DE2253164C3 - Hochvoltkondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochvoltkondensator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein erster bekannter Hochvoltkondensator mit hoher Blindleistung hat auf der Außenseite des Dielektrikumrohres zwei Isolieransätze, die am Umfang des Dielektrikumrohres angeordnet sind, und auf der Innen- und Außenseite des Dielektrikumrohres sind Metallbeläge aufgetragen, von denen jeder mit einem Anschluß verbunden ist (vgl. SU-Erfinderschein 255414).

Ein Nachteil dieses bekannten Hochvoltkondensators mit hoher Blindleistung besteht darin, daß der Anschluß des Metallbelags, der auf der Innenseite des keramischen Dielektrikumrohres aufgetragen ist, als ein Band, ein Stab oder kegelstumpfähnlich ausgeführt und im Inneren des Dielektrikumrohrs angeordnet ist, wodurch die Wärmeableitung von der Innenseite des Dielektrikumrohrs erschwert und ein niedriger Wert des zulässigen Stroms bedingt wird. Daher hat dieser erste bekannte Hochvoltkondensa tor nur tine verhältnismäßig niedrige Blindleistung.

Ein anderer Nachteil dieses bekannten Hochvoltkondensators ist, daß er einen schmalen Betriebsfrequenzbereich hat, in dem er mit maximaler Blindleistung arbeitet, da sich bei zunehmt rider Frequenz die Metall-Anschlüsse dureh Skin-Effekt erwärmen, was die Temperatur des ganzen Hochvoltkondensators erhöht und /ur Abnahme der Blindleistung führt.

Bei einem bekannten Hochvoll kondensator der eingangs genannten An (\gl. FR-PS 1 010397) befindet sich der erste isolierende Obtrtlachenansatz auf der Außenseite des Didektrikumrihrs, erstreckt sich der Metallbelag auf der Außenseite des Dielektrikumrohrs bis zu einer Stelle in größerem Abstand von der ersten Stirnfläche des Dielektrikumrohrs und sind die beiden Metailbeiäge von kontaktgebenden Verstärkungsschichten mit darauf drückenden Ringen bzw. Reifen als Anschlüssen umgeben.

Auch bei diesem bekannten Hochvoltkondeusator ist nur ein verhältnismäßig schmaler Frequenzbereich für einen Betrieb bei maximaler Blindleistung vorhanden. Außerdem bildet sich zwischen den Rändern der Metallbeläge ein verhältnismäßig unsymmetrisches elektrisches Feld aus, so daß die Durchschlagfestigkeit dieses bekannten Hochvoltkondensators verhältnismäßig niedrig ist.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Hochvoltkondensator der eingangs genannten Art zu schaffen, der trotz kleiner Wärmeverluste an seinen Anschlüssen höhere Werte von Blindleistung und -strom bei gleichzeitiger Erweiterung des Arbeitsfrequenzbereichs und verhältnismäßig guter Durchschlagfestigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs gelost.

Indem der Metallbelag auf der Außenseite des Dielektrikumrohrs sich bis zu dessen erster Stirnflache erstreckt, wird eine symmetrische Verteilung des elektrischen Felds an den Rändern der Metallbeläge bzw. Elektroden zueinander erzielt, was eine Erhöhung der Durchschlagfestigkeit um etwa das l,5fache gegenüber dem bekannten Stand der Technik erlaubt. Die Ausbildung der Anschlüsse als Flansche führt zu einem niedrigen Übergangswiderstand, so daß relativ hohe Ströme fließen können, wobei die verursachte Erwärmung verhältnismäßig niedrig ist, was eine Steigerung der zulässigen Blindleistung erlaubt.

Im übrigen ist es noch für Kondensatoren bekanntgeworden (vgl. US-PS 3416207, Fig. 3), in unmittelbarer Nähe einer Stirnfläche des Dielektrikumrohrs einen Bereich der Innenseite des Dielektrikumrohrs nicht mit Metall zu belegen.

Schließlich wurde ein zylindrischer keramischer Kondensator bekannt (vgl. DT-AS 1 013 366), dessen äußerer Belag einen Anschluß aus einem Flansch mit einseitig geschlitztem, zylindrischen Teil und zweiseitig geschlitztem Kreisringscheibenteil hat, während der Anschluß fur den inneren Belag '" Fuiin eines Bands bzw. Stabs (wie auch aus dem SU-Erfinderschein 255414 bekannt) ausgebildet ist, so daß zumindest beim Anschluß des inneren Belags beträchtliche Wärmeverluste auftreten, abgesehen davon, daß dort beide Anschlüsse als gleichwertig angesehen werden.

Der erfindungsgemäße Hochvoltkondensator mit hohei Blindleistung kann in Hochfrequenz-Kreisen von Sende- und Empfangsanlagen für den Mittelwellenbereich sowie in Hochfrequenzgeneratoren elektrischer Schweißarilagen angewandt werden.

Der Einsatz des erfindungsgemäßen Kondensators in elektrischen Schweißanlagen gestattet es, das Gewicht und die Abmessungen dieser Anlagen zu verringern und die Güte der Hochfrequenz-Kreise in elektrischen Schweißanlagen zu steigern, was eine Einsparung an Elektroenergie und einen hohen wirtschaftlichen Nutzen zur Folge hat.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung näher erläutert. F-s zeigt

Fig. 1 einen Hochvoltkondensator in Seitenansicht;

Fig. 2 denselben Hochvoltkondensator im Schnitt II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 die Abhängigkeit der Blindleistung und Stromstärke von der Arbeiisfrequenz des erstgenannten bekannten (vgl. SU-Erfinderschein 255414) und eines erfindungsgemäßen Hochvoltkondensators.

Der Hochvoltkondensator ist in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt. Auf der Außenseite eines Kenunikrohres 1 (Fig. 1) gibt es einen A.nschluß 2, der mit einem äußeren Metailbeiag 3 (Fig. 2) verbunden ist, einen isolierenden Oberflächenansatz 4, der sich in der Nähe von einer Stirnfläche 5 des Rohres 1 in einem der Breite des isolierenden Oberflächenansatzes 4 etwa gleichen Abstand befindet, sowie einen Anschluß 6 von dem inneren Metallbelag 7 des Keramikrohres 1. Der Metallbelag 3 ist durch Einbrennen einer Silberpaste aufgetragen worden, und der Anschluß 2 ist als ein Flansch 8 ausgebildet, der mit Hilfe von Kontaktplatten 9 befestigt ist. Die Innenseite des Rohres 1 hat einen isolierenden Oberflächenansatz 10, der in unmittelbarer Nähe von der Stirnfläche 11 des Rohres 1 angeordnet ist, und den durch das Einbrennen einer Silberpaste aufgetragenen Metallbelag 7, der über die Stirnfläche 5 auf die Außenseite bis zum isolierenden Oberflächenansatz 4 herausgeführt ist. Der innere Metallbelag 7 ist auf der Außenseite des Rohres mit dem Anschluß 6 verbunden, der ebenfalls als ein Flansch 12 ausgeführt und mit Hilfe von Kontaktplatten 13 befestigt ist.

Fig. 3 zeigt folgende Abhängigkeiten:

a) der Blindleistung in Kilovoltampere von der Betnebsfrequenz in Megahertz des im vorhergehenden beschriebenen Hochvoltkondensators;

b) der Blindleistung in Kilovoltampere von der Betriebsfrequenz des erstgenannten bekannten Hochvoltkondensators:

c) des Stromes in Ampere von der Betriebsfrequenz in Megahertz des vorbeschriebenen Hochvoltkondensators;

d) des Stromes in Ampere von der Betriebsfrequenz in Megahertz des erstgenannten bekannten Hochvoltkondensators.

Der Hochvoltkondensator mit hoher Blindleistung ist für universelle Anwendung in der Funktechnik bestimmt. Der Kondensator ist am zweckmäßigsten in Stromkreisen elektrothermischer Hochfrequenzanlagen anzuwenden. Bei dem Einsatz des Kondensators in einem Schwingkreis einer Hochfrequenzanlage wird er mit einer Blindleistung P₁

P₁ =

fC;

aufgeladen,

mit U = Spannung zwischen den Kondensatorbelägen 3 und 7 (Fig. 2), Volt;
/ = Arbeitsfrequenz, Hertz;
C" = Kapazität des Kondensators, Farad;
P₁ = Blindleistung, Voltampere.

In Abhängigkeit von der Größe der Blindleistung und den Verhältnissen der Wärmeverteilung kommt es /ur Erwärmung des Kondensators, die durch die aktiven Verluste der Leistung P₂ in dem Volumen des dielektrischen Materials des Rohres 1 (Fig. 1) bedingt ist, die dem dielektrischen Verlustfaktor tan ö proportional sind, das heißt

und durch die Leistungsverluste P₃ an den metallischen Elementen des Kondensators, die dem Quadrat der Größe des zulässigen Stromes und dem Widerstand der metallischen Elemente proportional sind, das heißt

P, =

mit

/ = zulässiger Strom, Ampere;
R = Widerstand der Anschlüsse 2 undo (Fig. 2), Ohm.

Im erfindungsgemäßen Kondensator sind die Verhältnisse der Wärmeableitung von der Innenseite des Rohres 1 (Fig. 1) verbessert, und die infolge des Skin-Effektes bei dem Anstieg der Frequenz entstehende Erwärmung der Anschlüsse 2 und 6 (Fig. 2) durch den Strom ist abgeschwächt.

Der elektrische Widerstand der Anschlüsse 2 und 6 der Kondensatoren ist auf einen minimal möglichen Wert herabgesetzt worden. Das wird dadurch erreicht, daß die Anschlüsse 2 und 6 der Kondensatoren als die Flansche 8 und 12 ausgeführt sind und der An-Schluß 6 von dem inneren Belag 7 auf der Außenseite des Rohres 1 angeordnet ist. Der niedrige Wert des elektrischen Widerstandes der Anschlüsse 2 und 6 und somit der niedrige Wert des Widerstandes der Kontaktsatze des Kondensators an den Stellen seines Anschlusses an den Schwingkreis bestimmt den hohen Wert der zulässigen Stromstärke, der den Wert der zulässigen Stromstärke der erstgenannten bekannten Kondensatoren bei der Frequenz 600 kHz um mehr als das 5fache (Fig. 3, Kurven c und d) übertrifft.

Die Erwärmung der Elemente des erfindungsgemäßen Kondensators bei seiner Blindbelastung ist im Vergleich zu der Erwärmung der bekannten Kondensatoren herabgesetzt, was eine Steigerung der zulässigen Blindleistung des Kondensators im Vergleich zu der Leistung eines bekannten Kondensators auf das 3fache möglich macht.

Die Kondensatoren weisen im Vergleich zu den bekannten Kondensatoren auch einen größeren Betriebsfrequenzbereich auf, in dem der maximale Wert der Blindleistung erhalten bleibt, und die Anschlüsse 2 und 6 (Fig. 2) üben bei diesen Frequenzen keinen merklichen Einfluß auf die Erwärmung aus. So übertrifft beispielsweise die Blindleistung eines bekannten Kondensators in einem Frequenzintervall von 100 kHz bis 200 kHz nicht 500 kW (Fig. 3, Kurve h) und nimmt mit zunehmender Frequenz abrupt ab, während die Leistung des erfindungsgemalJen Kondensators bei einer Frequenz von 300 kHz 1500 kW (Fig. 3. Kurve a) beträgt und diesen Wert auch hei dem weiteren Frequenzanstieg beibehält.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hochvoltkondensator mit einem Diekktnkumrohr, das auf seinem Umfang zwei isolierende Oberflächenansätze hat sowie auf seiner Innen- und Außenseite Metallbeläge trägt, deren jeder mit einem Anschluß verbunden ist, wobei der erste isolierende Qberflächenansatz in unmittelbarer Nähe der ersten Stirnfläche des Dielektrikumrohres und der zweite isolierende Oberflächenansatz auf der Außenseite des Dielektrikumrohres näher an dessen zweite Stirnfläche angeordnet ist, wobei der Metallbelag auf der Innenseite des Dielektrikumrohres über die zweite Stirnfläche auf die Außenseite bis zum zweiten isolierenden Oberflächenansatz herausgeführt ist, und wobei der Metalibeiag auf der Außenseite des Dielektrikumrohrs vom zweiten isolierenden Oberflächenansatz in Richtung zur ersten Stirnfläche aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste isolierende Oberflächenansatz (10) auf der Innenseite des Dielektrikumrohres (1) angeordnet ist,

   daß der Metallbelag (3) auf der Außenseite des Dielektrikumrohrs (1) sich bis zur ersten Stirnfläche des Dielektrikumrohrs (1) erstreckt, und

   daß die Metallbeläge (3, 7) mittels Kontaktplatten (9, 13) mit den als Flansch (8, 12) ausgebildeten Anschlüssen (2. 6) verbunden sind.