КОМБИНИРОВАННЫЙ ПУСКОВОЙ И РАБОЧИЙ КОНДЕНСАТОР Российский патент 2011 года по МПК H01G9/26 H02P1/44 

Введение

Изобретение относится к комбинированному пусковому и рабочему конденсатору.

Уровень техники

Конденсаторы обычно применяют для запуска электродвигателей и их последующей работы.

Существующие пусковые конденсаторы снабжены тремя алюминиевыми фольговыми лентами, одна из которых не изолирована. В настоящем документе неизолированную фольговую ленту называют проводниковой фольговой лентой. Две из трех фольговых лент имеют слой оксида алюминия, обеспечивающего им свойства полупроводника. В настоящем документе эти две фольговые ленты называют конденсаторными фольговыми лентами.

Эти фольговые ленты обычно свернуты в рулон и заключены в корпусе, содержащем электролит.

Проводниковая фольговая лента свободно плавает в электролите между конденсаторными фольговыми лентами под напряжением и следует градиенту электрического потенциала электролита. Оксид алюминия обладает свойствами выпрямителя с проводимостью по направлению от электролита к алюминию. Таким образом, наибольший перепад напряжения происходит над одной из разделяющих конденсаторных фольговых лент, которая является блокирующей. Эта разделяющая фольговая лента конденсатора определена направлением переменного напряжения, подаваемого на конденсатор.

В эксплуатации электролит проводит ток в разных направлениях между конденсаторными фольговыми лентами с частотой подключенного источника переменного тока. Это приводит к нагреванию конденсатора и, в худшем случае, к разрушению конденсатора. Следовательно, большинство конденсаторов содержат предохранители или элемент, срабатывающий при перегревании конденсатора.

В пусковых конденсаторах фольговые ленты, как правило, не погружены в электролит. В известном конденсаторе этого типа фольговые ленты погружены в теплопередающее масло в корпусе, сконструированном с возможностью деформации в определенном направлении. При нагревании конденсаторных фольговых лент масло поглощает тепло и расширяется. Масло заполняет основной объем корпуса, поэтому расширение масла приводит к деформации корпуса и размыканию одного или более электрических соединений к фольговым лентам конденсатора.

Описание изобретения

Целью настоящего изобретения является предоставление/создание конденсатора для запуска и работы электродвигателя. Также целью изобретения является усовершенствование защитного отключения электропитания конденсатора в случае неполадок.

В первом варианте осуществления изобретения предлагается комбинированный пусковой и рабочий конденсатор, содержащий корпус, образующий закрытый отсек, пусковой конденсатор, погруженный в электролит в указанном отсеке, рабочий конденсатор, заключенный в указанном отсеке, отделенном от электролита, и предохранитель, выполненный с возможностью прерывания электропроводимости к пусковому конденсатору и рабочему конденсатору в зависимости от состояния конденсаторов в корпусе.

Безопасность эксплуатации, например в случае неполадок в фольговых лентах конденсатора, повышается при прерывании предохранителем электрической связи с обоими конденсаторами, при сочетании двух конденсаторов, заключенных в корпусе вместе с общим предохранителем.

Комбинированный конденсатор может, в частности, содержать:

клемму, доступную снаружи отсека, содержащую первую, вторую и третью электрически разделенные клеммы;

первый электрический мост от первой клеммы к рабочему конденсатору, второй электрический мост от второй клеммы к пусковому конденсатору и третий электрический мост от третьей клеммы к обоим конденсаторам, где предохранитель выполнен с возможностью прерывания электропроводимости от третьей клеммы к обоим конденсаторам.

Благодаря предохранителю, прерывающему электропроводимость между одной клеммой и обоими конденсаторами, конструкция очень проста, и дополнительно увеличена безопасность точного размыкания.

Предохранитель может быть выполнен, например, с возможностью прерывания электропроводимости в зависимости от температуры электролита. Таким образом, электролит используют в качестве теплоносителя, и благодаря хорошей теплопроводности электролита, например, по сравнению с пространством конденсатора, заполненным воздухом, предохранитель может срабатывать быстрее на основе повышенных температур в пусковом конденсаторе. Один из конденсаторов, называемый в данном документе наружным конденсатором, может быть расположен вокруг другого конденсатора, который называется здесь внутренним конденсатором. Если наружный конденсатор содержит намотанные гибкие фольговые ленты, они могут быть намотаны вокруг внутреннего конденсатора.

Если один конденсатор намотан вокруг другого, тепло, возникающее в результате неполадки в одном из конденсаторов, рассеивается в другой конденсатор и увеличивает общий нагрев предохранителя, срабатывающего при нагревании. Соответственно, предохранитель может запускаться более простым образом на основе общего нагрева обоих конденсаторов, и электролит может работать не только на проведение тока, но также и на проведение тепловой энергии для срабатывания предохранителя.

Один из двух конденсаторов может быть заключен во внутреннюю оболочку в отсеке, так что внутренняя оболочка отделяет электролит от рабочего конденсатора. Внутренняя оболочка может содержать, например, рабочий конденсатор или пусковой конденсатор и электролит.

При выборе пускового конденсатора в качестве внутреннего и, таким образом, при расположении внутренней оболочки вокруг рабочего конденсатора тепло, создаваемое в рабочем конденсаторе, должно рассеиваться через внутреннюю оболочку. Тепло от рабочего конденсатора увеличивает нагрев электролита, и, таким образом, безопасность увеличена, так как предохранитель реагирует на тепло, созданное обоими конденсаторами. На практике часто бывает трудно активировать термочувствительный предохранитель только на основе чрезмерного нагрева рабочего конденсатора. Согласно изобретению чрезмерный нагрев рабочего конденсатора рассеивается по меньшей мере отчасти в электролит. При активировании пускового конденсатора предварительный нагрев электролита вызывает быстрое повышение температуры электролита и, таким образом, активируется термочувствительный элемент.

Внутренняя оболочка защищена от внешнего воздействия корпусом. Внутренняя оболочка может быть выполнена из более мягкого или менее прочного материала, чем корпус. Например, внутренняя оболочка может быть выполнена из эластичного мешка из фольгового материала, например металлической фольги или полимерной фольги и так далее. Подобная внутренняя оболочка может, помимо обладания меньшей механической прочностью, чем корпус, который обычно выполнен из более жесткого материала, также быстро и эффективно передавать тепло от рабочего конденсатора в электролит.

Поскольку один из конденсаторов расположен внутри другого конденсатора, необходимость в электроизоляции этого внутреннего конденсатора может быть определена исходя из необходимости изоляции двух конденсаторов, и, возможно, необходимость учитывать потребность в изоляции внутреннего конденсатора от пользователя не возникает. Соответственно, расположение одного конденсатора внутри другого может обеспечить более дешевую электроизоляцию внутреннего конденсатора.

Кроме того, тонкостенная оболочка, например оболочка из фольги, может быть выполнена с возможностью приспособления размера и формы пускового и рабочего конденсаторов, так что конденсаторы могут быть расположены очень близко друг к другу. Малое расстояние между конденсаторами повышает безопасность, уменьшая время, которое требуется теплу от пускового конденсатора для рассеивания в электролите. В частности, внутренняя оболочка может быть выполнена из фольги толщиной менее 1 мм. Предохранитель может быть по меньшей мере отчасти отделен от электролита, обеспечивая возможность более простой замены предохранителя или более простого управления его работой. В этом случае конденсатор может содержать теплопроводный элемент, выполненный с возможностью передачи тепла от электролита к предохранителю. Теплопроводный элемент содержит провод или аналогичный твердый элемент из металла, или внутренняя оболочка может быть сформирована за единое целое с проводником тепла.

Предохранитель может быть закреплен, например, непосредственно на наружной поверхности внутренней оболочки.

Если внутренняя оболочка выполнена как единое целое с вышеупомянутым проводником тепла, для увеличения теплопроводности не только от пускового конденсатора к электролиту, но также от электролита к предохранителю внутренняя оболочка может быть выполнена из материала, обладающего большей теплопроводностью, чем корпус.

В одном варианте выполнения третий электрический мост выполнен более теплопроводным, чем другие электрические мосты. Он может быть выполнен, например, из более теплопроводного материала или иметь размеры, позволяющие увеличить его теплопроводность. Для дополнительного увеличения теплопередачи от конденсаторов к предохранителю третий мост может быть подключен между предохранителем и обоими конденсаторами, дополнительно увеличивая безопасность и скорость размыкания в случае перегрева одного из конденсаторов или обоих конденсаторов.

В одном варианте выполнения третий мост по меньшей мере отчасти охватывает предохранитель, охлаждение которого, например, с помощью потока воздуха вдоль комбинированного пускового и рабочего конденсатора может быть снижено или предотвращено. Если третий мост, который соединен с обоими конденсаторами, охватывает предохранитель, предохранитель не только защищен от охлаждения, но на него также может воздействовать тепло, передаваемое через третий мост от конденсаторов.

Предохранитель может содержать различные типы конструкций. Подобные конструкции хорошо известны из уровня техники и могут содержать тарельчатые пружины различных конструкций и так далее. В одном варианте осуществления изобретения термочувствительный предохранитель содержит точку пайки, образующую механическое соединение, и пружину, создающую усилие, действующее на размыкание механического соединения. Избыточное тепло расплавляет точку плавления и пружина прерывает электрический контакт.

В одном варианте выполнения предохранитель содержит деформируемую часть корпуса или внутренней оболочки. Деформируемая часть может быть расположена так, что повышенная температура электролита и последующее тепловое расширение деформируют корпус или внутреннюю оболочку так, что электрический проводник размыкается, например, при помощи разрушения или разлома проводящего элемента. Например, корпус может содержать гофрированную или волнистую часть стенки, которая легко деформируется при расширении электролита. Корпус может, например, иметь трубчатую стенку, выполненную с возможностью осевого расширения, а предохранитель может содержать токопроводящий провод, закрепленный так, что деформация корпуса воздействует на него, например, разрывая его.

По меньшей мере пусковой конденсатор и, возможно, также рабочий конденсатор могут содержать по меньшей мере частично неизолированную проводниковую фольговую ленту из электропроводного материала и по меньшей мере две отдельные конденсаторные фольговые ленты, каждая из которых содержит первый слой электропроводного материала и второй слой материала, обладающего полупроводниковыми свойствами. Конденсаторные фольговые ленты расположены с возможностью обеспечения проведения электрического тока от первого слоя одной из конденсаторных фольговых лент через проводниковую фольговую ленту ко второму слою другой конденсаторной фольговой ленты. В данном варианте выполнения ток проводится от первого слоя одной из конденсаторных фольговых лент через цепь непосредственно к проводниковой фольговой ленте, а цепь, таким образом, обходит путь тока от первого слоя этой конденсаторной фольговой ленты через второй слой этой конденсаторной фольговой ленты и через электролит к проводниковой фольговой ленте. Иными словами, электрический заряд от одного из первых слоев ко второму слою противоположной проводниковой фольговой ленты перенаправлен по меньшей мере частично через электрическую цепь, благодаря чему меньше тепла осаждается в электролите и одном из вторых слоев. Цепь может предпочтительно предотвращать проведение в противоположном направлении от проводниковой фольговой ленты к первым слоям конденсаторных фольговых лент.

Проводящая и конденсаторная фольговые ленты могут быть расположены друг на друге, образуя слоистый материал, образованный проводниковой фольговой лентой и слоем из двух или более конденсаторных фольговых лент. Слоистый материл может быть, в частности, быть скатан в рулон, располагаемый в корпусе.

Во втором варианте выполнения предлагается способ обеспечения электрического размыкания комбинированного пускового и рабочего конденсатора, содержащий следующие шаги:

берут корпус, образующий замкнутый отсек,

в указанный отсек помещают пусковой конденсатор, погруженный в электролит,

в указанный отсек помещают рабочий конденсатор, отделенный от электролита,

берут предохранитель, срабатывающий при нагреве, выполненный с возможностью прерывания электропроводимости к обоим конденсаторам, в зависимости от температуры электролита.

Краткое описание чертежей

Варианты выполнения изобретения будут подробно описаны далее со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг.1 показан вид в разрезе комбинированного пускового и рабочего конденсатора согласно изобретению;

на фиг.2 показан вид в разрезе в аксонометрии;

на фиг.3 проиллюстрирован альтернативный вариант выполнения изобретения;

на фиг.4 показана схема с комбинированным конденсатором и двигателем переменного тока; а также

на фиг.5 проиллюстрирован вариант выполнения изобретения, в котором предохранитель заключен в корпусе отдельно от электролита.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 проиллюстрирован комбинированный пусковой и рабочий конденсатор 1, содержащий корпус 2, содержащий узел 3 рабочего конденсатора и узел 4 пускового конденсатора. Узел 4 пускового конденсатора погружен в электролит. Узел 4 пускового конденсатора закручен вокруг наружной поверхности узла 3 рабочего конденсатора, так что тепло, создаваемое в узле 3 рабочего конденсатора, рассеивается через электролит, в который погружен узел пускового конденсатора.

Корпус дополнительно содержит несколько разъемов 5, 6 для подключения узла 3 пускового конденсатора между источником электропитания и электродвигателем переменного тока, а также несколько разъемов 7, 6 для подключения узла 4 пускового конденсатора между источником электропитания и электродвигателя переменного тока. Разъем 6 является общим разъемом для обоих конденсаторов, а предохранитель (на чертеже не проиллюстрирован) расположен с возможностью прерывания электропроводимости между этим разъемом и конденсаторами. В других вариантах выполнения изобретения предохранитель прерывает электропроводимость между одним разъемом или обоими разъемами 5, 7 и соответствующими узлами конденсатора.

Предохранитель не проиллюстрирован на чертеже, но он может содержать упомянутую конструкцию, содержащую точку плавления и пружину, с возможностью отделения точки плавления.

В одном варианте выполнения изобретения периферийная наружная стенка 8 корпуса способствует деформации корпуса в осевом направлении, указанном стрелкой 9, кроме того, деформация прерывает электропроводимость между по меньшей мере одним разъемом 5, 6, 7 и соответствующими узлами конденсатора.

На фиг.2 показан вид в разрезе в аксонометрии конденсатора, показанного на фиг.1. На этом виде внутренняя оболочка 10 легко различима. Оболочка окружает внутренний узел конденсатора, который в этом примере является рабочим конденсатором. В других вариантах выполнения изобретения оболочка может охватывать узел наружного конденсатора. В этом примере форма оболочки может быть тороидальной или баранкообразной или иметь форму, определяемую трехмерной фигурой, образованной при вытягивании треугольника в цилиндр и сгибании цилиндра до совпадения его оснований.

На фиг.3 проиллюстрирован альтернативный вариант выполнения изобретения, в котором рабочий конденсатор 3 и пусковой конденсатор 4 заключены в отдельных смежных полостях в корпусе 2. В этом варианте каждый из двух конденсаторов оснащен двумя разъемами 11, 14 и, следовательно, третий разъем разбит на две отдельные соединяемые точки на наружной поверхности корпуса 2.

На фиг.4 схематично показан электродвигатель переменного тока с рабочей обмоткой 15 и пусковой обмоткой 16. Пусковая обмотка соединена с источником питания через комбинированный пусковой и рабочий конденсатор, содержащий узел 17 рабочего конденсатора, подключенный напрямую к источнику питания через клемму 18, и узел 19 пускового конденсатора, подключенный к переключателю 20 через клемму 21. Переключатель обеспечивает включение и выключение пусковой обмотки 16, что позволяет использовать ее только при запуске электродвигателя. Предохранитель обозначен цифрой 22.

На фиг.5 проиллюстрирован комбинированный конденсатор, в котором клеммы обозначены перечисленными выше цифрами. В этом варианте выполнения конденсатора предохранитель 22 заключен в отдельной емкости 23, погруженной в электролит и отделяющей предохранитель 22 от электролита. Контейнер 23 выполнен из материала с хорошей теплопроводностью, например, содержащего метал типа меди, алюминия и так далее. На фиг.5 проиллюстрированы первый, второй и третий электрические мосты 24, 25, 26 между клеммами и узлом пускового и рабочего конденсатора.

Изобретение относится к комбинированному пусковому и рабочему конденсатору. Согласно изобретению комбинированный пусковой и рабочий конденсатор содержит корпус (2), образующий закрытый отсек, пусковой конденсатор (4), погруженный в электролит в указанном отсеке, рабочий конденсатор (3), заключенный в указанном отсеке, отделенном от электролита, и предохранитель (22), выполненный с возможностью прерывания электрического соединения с пусковым конденсатором (4) и рабочим конденсатором (3) в зависимости от параметров в корпусе. Техническим результатом является повышение безопасности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Комбинированный пусковой и рабочий конденсатор, содержащий корпус (2), образующий закрытый отсек, пусковой конденсатор (4), погруженный в электролит в указанном отсеке, рабочий конденсатор (3), заключенный в указанном отсеке, отделенном от электролита, и предохранитель (22), выполненный с возможностью прерывания электрического соединения с пусковым конденсатором (4) и рабочим конденсатором (3) в зависимости от параметров в корпусе.

2. Конденсатор по п.1, дополнительно содержащий:
клемму, доступную снаружи отсека, содержащую первую, вторую и третью электрически разделенные клеммы (5, 6, 7);
первый электрический мост от первой клеммы (5) к рабочему конденсатору (3), второй электрический мост от второй клеммы (7) к пусковому конденсатору (4) и третий электрический мост от третьей клеммы (6) к обоим конденсаторам (3, 4),
где предохранитель (22) выполнен с возможностью прерывания электропроводимости от третьей клеммы (6) к обоим конденсаторам (3, 4).

3. Конденсатор по п.1 или 2, в котором предохранитель (22) выполнен с возможностью прерывания электропроводимости в зависимости от температуры электролита.

4. Конденсатор по п.1 или 2, в котором один из пускового и рабочего конденсаторов (3, 4) заключен во внутреннюю оболочку (10) в указанном отсеке, так что внутренняя оболочка (10) отделяет рабочий конденсатор (3) от электролита.

5. Конденсатор по п.1 или 2, в котором один из конденсаторов (3, 4) является наружным конденсатором, а другой конденсатор является внутренним конденсатором, причем наружный конденсатор расположен вокруг внутреннего конденсатора.

6. Конденсатор по п.5, в котором пусковой конденсатор (3) является внутренним конденсатором.

7. Конденсатор по п.4, в котором внутренняя оболочка (10) менее жесткая, чем корпус (2).

8. Конденсатор по любому из пп.1, 2, 6 или 7, в котором предохранитель (22), по меньшей мере, частично отделен от электролита, конденсатор содержит теплопроводный элемент, предназначенный для передачи тепла от электролита к предохранителю.

9. Конденсатор по п.8, в котором внутренняя оболочка (10) выполнена как часть теплопроводного элемента.

10. Конденсатор по п.9, в котором внутренняя оболочка (10) выполнена из материала, обладающего большей теплопроводностью, чем корпус (2).

11. Конденсатор по любому из пп.9 и 10, в котором предохранитель (22) заключен в отдельной емкости (23), отделяющей предохранитель (22) от электролита.

12. Конденсатор по любому из пп.2, 6, 7, 9 или 10, в котором третий электрический мост выполнен более теплопроводным, чем другие электрические мосты.

13. Конденсатор по п. 12, в котором третий мост подключен между предохранителем (22) и обоими конденсаторами (3, 4).

14. Конденсатор согласно любому из пунктов 2, 6, 7, 9, 10 или 13, в котором третий мост, по меньшей мере, частично охватывает предохранитель (22).

15. Способ обеспечения электрического размыкания комбинированного пускового и рабочего конденсатора, содержащий шаги:
берут корпус, образующий замкнутый отсек, в указанный отсек помещают пусковой конденсатор, погруженный в электролит,
в указанный отсек помещают рабочий конденсатор, отделенный от электролита,
берут предохранитель, срабатывающий при нагреве, выполненный с возможностью прерывания электропроводимости к обоим конденсаторам, в зависимости от температуры электролита.

16. Способ по п.15, в котором:
избыточное тепло, вырабатываемое рабочим конденсатором, рассеивается, по меньшей мере, частично в электролите и вызывает избыточные потери в пусковом конденсаторе, что дополнительно повышает температуру электролита во время работы пускового конденсатора.