光刻物镜调节机构和干涉仪移相器等领域[2?3]。当这种闭环控制的反馈信号惟一依赖于电容传感器测量值时，如果电容传感器产生在线故障，未经过处理的故障信号会增大系统稳态误差，严重时会造成系统不稳定[4?5]。

卡尔曼滤波是一种使用递归方法解决线性滤波问题的最优估计算法，可有效过滤掉随机干扰，准确地恢复出原始信号[6]，在组合导航系统中，基于自适应卡尔曼滤波器的信息融合方法，可以有效增加系统的定位精度及鲁棒性[7]；在多机器人协同控制中，扩展卡尔曼滤波（EKF）可以有效解决定位控制中非线性模型的预测问题[8]；由于不需要对非线性系统的状态方程和观测方程进行线性化，并且不需要计算状态转移矩阵的雅可比矩阵，无迹卡尔曼滤波（UKF）在飞行器轨迹跟踪领域也有广泛应用[9]；近年来，EKF在控制系统传感器故障容错控制领域得到广泛应用，EKF是针对经典卡尔曼滤波方法的非线性化推广，在永磁同步电机控制系统中，EKF可以根据电机的先验状态参数准确估计当前转子位置，实现无传感器电机控制[10]或者故障诊断[5]；在发动机故障诊断和容错控制中EKF的应用也取得了一定的进展[11]。

本文首先对压电陶瓷定位系统电容传感器典型故障进行分析；其次，针对三阶轨迹规划算法，将位移轨迹作为被估计的过程，通过对被估计过程EKF滤波公式的分析，提出一种基于离散迭代的EKF算法以替代传统非线性系统近似线性化的方法；最后，通过实验对基于EKF的容错控制方法的效果进行了验证，结果表明该方法行之有效。

1 问题描述

光刻物镜可调机构的压电陶瓷定位系统如图1所示，控制算法通过PC机端的Matlab/Simulink设计完成之后，通过RTW下载至目标机的xPC Target实时内核，目标机内置有NI公司的PCI?6229数据采集卡，xPC Target通过PCI?6229的D/A通道向驱动控制箱发送控制指令，驱动控制箱根据指令驱动压电陶瓷执行器，并将读回的电容传感器测量数值传送至PCI?6229的A/D通道，反馈给xPC Target。

如图1所示，xPC Target目标机与驱动控制箱之间采用模拟信号连接，电容传感器与驱动控制箱之间也采用模拟信号连接，相比于其他链路，这些模拟通道出现故障的概率更大。图2是模拟通道典型故障的反馈值，在0.6～0.8 s之间电容传感器第8个数据位出现故障、在1 s之后电容传感器出现掉电故障。可见，故障时位移测量值与实际值出现较大偏差。因此，在将这些包括不准确值的测量值反馈至控制器之前，对其进行必要的容错处理显得尤为重要。

图1 压电陶瓷定位系统

2 扩展卡尔曼滤波

将压电陶瓷定位系统的位移轨迹作为被估计的过程[X]，那么这个过程的状态变量[xk]即表示[k]时刻的位移值，对于文献[1]中应用于压电陶瓷定位系统的三阶轨迹规划算法，这个过程[X]的状态变量[xk]可以由以下离散差分方程描述：

[xk=xk-1+vk-1ts+ak-1t2s2+Jmt3s6] （1）

式中：[ts]为采样周期；[Jm]为最大冲击值常量；[ak-1，][vk-1，][xk-1]分别为[k-1]时刻加速度值、速度值、位移值。显然[ak，][vk，][xk]均为时变参数，可见被估计过程的[X]是一个离散的非线性过程。

图2 电容传感器故障时位移测量值

针对离散非线性过程，卡尔曼滤波变形为如下离散的扩展卡尔曼滤波公式[6]：

[xk/k-1=xk-1+f（xk-1）?Ts] （2）

[Pkk-1=Φkk-1Pk-1Φkk-1T+Qk-1] （3）

[xk=xkk-1+Kk（yk-Hkxkk-1）] （4）

[Pk=Pkk-1-KkHkPkk-1] （5）

[Kk=Pkk-1HkT（HkPkk-1HkT+R）-1] （6）

在传统的扩展卡尔曼滤波中，公式（2）中的[f（?）]是由非线性函数经过泰勒级数展开，截去高阶项后得到的近似线性化函数。这种线性化的近似计算存在两个方面的缺陷：一方面，需要通过大量的在线仿真或实验才能获得精度和速度相对较好的滤波系数[5]；另一方面，随着递归算法的向前推移，泰勒级数高阶项权重可能不断增加，导致最终估计量误差较大[6]。

为解决以上问题，将公式（1）改写为公式（7）的形式：

[xk=xk-1+f（xk-1）ts] （7）

而公式（7）中的[f（?）]可以由公式（8）递推求得[1]，公式（8）中各参数意义与公式（1）相同：

[f（xk）=vk+akts2+Jmt2s6vk=vk-1+ak-1ts+Jmt2s2ak=ak-1+Jmts] （8）

由公式（7）和公式（8）可见，在将压电陶瓷定位系统的位移轨迹视作被估计过程[X]时，其扩展卡尔曼滤波公式（2）中的线性化函数[f（?）]同样可以由三阶轨迹规划的递推过程求得，避免了传统的将非线性系统线性化的复杂计算过程。

离散扩展卡尔曼滤波式（2）～式（6）中其余参数的含义说明如表1所示。

至此，在三阶轨迹规划算法下，压电陶瓷定位系统位移量的扩展卡尔曼滤波器可由图3表示，其中，状态预测对应公式（2），协方差预测对应公式（3），状态校正对应公式（4），协方差校正对应公式（5），增益更新对应公式（6）。

表1 离散扩展卡尔曼滤波器参数表

[参数＼&参数含义＼&[xk/k-1]＼&[k]时刻基于[k-1]时刻的预测估计＼&[xk-1]＼&[k-1]时刻的最优估计＼&[Ts]＼&采样周期＼&[Pkk-1]＼&[xk/k-1]的协方差＼&[Φkk-1]＼&转移矩阵＼&[Pk-1]＼&[xk-1]的协方差＼&[Qk-1]＼&过程噪声的协方差＼&[xk]＼&[k]时刻的最优估计＼&[Kk]＼&卡尔曼滤波增益＼&[yk]＼&观测变量＼&[Hk]＼&为观测增益＼&[Pk]＼&[xk]的协方差＼&[R]＼&观测噪声的协方差＼&]

图3 扩展卡尔曼滤波器

3 实验与分析

为了对如图1所示的压电陶瓷定位系统中位移的测量值和EKF估计值做出准确评价，实验过程中使用Renishaw公司的XL?80型激光测长干涉仪作为测量基准，搭建了如图4所示的实验平台。其中，执行器为Physik Instrumente公司的N?111型压电陶瓷驱动器，传感器为D?E30型电容传感器。

实验采用的控制方案如图5所示，其中，扩展卡尔曼滤波器将电容传感器信号滤波之后反馈至PID控制器，PID控制器根据此反馈信号和三阶轨迹规划的输出信号，对压电陶瓷执行器的控制量做出计算。

实验中EKF滤波公式各参数赋值如下：采样周期[Ts]与系统相同，为0.001 s；过程噪声与N?111型压电陶瓷执行器的定位精度相关，根据对N?111大量实验数据的统计分析结果，过程噪声方差[Qk-1]取值[5×10-4]；观测变量[yk]为电容传感器在线测量值，观测噪声与电容传感器精度相关，经过对D?E30型电容传感器大量实验数据的统计分析结果，观测噪声方差[R]取值为[2.5×10-4]；观测增益[Hk]取值为1，转移矩阵[Φkk-1]由算式[Φkk-1=I+f（tk-1）Ts]在线求得；EKF的初始条件为[x0=0，][P0=1]。

图4 压电陶瓷定位系统实验平台

图5 电容传感器容错控制方案

实验过程中，当电容传感器在0.6～0.8 s之间第8个数据位出现故障、在1 s之后出现掉电故障，干涉仪测量值与EKF的估计值结果如图6所示，EKF估计值误差的绝对值如图7所示。

图6 干涉仪测量值与EKF估计值

图7 EKF估计值误差绝对值

由图6和图7的实验结果可知，当电容传感器出现故障时，虽然EKF估计值的绝对误差和方差均有所增加，但绝对误差仍被控制在3.5 μm之内，相比于图2中未加EKF时的结果，滤波效果显著。对于压电陶瓷定位系统而言，EKF可以有效实现对电容传感器的容错控制。

4 结 语

本文将压电陶瓷定位系统位移轨迹作为被估计的过程，对其扩展卡尔曼滤波分析后，提出基于三阶轨迹规划离散迭代算法的扩展卡尔曼滤波方法，这种方法可以有效避免非线性系统近似线性化的截断误差，避免大量的寻优实验。实验结果表明所提出的EKF算法能够准确地估计出压电陶瓷定位系统的位移轨迹，实现了电容传感器容错控制，提高了控制系统的鲁棒性。

参考文献

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陶瓷电容范文第2篇

铝电解电容的设计缺陷

AC-DC电源转换器，要实现交流到直流的变换，首先需要将交流电压经过整流滤波后形成一个稳定、平滑的直流电压给自身及外部器件供电。而电解电容由于具有单位体积内电容量大、额定容量大（可实现法拉级）、价格低廉等优点，常成为常规开关电源中整流滤波的关键器件。电解电容是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成，电解液在高温和低温等极端条件下，非常容易漏液和干涸，从而使其电气属性发生变化，最终导致电容失效。一旦铝电解电容失效，因其剧烈反应形成压力，就会释放出易燃、腐蚀性气体，导致AC DC模块电源失效。

根据铝电解电容的物理结构，可以用图1中所示的电路等效，其中CAK代表两电极问的理想电容量；Rp是并联电阻，代表了电容的漏电流成分；Rl代表了电容引出端及电极部分的串联电阻成分；L代表了引出线和连接处的等效串联电感成分。

铝电解电容的性能主要依赖其中介质部分，即阳极金属氧化膜部分。除受初始工艺的影响外，在工作过程中，电解液也会不断修补并增厚该氧化膜，随着阳极金属氧化膜的不断增厚，铝电解电容等效电路模型中的电容值C会不断下降，等效串联电NESR会不断增大，同时阴极反应产生的氢气又加速了电解液的挥发，这些便是引起铝电解电容退化的主要因素。

因而，虽然电解电容有着其他类型的电容无法替代的优势，但还是具有内部损耗大、静电容量误差大、漏电流大、高低温特性差等缺陷。故采用电解电容设计的常规AC DC电源模块在高低温特性、可靠性、使用寿命等方面具有明显的劣势。

那么，如果AC-DC电源设计中不使用电解电容，电源产品将会怎样呢？无电解电容的AC-DC电源模块是否可避免上述致命缺陷？

无电解电容产品的优势

与电解电容相比，陶瓷电容具有极低的ESR和ESL，能降低因寄生参数而引起的损坏风险；同时，因陶瓷电容的电解质在高低温等极限条件下不易挥发、凝固，容量相对稳定，能长时间保持电容的电气特性，从而极大地提高了电源产品的高低温性能和长期使用的可靠性。

1 高效、环保

LN系列采用填谷电路进行设计，利用高压陶瓷电容完美替代铝电解电容，增加了整流管的导通角，使输入电流波形从尖峰脉冲变得更接近正弦波，从而大幅度提高电源的功率因素（如表1所示），提高电源的转换效率，更加利于环保节能，显著降低总谐波失真（见图1）。

以下所有表中旧方案为采用电解电容的产品，新方案为采用填谷电路无电解电容的新产品。

2 产品寿命的提升

电源本身是一个功率器件，在正常工作时功率损耗通过热的形式散发到外部，其内部的变压器、开关器件、整流二极管等都是发热器件。除内部因素外，大部分电源需应用在较高的环境温度中，这些都会导致电解液的挥发，降低电解电容的使用寿命。

陶瓷电容采用特性最稳定的陶瓷材料作为介质，特别是一类陶瓷电容（NOP）能实现55～+125℃的工作环境温度，容量变化不超过±30×10-6/℃。电容温度变化时，容值很稳定，即具有温度补偿功能，适用于要求容值在温度变化范围内稳定和高Q值的线路以及各种谐振线路中；二/三类陶瓷（X7R）实现55～+125℃的工作温度范围内，容量最大的变化为±15%。

从高压陶瓷电容的介质与铝电解电容的电解液介质本身的特性可以看出，陶瓷电容能够承受更严格的环境要求，对电源产品的寿命、可靠性的设计都有着重要的意义，能够很大程度地提高电源产品的使用寿命以及可靠性。

无电解电容AC-DC电源模块LN系列通过采用填谷电路，利用高压陶瓷电容成功替代铝电解电容，能够有效避免电解电容因内部电解液导致的高低温性能差问题；避免因电解液的挥发导致电容容值下降、电源产品寿命降低问题；甚至可以避免因电解液的剧烈喷发或者漏液引起的安全问题。

3 稳定的高低温特性

目前，大多数常规电解电容的额定工作温度为105℃，但因电解电容在高温条件下电解液易挥发，电源本身发热较大等原因，常规采用电解电容的AC-DC电源只能工作在70℃的环境条件下。要提高电源的工作环境温度，必须采用价格更昂贵、体积更大的电解电容，或者以降额的方式实现高低温条件下的应用，图3为金升阳常规AC-DC电源产品在高低温环境下的降额要求。

LN系列能在成本、体积变化不大的情况下实现高温工作，能满足-40～+70℃条件下无任何降额要求，可应用在环境温度较高/较低，且对电源产品的可靠性、使用寿命较高的场合，如路灯控制、LED等行业。

4 高EMC特性

金升阳无电解电容LN系列产品，充分考虑到不同应用场合、不同的设计要求，对产品的EMC性能进行了全面的升级优化。在模块内部通过PCB设计、采用多级EMC滤波等方式实现在无任何防护器件的情况下EMI满足CLSS B，防浪涌能力达4级。

总结

陶瓷电容范文第3篇

独石电容器是片式多层陶瓷电容器的另一个称呼，缩写是MLCC，是世界上用量最大、发展最快的片式元件品种。独石电容具有体积小，容量大，绝缘电阻高等特点，可在高频、高温环境下使用，因此特别适合手持设备。

独石电容器的发展趋势是：片式化率迅速增长；尺寸不断缩小；厚度不断变薄变轻；生产规模不断扩大；复合度不断提高；技术不断更新。低失真率和冲击噪声小、寿命长、高安全性和高可靠性、低成本的独石电容器不断涌现。

目前，主要的独石电容器的国外生产厂家有村田制作所(MuRATA)、TDK、AVX、京瓷、太阳诱电、三星电子等，国内的风华高科也是独石电容器的重要厂商。

在这些厂商当中，独石电容器销售额最大的是日本的村田制作所(MURATA)，其本身也是全球最主要的陶瓷电容器制造商，可以满足从3V以下到数千伏高压的广泛应用需求。村田制作所的电容产品涵盖独石陶瓷电容器、独石陶瓷电容器(汽车用)、独石陶瓷电容器(引线型)、中高压用陶瓷电容器、安全规格认证型／中高压用陶瓷电容器、安全规格认证型陶瓷电容器、高压用陶瓷电容器(10-40kV)、高频功率陶瓷电容器、高频用单层微型片状电容器、陶瓷微调电容器和网络电容。基于独特的设计及加工技术，村田制作所可提供各种片状MLCC产品，从0402尺寸的超小型，到用来替代钽电容和电解电容的大电容产品，及低ESL型、高频用产品和排列型产品。简而言之，村田的陶瓷电容器几乎可以满足所有可能的应用需求。该公司还提供包括超小型和超薄型在内的各种各样、类型广泛的微调电容器。

仅仅是独石电容器，也有根据容量、用途等方面的进一步细分的要求，因此又衍生出大量不同封装和容量的电容器。村田制作所的大容量电容可用于去耦和平滑滤波；GRM(COG)和GRM(u2J)两个系列适合频率控制／调谐、阻抗匹配LLL、LLA/LLM、ERB、GJM、GQM系列可剧于高频去耦，在ESR和工作频段上有所不同；GMA系列适用于高频通信，可实现引线结合／芯片键合；GRM(SL．u2J)可用于中高压高频缓冲，其损耗值较低；GRM中220pF～1μF的电容适用于中高压的去耦、平滑；GR7系列电容的容量可达10 000～47 000pF，可承受350V的电压，非常适用于为照相机闪光灯充电；GR4系列的耐压达到2kV，容量为100～4700pF，可用于通信设备中；GD和GF型通过了安全规格认证，也适用于通信设备；GC、GF、GB、GA2型可用于交流电路的降低噪声；对于汽车、安全设备、传动设备等专用领域，村田制作所也有大容量型、低ESL型和用于温度补偿的型号。

损耗角、等效电阻、稳定性等性能参数对减小发热、提高系统稳定性具有有重要作用，提高这些指标的途径是提高材料的质量，不断改进材料的成分和性能。村田制作所在陶瓷材料的研发上一直居于领先地位，除了在材料的成分和结构上不断创新，在材料的制备工艺上也不断升级提高，确保能不断推出新的电容产品，该公司甚至制造出了透明的高强度透明陶瓷，其著名的村田小顽童的眼部保护罩就是用透明陶瓷制造的。

陶瓷电容范文第4篇

电容技术

电容具有各种尺寸、额定电压和其他特性，能够满足不同应用的具体要求。常用电介质材料包括油、纸、玻璃、空气、云母、聚合物薄膜和金属氧化物。每种电介质均具有特定属性，决定其是否适合特定的应用。

在电压调节器中，以下三大类电容通常用作电压输入和输出旁路电容：多层陶瓷电容、固态钽电解电容和铝电解电容。

多层陶瓷电容

多层陶瓷电容(MLCC)不仅尺寸小，而且将低ESR、低ESL和宽工作温度范围特性融于一体，可以说是旁路电容的首选。不过，这类电容也并非完美无缺。根据电介质材料不同，电容值会随着温度、直流偏置和交流信号电压动态变化。另外，电介质材料的压电特性可将振动或机械冲击转换为交流噪声电压。大多数情况下，此类噪声往往以微伏计，但在极端情况下，机械力可以产生毫伏级噪声。

电压控制振荡器(VCO)、锁相环(PLL)、RF功率放大器(PA)和其他模拟电路都对供电轨上的噪声非常敏感。在VCO和PLL中，此类噪声表现为相位噪声；在RF PA中，表现为幅度调制；而在超声、CT扫描以及处理低电平模拟信号的其他应用中，则表现为显示伪像。尽管陶瓷电容存在上述缺陷，但由于尺寸小且成本低，因此几乎在每种电子器件中都会用到。不过，当调节器用在噪声敏感的应用中时，设计人员必须仔细评估这些副作用。

固态钽电解电容

与陶瓷电容相比，固态钽电容对温度、偏置和振动效应的敏感度相对较低。新兴一种固态钽电容采用导电聚合物电解质，而非常见的二氧化锰电解质，其浪涌电流能力有所提高，而且无须电流限制电阻。此项技术的另一好处是ESR更低。固态钽电容的电容值可以相对于温度和偏置电压保持稳定，因此选择标准仅包括容差、工作温度范围内的降压情况以及最大ESR。

导电聚合物钽电容具有低ESR特性，成本高于陶瓷电容而且体积也略大，但对于不能忍受压电效应噪声的应用而言可能是唯一选择。不过，钽电容的漏电流要远远大于等值陶瓷电容，因此不适合一些低电流应用。

固态聚合物电解质技术的缺点是此类钽电容对无铅焊接过程中的高温更为敏感，因此制造商通常会规定电容在焊接时不得超过3个焊接周期。组装过程中若忽视此项要求，则可能导致长期稳定性问题。

铝电解电容

传统的铝电解电容往往体积较大、ESR和ESL较高、漏电流相对较高且使用寿命有限(以数千小时计)。而OS-CON电容则采用有机半导体电解质和铝箔阴极，以实现较低的ESR。这类电容虽然与固态聚合物钽电容相关，但实际上要比钽电容早10年或更久。由于不存在液态电解质逐渐变干的问题，OS-CON型电容的使用寿命要比传统的铝电解电容长。大多数电容的工作温度上限为105℃，但现在OS-CON型电容可以在最高125℃的温度范围内工作。

虽然OS-CON型电容的性能要优于传统的铝电解电容，但是与陶瓷电容或固态聚合物钽电容相比，往往体积更大且EsR更高。与固态聚合物钽电容一样，这类电容不受压电效应影响，因此适合低噪声应用。

为LDO电路选择电容

1　输出电容

低压差调节器(LDO)可以与节省空间的小型陶瓷电容配合使用，但前提是这些电容具有低等效串联电阻(ESR)；输出电容的ESR会影响LDO控制环路的稳定性。为确保稳定性，建议采用至少1μF且ESR最大为1Ω的电容。

输出电容还会影响调节器对负载电流变化的响应。控制环路的大信号带宽有限，因此输出电容必须提供快速瞬变所需的大多数负载电流。当负载电流以500mA／μs的速率从1mA变为200mA时，1μF电容无法提供足够的电流，因而产生大约80mV的负载瞬态，如图1所示。当电容增加到10μF时，负载瞬态会降至约70mV，如图2所示。当输出电容再次增加并达到20μF时，调节器控制环路可进行跟踪，主动降低负载瞬态，如图3所示。这些示例都采用线性调节器ADP151，其输入和输出电压分别为5V和3.3V。

2　输入旁路电容

在VIN和GND之间连接一个1μ“F电容可以降低电路对PCB布局的敏感性，特别是在长输入走线或高信号源阻抗的情况下。如果输出端上要求使用1μF以上的电容，则应增加输入电容，使之与输出电容匹配。

3　输入和输出电容特性

输入和输出电容必须满足预期工作温度和工作电压下的最小电容要求。陶瓷电容可采用各种各样的电介质制造，温度和电压不同，其特性也不相同。对于5V应用，建议采用电压额定值为6.3～10V的X5R或X7R电介质。Y5V和Z5U电介质的温度和直流偏置特性不佳，因此不适合与LDO一起使用。

图4所示为采用0402封装的1μF、10V X5R电容与偏置电压之间的关系。电容的封装尺寸和电压额定值对其电压稳定性影响极大。一般而言，封装尺寸越大或电压额定值越高，电压稳定性也就越好。X5R电介质的温度变化率在－40～+85℃温度范围内为±15％，与封装或电压额定值没有函数关系。

要确定温度、元件容差和电压范围内的最差情况下电容，可用温度变化率和容差来调整标称电容，见公式1。

CEFF＝CBIAS×(1-TVAR)×(1－TOL)　(1)

其中，CBIAS是工作电压下的标称电容；TVAR是温度范围内最差情况下的电容变化率(百分率)；TOL是最差情况下的元件容差(百分率)。

本例中，X5R电介质在40～+85℃范围内的TVAR为15％；TOL为10％；CBIAS在1.8V时为0.94μF，如图4所示。将这些值代入公式1，即可得出：

CEFF=0.94μF×(1－0.15)×(1－0.1)=0.719μF

陶瓷电容范文第5篇

专利号：200710099039.3

陶瓷金属制品

本实用新型涉及一种具有金属质感的陶瓷金属制品，属于工艺日用品技术领域。本实用新型的陶瓷金属制品包括陶瓷基体，所述陶瓷基体的外表面制有间隔分布的金属层，所述金属层按预定图案有规律地间隔分布。这样制成的陶瓷金属制品既保持原有陶瓷制品多变的工艺品质，又具有金属质感，从而形成一种全新的表面装饰效果，不仅提高传统陶瓷制品的外表装饰档次，又带来了新的欣赏点，而且对陶瓷制品的外表还具有一定的保护作用。

专利号：200720036965.1

新型自密封节水洁具陶瓷开关

本实用新型公开一种新型自密封节水洁具陶瓷开关装置，包括开关本体，设于开关本体内，用于封堵水流孔的阀座组件。所述的阀座组件包括阀杆、上瓷片、中瓷片、密封硅胶，中瓷片固定在开关本体内，阀杆一端固定连接控制水流开关的手柄，另一端固定连接上瓷片，中瓷片下面还垫有一密封硅胶，中瓷片、密封硅胶设有进水口及出水口。使用本实用新型节水洁具开关可长时间保持可靠的自密封。

专利号：200720119159.0

纳米陶瓷柱塞

本实用新型涉及柱塞泵所使用的一种纳米陶瓷柱塞，其创新点在于：在柱塞基体的表面均匀制有一层纳米陶瓷层。本纳米陶瓷层可使柱塞具有更加良好的耐磨、耐腐蚀性能，在同等工况下，可大大延长柱塞泵的使用寿命，有效提高各类柱塞泵的泵效；而且纳米陶瓷材料电沉积的工艺合格率高且无粉尘污染，极具推广应用价值，特别适合于油田等对柱塞耐磨、耐腐蚀性要求较高的场合应用。

专利号：200720095546.5

内置电容型片式压电陶瓷谐振器

一种内置电容型片式压电陶瓷谐振器，包括上盖板、压电振子和下盖板，上盖板上有电容电极，下盖板的上表面有一个凹腔。它还包括中间盖板，中间盖板的下表面有一个凹腔，上盖板、中间盖板、压电振子和下盖板依次粘合在一起。由中间盖板和下盖板提供谐振子振动的振动空腔，上盖板为一片电容平片，可在正反面制备电容电极图形，形成电容以提供负载电容值。负载电容值的大小可通过改变上盖板正反面重叠电极的面积进行调整，需要的电容值较小时也可以单面制备电极，电容值的可调节范围大，而且无需改变电容平片的材质，电容值的调整较为方便。

专利号：200720107254.9

外热式电烙铁红外陶瓷发热芯

一种外热式电烙铁红外陶瓷发热芯，包括：瓷基管，在瓷基管外表面上涂有发热涂料层，发热涂料层一端的瓷基管表面上喷涂的铝电极和铝电极相连的导线作为引出电极，引出电极通过引线孔引出发热器，涂料层外套有绝缘套管。该设备的优点是：寿命长、省电、结构简单、传热层次少、组装方便、加热效率高、导电性好、自动恒温、可靠性高、工作电压宽、绝缘性好的特点。热起动速度快，预热时间短，接入电源后，室温起动只需预热两分钟就可进行焊接，方便快捷。

专利号：200720083421.0

增韧陶瓷型圆盘双刀阀

本实用新型公开了一种增韧陶瓷型圆盘双刀阀，它包括设置有进、出料口的阀体，设置在所述阀体进、出料口处的复合型增韧陶瓷环，和设置在阀腔内阀杆上的阀板，以及设置在所述阀板密封面上的密封圈。所述阀板为圆盘结构，沿所述圆盘结构的阀板外周面设置有刃口。本实用新型的优点在于将所述阀板设置为圆盘结构，并沿所述圆盘结构的阀板外周面设置有刃口，因此，当阀门长时间关闭，或副密封表面结疤时，在阀门开启副密封过程中，所述刃口即可将结疤破除。而主密封在所述压力弹簧预紧力作用下始终接触，保证了阀在关闭的情况下不泄漏，而主密封因背对介质面不易结疤，大大提高了阀门的耐磨性能，同时可有效破除结疤达到气体密封，提高了阀门的使用寿命。

陶瓷电容范文第6篇

高压部分主要由整流、滤波、高压开关管、开关脉冲形成电路以及过流、过压保护和EMC等电路组成。对于电源高压侧的摩机，大家常常更换高压滤波电容，但对其容量选择则有许多不同的意见。根据经验，开关电源的初级侧高压滤波电容容量常选择3pF／W，即当开关电源输出功率在1W时，此电容为3pF。卫视机功耗常在20w以下，根据上述经验公式，此电容容量可选择60pF左右，即68pF。我曾试验过将此电容容量增至100pF，效果较68μF稍好，但100μF电容价格要高于68μF电容近一倍。所以建议使用68μF，此时性价比最高。

低压部分主要是由30V、22V、12V、5V、3．3V各路电压的高频整流滤波及电压反馈光耦等构成。因开关变换器是以脉冲形式向电源汲取电能，故当滤波电容器中流过较大的高频电流时，要求用于开关稳压电源输出整流的电解电容器阻抗频率特性在300kHz甚至500kHz左右仍不呈现上升趋势，而普通电解电容器在100kHz后就开始呈现上升趋势(见图2)，用于开关电源输出整流滤波效果相对较差。同时普通电解电容器温升相对较高。当负载为突变情况时．用普通电解电容器的瞬态响应远不如高频电解电容器。由于铝电解电容器在高频段不能很好地发挥作用，应辅之以高频特性好的陶瓷电容器或无感薄膜电容器，其主要优点是：高频特性好，ESR低，如MMK5型容量1μF电容器，谐振频率达2MHz以上，等效阻抗却小于0．02Ω，远低于电解电容器，而且容量越小谐振频率越高(可达50MHz以上)。在铝电解电容器两脚上并联上高频特性好的小容量陶瓷电容器或无感薄膜电容器，这样将得到很好的电源输出频率响应或动态响应。

对于各电压支路滤波电容容量的选择，应结合各路电源负载的大小及对纹波敏感的程度而做出处置。在此建议如下：

30V：10～22pF／50V电容．并联一只O．1μF陶瓷电容器：

22V：470pF／35V电容，并联两只0．1μF陶瓷电容器；

12V：1000μF／35V电容。并联两只0.1μF陶瓷电容器：

5V：470μF／16V电容三只，各并联一只O．1μF陶瓷电容器：

陶瓷电容范文第7篇

1真空电容介绍

1.1 真空电容的结构

如图1:电容的电极为数个同心圆环,上下多个同心圆环构成电容的两极。波纹管的作用是在不影响电极运动的情况下隔离空气。调整定位螺丝可以调整电容的最小容量。排气孔是生产过程中用于抽空电容内部空气的通道,电容容量的调整是靠改变电极间的相对面积来进行的。

1.2 可变陶瓷真空电容器的物理特性

电容器的内部电极一般采用弹簧铜制作,但由于电容器外壳金属铜与陶瓷的封装是在高温下进行的,当封装完成后,电容内部电极处于退火后非常软的状态,容易发生机械形变;而电容器抽真空时必须在几百度的高温环境中进行,这也使得内部电极变得更软。因此成品电容器内部电极非常软,极易因振动等发生形变,金属与陶瓷的连接处是最大的薄弱点,温度超过250℃会成为漏气点。

2可变陶瓷真空电容的主要参数及其运用

2.1 峰值试验电压

峰值试验电压应不低于射频峰值工作电压的1.4倍。测量时将电容调至最大容量位置进行。在国产电容器外壳上一般标明射频峰值工作电压的有效值。如型号为CKTB650/35/240的电容器,其中35为射频峰值工作电压,单位是kV,是有效值。因此在测试该电容时,按国家电容器标准规定,采用的工频实验电压有效值为49kV。国外电容厂家规定电容器的射频峰值工作电压为峰值测试电压的60%。与国内电容器型号含义有所不同,其型号中标明的电压为工频测试电压的峰值。

2.2 电容量

最大电容量允许偏差为±5%,最小电容量小于或等于标称值。调整电容器的定位螺丝,可改变其最小容量,使其小于最小标称容量。

2.3 最大射频电

在自然冷却条件下,电容器通过该数值的电流,其陶瓷与金属封接部位的温度应不超过150℃。也就是说,电容工作温度最好不要超过150℃。短时间的过电流电容可以承受,但10s以上持续的过电流将损坏电容。

2.4 固有谐振频率

电容器的阻抗性质由容性变为感性的临界频率。让电容器的工作频率尽量远离其固有谐振频率,以及消除或尽量减小工作频率的高次谐波,产生该问题的原因主要是电容内部的波纹管。

3真空电容常见问题

3.1 运输过程中的问题

主要是碰击造成损坏,即电容运输过程中,由于摆放不当、包装箱内填充物不足造成多个电容器之间或电容器与包装箱之间发生碰撞,或由于运输中搬运方式不当等造成电容损坏。正确的运输包装方法:首先调整到容量最小位置,其次填充物要足够,最后要保证电容搬运中的垂直状态不能倾斜,轻拿轻放。

3.2 存储中发生的问题

3.2.1 电极变形

多是由于真空电容没有按厂家要求轴线垂直放置,而是水平放置或倾斜放置,长时间导致极片变形或碰到一起,使用过的电容器容更易发生该问题。

3.2.2 慢漏气

由电容器的结构可以看出,其外壳是由金属铜和陶瓷构成,它们的膨胀系数不同,同时又有工艺和材料的原因,慢漏气是必然存在的,慢漏气会造成:绝缘强度下降,直流泄漏电流增加。

3.2.3 水冷电容水路腐蚀

当水冷电容在使用后,没有将电容中冷却水抽干,直接进行长时间的存储,将会造成腐蚀和氧化,降低电容的使用寿命。

3.3 安装过程中的问题

3.3.1 联动并联电容使用时初始位置设置不当

正常情况下,两个并联电容的容量在各频率点总是相同的,因此流过并联电容中任何一个电容的射频电流是总电流的一半。当因初始位置设置不当,造成两个电容的初始容量不同。将致使两个电容工作时电流不同,表现出一个工作温度高,一个工作温度低。长时间如此,高温电容的使用寿命将减短。

3.3.2 电容与电感匹配使用时初始位置设置不当

发射机中经常用T网络或Γ网络进行阻抗匹配。T网络或Γ网络对应各频率点的调整,均是电容与电感匹配联动调整,正常情况下,各个器件的位置是一一对应的。在安装过程中,有意或无意中改变了电容的初始值,就将造成该网络输入输出阻抗不再是设计值,网络中器件上电压或电流增加,这些都可能造成电容器损坏。因此建议不要轻易改变网络中电容和电感的初始设计值。

3.4 使用中的问题

3.4.1 异常高电压大电流

由于发射机状态不佳、其它器件发生故障、线路中产生振荡、故障情况下保护装置动作不及时等情况的发生,造成电容上落有异常高电压,或流过异常大电流,从而造成电容损坏。这一类电器损坏在电容总故障中占有一定比率。

3.4.2 水冷电容的冷却水水压水质异常

在水冷电容中,冷却水的水质较差,或水压过大,对电容的寿命影响非常大。冷却水的水质差,将加快电容内水路的腐蚀速度。水压过大,对电容中水路也是一个考验。

4结语

因为可变真空陶瓷电容在设备中的重要性加之其价格昂贵,其使用维护是一个比较关注的问题,以上是本人的一点见解,希望读广大同行通过本文的阅读,能有所收获。

参考文献

[1] GB/T 3788-1995.真空电容器通用技术条件[S].

[2] COMMET公司电容器技术说明书[Z].

陶瓷电容范文第8篇

声波是声音的传播形式。物体振动在空气中或在其他介质中的传播叫做声波。声波借助各种介质可以向四面八方传播。声波是一种纵波，它是弹性介质中传播着的压力振动。但是在固体中传播时，它也可以同时有纵波和横波。

声波可以理解为介质在偏离平衡态时的小扰动的传播。在这个传播过程中只有能量的传递，而不会发生质量的传递。如果扰动量比较小，那么声波的传递过程满足经典的波动方程，是线性波。如果扰动很大，那么声波的传递就不再满足线性的声波方程，会出现波的色散和激波。在本课题中，我们的研究对象是小扰动的传播，即满足经典波动方程的线性波。

2 声学传感器

声学传感器是一个可以接收声波并且能够把声信号转换成电测仪器能够识别的电信号的装置，从而使得不易被测量的声学量能够很容易被测出，也使得声波被人们更为广泛的研究和利用。

声学传感器的原理就是声电转换，即把不易测量的声音信号转换成为容易被电测仪器测出的电信号。目前应用最多的声学传感器主要有动圈式、压电陶瓷式和电容式三大类，其他类型的，如果细分的话，也都属于这三大类之中。下面一节中，会具体介绍这三种声学传感器的原理，在此不再赘述。

3 声学传感器的前置放大电路

声学传感器的前置放大电路，是一种专门为声学传感器的输出信号而设计的放大设备。通常，人们习惯将声学传感器的前置放大电路直接简称为“前置放大器”，专门用来处理电平较低、音质比较脆弱的声学传感器的输出信号。

由于声学传感器可以分为动圈式、压电陶瓷式、电容式等多种不同类型，且其输出的信号在电平和阻抗水平上也有很大的差别，因此，前置放大器在设计上也有很多种不同的造型和尺寸。我们在选择前置放大器时，除了要鉴别音质水平之外，还应该特别注意其在多种不同的应用条件下对信号一致性的保持能力。

市场上可以见到的前置放大器有很多，它们大致可以分为两类，一类是电子管前置放大器，另一类是晶体管前置放大器。由于数字音频信号是离散的信号，与连续的模拟音频信号相比，声音听起来有一些硬，电子管的特性就是可以呈现出温暖的音色，所以近年来选用电子管前置放大器的用户逐渐多起来，电子管前置放大器会使原来听起来比较生硬的数字声音变得温暖许多。当然，电子管前置放大器呈现的温暖音色特性不一定适合对所有声音的加工，要根据声音特点的不同或者个人的喜好来选择是否用电子管前置放大器。

4 三种声学传感器的原理

4.1 动圈式声学传感器的原理

电磁感应现象：闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，在电路中产生感应电流，我们把这种现象称为电磁感应现象，产生的电流就叫做感应电流。

动圈式声学传感器就是利用电磁感应现象制成的。如图1所示，当声波使最右边的膜片振动时，连接在膜片上面的线圈会随着膜片一起振动，而音圈的振动又是发生在永久磁铁的磁场里，其中就产生了感应电流，也就把声音信号转换成了电信号。其中产生的感应电流的大小和方向都在变化，变化的频率由声波振动的频率决定，变化的振幅由声波的振幅决定。

4.2 压电陶瓷式声学传感器的原理

压电效应是指一些电解质在受到某一个方向的外力作用发生形变时，由于内部电荷有极化现象，会在其表面产生出电荷的现象。

由于有压电效应，压电陶瓷能够直接将非电量转换为电量，同时，压电陶瓷的压电常数可以通过调整配方组成或者改变陶瓷片组合的方式而得到大幅度的提高，从而可有效的提高它的灵敏度。

压电陶瓷式声学传感器就是利用压电陶瓷片的压电效应，把应力转换为电压输出的装置，如图2所示。压电陶瓷片是其中关键的部件，从信号变换角度看，这里压电陶瓷片相当于一个电荷发生器。

压电陶瓷式声学传感器是由把外力传递给压电陶瓷的力学系统、压电陶瓷片以及将电荷传递给测量仪表的测量电路三个部分组成。其中，力学系统是用来安装和固定压电陶瓷的支架部分，由该部分直接和外界接触，当受到外力的作用时，支架和压电陶瓷一起发生形变。压电陶瓷由形变产生电荷输出，然后测量线路会把电荷变换为电压输出。

压电陶瓷式声学传感器的结构简单、体积小、质量轻、功耗小、寿命长，尤其是它具有很好的动态特性，因此非常适合有很宽频带的周期性作用力以及高速变化的冲击力。

4.3 电容式声学传感器的原理

电容式声学传感器是将被测的非电学量的变化转换为电容量变化的传感器。

电容式传感器是把被测量的机械量，例如位移、压力等转化为电容量变化的传感器。它的敏感部分是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行的电极组成、极板间以空气为介质的电容器。若忽略电容器的边缘效应，平板电容器的电容为εS/d，式中的ε是极间介质的介电常数，S是两个极板互相覆盖的有效面积，d是两个极板之间的距离。d、S、ε三个参数中任意一个发生变化都会引起电容量的变化。因此电容式传感器可以分为极距变化型、介质变化型和面积变化型三类。其中，极距变化型电容式传感器通常用于测量微小的线位移或者由于力、压力、振动等引起的极距变化。介质变化型一般用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测量。面积变化型电容式传感器常用于测定角位移或者比较大的线位移。

电容式声学传感器属于极距变化型电容式传感器。如图3所示，有两块金属极板，其中一块金属极板的表面涂有一层驻极体薄膜并且将其接地，另一块金属极板是振动膜片。当驻极体膜片本身带电荷，表面电荷的电量是Q，两极板之间的电容量是C，则在柱头上面产生的电压为U=Q/C。当受到气流磨擦或者受到振动时，由于振动使两个极板之间的距离发生改变，即电容C发生了改变，而电量Q不变，这样就会引起电压发生变化。电压变化的大小，就反映了外界声压的强弱；电压变化的频率，就反映了外界声音的频率。

陶瓷电容范文第9篇

【关键词】超声波马达；有限元；电学模型

1.引言

在双面齿马达设计的基础上，通过实验，发现超声波马达在运行时，压电陶瓷上所加的驱动电压并不高（交流电压峰-峰值72V），但是陶瓷两个分区之间却有很高的电压信号（240V-500V）。作为超声波马达最重要的驱动部分的压电陶瓷在马达运行时的这种特殊现象在国内外的相关文献上还没有解释。考虑到一般的国内外对超声波马达压电陶瓷的研究几乎都局限在其静态部分，而没有考虑压电陶瓷的等效动态电容动态电感的影响。因此，建立了压电陶瓷的有限元等效电学模型来对压电陶瓷的动态性能进行分析，以解释压电陶瓷在马达运行时的这种特殊现象，为马达驱动提供依据。并且通过更深一步探讨，能够得到压电陶瓷在振动中的能量分配问题。这对马达的进一步研究有着重要的理论和现实意义。

2.双面齿行波超声波马达

在诸多类型的超声驱动器中，圆板和圆环行波超声波马达以其结构简单、控制性能好等优点发展最快。在本文中设计的超声波马达采用双面齿定子与双转子的圆板结构。定子双面贴陶瓷，双面有齿，两个转子对称布置于定子两侧。这样，定子双面受压电陶瓷的激励，可产生大的输出力矩。而且，结构对称，不易随温度变化产生热变形。美国航空航天局正在研制这种双面齿双转子行波超声驱动器，并打算用于下一代的火星登陆机器人的关节驱动。但是他们研制的马达“定子”是转动的，“转子”是固定不动的，因此不能直接用导线给定子通电，而必须加一个具有三个通路的导电滑环来给定子上的压电陶瓷通以两路超声频率交变电压信号。这样一来，驱动器的结构变得比较复杂，并且导电滑环还增加了摩擦阻力，降低了可靠性[1]。本文设计的马达克服了以上缺点，马达结构见图1和图2。

图1 马达配件图 图2 马达装配图

3.压电陶瓷有限元等效电学模型

如图3所示，在ANSYS中分析压电陶瓷的有限元等效电学模型相当于分析由电流源激励的电阻的情况。首先执行静态分析，得到压电陶瓷的等效静态电容。然后执行模态分析，得到压电陶瓷的振动模态和谐振频率，并求得压电陶瓷的等效动态电容电感值。接着执行瞬态分析求得压电陶瓷及其等效电学模型的电流-时间关系。最后通过谐响应分析得到压电陶瓷及其等效电学模型的电压-频率关系。

在ANSYS分析中，选用具有机电耦合特性的SOLID226和CIRCU94单元进行压电陶瓷的等效电学分析。SOLID226每个单元有20个节点，每个节点具有X、Y、Z、VOLT四个自由度。具有大变形，高刚度和硬度。SOLID226单元具有结构、电、压阻和压电性能，在这里使用其压电特性， KEYOPT（1）=1001。是电学分析中典型的压电耦合场分析应用单元。CIRCU94是压电分析中的电路单元，可以和SOLID226结合使用，应用于谐响应分析和瞬态分析中。通过设置KEYOPT（1）的值可以仿真5个电路元件：KEYOPT（1）=0，电阻元件；KEYOPT（1） =1，电感元件；KEYOPT（1） =2，电容元件；KEYOPT（1） =3，电流源；KEYOPT（1） =4，电压源。

图3 压电陶瓷电学模型

在压电陶瓷的模态分析中找到所需要的振动模态的谐振频率点，在该点进行谐响应分析。在模态分析中应用下面的公式决定第i阶动态电容和第i阶动态电感

（1）

（2）

（3）

式中，表示压电陶瓷第i阶谐振时在其电极上的电荷值。在该分析中，一共计算了9阶谐振频率。表1给出了ANSYS计算得出的前9阶等效动态电容和等效动态电感值。在瞬态分析中，将压电陶瓷近似为一个电容，如图4所示。

表1 压电陶瓷前9阶谐振的等效电容电感值

阶数 1 2 3

等效电容（nf） 3.646×10-7 3.219×10-7 1.132×10-6

等效电感（H） 1.717×105 1.913×105 4.640×104

阶数 4 5 6

等效电容（nf） 1.716×10-10 3.786 9.831×10-8

等效电感（H） 3.049×108 1.304×10-2 4.562×105

阶数 7 8 9

等效电容（nf） 1.040×10-7 5.846×10-6 5.245×10-6

等效电感（H） 4.313×105 7.454×103 8.073×103

图4 等效瞬态分析电路

等效静态电容是在静态分析中得到的，瞬态分析中所用到的电阻和分析时间确定为

（4）

（5）

表2分别为压电陶瓷、等效电学模型以及由拉普拉斯方法得到的分析模型的电流值，图5为这三个模型的电流-时间曲线图。可见，电流值非常接近，三条曲线基本重合，可以验证等效电学模型在瞬态分析中的正确性。

表2 瞬态分析结果

时间（ms） 电流（mA）

压电陶瓷电路 等效电路 分析电路

0.0040 0.0588 0.0385 0.0392

0.0320 0.2526 0.2733 0.2739

0.0600 0.4426 0.4508 0.4512

0.0880 0.5986 0.5849 0.5852

0.1160 0.6917 0.6863 0.6865

0.1440 0.7505 0.7629 0.7631

0.1720 0.8307 0.8208 0.8209

0.2000 0.8541 0.8646 0.8647

图5 瞬态分析电流-时间曲线

在模态分析得到的9阶谐振频率中，第6阶谐振频率23765Hz为这里所要求的振动模态。因此，在这里选择在该频率点进行谐响应分析。如图6所示为谐响应分析在第六阶谐振频率点的等效电路。

用ANSYS软件建立的谐响应分析的有限元分析模型如图7所示，图8为压电陶瓷等效电学模型的一个LC串联支路有限元分析图。已经建立的分析模型包括了压电陶瓷谐响应分析模型和压电陶瓷等效电学模型的谐响应分析模型。

图6 第六阶共振频率点的等效谐响应电路

图7 谐响应分析有限元模型 图8 LC串联支路的有限元分析模型

图9为谐响应分析在第六阶谐振频率点附近的电压-频率曲线，两条曲线分别为压电陶瓷和等效电学模型的电压-频率曲线，两条曲线基本吻合，验证了等效电学模型在谐响应分析中的正确性。从而，进一步验证了所建立的等效电学模型的正确性。

图9 谐响应分析电压-频率曲线

4.等效电路Simulink仿真

通过前两节的分析，在MATLAB/Simulink中使用电力系统仿真模块集（Power System Blockset）对驱动压电陶瓷片的等效电路进行仿真。它提供一种类似电路建模的方式进行模型仿真，在仿真前将自动将其变化成状态方程描述的系统形式，然后在Simulink下进行仿真分析。

串联电感和等效静态电容取实验测试所得到的值，取有限元等效电路分析所得的前4阶等效动态电容和等效动态电感值。图10为压电陶瓷在Simulink中的仿真等效电路图。

图10 压电陶瓷仿真等效电路

超声波马达的驱动交流电压的峰-峰值为72V，驱动频率取为25.4KHz，因此交流电压源的参数设置如图11所示。如图12所示，在Simulation parameters菜单中设置仿真控制参数。仿真区间设置为10秒，因为这里是连续系统仿真，因此选用ode45变步长仿真算法。

图11 交流电压源参数设置 图12 仿真参数设置

如图13所示，在谐振频率区间，在驱动电压峰-峰值为72V的情况下，MATLAB/Simulink仿真结果压电陶瓷上的电压峰-峰值为260V左右，经过实验验证，在谐振频率及其附近区间内，驱动压电陶瓷上的电压峰-峰值在240V-300V的范围内。并且，实验中可以得到，在谐振状态下，压电陶瓷的电压是最低的，在反谐振频率点压电陶瓷上的电压会更大。这也说明，在实验中驱动电压值不能过高，否则，压电陶瓷上的电压将很大，将导致陶瓷过热甚至击穿。

图13 仿真结果

通过等效电路仿真，证明了压电陶瓷的有限元等效电路中所得到的等效动态电容、等效动态电感的正确性。进而，得到了压电陶瓷在谐振动情况下，电压的变化特点。现在电学模型只是解释了压电陶瓷的电压变化特点，如果更深一步探讨，应该能够得到压电陶瓷在振动中的能量分配问题。压电陶瓷在振动中的能量应该由三部分组成：输出的机械能，陶瓷的热能损耗，陶瓷在振动中的振动能。这对马达的进一步研究有着重要的理论和现实意义。

5.结论

通过有限元建模，求出了其前9阶的等效动态电容电感值，得到了驱动功能的压电陶瓷的有限元等效电学模型，并通过分析，验证了其正确性。得到了一种新型的超声波马达的等效电学模型。使用MATLAB/Simulink中的电力系统仿真模块集对驱动压电陶瓷片的等效电路进行仿真。得到了压电陶瓷在谐振动情况下电压的变化特点。

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陶瓷电容范文第10篇

关键词：断路器；开断容量；并联电容。

从麦克维尔公司得知北美市场由ABB公司和三菱公司供货的额定短路电流63kA的断路器都是在断路器出线套管上并联耦合电容器。不同点是ABB公司是在单侧套管并联一只耦合电容器，而三菱公司是在两侧套管各并联一只耦合电容器。因此罐式断路器在原来额定短路电流50kA结构基础上加并联电容器是个可行的方法。

1 技术方案

由以上得到的资料和现有产品的结构考虑，额定短路电流63kA的断路器安装并联电容器有三种方案是具有可行性和可操作性的。具体如下：

方案一：断口间并联陶瓷电容片

从550kV断路器及363kV断路器进行过的额定短路电流63kA的近区故障L90试验的现有经验考虑，在断口间并联TDK陶瓷电容片。电容片额定参数：电容值：2900pF；额定电压：8kV；工频电压：16kV；破坏电压：AC28kV、冲击60kV。额定短路电流63kA断路器的工频耐压试验电压：520kV；雷电冲击耐压试验电压：1175kV；操作冲击耐压试验电压：950kV。断路器断口间一个电容串中要并联35片陶瓷电容片，电容串额定参数：工作电压：280kV；工频电压：560kV；破坏电压：980kV；电容值：82.86pF。端口间可以并联16串电容串共560片陶瓷电容片。总电容值：82.86pF/串*16串=1326pF。断路器断口间并联16串电容后灭弧室屏蔽罩绝缘距离不够，直径需要由原来的φ395mm加大到φ445mm。其余零部件不需要改动。

方案二：断口间并联充油电容器

以现有550kV断路器和800kV断路器成熟产品为基础，断口间并联均压电容器。550kV断路器均压电容器参数：电容值：300pF；外形尺寸：φ93X600mm；试验电压：460kV；雷电冲击电压：1050kV；操作冲击电压：850kV。800kV断路器均压电容器参数：电容值：500pF；外形尺寸：φ93X750mm；试验电压：650kV；雷电冲击电压：1600kV；操作冲击电压：1200kV。额定短路电流63kA断路器的工频耐压试验电压：520kV；雷电冲击耐压试验电压：1175kV；操作冲击耐压试验电压：950kV。550kV断路器的并联电容器的绝缘能力不能满足工作要求，800kV断路器的并联电容器的各项参数均能满足工作要求。而且从800kV断路器设计思路看，就是把两只363kV断路器灭弧单元串联而成800kV断路器灭弧单元，二者的行程、灭弧室主要部件均相同。这样800kV断路器的半极完全满足在363kV工作电压下工作。

363kV断路器断口间并联两根800kV断路器并联电容器。原来的屏蔽罩需要由φ395mm加大到φ455mm，灭弧室中心线参照550kV断路器偏移50mm后，使屏蔽罩对地距离为101mm。这样就会带来相应装配件修改设计，包括断路器两端封盖重新设计、灭弧室两端支撑绝缘筒部分修改及套管导电杆减短。

方案三：套管上并联耦合电容器

从麦克维尔公司得到的信息是ABB公司和三菱公司供货给北美市场的362kV断路器套管上均并联耦合电容器。从ABB公司的耦合电容器图纸看到电容器套管总长度2800mm左右，ABB公司362kV断路器套管总长度也是2800mm。而363kV断路器套管3800mm，直接并联后外部电场不容易控制。我们向麦克维尔公司咨询过他们可以根据使用要求订制符合使用要求的电容器。如果采用耦合电容器方案，363kV断路器不需做任何修改，只需做两个连接板直接把耦合电容器并联在套管外侧。

3 结 语

以上三种方案中都有各自的优点和缺点，考虑到产品利润率和可实现性，安装陶瓷电容器是最佳选择。断路器并联陶瓷电容器后可以把开断容量提升到63kA，满足了国家电网对增容的要求，市场前景是很好的。