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Stromzuleitungsanschlüsse für die Belegungen von rohrförmigen Kondensatoren
Die Verwendung von Kondensatoren in Stromkreisen mit großer Blindleistung ist durch
den Grad ihrer Erwärmung auf die Raumtemperatur beschränkt. Man kann beispielsweise
sagen, daß ein Kondensator von geeigneter Kapazität für die betreffenden Arbeitsbedingungen
dann gut geeignet ist, wenn er sich infolge seiner Qualität, seiner Form und bei
den äußeren Belüftungsbedingungen im Betrieb bei Erreichung des Gleichgewichts nur
um etwa 30° C oder weniger erhitzt hat.
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Sieht man einmal von einer künstlichen Kühlung ab, die durch einen
Luftstrom oder durch zweckmäßige Anordnung der Kondensatoren im Innern der betreffenden
Anlagen erzielt werden kann, so zeigt es sich, daß bei gleichbleibendem, den Kondensator
umgebendem Medium die Erhitzung sich aus der Summe der folgenden zwei Faktoren ergibt:
a) Der erste Falttor hat seinen Ursprung ausschließlich in dem Dielektrikum und
wird mittels eines Verlustwinkels 8 gemessen. Die mittlere Verlustleistung ist:
P1 = CV2 u0 tg B. Hierbei ist C die Kapazität des Kondensators, V der Effektivwert
der angelegten Wechselspannung und deren Kreisfrequenz.
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Da im allgemeinen die Spannung und die Frequenz gegeben sind, so kann
man nur auf tg ö einwirken,
und zwar wird .man diese Größe möglichst
klein wählen. So .verwandelt beispielsweise ein Topfkondensator von 50O PF unabhängig
von der Frequenz bei gleichbleibendem d bei einer Blindleistung C U`? w
= io kVA und -einem Verlustfaktor von 3 X io--4 eine Leistung von 3 Watt
in Wärme.
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b) Der zweite die Erwärmung bestimmende Faktor ist der Joule-Effekt
in den aus einer Metallisierung: bestehenden Belegungen. Diese Belegungen bestehen
aus einer Silberlegierung von geringer Stärke und nicht zu vernachlässigendem spezifischem
Widerstand. Man hat es gewöhnlich mit Schichten zu tun, die bei bester Ausführung
(Mehrfachschichten, geeignete Zusammensetzungen, Verstärkung durch Aufspritzen von
geschmolzenen Metallen) einen spezifischen Oberflächenwiderstand 9p s von der Größenordnung
von einigen iooostel Ohm. X cm/cm haben: Unter spezifischem Oberflächenwiderstand
ist der Ohmsche Widerstand zu verstehen, den ein Flächenelement von i cm Breite
und i cm Länge einer Schicht von sehr geringer und daher zu vernachlässigender Stärke
darbietet.-Die bekannten Topf- und Röhrenkondensatoren (Abb. i bis 3) haben Belegungen
i von zylindrischer Form. Die bekannten Stromzuführungsanschlüsse in Form eines
mehr oder weniger vollständig geschlossenen einzigen Ringes 2 sind auf die Belegungen
aufgelötet, und ihre Stellung hängt im allgemeinen davon ab, wo man die Lötung am
leichtesten ausführen kann.-Bei der Prüfung der Stromdichteverteilung kann man feststellen,
daß-aus Symmetriegründen die die Stromstärke darstellenden Vektoren parallel den
Erzeugenden verlaufen und daß ihr Wert von der Summe der zu speisenden ringförmigen
Belegungselemente dS abhängt. Man sieht also, daß die Stromstärken und grundsätzlich
von der Stellung des Stromzuleitungsringes
abhängen (Abb. i). Eine Rechnung ergibt somit, daß, wenn Wo die Energie ist, die
bei der Speisung der zylindrischen Belegungen durch einen am Ende angeordneten Ring
(Abb. 2) infolge des Joule-Effekts abgegeben wird, die abgegebene Energie nur beträgt,
wenn der Ring auf halber Länge aufgelötet
ist (Abb.3).
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Die Erfindung besteht nun unter Ausnutzung und Erweiterung der vorgenannten
Erkenntnisse darin, den einzigen Ring durch eine Gruppe von n Ringen zu ersetzen,
die auf
bzw. bzw. . . . der Länge aufgelötet sind.
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So zeigt Abb. q. beispielsweise zwei Ringe 2 und 2', die auf 1/4 bzw.
3/4 der Länge, und Abb. 5 drei Ringe 2, 2'; 2", die auf 1/o bzw. 1/2 bzw. 5/o der
Länge ho aufgelötet sind.
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Rechnung und auch eine einfache Beobachtung ergeben nämlich, daß die
durch den Joule-Effekt frei werdende Wärmemenge beispielsweise bei der Anordnung
mit zwei Elektroden 1/4 derjenigen bei der Anordnung mit einer einzigen Mittelelektrode
und 1/1o derjenigen hei der Anordnung einer einzigen Elektrode am Ende der Belegung
beträgt. Ganz allgemein kann man sagen, daß bei Wahl von n gleichmäßig verteilten
Elektroden, die j e
der Gesamtoberfläche speisen, die entwickelte Wärme der
Teil der bei der Anordnung nur einer einzigen Mittelelektrode entwickelten Wärme
oder der
Teil der bei nur einer einzigen Endelektrode entwickelten Wärme ist. Die Wahl der
Elektrodenanzahl ist eine Raumfrage. Die@die Töpfe abschließende halbkugelige Kappe,
deren Oberfläche die gleiche ist wie diejenige eines Zylinders von gleichem Radius
und gleicher Höhe, ist wie ein Zylinder entsprechender Höhe einzusetzen.
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Man kann die äußeren Elektroden 2, 2' beispielsweise gemäß Abb. 6
in Form doppelter oder mehrfacher Ringe aus reinem Kupfer herstellen, die während
der Lötung durch Verbindungsstreifen 3 aus dem gleichen Material in Abstand gehalten
werden. Das aus den Ringen und den Verbindungsstreifen bestehende Gebilde kann als
Ganzes aus einem Metallblech ausgestanzt und dann in die gewünschte Form gebracht
werden. Die Verbindungsstreifen sind mit Löchern 4. versehen, um den Kondensator
mechanisch und elektrisch mit einem Träger zu verbinden. Die Streifen dienen gleichzeitig
als Kühlrippen. Man kann auch zwei Halbringe (Abb.7a) oder drei einen Winkel von
i2o° einschließende Ringsegmente (Abb. 7 b) verwenden. Das Ganze ist dann bei zylindrischen
Kondensatoren mit doppelten Kragen leichter zu montieren, als wenn die Ringe vollständig
geschlossen hergestellt werden. Die inneren Elektroden (Abb. 8), die auf dem gleichen
Prinzip beruhen, bestehen aus geschlitzten Ringen 4 und q.', wodurch man die Ringe
leicht unterschiedlichen Innendurchmessern anpassen kann. - Zwei Metallstreifen
5, 5', die der Stromzuführung dienen, sind auf den Ringen an gegenüberliegenden
Stellen befestigt. Man lötet jeden Ring getrennt an der vorher festgelegten Stelle
auf die innere Belegung des Kondensators i' auf, so daß die in geeigneter Weise
gerichteten Verbindungsstreifen nach der Lötung zu einem einzigen Leiter 6 zusammengefäßt
werden können.
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Im Fall von Röhrenkondensatoren verlaufen die Verbindungsstreifen
5, 5' in entgegengesetzten Richtungen, wobei sie miteinander durch einen Mittelstreifen
7 verbunden sind (Abb. 9).