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第４３卷第１期电工电能新技术Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１

２０２４年１月ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙＪａｎ．２０２４

电容器用金属化高温电介质薄膜的自愈性能研究

１，２１１，３１，３２

朱家峰，佟辉，曹诗沫，刘俊标，彭文飞

（１．中国科学院电工研究所，北京１００１９０；２．宁波大学机械工程与力学学院，浙江宁波３１５２１１；

３．中国科学院大学，北京１０００４９）

摘要：现代电力电子系统的高温应用迫切需要耐高温的金属化膜电容器（ＭＦＣ）。虽然已有大量研

究表明高温电介质膜具有令人满意的储能性能，但其自愈性能尚不清楚，而该性能是决定高温电介

质膜能否应用到ＭＦＣ中的关键。本文主要研究了聚萘二甲酸乙二醇酯（ＰＥＮ）、聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）

和聚酰亚胺（ＰＩ）三种金属化高温电介质膜在直流高电压下的自愈性能，具体分析了层间压强、卷

绕张力和温度等外部因素对自愈性能的影响。结果表明，ＰＩ由于碳含量高，在实验中很容易击穿

短路导致自愈失败，不适合应用到ＭＦＣ中。ＰＥＥＫ的自愈性能受层间压强和卷绕张力的影响较

大，应用到ＭＦＣ后需重点考虑卷绕张力和卷绕层数。ＰＥＮ具有较低的碳含量和优异的脂肪族⁃芳

香族交替结构，且在各项研究中均表现出较为优异的自愈性能。从自愈角度来看，ＰＥＮ适合成为

高温强电场ＭＦＣ用的绝缘电介质材料。

关键词：自愈；金属化高温电介质膜；层间压强；卷绕张力；温度

ＤＯＩ：１０１２０６７／ＡＴＥＥＥ２３０３０３５文章编号：１００３⁃３０７６（２０２４）０１⁃０００１⁃１３中图分类号：ＴＭ８５５

电力电子系统带来额外的体积和重量，同时降低了

１引言

［２］

可靠性和效率，不利于系统的轻量化。为了提高

电力电子系统主要由电力半导体、电容器、门极ＭＦＣ的耐热性，减少电力电子系统的总重量，研究

驱动器、电感器和电阻器等组成，其中电容器约占整人员已经开发了许多种类的耐高温聚合物电介质薄

个系统总数的２０％，它的作用主要是交、直流滤波膜，如聚酰亚胺（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ，ＰＩ）、聚醚酰亚胺（ｐｏｌｙ⁃

与储能，而金属化膜电容器（ＭｅｔａｌｌｉｚｅｄＦｉｌｍＣａｐａｃｉ⁃ｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ，ＰＥＩ）、聚硫脲（ｐｏｌｙｔｈｉｏｕｒｅａ，ＰＴＵ）、聚氨

ｔｏｒ，ＭＦＣ）由于其工作电压高、介电损耗低、重量轻酯（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ，ＰＵ）、聚萘二甲酸乙二醇酯（ｐｏｌｙ⁃

和自愈性能好的特点占据了电容器使用量的ｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ，ＰＥＮ）和聚（醚醚酮）（Ｐｏｌｙ（Ｅ⁃

［１，２］

５０％，如图１所示。截至目前，ＭＦＣ使用的电介［６⁃９］

ｔｈｅｒＥｔｈｅｒＫｅｔｏｎｅ），ＰＥＥＫ）。然而，现有的研究

质膜主要是双向拉伸聚丙烯（ｂｉａｘｉａｌｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ，主要集中在这些电介质膜的热、机械、介电和储能行

ＢＯＰＰ），它凭借着高击穿场强、低介质损耗和低电为等特性上。由于自愈性能是确保ＭＦＣ长工作寿

［３］

导率等特点一度成为ＭＦＣ的首选用膜，然而随着命和显著可靠性的关键性能，故有必要探索这些高

恶劣环境下工作需求的增加，如混合动力汽车和电温电