СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛЮДОБУМАЖНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ Российский патент 1998 года по МПК H01G4/06 

Изобретение относится к области электрических конденсаторов с фольговыми обкладками и пропитанным бумажным диэлектриком и может быть использовано, в частности, для производства намотанных слюдобумажных импульсных конденсаторов.

Известен способ изготовления конденсаторов, заключающийся в намотке двух слоев металлической фольги, разделенных несколькими слоями целлюлозной конденсаторной бумаги, сушке, прессовании до заданных размеров или удельного давления, пропитке жидкой пропиточной массой при температуре и в вакууме. Предварительная опрессовка конденсаторов существенно увеличивает время пропитки, затрудняет заполнение пустот в пористом диэлектрике, что необходимо для обеспечения высокой электрической прочности диэлектрика, низких значений частотных разрядов, а следовательно, высоких ресурса и надежности конденсаторов. В патентной и научно-технической литературе отсутствует информация о применение этого способа при изготовлении конденсаторов путем пропитки бумажных конденсаторов термореактивными компаундами. Более того, экспериментально установлено, что при изготовлении конденсаторов с диэлектриком из слюдяной бумаги пропитанным термореактивным эпоксидным компаундом, низкое содержание газовых включений достигается только при опрессовке конденсаторов после пропитки.

Наиболее близким к изобретению является способ, заключающийся в намотке двух слоев металлической фольги по крайней мере с одним слоем слюдяной бумаги между ними, сушке при температуре и пониженном давлении, пропитке кремнийорганическим компаундом в вакууме при повышенной температуре и повышенном давлении, прессовании и термообработке по ступенчатому режиму.

По настоящему способу невозможно получить конденсаторы с высокими удельными характеристиками (удельной емкостью C_уд.) и удельной энергоемкостью (W_уд.) и низким уровнем частотных разрядов вследствие значительной прочности при сжатии пропитанной слюдяной бумаги. Увеличение давления прессования пропитанных конденсаторов может приводить к разрушению слюдяной бумаги и деформации конденсаторов в осевом направлении (выползание бумаги). Подпрессовка после пропитки приводит к возникновению большого числа газовых включений, особенно на закругленных участках конденсаторов. Кроме того, опрессовка после пропитки разогретых секций с жидким компаундом усложняет технологический процесс и оказывает вредное воздействие на организм вследствие контакта с жидким разогретым компаундом и его парами.

Целью изобретения является повышение напряжения начала частичных разрядов, удельных характеристик, снижение уровня частичных разрядов слюдобумажных конденсаторов и упрощение способа их изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что при известном способе изготовления слюдобумажных конденсаторов, включающем намотку двух слоев металлической фольги по крайней мере с одним слоем слюдяной бумаги между ними, сушку при температуре и пониженном давлении, пропитку при повышенной температуре термореактивным компаундом при пониженном и повышенном давлении, прессование и термообработку, прессование конденсаторов осуществляют перед пропиткой термореактивным компаундом вязкость которого при температуре пропитки составляет 10-14 с по вискозиметру ВЗ-4.

Применение термореактивного компаунда с вязкостью при температуре пропитки 10-14 с позволяет проводить пропитку конденсаторов, запрессованных до заданных размеров, что позволяет формировать диэлектрике с минимальными толщиной и количеством газовых включений, а следовательно, получать конденсаторы с низким уровнем частичных разрядов, высокими удельными характеристиками (C_уд. и W_уд.), надежностью и ресурсом, которые связаны с соотношением в диэлектрике слюдяной бумаги, компаунда и газовых включений.

В качестве термореактивных компаундов могут использоваться компаунды на основе эпоксидных, эпоксиполиэфирных, эпоксиполимиидных, кремнийорганических полимеров и/или олигомеров. Компаунды должны сохранять вязкость 10-14 с в течение всего времени пропитки.

Пример 1. На оправку на намоточном станке наматывают конденсаторы из двух лент алюминиевой фольги толщиной 7 мкм и шириной 65 мм и трех слоев слюдяной конденсаторной бумаги толщиной 18 мкм и шириной 75 мм по ТУ ОЯШ. 503.064-92 и вкладных электродов с числом витков равным 22. Намотанные конденсаторы сушат в термостате при 210-220^oC в течение 2-3 ч, собирают в пакет, запрессовывают при манометрическом давлении 42 атм и фиксируют струбцинами. Толщина конденсаторов составляет 5,5 мм. Конденсаторы в струбцинах загружают в пропиточный котел. Котел разогревают до температуры 100-110^oC, откачивают воздух до остаточного давления 0,05-0,1 мм рт.ст. и конденсаторы сушат в течение 5-6 ч. В пропиточном котле устанавливают температуру 60-65^oC и под вакуумом загружают эпоксидный компаунд, состоящий из эпоксидной смолы ЭД-22, изометилтетрагидрофталевого ангидрида и линетола в массовом соотношении 100:80:10, который предварительно разогрет до 60-65^oC и имел вязкость 14 с по вискозиметру ВЗ-4 ГОСТ 9070-75Е. В котел подают атмосферное давление, а затем избыточное давление азотом 1,5-2,0 атм и выдерживают при указанных параметрах в течение 14-16 ч. Струбцины с конденсаторами затем термообрабатывают по режиму:
подъем температуры до 150^oC, выдержка в течение 5 ч;
подъем температуры до 180^oC, выдержка в течение 15 ч;
охлаждение в термостате до 30-40^oC.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Емкость конденсаторов измеряется на мосте Р 577 при частоте 50 Гц и напряжении 200 В. Измерение напряжения начала частичных разрядов и частоту импульсов частичных разрядов проводят по ГОСТ 20074-74. Удельную емкость рассчитывают по формуле: C_уд.=C/V, где C - емкость конденсатора, мкФ, V - объем конденсатора, дм³. Удельную энергоемкость рассчитывают по формуле: W_уд.= U²/2•C_уд.•10^-6, где U - номинальное напряжение конденсатора, В. Для конденсатора с трехслойным слюдобумажным диэлектриком номинальное импульсное напряжение составляет 4000 В.

Пример 2. Конденсаторы наматывают, сушат на воздухе, запрессовывают и сушат в вакууме аналогично примеру 1. Толщина конденсаторов составляет 5,5 мм. В пропиточный котел с температурой 100-105^oC под вакуумом загружают предварительно разогретый до 100-105^oC эпоксиполиимидный компаунд марки ПК-14 по ТУ ОЯШ-504.001-93. Вязкость компаунда составляет 12 с по ВЗ-4. Пропитку проводят аналогично примеру 1 и термообрабатывают по режиму:
подъем температуры до 150^oC, выдержка в течение 5 ч;
подъем температуры до 180^oC, выдержка в течение 5 ч;
подъем температуры до 200^oC, выдержка в течение 12 ч;
охлаждение в термостате до 30-40^oC.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 3. Конденсаторы наматывают, сушат на воздухе, запрессовывают и сушат в вакууме аналогично примеру 1. Толщина конденсаторов составляет 5,5 мм. В пропиточный котел с температурой 100-105^oC под вакуумом загружают предварительно разогретый до 100-105^oC эпоксидный компаунд состава по примеру 1. Вязкость компаунда составляет 10 с по ВЗ-4. Пропитку и термообработку проводят аналогично примеру 1. Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 4. Конденсаторы наматывают, сушат на воздухе, запрессовывают и сушат в вакууме аналогично примеру 1. Толщина конденсаторов 5,5 мм. В пропиточный котел с температурой 50-55^oC под вакуумом загружают предварительно разогретый до 50-55^oC эпоксидный компаунд состава по примеру 1. Вязкость компаунда составляет 15 с по ВЗ-4. Пропитку и термообработку проводят аналогично примеру 1.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 5. Конденсаторы наматывают, сушат на воздухе, запрессовывают и сушат в вакууме аналогично примеру 1. Толщина конденсаторов 5,5 мм. В пропиточный котел с температурой 115-120^oC под вакуумом загружают предварительно разогретый до 115-120^oC эпоксидный компаунд состава по примеру 1. Вязкость компаунда составляет 9 с по ВЗ-4. Пропитку и термообработку проводят аналогично примеру 1.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 6 /прототип/. Конденсаторы наматывают, сушат на воздухе аналогично примеру 1. Конденсаторы помещают в пропиточный котел и сушат в вакууме аналогично примеру 1. В пропиточный котел с температурой 60-65^oC под вакуумом загружают предварительно разогретый до 60-65^oC кремнийорганический компаунд марки К-67Ф ТУ 6-02-844-78. Вязкость компаунда составляет 24 с по ВЗ-4. Пропитку проводят аналогично примеру 1. Пропитанные конденсаторы в разогретом состоянии помещают в прес-сформу и прессуют постепенно в течение 20 мин, подавая давление от 0 до 250 амт. Прес-сформу фиксируют при давлении 250 атм и термообрабатывают по режиму:
подъем температуры до 150^oC, выдержка в течение 5 ч;
подъем температуры до 190^oC, выдержка в течение 5 ч;
подъем температуры до 220^oC, выдержка в течение 8 ч;
подъем температуры до 270^oC, выдержка в течение 16 ч;
охлаждение в термостате до 30-40^oC.

Толщина конденсаторов составляет 6,5 мм.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из результатов испытаний, приведенных в таблице, конденсаторы, изготовленные по предлагаемому способу /примеры 1-3/, имеют более высокие удельные характеристики и напряжение начала частичных разрядов, а также более низкую частоту импульсов частичных разрядов по сравнению с конденсаторами по прототипу /пример 6/. Прессование конденсаторов до пропитки упрощает способ их изготовления вследствие отсутствия контакта с разогретым компаундом.

Использование: изобретение относится к области электрических конденсаторов с фольговыми обкладками и пропитанным бумажным диэлектриком и может быть использовано, в частности, для производства намотанных слюдобумажных импульсных конденсаторов. Сущность изобретения: изобретение позволяет повысить удельные характеристики, напряжение начала частичных разрядов и снизить уровень частичных разрядов слюдобумажных конденсаторов, упростить способ их изготовления путем прессования конденсаторов, намотанных из двух слоев металлической фольги по крайней мере с одним слоем слюдяной бумаги, перед пропиткой термореактивным компаундом, вязкость которого при температуре пропитки составляет 10 - 14 с по вискозиметру В3-4. 1 табл.

Способ изготовления слюдобумажных конденсаторов, включающий намотку двух слоев металлической фольги по крайней мере с одним слоем слюдяной бумаги между ними, сушку, пропитку термореактивным компаундом в вакууме и при избыточном давлении, прессование и термообработку, отличающийся тем, что прессование конденсаторов осуществляют перед пропиткой термореактивным компаундом, вязкость которого при температуре пропитки составляет 10 - 14 с по вискозиметру В3-4.