DE1938319A1

DE1938319A1 - Regenerierfaehiger elektrischer Kondensator

Info

Publication number: DE1938319A1
Application number: DE19691938319
Authority: DE
Inventors: Heywang Dipl-Phys Dr Hermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-07-28
Filing date: 1969-07-28
Publication date: 1971-02-11
Also published as: US3644805A; NL7010646A; FR2055665A5; BE754043A

Description

Regenerierfähiger.elektrischer Kondensator

Die Erfindung bezieht sich auf einen regenerierfähigen elektrischen Kondensator- mit Belegungen, deren Dicke sich in Stromrichtung ändert, .

Bei einem regenerierenden Kondensator'genügt die im Kondensator aufgespeicherte Energie, um bei einem Durchschlag die dünne Metallbelegung-in der Umgebung der Durchschlagsstelle wegzubrennen. Es entsteht um die Durchschlagsstelle ein. Iso- lierhof. TJm ein einwandfreies Abtrennen der Durchschlagsstelle vom. restlichen Metallbelag zu erreichen, muß die Metallbelegung eine kleineWärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit besitzen. Dies wird mit einem dünnen Metallbelag erreicht, welcher z. B, durch Aufdampfen auf die Dielektrikumsfolie hergestellt ist.

Aus der deutschen Patentschrift 887 541 ist es bekannt, den Belegungsquerschnitt in Richtung des Stroms-keilförmig zu verändern. Dieser Kondensator regeneriert und"erweist· sich für die meisten Anwendungsfälle wie auch die Kondensatoren mit gleichmäßiger Dicke der Belegungen als ausreichend. In speziellen Einsätzen, insbesondere im Gebiet der Leistungskondensatoren ^:.für Mittelfrequenzen, bilden aber die regenerierfähig dünnen Metallbeläge Reihenwiderstände, die als Hauptwärmequellö wirken. Die Wärme geht als sogenannte Verlustleistung verloren. Es wird dadurch der Einsatz der Kondensa- ' tqren empfindlich eingeengt. .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen regenerier-

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fähigen Kondensator mit möglichst niedriger Verlustleistung zubauen. , ' ^:

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Übergang vom dickeren Belagsbereich zum dünneren stufenförmig im mittleren Teil der Oberdeckung erfolgt, wobei sich die dickeren Belagsbereiche nicht überdecken.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kondensatoren wird der stufenförmig verdickte Belegungsbereich so gewählt, daß er sich von etwa der Mitte des Überdeckungsbereichs der Belegungen bzw. der kapazitiv wirksamen Fläche bis zum kontaktierten Randbereich erstreckt. Außerdem wird dieser Belagsbereich so niederdhmig gehalten, wie es in modernen Aufdampfanlagen möglich ist, d. h. beim Aufdampfprozeß wird unter besten Kühlmethoden so" viel Metall aufgedampft, daß das Dielektrikum oder die Unterlage, auf welche die Belegung aufgebracht wird, keinen Schaden erleidet. Die andere¹Hälfte des kapazitiv wirksamen Bereichs der Belegung ist so dünn auf metallisiert', daß ■eine einwandfreie Selbstheilung bei einem Durchschlag gewährleistet ist. Im fertigen erfindungsgemäßen Kondensator liegen sich nun der dünne und der stufenförmig verdickte Belagsteil« gegenüber, welche durch das Dielektrikum voneinander getrennt" sind. ·

In den Figuren sollen anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung und Vorteile derselben erläutert werden.

Die Figur 1 zeigt schematiseh einen erfindüngsgemäßen Kondensatorauf baus bei dem einseitig metallisierte Dielektrikums- : folien verwendet werden. '

In Figur 2 wird ein erfindungsgemäßer Kondensatoraufbau gezeigt, bei dem die Belegungen aus beidseitig metallisierten '

Isolierstoffbändern bestehen. -."/:

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Der Kondensator in Figur 1 ist aus Dielektrikumsfolien 1 aufgebaut, welche einseitig mit den Metallisierungen der Bereiche 2 und 3 versehen sind. Die Belagsbereiche 2 sind dabei so dünn, daß sie die Regenerierfähigkeit des Kondensators garantieren, und die Belagsbereiche 3 sind so dick aufmetallisiert, daß das Dielektrikum w·ihrend des Aufdampfens gerade noch keinen Schaden erlitten hat. Der fertige Kondensator wird an den Stirnseiten durch aufgespritzte Stirnkontaktschichten mit äußeren Ansehlußelementen verbunden. Die Stirnkontaktschichten erfassen die Randbereiche der verdickten Belagsbereiche 3, wodurch sich eine gute Kontaktierung ergibt. >

In Figur 2 bestehen die Elektroden des Kondensators aus beidseitig metallisierten Isolierstoffbändern 4, welche, um eine Imprägnierung des Kondensators zu ermöglichen, in vorteilhafter We i ^ aus Papier bestehen können. Auch hier sind zu beiden Seiten des Isolierstoffbandes 4 verschieden dicke Belagsbereiche 2 und 3 aufgebracht. Die dünnön, die Regenerierfähigkeit des Kondensators unterstützenden Belagsbereiche 2 und die stufenförmig verdickten Belagsbereiche 3 liegen sich dabei auf dem Isolierstoffband 4 jeweils gegenüber. Im fertigen Kondensator überdecken sich die Belagsteile 3 und die Belagsteile 2, welche durch das Dielektrikum 5 voneinander getrennt sind. Durch stirnseitig aufgebrachte Kontaktschichten werden die Belegungen an den Rändern der dicken Belagsbereiche 3 erfaßt. Es werden dabei jeweils die beidseitig auf die Isolierstoffbänder 4 aufgebrächten Metallisierungen kurzgeschlossen und die Isolierstoffbänder 4 liegen im fertigen Kondensator während des Betriebs im feldfreien Raum.

In den Figuren sind die Metallbeläge unmaßstäblich weit verdickt dargestellt. In'Wirklichkeit liegen größlenordnungsmäßig folgende DickenverhHltnisse vor: ^r ,

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Dielektrikumsdicke = 6yu,

Dicke M des Belagsteils 3 = 0,1 /u, . ·

Dicke m des Belagsteils 2 = 0,05/U.

Beim erfindungsgemäßen Kondensator wird die Regenerierfähigkeit praktisch ausschließlich vom dünnen Belagsbereich 2 bestimmt. Der stufenförmig verdickte Belagsbereich besitzt eine Leitfähigkeit von etwa 0,4 bis 1,5 S, wodurch die Verlustleistung, des Kondensators möglichst niedrig gehalten wird und der dünne regenerierende Belagsbereich besitzt eine Leitfähigkeit von 0,1 bis 0,5 S. Das Verhältnis der Leitfähigkeiten wird dabei größer oder gleich 1,5:1 gewählt. Die Verlustleistung im erfindungsgemäßen Kondensator ist wesentlich niedriger als in den bekannten regenerierfähigen Belegungen. Fließt nämlich in einem gleichförmigen Belag mit der regenerierenden Belegungsdicke m beim spezifischen Widerstand J> und der Überdeckung der gegenpoligen Belegungen am kapazitiv wirksamen Bereich ü ein Strom der Stärke I, der das Dielektrikum im kapazitiv wirksamen Teil gleichmäßig als Verschiebungsstrom überschreitet, so erhält man für 1 cm Folienbreite die Verlustleistung

,-.. ι ■■■; ■■ '■

Würden die Belegungen nicht mehr regenerieren, und die Dicke M aufweisen, die der Folie oder dem Papier beim Aufdampfen eben noch zugemutet werden kann, so würde sich die Verlustleistung auf

■■'■■ : "'.- 1 -~ ' ■■■■■"■■ - '' ■ ' .L ν - -

erniedrigen.
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_ 5 —

Wie einleitend erwähnt, sind Kondensatoren bekannt, bei denen ein keiliges Profil angewandt wird, bei dem die Belagsstärke im Bereich der Uberdeckung linear abnimmt.Bei einem derartigen Aufbau kann die Verstärkung auch nicht über den Wert M gebracht werden, da dies ja_; die maximale Belagsstärke ist, die sich aufdampfen läßt. Der Wert m darf in der Mitte nicht überschritten werden, da sonst einwandfreies Regenerieren nicht gewährleistet ist. Pur einen sol.chen Kondensator errechnen sich die Verlustewie folgt:

1 .".■.. _M _% (2-I)²

(M- 2m)

Beim erfindungBgemäßen Vorschlag ergibt sich eine Verlust-, leistung, die naturgemäß zwischen NV und Npliegt.

.· 1/2 ' - 1
^N4 ⁼ m \ ^{x dx +} "M ) x dx = I u ^ -^- +^J_)

: o ' 1/2 ■;;■:, .

Setzt man beispielsweise M = 2m, so lassen sich die drei Verlustleistungen wie folgt vergleichen:

^N1	=* 0,	333
N₂	4 0,	166
N₃	• P-,	250
^N4	•i 0»	187

Es wird deutlich, wie nahe die Ve?lu3tleistung des erfindungagemäßen Kondensators (N.) an die Verlustleistung eines* Kondehsatbra mit nichtgregenerierenden Belegungen herankommt

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.....: ■■■. ■■■■ '■■'■-.' ; - - 6 - ; - :' - ■■■ ■■;■ ■ :

(lip).· Gegenüber bekannten regenerierenden Kondensatoren (N-.) mit einheitlich dicken Belägen wird eine Reduzierung der Verluste um etwa 45 °/° erzielt. Selbst bei optimaler Anwendung des aus der deutschen Patentschrift 887 541 bekannten Belagsprofiles ergibt die Erfindung demgegenüber eine Verlustfaktorreduktion von 25 ^. ■

Zweckmäßigerweise wird man die dieken Belagsbereiche 3 an ihren Innenkanten sich nicht überlappen lassen. Es ist ein kleiner Sicherheitsabstand s einzuhalten. Dieser Abstand wird nach den Verlaufsschwankungen der Y/ickelmaschine bemessen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht "darin, daß die Wärmeabfuhr verbessert ist, weil die dieken Belagsteile direkt mit der Stirnkontaktierung verbunden sind.

6 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

- 7 Patentansprüche

1/ Regenerierfähiger elektrischer Kondensator mit in Strom richtung sich ändernder Belegungsdicke, dadurch gekennzeichnet , daß der Übergang vom dikkeren Belagsbereich (3) zum dünneren (2) stufenförmig im mittleren Teil der "Jberdeckung (ü) erfolgt, wobei sich die dicken Belagsbereiche (3) nicht überlappen.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der dickere Belagsbereich (3) mindestens um das 1,5fache stärker ist als der dünne (2).
3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Belegungen in den Randbereichen der dickeren Belagsbereiche (3) von den Stirnkontaktschichten erfaßt sind.
4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Innenkanten der dickeren Belagsbereiche (3) ein Sicherheitsabstand (5.) besteht.
5. Kondensator nach-einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der· dünnere Belagsbereich (2) die Regenerierfähigkeit des Kondensators garantiert.
6. Verfahren zur Herstellung einer metallisierten Kunststofffolie für einen stirnkontaktierten Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e η η ζ--e i chne t , daß vom Folienrand, an welchem die Belegung von der Stirnkontaktschicht erfaßt wird, bis etwa, zur Mitte des tberdeckungsbereiches (ü) gegenpoliger Belegungen möglichst so viel Metall aufgedampft wird, daß die die Belegung tragende Unterlage (1 bzw. 4) gerade keinen Schaden erleidet.

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