ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РУЛОННЫЙ КОНДЕНСАТОР Российский патент 1995 года по МПК H01G4/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовому конденсаторостроению.

Известен высоковольтный рулонный конденсатор самовосстанавливающего типа, рассчитанный на большие рабочие токи, намотанный с использованием металлизированного диэлектрика [1] Вдоль продольных закраин диэлектрика, контактируя со слоями металлизации, расположены ленты металлической фольги, выступающие с противоположных торцев, образуя торцевые контакты. Наличие фольговых контактов позволяет снизить сопротивление конденсатора и обеспечить возможность пропускания больших рабочих токов.

Данная конструкция не позволяет использовать ее на высокие рабочие напряжения, так как величина рабочего напряжения ограничивается электрической прочностью диэлектрика и его свойствами самовосстановления. Кроме того, при плотной намотке (что обеспечивает работоспособность самовосстанавливающегося конденсатора) между фольговыми лентами, слоем металлизации и прилежащими слоями диэлектрика остаются воздушные полости, в которых развиваются ионизационные процессы, снижающие надежность и срок службы конденсатора.

Известна также конструкция высоковольтного конденсатора, в которой применена комбинированная система электродов: фольга слой металлизации [2] причем продольные ленты фольги и продольные полосы металлизации смещены относительно фольговых лент таким образом, что образуется ряд последовательно соединенных емкостей. При этом крайними электродами являются ленты фольги, выступающие со стороны торцев, что обеспечивает отвод больших токов.

Однако данная конструкция не позволяет достичь удельных характеристик, соответствующих удельным характеристикам конденсатора, в котором применены только металлизированные электроды.

Прототипом данного изобретения может служить высоковольтный конденсатор [3] намотанный из чередующихся лент диэлектрика и металлизированного диэлектрика, электроды на котором расположены с обеих сторон в виде ряда продольных полос со смещением, образуя цепочку последовательно соединенных емкостей. Чем выше рабочее напряжение конденсатора, тем больше продольных полос располагается с каждой стороны диэлектрика. Крайние емкости образуются крайними металлизированными полосами и намотанными одновременно фольговыми лентами, выступающими с торцев, образуя торцевые контакты. Данная конструкция позволяет изготовить самовосстанавливающийся конденсатор на высокое напряжение и за счет выступающей фольги обеспечить пропускание больших токов. Однако такая конструкция не обеспечивает оптимального использования объема и вследствие этого получения высоких удельных характеристик, так как фольговые ленты значительно толще слоя металлизации, в результате между слоями образуются свободные полости (пустоты), которые приводят к снижению емкости конденсатора, наличию воздуха в них, что вызывает возникновение ионизационных процессов, приводит к снижению качества и надежности.

Целью настоящего изобретения является повышение удельных характеристик конденсатора при одновременном улучшении качества и надежности.

Данная цель достигается тем, что в высоковольтном рулонном конденсаторе, намотанном из чередующихся лент неметаллизированного и металлизированного диэлектрика, металлизация на которых нанесена в виде продольных полос, смещенных относительно друг друга в осевом направлении так, что от торца к торцу образуется ряд последовательно соединенных емкостей, крайние емкости образованы крайними слоями металлизации и намотанными одновременно узкими фольговыми лентами, выступающими с противоположных торцев, образуя торцевые контакты.

Существенными отличиями предлагаемой конструкции является то, что фольговые ленты расположены в одном параллельном слое с двумя слоями диэлектрика, между которыми расположен слой металлизации, нанесенный на один из них.

На фиг. 1 изображен набор лент для намотки конденсатора; на фиг. 2 набор лент для намотки конденсатора с дополнительным слоем диэлектрика (на более высокое напряжение); на фиг. 3 конденсатор, намотанный согласно изобретению.

Для намотки конденсатора производится набор лент, состоящий из неметаллизированных 1 и 2, и металлизированных 3 и 4 лент диэлектрика с полосами металлизации 5 и 6. При этом металлизированная лента 3 с полосами металлизации 5 и неметаллизированная лента 1 расположены в одном слое с фольговой лентой 7 и смещены в осевом направлении относительно металлизированной ленты 4 с полосами металлизации 6 и неметаллизированной ленты 2, расположенных в одном слое с фольговой лентой 8. Ряд последовательно соединенных емкостей образуется за счет смещения относительно друг друга полос металлизации 5 и 6 и фольговых лент 7 и 8. Фольговые ленты, выступая, образуют торцовые контакты 9 и 10. Крайние емкости образованы частью полос металлизации 5 и 6 и фольговыми лентами 7 и 8.

Рабочее напряжение конденсатора определяется электрической прочностью диэлектрических лент и количеством последовательно соединенных емкостей и может быть повышено путем использования дополнительной диэлектрической ленты 11.

На основе данного решения были изготовлены макетные образцы импульсных конденсаторов на напряжение 25 кВ емкостью 0,8 мкФ. Для их изготовления были использованы полипропиленовая пленка (металлизированная и неметаллизированная) шириной 200 мм толщиной 8 мкм. Каждая металлизированная лента содержала 4 полосы металлизации. Толщина слоя металлизации 0,04 мкм. Материал металлизации алюминий. Фольговые ленты алюминиевые, шириной 40 мм, толщиной 16 мкм. Каждая секция содержала 450 витков и была помещена в изоляционный корпус и залита кремний-органической диэлектрической жидкостью ПМС-10; выводы залиты эпоксидной смолой холодного отверждения.

Сравнительные технические характеристики предлагаемого конденсатора с аналогичным по значению выпускаемым промышленностью показаны в таблице.

Как видно из таблицы, достигнуто значительное повышение удельных характеристик конденсаторов благодаря применению предложенной комбинации наматываемых материалов, т.е. более плотному заполнению объема активными материалами.

Этот же фактор исключает наличие свободных полостей (пустот)-зон, в которых происходит развитие ионизационных процессов, приводящих к пробоям конденсаторов, т.е. повышаются надежность и срок службы конденсаторов. Плотная намотка улучшает условия самовосстановления.

В настоящее время отечественной промышленностью высоковольтные металлизированные конденсаторы не выпускаются. Следовательно, применение конденсатора данной конструкции в силовом конденсаторостроении явится определенным скачком.

Данными о наличии подобных изделий за границей не располагаем.

Из некоторых научно-технических материалов известно, что японские конденсаторные фирмы работают над созданием высоковольтных силовых конденсаторов, однако характеристики таких конденсаторов не приводятся.

Использование: изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано при изготовлении силовых конденсаторов. Сущность изобретения: повышение удельных характеристик и улучшение качества высоковольтного рулонного конденсатора, намотанного из неметаллизированных и металлизированных лент диэлектрика с продольными полосами металлизации, достигается тем, что металлизированные и неметаллизированные ленты диэлектрика расположены в одном слое с фольговой лентой и смещены в осевом направлении относительно соответствующих других маталлизированных и неметаллизированных лент диэлектрика. Ряд последовательно соединенных емкостей образуется за счет смещения полос металлизации и фольговых лент. Данная конструкция обеспечивает более плотное заполнение объема активными материалами и, как следствие, более плотную намотку, что улучшает условия самовосстановления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. 1 табл.

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РУЛОННЫЙ КОНДЕНСАТОР, содержащий две металлизированные ленты диэлектрика, по меньшей мере две фольговые ленты, образующие торцевые контакты, причем слой металлизации первой ленты диэлектрика, нанесенный в виде продольных полос, смещен относительно продольных полос слоя металлизации второй ленты диэлектрика с возможностью образования между продольными полосами металлизации обеих лент диэлектрика и слоями фольги на фольговых лентах электрической связи в виде последовательно соединенных емкостей, отличающийся тем, что, с целью повышения удельных характеристик и качества конденсатора за счет увеличения плотности намотки, он снабжен по меньшей мере двумя лентами диэлектрика, каждая из которых расположена параллельно металлизированной ленте диэлектрика со стороны слоя металлизации, при этом толщина каждой фольговой ленты выбрана равной толщине слоя, образованного металлизированной лентой диэлектрика и расположенного параллельно ей лентой диэлектрика. 2. Конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что слои, образованные двумя лентами диэлектрика с нанесенным на одну из них слоем металлизации и параллельной им фольговой лентой, выполнены с постоянной толщиной и расположены один над другим.