Электролитический конденсатор, преимущественно рулонный, с несущей электродной фольгой Советский патент 1993 года по МПК H01G9/00 

Изобретение касается электрического конденсатора с самонесущей электродной фольгой, в частности рулонного электролитического конденсатора для работы в условиях высокой нагрузки по переменному току, который встроен в металлический корпус и содержит металлическую тепловую перемычку между конденсатором и корпусом, которая образована выступающей с одной стороны на торцовой стороне электродной фольгой, находящейся в термическом контакте с основанием корпуса.

Цель изобретения - повышение предельно допустимой нагрузки по переменному току.

На фиг.1 - термическое сопротивление в случае использования обычного конденсатора: на фиг.2 -термическое сопротивление в случае соответствующего изобретению конденсатора: на фиг.З - схема намотки с выступающим катодом; на фиг.4 - схема намотки с выступающими катодом и анодом: на фиг.5 - конденсатор с дополнительной

пластиной для отвода тепла; на фиг.6 - конденсатор со встроенной пластиной для отвода тепла; на фиг.7 - конденсатор с двумя взаимно изолированными частями корпуса; на фиг.8 - распределение теплового потока при использовании различных методов охлаждения; на фиг.9 - распределение температуры по оси намотки конденсатора.

На фиг.1 схематически изображен путь отвода тепла для обычного рулонного электролитического конденсатора, в случае которого катодная фольга односторонне выступает к основанию сосуда, в результате чего теплоотвод осуществляется через основание сосуда. Th представляет собой температуру горячей точки, которая возникает в рулоне конденсатора вследствие потерь тепла. Tw представляет собой внешнюю температуру рулона, а Тс - температуру корпуса. Символом Rhw обозначено термическое сопротивление в рулоне относительно области горячей точки, а символом Rwc - термическое сопротивление между рулоном

00

со о

ел

со

и корпусом. Таким образом, возникает термическое сопротивление между областью горячей точки и корпусом, которое определяется по формуле Rhc Rwc + Rhw,

На фиг,2 схематически изображен путь теплопередачи для конденсатора, снабженного второй тепловой перемычкой. В этом случае в отношении термического сопротивления меду областью горячей точки и корпусом действует формула R hc 1/2Rwc + 1/4 Rhw. За счет наличия второй тепловой перемычки в конденсаторе термическое сопротивление в рулоне уменьшается, таким образом, на 75%, а термическое сопротивление между рулоном и корпусом - на 50%.

На фиг.З изображена схема рулона с изображением конденсатора, который состоит из анодной фольги 3 и двух выступающих узлов катодной фольги Т. Между анодной .фольгой 3 и катодной фольгой 1 расположены дистанционные элементы 2, которые, например, выполнены из бумаги и в которых накоплен электролит, Выступающие концы катодной фольги 1 находятся в термическом контакте, с одной стороны, с основанием сосуда, и, с другой стороны, со следующей частью корпуса, в результате чего возникают две тепловые перемычки. На фиг,4 изображена схема рулона, в случае которой катодная фольга 1 выступает лишь на одной стороне и образует там первую тепловую перемычку, в то время как вторая тепловая перемычка образуется выступающей анодной фольгой 3. Величина, на которую та или иная фольга выступает над торцовыми сторонами, составляет, например, 6 мм, причем изображены те схемы рулонов, которые содержатлишь одну анодную фольгу м две катодные фольги. Это необходимо для улучшения теплового перехода, так как анодная фольга в рулонном электролитическом конденсаторе в общем случае в два-четыре раза толще катодной фольги. При друглх соотношениях может оказаться достаточным намотки лишь одной катодной и одной анодной фольги. Фиг.5 показывает электролитический конденсатор, который состоит из встроенного в металлический корпус 5 блока рулонного конденсатора (рулона) 4 конденсатора, Рулон 4 содержит выступающую катодную фольгу 7, которая находится в термическом контакте с основанием б корпуса 5. На основании 6 расположена, кроме того, присоединительная цапфа 8, предпочтительно с резьбой, которой может крепиться, например, охлаждающий радиатор, На другой торцовой стороне рулон 4 содержит выступающую электродную фольгу 9, которая имеет либо ту же полярностцчто и выступа5

ющая фольга 7, либо противоположную полярность. Таким образом, выступающая фольга 9 представляет собой либо катодную фольгу, либо анодную фольгу. Выступающая

фольга 9 находится в термическом контакте с металлической пластиной 10, например, алюминиевой шайбой, которая образует вторую тепловую перемычку. Пластина 10 находится в позиции 11 в термическом контакте с корпусом 5, причем это соединение может выполняться, например, посредством посадки, запрессовки, или посредством соединения путем гофровой посадки, запрессовки или посредством соединения пу5 тем гофровой обжимки извне. В случае, если выступающая фольга 7 и 9 имеет различную полярность необходимо обеспечить электрическое изолирование металлической пластины 10 от корпуса 5. Если выступающая

0 электродная фольга 9 имеет одинаковую полярность, что и выступающая фольга 7, то в этом случае присоединительные полосы 12 для фольги с другой полярностью должны проводиться через металлическую пластину с использованием изолирующего материала. Присоединительные полосы 12 соединены с электрическим проходным элементом 13, который расположен в защитной крышке 14. Защитная крышка 14 укреплена путем от0 бортовки поверхности корпуса 5, причем между корпусом 5 и защитной крышкой 14 расположено резиновое кольцо 15. предусмотренное для уплотнения. На фиг.б изо-, бражена форма исполнения, в случае

5 которой корпус 5 закрыт металлической пластиной 16, которая одновременно используется в качестве обеспечивающей передачу тепла части для выступающей электродной фольги 9. В пластине 16, например, алюминиевой защитной крышке, расположен проходной электрический элемент 13, который с помощью изоляции 17 электрически отделен от пластины 16. На проходном элементе 13, который с. помощью изоляции 17 электри5 чески отделен от пластины 16. На проходном элементе 13 укреплены присоединительные полоски 12. Из уровня техники известны защитные крышки из алюминия, которые однако, служат только для уплотнения корпуса в условиях воздействия высоких температур. При этом уровне техники отвода тепла не производится, так как отсутствует термический контакт с обмоткой. На фиг.7 изображена форма исполнения с двумя час5 тями 18, 19 корпуса. Рулон конденсатора 4 снабжен на одной стороне выступающей катодной фольгой 7 и на другой стороне - выступающей анодной фольгой 9. Каждая сторона электрически и термически соединена с собственной металлической частью

0

0

корпуса 18, 19 (например, из алюминия). Части 18, 19 соединяются с помощью радиальной изолирующей части 20 посредством желобков 22 и отбортованных частей 23. В случае необходимости для соединения до- статочно также одной из этих перечисленных мер. В области отбортованных элементов 23 предусмотрены резиновые кольца 21, использующиеся для уплотнения. В случае этой формы исполнения нет необходимости в изолировании анодной подводящей линии. Анодная часть 19 должна обладать соответствующей частотой с целью обеспечения необходимых электрических параметров. Для электрического подключения части могут быть снабжены резьбовыми цапфами 24, 25. Вследствие высокой симметрии эта форма исполнения отличается высокой вибрационной прочностью, в частности, в случае, если рулон 4 согласован со внутренним диаметром изолирующей части 20. Возможны также формы исполнения, предусматривающие две кэтодно включенные части корпуса. В этом случае электрические проходные элементы распо- ложены в изолирующей части, причем, конечно, присоединение анода выводится из корпуса изолированным. На фиг.8 изображены тепловые потоки, указанные стрелками различной толщины и относящиеся к изображенной на фиг.5 форме исполнения. В левой части фиг.8 изображены тепловые потоки при полном охлаждении, а в правой части - тепловые потоки при охлаждении основания. Рулон 4 электролитического конденсатора состоит на 30-40% из алюминия и сам по себе обладает высокой величиной теплопроводности. Эта величина, однако, вследствие схемы рулона действует лишь в направлении осей витков, в резуль- тате чего тепловой пото несмотря на имеющий большую протяженность пут проходит через выступающую электродную фольгу 7 или 9 к основанию 6 или к пластине 10. Электролитические конденсаторы с па- раметрами 4700 мкФ/350 В были встроены в сосуде размерами 075 мм х 145 мм. На фиг.9 изображено распределение температуры в оси рулона при нагрузке 100 а/20 кГц/55°С (55°С - температура охлаждаю- щей воды). Кривая А относится к корпусу, который охлаждается только со стороны основания, а кривая 8 - к корпусу, который охлаждается полностью. Кривые по фиг,9 были измерены применительно к изобра- женной на фиг.б форме исполнения, причем изображено распределение температуры по оси рулона в зависимости от расстояния X от основания 6 корпуса 5. Максимальная избыточная температура Т-Тс по оси рулона составляет 9°С при полном охлаждении (кривая В), в то время как при использовании обычного электролитического конденсатора избыточная температура в зависимости от толщины катода составляет от 27 до 33°С. При ограничении охлаждения корпуса в области основания сосуда (кривая А) избыточная температура повышалась до 16С, так как в данном случае тепловой поток, проходящий вдоль стенки сосуда, вновь создает дополнительный перепад температур (см. фиг.8, правая часть), который, однако, постоянно является все еще меньшим по сравнению с обычным электролитическим конденсатором. При одностороннем охлаждении корпуса по этой причине было бы целесообразно использовать стенки сосуда с большей толщиной. Наряду с изображенными на чертеже формами исполнения рулонных электролитических конденсаторов предмет изобретения может использоваться также применительно к другим конденсаторам с самонесущей электродной фольгой с целью улучшения теплоотвода.

Формула изобретения

1.Электролитический конденсатор, преимущественно рулонный, с несущей электродной фольгой, расположенный в металлическом корпусе и снабженный металлической тепловой перемычкой между конденсатором и корпусом, при этом металлическая тепловая перемычка образована выступающей над одним из торцов рулона электродной фольгой с возможностью термического контакта с основанием корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения предельно допустимой нагрузки по переменному току, он снабжен допол- нительной тепловой перемычкой, выполненной в виде выступающей над вторым из торцов рулона электродной фольги, расположенной с возможностью термического контакта е торцевой частью корпуса.

2.Конденсатор по п.1, отличающий- с я тем, что выступающая над обоими торцами электродная фольга имеет одну и ту же полярность.

3.Конденсатор по п.1, отличэющии- с я тем, что выступающая над обоими торцами электродная фольга имеет различную полярность.

4.Конденсатор по пп.1-3, отличающийся тем. что торцевая часть корпуса выполнена в виде металлической пластины.

5.Конденсатор по п.4, отличающийся тем, что в качестве металлической пластины использована крышка корпуса.

6.Конденсатор по пп,, отличаю- щ и и с я тем, что металлический корпус выполнен из двух частей.

7.Конденсатор по п.6, отличающий- с к тем, что при выводе электродной фольги с различной полярностью обе части корпуса

соединены между собой с помощью радиальной электроизолирующей части,

8. Конденсатор по пп.1-7, отличающийся тем, что он содержит несколько электродных фольговых пленок с одинаковой полярностью.

Изобретение касается электрического конденсатора с самонесущей электродной фольгой для работы в условиях высокой нагрузки по переменному току. Цель изобретения - повышение предельно допустимой нагрузки по переменному току. Рулон конденсатора встроен в металлический корпус. Рулон снабжен на обеих торцовых сторонах выступающей электродной фольгой, находящейся в термическом контакте с основанием и металлической пластиной. Образованные за счет этого тепловые перемычки обеспечивают улучшенный отвод тепла при высоких нагрузках по переменному току; 7 з.п. ф-лы}9 ил.

w

-СГ -О-Rwc lЈRhW feRhw

%с Rwc4 Rhw

фи2. /

Пу/Г -fcRHw .

+ 1//,Rhw

фа2.2.

.,тДтТ.&Т,Э.Ж...1г-Г

фиг. 4

Th

Tw

1с

RWC

(

3 2 .

14

till10

/

1315

,12

.и

-11

Фаг. Ј

фиг. в

f-fЈ,i rfytmA

in

о со oc

Ov}

CO

.

.i-T.if...- -г -г -r s r.

2cvj CD

)

OJ

°°.

ru

i

e

ОЭ

СГ)

Ф

u

r. to

v

тгс

t

70 65 60 55

. Ч- и, «. . ,. , «.f f..,A

Т

О

1 А 6 .8 К) х/спл 12

фиг 9

Т Тс/°С t 15

10 5