DE756622C

DE756622C - Electric capacitor

Info

Publication number: DE756622C
Application number: DEL97873D
Authority: DE
Inventors: Frank M Clark
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-05-03
Filing date: 1939-05-03
Publication date: 1954-02-01

Description

Elektrischer Kondensator Um eine bessere Kapazitätsausbeute pro Raumeinheit bei elektrischen Kondensatoren zu erzielen, liegt es. nahe, Materialien zu verwenden, welche höhere Dielektrizitätskonstanten besitzen. Die Verwendung solcher Materialien ist jedoch durch die damit einhergehende, Verschlechterung des Leistungsfaktors begrenzt. Bei Anwendung einer Dielektrizitätskonstante von mehr als 5 trat der Leistungsverlust insbesondere hervor, wenn Betriebstemperaturen von 75'°'C und höher angewandt wurden. Die geschilderten Schwierigkeiten werden dadurch noch verschärft, daß die verkleinerten Abmessungen pro Mikrofarad, eine kleinere Abkühloberfläche bedingen.Electrical capacitor To achieve a better capacity yield per unit of space to achieve with electrical capacitors, it lies. close to using materials which have higher dielectric constants. The use of such materials however, is due to the associated deterioration in the power factor limited. When using a dielectric constant of more than 5, the power loss occurred particularly when operating temperatures of 75 ° C and higher were used. The difficulties outlined are exacerbated by the fact that the downsized Dimensions per microfarad, require a smaller cooling surface.

Man hat auch versucht, die Kapazität eines Kondensators dadurch zu erhöhen, daß die Stärke der dvelektrischen Schichten zwischen den Elektrodenbändern verringert wurde. Die Schwierigkeiten. bei solchen Ausführungen lagen darin, daß bei allen festen; Materialien leitende Teilchen vorhanden sind und folglich der Aufbau eines Kondensators mit einer einzigen abstandhaltenden Schicht eine zu geringe Durchschlagsfestigkeit und damit eine zu kurze Lebensdauer bedingte. Übliche Papiere, auch Seidenpapiere, sind als Absta:ndhalte@r in statischen Kondensatoren praktisch nicht brauchbar, wenn sie, eine geringere Stärke als etwa o.oo76 mm besitzen.Attempts have also been made to increase the capacitance of a capacitor in this way that increase the thickness of the dielectric layers between the electrode strips was reduced. Difficulties. such explanations included the fact that at all festivals; Materials conductive particles are present and consequently the Structure of a capacitor with a single spacing layer is too small Dielectric strength and thus too short a lifespan. Usual papers, including tissue papers, are used as spacers in static capacitors practically unusable if they are less than about o.oo76 mm thick.

Es sind auch bereits dünne Lack- und Harzschichten auf den Elektrodenbändern verwendet worden. Solche dünnen Filme sind aber deswegen unbrauchbar, da mit ihnen die scharfen Kanten der z. B. etwa: o,oo8 bis o,oi inm starken Elektrod@enfol.ien nicht genügend bedeckt werden können und dadurch die Durchschlagsfestigkeit erheblich herabg'vsetztwird. Stärkere Hlektrodenfolien tragen aber zur Vergrößerung der räumlichen Abmessungen bei.There are already thin layers of lacquer and resin on the electrode strips been used. Such thin films are useless because of them the sharp edges of the z. B. about: o, oo8 to o, oi in strong electrod@enfol.ien cannot be covered sufficiently and thus the dielectric strength is considerable is reduced. However, thicker electrode foils contribute to the enlargement of the spatial area Dimensions at.

Es sind bereits Celluloseaectatschichten als Dielektrikurn in Kondensatoren verwendet worden, deren Stärke jedoch die Stärke. von verwendbar: n Papieren übertraf. Auch sind die physikalischen Eigenschaften von. nicht plastisch gemachten Cellu,loseaoetat: schlechter, das Material ist brüchig, wodurch es für die Verwendung in Kondensatoren., insbesondere Wickelkondensatoren, ungeeignet ist. Brüchiges Material hält beispielsweise nicht die Biegung um scharfe Kanten bz-w. in einem kleinen Halbmesse r aus, welche Beanspruchung in der Praxis, insbesondere bei Wickelkondensato,ren, verlangt wird. Insbesondere wird Cellu,loseacetat bei hohen Temperaturen bei Vakuumtrocknung brüchig. Durch Imprägnierung von Kondensatoren mit Mineralöl tritt die Brüchigkeit von Celluloseverbindungen noch mehr hervor und führt zur Verkürzung der Lebensdauer des Kondensators. Die für Celluloseacetat verwendeten Plastifiz.ierungsmi;ttel, wie T'ribwtylphosphat, Dibutylphtalat oder Acetamid, haben Energieverluste hervorgerufen, die zur Überhitzung und dann zum Durchschlag der Kondensatoren führten.Cellulose actate layers are already used as a dielectric in capacitors been used, but their strength is the strength. of usable: n papers surpassed. Also are the physical properties of. Cellu, not plasticized, loose acetate: worse, the material is brittle, making it suitable for use in capacitors., especially wound capacitors, is unsuitable. For example, brittle material lasts not the bend around sharp edges or in a small half-fair r from which Stress is required in practice, especially in the case of wound capacitors. Cellulose acetate in particular becomes brittle at high temperatures when vacuum-dried. When capacitors are impregnated with mineral oil, cellulose compounds become fragile even more and leads to a shortening of the service life of the capacitor. the plasticizers used for cellulose acetate, such as tributyl phosphate, Dibutyl phthalate, or acetamide, have caused energy losses leading to overheating and then led to the breakdown of the capacitors.

Diese Mängel werden gemäß der Erfindung bei einem elektrischen Kondensator m,it metallischen Belegungen und das Dielektrikum bildenden, dazwischen angeordneten elektrischen Isodi,erstoffschiichten aus Celluloseverbindungeu, die mit einem Zusatzdielektrikum getränkt sind, dadurch vermieden, daß die Celluloseverbindungen in Form von Folien mit. einer Stärke von weniger als etwa 0,0075 mm, vorzugsweise etwa o,oo25 bis 0,0050 mm verwendet sind und daß das Zusatzdielektrikum eine Dielektrizitätskonstante von mindestens 3, vorzugsweise 5 und höher besitzt und aus einem Gemisch oder einer Verbindung besteht, welche die Celluloseverbindungen beständig erhält, z.. B. aus einer flüssigen chlorierten Arylverbindung oder aus eincin chlorierten Diphenyl. Solche Kondensatorzn besitzen geringe Verluste und dabei hohe Kapazitätswerte. Chlorierte Diph-enyle, z. B. Pentachlordi.phenyl, haben eine höhere Dielektrizitätskonstante als Mineralöl und machen das brüchige Gelluloseprodukt plastisch und erneuern bzw. halten die Biegsamkeit des Cellulosefilms oder -bandes aufrecht und erhöhen dadurch die Haltbarkeit des Kondensators.These deficiencies are avoided according to the invention in an electrical capacitor with metallic coatings and the dielectric forming, interposed electrical Isodi, erstoffschiichten of cellulose compounds which are impregnated with an additional dielectric, in that the cellulose compounds in the form of foils with. a thickness of less than about 0.0075 mm, preferably about 0.025 to 0.0050 mm are used and that the additional dielectric has a dielectric constant of at least 3, preferably 5 and higher and consists of a mixture or a compound which the cellulose compounds constant, e.g. from a liquid chlorinated aryl compound or from a chlorinated diphenyl. Such capacitors have low losses and high capacitance values. Chlorinated diphenyls, e.g. B. Pentachlorodi.phenyl, have a higher dielectric constant than mineral oil and make the brittle cellulose product plastic and renew or maintain the flexibility of the cellulose film or tape and thereby increase the durability of the capacitor.

Die Verwendung von chlorierten Diphenylen als Tränkmittel für elektrische Kondensatoren ist an sich bekannt; jedoch hat man: diese Tränkmittel nicht bei solchen Kondensatoren angewandt, deren dielektrische Schichten aus Cellulosev erbindungen in Form von Folien, insbesondere mit einer Stärke von weniger als etwa 0,0076 mm bestehen. Gerade in dieser Vereinigung wird ein besonders vorteilhafter elektrischer Kondensator erzielt.The use of chlorinated diphenyls as impregnating agents for electrical capacitors is known per se; However, this impregnating agent has not been used in capacitors whose dielectric layers consist of cellulose compounds in the form of foils, in particular with a thickness of less than about 0.0076 mm. It is precisely in this combination that a particularly advantageous electrical capacitor is achieved.

Fortlaufende Filzne aus Celluloseester für Kondensatoren werden vorzugsweise aus Aoetonlösungen hergestellt. Es kann Celluloseacetat verwendet werden, das zwischen 38 und 394 oder auch 4i % acetyliert ist. Eine vorteilhafte Celluloseacetatlösung wird aus folgender Zusammensetzung erhalten: 5,75% Cellulosea,ceta@t. 6% Äthylenglykolmoiro,äthyläthaer, 88,-;-51/o Aceton.Continuous cellulose ester felts for capacitors are preferred made from aoetone solutions. Cellulose acetate can be used, which is between 38 and 394 or also 4i% is acetylated. An advantageous cellulose acetate solution is obtained from the following composition: 5.75% Cellulosea, ceta @ t. 6% ethylene glycol moiro, ethyl ether, 88.00; - 51 / o acetone.

Äthylenglykolmonoäthyläther wird zugegeben, um ein Anlaufen des Acetatfilms beim Trocknen zu verhindern. Das Dielektrikumband wird durch Absetzen. des Films auf ein endloses Band hergestellt, das durch die Lösung der Celluloseverbindung durchgeführt wird, die bei einer geeigneten Temperatur getrocknet und von dem Band abgestreift wird. Danach wird der Cellulosefilm in Rollenform aufgewickelt und auf gewünschte Breiten geschnitten. So hergestellte Filme haben eine Dicke von ungefähr 0,0076 bis o,oo25 mm oder weniger.Ethylene glycol monoethyl ether is added to prevent the acetate film from tarnishing during drying. The dielectric tape is made by settling. of the film is made on an endless belt which is passed through the solution of the cellulosic compound, which is dried at a suitable temperature and stripped from the belt. The cellulose film is then wound up in roll form and cut to the desired widths. Films so made are from about 0.0076 to 0.025 mm or less in thickness.

Vorzugsweise sollen Cellulos:eaoetatfilme von ctwa 0,005 mm oder weniger verwendet «-erden. Es können auch dielektrische Filme benutzt werden aus Äthylcellulose, Butylcellulose und Cellulosenitrat, ferner Doppelester, wie Butyl-Äthyl-C:ellulos-e und Gellulose-StearatAcetat.Cellulose acetate films of about 0.005 mm or less should preferably be used. It is also possible to use dielectric films made of ethyl cellulose, butyl cellulose and cellulose nitrate, as well as double esters such as butyl ethyl C: ellulose and gelulose stearate acetate.

Cellulos,eaceta;tfilme mit einer Stärke von etwa 0,0025 mm besitzen eine Durchschlagsfestigkeit von etwa ioo kV/mm. Sonst übliche Kondensatoren mit Leinen- oder Kraftpapierdielektrikum in einer Stärke von etwa o,oo76 bis 0,0127 mm besitzen etwa eine Durchschlagsfestigkeit von 24 kV/mm.Cellulose, acetate films with a thickness of about 0.0025 mm have a dielectric strength of about 100 kV / mm. Otherwise common capacitors with linen or kraft paper dielectric with a thickness of about 0.076 to 0.0127 mm have a dielectric strength of about 24 kV / mm.

Nachdem, die- Kondensa,torkörper beispielsweise, durch Wickeln hergestellt und unter Vakuum bei etwa ioo° C getrocknet sind, werden sie bei etwa ioo° C mit chloriertem, aromatischem Kohlenwasserstoff imprägniert. Ein vorteilhaftes Imprägniermittel ist Pentachlordiphenyl, das eine Dielektrizitätskonstante von etwa 5 besitzt- und geringe dielektrische Verluste bedingt. Mit diesen Imprägniermitteln werden die Hohlräume in dem Kondensatorkörper ausgefüllt, wobei sie die Lufträume geringer Dielektriz:itätskonstante zwischen den Celluloseacetatfilmen und den Belegungen ausfüllen. Chlorierte Arylkohlenwasserstofe, wie Pentachlordiphenyl, stellen die Plastizität von Cellulo-sederivatfilmen wieder her, die durch die Trockenbehandlung zur Beseitigung des Wassers brüchig geworden sind. Da Filme aus Cell.uloseverb,indungsen nicht porös sind, ist es. wünschenswert, die Kondensatorkörper lose zu wickeln, um ein vollständiges Eindringen der chlorierten Verbindung zwischen :die dielektrischen Schichten und ,dementsprechend eine Ausfüllung aller Hohlräume oder Gastaschen zu erhalten, die eine Verringerung der Durchschlagsfestigkeit bewirken.After that, the condenser, gate body, for example, made by winding and dried under vacuum at around 100 ° C, they are at around 100 ° C with impregnated with chlorinated aromatic hydrocarbons. An advantageous impregnating agent is pentachlorodiphenyl, which is a dielectric constant about 5 has low dielectric losses. With these impregnating agents the cavities in the capacitor body are filled, whereby they are the air spaces low dielectric: constant between the cellulose acetate films and the coatings to complete. Chlorinated aryl hydrocarbons such as pentachlorodiphenyl represent the The plasticity of cellulose derivative films is restored by the dry treatment have become brittle to remove the water. Since films made from Cell.uloseverb, indungsen are not porous, it is. desirable to wrap the capacitor bodies loosely, to ensure complete penetration of the chlorinated compound between: the dielectric Layers and, accordingly, a filling of all cavities or gas pockets obtained that cause a reduction in dielectric strength.

Da es. wünschenswert und meistens erforderlich ist, eine vollständige Imprägnierung von Wickelelementen einwandfrei. und leicht zu erhalten, können ein oder mehrere Bänder aus Gxlluloseverbindung mit einem oder mehreren Bändern von dünnem Konden.satorpapner vereinigt werden. Das Papier kann zwischen einzelnen Schichten oder Gruppen von Celluilosebändern, angeordnet werden. Beispielsweise kann ein poröses P'ap.ierband 7 mit einer Stärke von etwa 0,0076 mm Zwischen zwei Celluloseaoetatbändern in einer Stärke von etwa o,005 mm angeordnet sein. Das Papier, welches ein Kraft- oder Seidenpapier sein kann, wirkt als ein Docht, um die Hohl- und Lufträume durch das Imprägniermittel zu ersetzen. Solche Ausführung ermöglicht, obwohl sie noch nicht die günstigste Anordnung zeigt, eine Verringerung der räumlichen- Abmessungen; unn etwa 330/0 gegenüber der kleinstmöglichen Abmessung mit drei Abstandhaltern von dünnstem, brauchbarem Kondensatorpapier. Der Kondens@ator kann zylindrisch aufgewickelt, vorzugsweise auch flachgedrückt sein oder eine nahezu. elliptischeFormbesitzen. Geschichtete Elektroden und' Dielektriken in Form von flachen Kondfensatorpaketen- können für gewisse Fälle auch benutzt werden.Because it. A complete impregnation of winding elements is desirable and usually necessary. and easy to obtain, one or more ribbons of pulp compound can be combined with one or more ribbons of thin condenser paper. The paper can be arranged between individual layers or groups of cellulose tapes. For example, a porous paper tape 7 with a thickness of about 0.0076 mm can be arranged between two cellulose acetate tapes with a thickness of about 0.005 mm. The paper, which can be a kraft or tissue paper, acts as a wick to replace the voids and air spaces with the impregnating agent. Such an embodiment allows, although it does not yet show the most favorable arrangement, a reduction in the spatial dimensions; unn about 330/0 compared to the smallest possible dimension with three spacers made of the thinnest, usable capacitor paper. The condenser can be wound up cylindrically, preferably also flattened or almost completely. elliptical shape. Layered electrodes and 'dielectrics in the form of flat capacitor packets' can also be used in certain cases.

Es ist üblich, zur Herstellung von Kondensatoren für 22o bis 330- V0,lt Wechselspannung drei. Schichten von o,oo76 mm Kraftpapier zu verwenden, wenn eine möglichst geringe Raumausdehnung pro Mikrofarad verlangt wird. Solche Kondensatoren besitzen" wenn sie mit Pentaehlordiphenyl. imprägniert sind, eine Kapazität von z Mikrofarad pro 37 cm-3 Rauminhalt. Wenn aber drei Folienschichten Celluloseacetat mit einer Stärke von je ettwa o,005 mm das Dielektrikum bilden und ein solcher Kondensator ebenfalls mit Pentachlordiphenyl imprägniert ist, dann wird. die räumliche Ausdehnung pro Mikrofarad verringert auf etwa 22 em3. Dies bedeutet eine Raumersparnis. von etwa 4o 0/0. Weitere- Verringerungen der Abmessungen sind durch die Verwendung von dünneren Acetaitfolien möglich. Die Raumersparniis pro Mikrofarad beträgt bei Verwendung von nur o,oo@254 mm etwa 6o 0/0.It is common practice for making capacitors for 22o to 330- V0, lt AC voltage three. Layers of o, oo76mm kraft paper to use, though the smallest possible spatial expansion per microfarad is required. Such capacitors when impregnated with Pentaehlordiphenyl., have a capacity of z microfarads per 37 cm-3 volume. But if three layers of film are cellulose acetate with a thickness of ettwa 0.005 mm each form the dielectric and such a capacitor is also impregnated with pentachlorodiphenyl, then will. the spatial extent per microfarad reduced to about 22 em3. This means a space saving. from about 4o 0/0. Further reductions in dimensions are possible through the use of thinner acetate foils possible. The space saving per microfarad is when using of only o, oo @ 254 mm about 6o 0/0.

Die gekennzeichneten Kondensatoren. besitzen einen Leistungsfaktor von: weniger als o,5 0/a bei Raumtemperatur und 6o Perioden Wechselstrom. Wider Erwarten fällt sogar der Leistungsfaktor bei steigenden Temperaturen. So, beträgt der Leistungsfaktor bei einer Betriebstemperatur von 75'°'C nur 0,44%, bei roa°"C ist der Leistungsfaktor sogar nicht höher als bei Raumtemperatur. Diese Eigenschaft ist von besonderer Wichtigkeit bei dem Betrieb von räumlich klein bemessenen Kondensatoren hoher elektrischer Kapazität, welche gewöhnlich gerade an Plätzen benutzt werden, die keine besondere Kühlung zulassen, so daß unter den Betriebsbedingungen höhere Verluste! entstehen, welche die Kondensatoren überhitzen und zum dielektrischen Durchbruch führen.The marked capacitors. have a power factor of: less than 0.50 / a at room temperature and 60 periods of alternating current. Contrary As expected, the power factor even drops with increasing temperatures. So, amounts to the power factor at an operating temperature of 75 '°' C is only 0.44%, at roa ° "C the power factor is not even higher than at room temperature. This attribute is of particular importance in the operation of spatially small capacitors high electrical capacity, which are usually used in places, which do not allow any special cooling, so that under the operating conditions higher Losses! arise, which overheat the capacitors and lead to dielectric Breakthrough.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Electrical capacitor with metallic coverings and electrical insulating material layers arranged between them made of cellulose compounds, which are impregnated with an additional dielectric, thereby. gekennzel @ chnet that the cellulose compounds are used in the form of films with a thickness of less than about 0.0075 mm, preferably about 0.025 to 0.050 mm, and that the additional di @ e1.aktrik @ um has a dielectric constant of at least 3, preferably 5 and higher and consists of a mixture or a compound which constantly maintains the cellulose compounds, e.g. B. from zeal liquid. chlorinated. Aryl linkage or from a chlorinated diphenyl. 22. Electrical capacitor according to An, s-pruch r, characterized in that the dielectric layers consist of several Cellulo @ seäcet: breathing films and a porous paper layer, for example made of Kraft paper, which is preferably arranged between the cellulose acetate films. 3. Electrical capacitor according to claim z and / or 2, characterized in that the cellulose acetate films between about 3 $ and 41% are acetylated. d .. electrical. Capacitor according to Claim 1 and / or following, characterized in that the layers made of a cellulose compound are non-porous. 5. Electrical capacitor according to claim i and / or the following, characterized in that: B a Celluloseacetatlös.ung is used to produce the films from a Cel.luloseverbindungen, the 5.75% Celluloseace'tat, 6% Äthylenglykolmonoäthyl.äther and 89 , Contains 25% acetone. In order to differentiate the subject matter of the invention from the prior art, the following publications were taken into account in the granting procedure: USA patents N o. i 895 326, 196616: 2, 1966163, 1999004, 2037686, 20-11594.