DE6929797U

DE6929797U - Regenerierfaehiger elektrischer kondensator.

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Publication number: DE6929797U
Application number: DE19696929797
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1968-07-29
Filing date: 1969-07-28
Publication date: 1972-11-09

Description

RegenerierfKhiger elektrischer Kondensator

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Die -r^ bezieht sich auf einen regenerierföhigen 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 Isolierhof. Um ein einwandfreies Abtrennen der Durchschlagsstelle vom restlichen Metallbelag zu erreichen, muß die Metallbelegung eine kleine Wärmekapazität 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 Hauptwärmequelle wirken. Die Wärme geht als sogenannte Verlustleistung verloren. Es wird dadurch der Einsatz der Kondensatoren empfindlich eingeengt.

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Die Aufgabe der besteht darin, einen regenerier-

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fähigen Kondensator* mit möglichst niedriger Verlustleistung zu bauen.

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ogemäß wird dies dadurch erreicht, daß der' i'bergfing von dickeren Belagsbereich zum dünneren stufenförmig im mittleren Teil der Überdeckung erfolgt, wobei sich die dickeren Belagsbereiche nicht überdecken.

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Bei der Herstellung der gemäßen Kondensatoren wird ' der stufenförmig verdickte Belegungsbereich so "gewählt, daß er sich von etwa der Mitte des Überdeckungsbereichs der BeIegungen bzw. der kapazitiv wirksamen Fläche bis zum kontaktierten Randbereich erstreckt. Außerdem wird dieser Belagsbereich so niederohmig 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 andere Hälfte des kapazitiv wirksamen Bereichs der Belegung ist so dünn aufmetallisiert, 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 ^| und Vorteile derselben erläutert werden.

Die Figur 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Kondensatoraufbau, bei dem einseitig metallisierte Dielektrikumsfolien verwendet werden.

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In Figur 2 wird ein Bgemäßer Kondensatoraufbau gezeigt, bei dem die Belegungen aus beidseitig metallisierten Isolierstoffbändern bestehen.

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Der Kondensator in Figur 1 ist aus Dielektrikumcfolicn 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 Xondensators garantieren, und die Belagsbereiche 3 sind so dick aufmetallisiert, daß das Dielektrikum während des Aufdampfens gerade noch keinen Schaden erlitten hat. Der fertige Kondensator wird an den Stirnseiten durch aufgespritzte Stirnkontaktschichten mit 'iußeren Anschlußelementen verbunden. Die Stirnkontaktschichten erfassen die Randbereiche der

, verdickten Belagsbereiche 3, wodurch sich eine gute Kontakw tierung ergibt.

In Figur 2 bestehen die Elektroden des Kondensators aus beidseitig metallisierten Isolierstoffb^:indern 4, welche, um eine Imprägnierung des Kondensators zu ermöglichen, in vorteilhafter V/eise aus Papier bestehen können. Auch hier sind zu beiden Seiten des Isolierstoffbandes 4 verschieden dicke Belagsbereiche 2 und 3 aufgebracht. Die dünnen, 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 aufgebrachten Metallisierungen kurzgeschlossen und die Isolierstoffbänder 4 liegen im fertigen Kondensator während des Betriebs im feldfreiei ά

In den Figuren sind die Metallbeläge unmaßstäblich weit verdickt dargestellt. In \7irklichkeit liegen größenordnungsmäßig folgende Dickenverhältnisse vor:

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Dielektrikumsdicke = 6/u, Dicke M des Belagsteils 3 = 0,1 /u, Dicke m des Belagsteils 2 = 0,05/U.

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Beim osgemäßen Kondensator wird die ReguncrierfMhigr keit 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 möglich'st niedrig gehalten wird und der dünne regenerierende Belagsbereich besitzt eine Leitfähigkeit von 0,1 bis 0,5 S. Das Verhältnis der Leitfühigkeiten wird dabei größer oder gleich 1,5:1 gewählt. Die Verlustleistung im Bgemäßen Kondensator ist wesentlich niedriger als in den bekannten regenerierfähigen Belegungen. Fließt nnmlich in einem gleichförmigen Belag mit der regenerierenden Belegungsdicke m beim spezifischen Widerstand j> und der Überdeckung der gegenpoligen Belegungen am kapazitiv v/irksamen Bereich ü ein Strom .der Stärke I, der das Dielektrikum im kapazitiv wirksamen Teil gleichmäßig als Verschiebungsstrom überschreitet, so erhält man für 1 cm Polienbreite die Verlustleistung

Wurden die Belegungen nicht mehr regenerieren, und die Dicke M aufweisen, die der Folie oder dem Papier beim Aufdampfen eben noch zugemuteb v/erden kann, so würde sich die Verlustleistung auf ·

erniedrigen.

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- 5

Wie einleitend erwähnt, Bind Kondensatoren bekannt, bei denen ein keiliges Profil angewandt wird, bei dem die Belagüstärke im 3ereich der .'berdeckung linear abnimmt. Bei einem derartigen Aufbau kann die Verstärkung auch nicht über den V/ert M gebracht werden, da dies ja die maximale Belagsstürke ist, die sich aufdampfen lHßt. Der V/ert m darf in der Mitte nicht überschritten v/erden, da sonst einwandfreies Regenerieren nicht gewährleistet ist. Für einen solchen Kondensator errechnen sich die Verluste wie folgt:

2 2

x^dx I =

♦S-

(M ^ 2m)

Beim ogemäßen Vorschlag ergibt sich eine Verlustleistung, die naturgemäß zwischen N₁ und N₂ liegt.

1/2 1

• ■ _N iSeü ( _X2_{dx +} Au ( _X2_{dx =} 2 _ü j; ι ₇ )

4m] M] C 24 m "ö7~m/

ο 1/2

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

= 0,333 . ώϋ = 0,166 . γα

N- = 0,250 . ^

^N4 = °'¹⁸⁷⁵ · ¹p

Es wird deutlich, wie nahe die Verlustleistung des . ättfigsgemäßen Kondensators (N₄) an die Verlustleistung eines Kondensators mit nicht regenerierenden Belegungen herankommt

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(N₂). Gegenüber bekannten regenerierenden Kondensatoren (N₁) ir.it einheitlich dicken Belegen wird eine Reduzierung der Verluste um etwa 45 $ erzielt. Selbst bei optimaler Anwendung

des aus der deutschen Patentschrift 887 541 bekannten profiles ergibt die fg demgegenüber eine Verlustfaktorreduktion von 25 /ό.

Zweckm'ißigerweiye wird man die dicken Belagsbereiche 3 an ihren Innenkanten sich nicht überlappen lassen, ür. ist ein kleiner Sicherheitsabstand s einzuhalten. Dieser Abstand wird nach den Verlaufsschwankungen der Wickelmaschine bemessen.

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

$fk u ti, .

2 Figuren

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Claims

e—«—4 anspriiche

. Regenerierfiihiger elektrischer Kondensator mit in Strom richtung sich rindernder Belegungodicke, dadurch gekennzeichnet , daß der Übergang vom dikkeren ßelagsbereich (3) zum dünneren (2) stufenförmig im mittleren Teil der ü'berdeckung (ü) erfolgt, wobei sich die dicken Belagsbereiche (3) nicht überlappen.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , 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 Kunststoff- · folie für einen stirnkontaktierten Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vom Folienrand, an welchem die Belegung von der Stirnkontaktschicht erfaßt wird, bis etwa zur Mitte des '''berdeckungsbereiches (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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