ES2908109T3 - Condensador y su procedimiento de fabricación - Google Patents

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Abstract

Condensador de CA (200), que comprende: por lo menos un cuerpo de condensador (204) que tiene devanados de película conductora y dieléctrica y en el que un borde (230) de los devanados de película conductora define un plano normal a un eje concéntrico (W) de los devanados que forman por lo menos una superficie de contacto del cuerpo de condensador (210); dos electrodos (206) que tienen por lo menos una superficie de contacto de electrodo (208), en el que cada uno de los electrodos comprende un borde en el que el condensador de CA comprende, además una carcasa (202) operativa para aplicar una fuerza de compresión operativa para unir entre sí la superficie de contacto del cuerpo de condensador (210) y la superficie de contacto de los electrodos (208) para mantener un contacto conductor eléctrico y térmico uniforme en todo un plano paralelo a la superficie de contacto del electrodo y a la superficie de contacto del cuerpo de condensador, y entre las mismas, en el que los electrodos (206) se encuentran situados en lados opuestos del cuerpo de condensador, caracterizado por el hecho de que, la fuerza de compresión aplicada por la carcasa (202) para unir el cuerpo de condensador (204) y los electrodos (206) se aplica simultáneamente a bordes (220) de cada uno de los electrodos.

Description

DESCRIPCIÓN
Condensador y su procedimiento de fabricación
CAMPO TÉCNICO
El presente procedimiento y sistema se refieren a condensadores de potencia y, en particular, a condensadores de potencia de alta tensión y alta frecuencia.
ANTECEDENTES
Los condensadores de potencia de corriente alterna (CA) de alta tensión están diseñados para cumplir con los requisitos mecánicos, eléctricos y de rendimiento de los circuitos eléctricos de CA de alta frecuencia y de alta tensión. Dichos condensadores utilizados comúnmente en circuitos eléctricos que transmiten tensiones máximas de, por ejemplo, 1400 Vmáx. y una corriente eléctrica de 3000Arms son propensos a pérdidas de energía óhmica, dieléctrica e inductiva principalmente en forma de calor. Por ejemplo, en un condensador de potencia común de alta y media frecuencia (por ejemplo, entre 1 kHz y 1 MHz), cada potencia reactiva de 500 kvar puede generar una pérdida de entre 500 y 1000 vatios en forma de calor.
Los condensadores de potencia de alta tensión son comúnmente condensadores de múltiples capas tales como, por ejemplo, condensadores de película que están realizados de capas alternas de un material conductor tal como, por ejemplo, papel de aluminio y un dieléctrico tal como, por ejemplo, una película de polipropileno y se disponen en capas planas o bien enrolladas en un carrete o bobina. Otros materiales dieléctricos pueden incluir poliéster (Mylar®), poliestireno, polipropileno, policarbonato, papel metalizado, Teflón® y otros. Después, los electrodos se unen térmicamente, por ejemplo, mediante soldadura o se conectan mecánicamente mediante, por ejemplo, conectores, a uno o más bordes de cada una de las capas conductoras externas a cada lado del cuerpo de condensador en capas o a cada extremo plano de la bobina, formado por los bordes de los devanados de película conductora.
El condensador montado normalmente queda encapsulado, lo que proporciona un aislamiento del cuerpo o bobina del condensador del entorno, dejando expuestos sólo los electrodos.
Aunque la soldadura proporciona una unión sólida entre los electrodos y la superficie de contacto del cuerpo de condensador, existen algunos inconvenientes asociados a la soldadura. El estaño se utiliza comúnmente como material de soldadura y los puntos de soldadura actúan para transferir calor desde el cuerpo de condensador (comúnmente capas dieléctricas de aluminio) al electrodo (comúnmente cobre) y/o al entorno por conducción y disipación de calor. Sin embargo, en los condensadores de potencia, la soldadura de estaño forma dos interfaces: una interfaz del cuerpo de condensador (comúnmente unas capas dieléctricas de aluminio) - estaño y una interfaz estaño - electrodo (comúnmente cobre), que crea uniones térmicas que provocan una temperatura de unión elevada durante el funcionamiento del condensador.
El estaño de soldadura, aunque es un conductor eléctrico razonable, podría tener todavía una resistencia que contribuya a pérdidas de energía en dichos condensadores de potencia.
Se han realizado intentos por proporcionar conexiones entre dos cuerpos de condensador dispuestos en serie. La patente americana con n° de publicación 4.307.434 describe un casquillo conductor o unas lengüetas conductoras que quedan presionadas entre las capas conductoras del condensador en capas y "cortocircuitan" dos condensadores dispuestos en serie.
La patente americana con n° de publicación No. 6,370,009 describe la sustitución de las operaciones de soldadura convencionales por engaste de un cable en un borde de la lámina de un condensador.
Otras soluciones, tales como hacer pasar un fluido refrigerante a través de la carcasa del condensador o los electrodos para drenar el calor del condensador, solamente ofrecen una solución parcial. En los condensadores en capas de películas de plástico, el componente dieléctrico/capas se derriten y/o se desintegran fácilmente a temperaturas de aproximadamente 120 grados centígrados, mientras que la temperatura de soldadura puede alcanzar comúnmente más de 200 grados centígrados.
La soldadura en condiciones de refrigeración por agua sólo permite soldadura rápida por puntos (creación de uniones de calor) y no permite soldar zonas grandes entre la superficie de contacto del cuerpo de condensador y el electrodo, ya que las elevadas temperaturas de soldadura generadas al soldar zonas de superficie grandes pueden dañar el cuerpo de condensador al fundir o desintegrar el componente dieléctrico.
Además, dado que el aluminio (cuerpo de condensador) no puede soldarse directamente al cobre (electrodo), debe añadirse un material de unión intermedio, tal como cobre o polvo de estaño-zinc que se rocía con arco sobre la superficie de contacto del cuerpo de condensador, lo que crea interfaces y uniones térmicas adicionales.
Las limitaciones de la soldadura tal como se ha indicado anteriormente también eliminan la opción de montar un condensador de doble cuerpo en el que los cuerpos de condensador queden dispuestos en serie.
US2010/315761 describe por lo menos un condensador de película/lámina enrollada o de película metalizada sellado entre sus electrodos para formar una región anular cerrada sellada entre el interior del recinto, los electrodos y el exterior del condensador enrollado para formar un conjunto de condensador sellado.
US 4.454.563 describe un condensador de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
DESCRIPCIÓN
La presente descripción busca proporcionar un condensador de potencia de corriente alterna (CA) que minimice las uniones térmicas en el punto de contacto entre el cuerpo de condensador (por ejemplo, la bobina) y los electrodos adjuntos para minimizar las pérdidas de energía óhmica, dieléctrica e inductiva principalmente en forma de calor. De acuerdo con la invención, se dispone un condensador que comprende por lo menos un cuerpo de condensador que tiene devanados de película conductora y dieléctrica y en el que un borde de los devanados de película conductora define un plano normal a un eje concéntrico de los devanados que forman por lo menos una superficie de contacto del cuerpo de condensador; dos electrodos que tienen por lo menos una superficie de contacto del electrodo, en el que cada uno de los electrodos comprende un borde, y en el que el condensador de CA comprende, además, una carcasa operativa para aplicar una fuerza de compresión operativa para unir la superficie de contacto del cuerpo de condensador y la superficie de contacto de los electrodos entre sí para mantener un contacto conductivo eléctrico y térmico uniforme en todo un plano paralelo a la superficie de contacto del electrodo y la superficie de contacto del cuerpo de condensador y entre las mismas, donde la fuerza de compresión aplicada por la carcasa para unir el cuerpo de condensador y los electrodos se aplica simultáneamente a los bordes de cada uno de los electrodos, en el que los electrodos están situados en lados opuestos del cuerpo de condensador.
Las realizaciones de la invención se presentan en las reivindicaciones dependientes.
El electrodo podría ser plano para hacer contacto con tantos devanados de película conductora como sea posible. De acuerdo con otro ejemplo, que no forma parte de la invención, se dispone un condensador que incluye dos o más cuerpos de condensador en serie que tienen devanados de película conductora y dieléctrica y en los que los bordes de los devanados de película conductora sobresalen más allá de los bordes de los devanados de película dieléctrica. y definen un plano que forma una o más superficies de contacto del cuerpo de condensador, uno o más electrodos, uno de los cuales está dispuesto entre los cuerpos de condensador y tiene dos superficies de contacto de los electrodos y una carcasa operativa para aplicar una fuerza de compresión operativa para unir el cuerpo de condensador y los electrodos para mantener un contacto conductivo eléctrico y térmico uniforme en todo un plano paralelo a la superficie de contacto del electrodo y la superficie de contacto del cuerpo de condensador y entre las mismas.
De acuerdo con todavía otro ejemplo, que no forma parte de la invención, se dispone un cuerpo de condensador, un primer electrodo que tiene uno o más orificios pasantes y una o más superficies de contacto de electrodos que se apoyan y quedan en contacto con por lo menos una primera superficie de contacto del cuerpo de condensador, un segundo electrodo que tiene uno o más casquillos roscados y una o más superficies de contacto de los electrodos que se apoyan y quedan en contacto con una segunda superficie de contacto del cuerpo de condensador de modo que intercalan el cuerpo de condensador entre los electrodos y uno o más pernos aislados del primer electrodo y operativos para pasar a través del orificio pasante y roscarse en el casquillo roscado de modo que, al girarlos, los pernos accionan el primer y el segundo electrodo uno hacia el otro y contra el cuerpo de condensador, generando una fuerza de compresión y manteniendo un contacto conductor eléctrico y térmico uniforme en todo un plano paralelo a la superficie de contacto del electrodo y a la superficie de contacto del cuerpo de condensador y entre las mismas.
De acuerdo con todavía otro ejemplo, que no forma parte de la invención, también se dispone un procedimiento de fabricación de un condensador que incluye disponer uno o más cuerpos de condensador que tienen devanados de película conductora y dieléctrica y en el que los bordes de los devanados de película conductora definen un plano que forma por lo menos una superficie de contacto del cuerpo de condensador y uno o más electrodos que tienen un borde y una o más superficies de contacto de los electrodos para quedar en contacto entre sí, colocar el electrodo dispuesto y el cuerpo de condensador en una plantilla entre dos placas móviles paralelas y acercar las placas de la plantilla entre sí.
Se emplean las placas móviles paralelas y se aplica una fuerza de compresión en el cuerpo del electrodo y el condensador para unir los electrodos y el cuerpo de condensador y establecer y mantener un contacto conductivo eléctrico y térmico uniforme en todo un plano paralelo a la superficie de contacto del electrodo y la superficie de contacto del cuerpo de condensador y entre las mismas.
Se encapsula y se encastra el condensador mientras se mantiene el condensador bajo la fuerza de compresión de las placas paralelas de la plantilla. Al encapsular, el encapsulamiento fluye y envuelve el borde del electrodo. Una vez que se ha secado el encapsulamiento, el condensador se retira de la plantilla. El contacto entre los electrodos y el cuerpo de condensador se mantiene bajo la fuerza de compresión aplicada por la resistencia mecánica del poliuretano.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
El presente procedimiento y sistema se comprenderán y se apreciarán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada, junto con los dibujos, en los cuales:
Las figuras 1A y 1B son unas ilustraciones simplificadas en vista en perspectiva y en sección transversal de un condensador de potencia de uso común;
Las figuras 2A, 2B y 2C son ilustraciones simplificadas de una vista en perspectiva y una vista en sección transversal de un ejemplo de un condensador de potencia;
La figura 3 es una ilustración simplificada de una vista en sección transversal de otro ejemplo de un condensador de potencia;
Las figuras 4A, 4B, 4C, 4D y 4E son ilustraciones simplificadas en vista en perspectiva de un procedimiento de fabricación de un condensador de potencia;
La figura 5 es una ilustración simplificada de una vista en sección transversal de todavía otro ejemplo de un condensador de potencia; y
La figura 6 es una ilustración simplificada de una vista en sección transversal de todavía otro ejemplo de un condensador de potencia.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Los términos "cuerpo de condensador", "capas conductor-dieléctrico", "placas en capas", "carrete" y "bobina" se utilizan indistintamente en la presente descripción y se refieren al núcleo de un condensador que almacena energía eléctrica.
El término "condensador", tal como se utiliza en esta descripción, significa un cuerpo de condensador conectado a uno o más electrodos.
Los términos "fuerza" y "presión" se utilizan indistintamente en la presente descripción, tienen el mismo significado y describen la acción mecánica aplicada a un condensador que une y mantiene entre sí los elementos del condensador (es decir, los electrodos y el cuerpo de condensador).
Se hace referencia ahora a las figuras 1A y 1B, que son ilustraciones simplificadas de una vista en perspectiva y una vista en sección transversal de un condensador de potencia de corriente alterna (CA) de uso común. Un condensador de potencia 100 incluye comúnmente uno o más cuerpos de condensador 104, tales como bobinas o placas en capas y electrodos 106, realizados comúnmente de cobre y soldados a los cuerpos 104 a través de puntos de soldadura 108.
Se hace referencia ahora a las figuras 2A, 2B y 2C, que son ilustraciones simplificadas de una vista en perspectiva y una vista en sección transversal de un ejemplo de un condensador de potencia.
El condensador de potencia 200, que puede ser un condensador de corriente alterna (CA), incluye una carcasa 202 operativa para alojar una bobina 204 y dos o más electrodos 206 que pueden sobresalir de los lados opuestos de la carcasa 202, aunque no necesariamente.
En la figura 2B, el electrodo 206 y la parte de la carcasa 202 se han retirado con fines explicativos para dejar expuesta la bobina 204 dentro de la carcasa 202. La bobina 204 incluye unos devanados de película conductora y dieléctrica alternos dispuestos concéntricamente alrededor de un eje (W). Los bordes 230 de los devanados de película conductora sobresalen ligeramente más allá de los bordes (no mostrados) de los devanados de película dieléctrica y definen un plano normal al eje (W) que forma dos superficies de contacto del cuerpo de condensador 210, una en cada uno de los lados planos opuestos de la bobina 204.
Los devanados de película conductora podrían estar realizados de un material conductor tal como, entre otros, aluminio o zinc. Los devanados de película dieléctrica pueden estar realizados de un dieléctrico tal como, entre otros, poliéster (Mylar®), poliestireno, polipropileno, policarbonato, papel metalizado, Teflón® y otros. Los electrodos 206 podrían estar realizados de cobre, pero sin limitarse a éste.
Los electrodos 206 pueden incluir una superficie de contacto 208 que presente una zona de superficie suficientemente grande para que, al montarlos, la superficie de contacto 208 del electrodo 206 pueda entrar en contacto con la mayoría, si no todos, los bordes 230 de los devanados de película conductora que constituyen la superficie de contacto del cuerpo 210. Comúnmente, cuando está montado, una superficie de contacto 208 del electrodo 206 puede entrar en contacto con más del 50% de los bordes 230 de los devanados de película conductora que constituyen una superficie de contacto del cuerpo 210. Más comúnmente, cuando está montado, una superficie de contacto 208 del electrodo 206 puede entrar en contacto con más del 75 % de los bordes 230 de los devanados de película conductora que constituyen una superficie de contacto con el cuerpo 210 y, más comúnmente, cuando está montado, una superficie de contacto 208 de los electrodos 206 puede entrar en contacto con más del 90 % de los bordes 230 de los devanados de película conductora que constituyen una superficie de contacto con el cuerpo 240. El área superficial de la superficie de contacto 208 de los electrodos 206 puede ser mayor, igual o menor que el área superficial de la superficie de contacto 210 del cuerpo de condensador.
Opcionalmente, pero no necesariamente, la superficie de contacto 208 de los electrodos 206 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 pueden intercalar una capa conductora eléctrica y térmica 212 dispuesta entre las mismas. La capa conductora eléctrica y térmica 212 puede estar realizada de un material conductor eléctrico y térmico seleccionado de un grupo de materiales que incluyen cobre y una mezcla de zinc y estaño comúnmente en forma de alambre o polvo y aplicada a la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 por arco o llama rociado tal como se explicará con mayor detalle a continuación.
Dado que algunos metales tales como, por ejemplo, el cobre y el aluminio, no pueden soldarse directamente entre sí, en los condensadores de potencia soldados conocidos en la técnica (figuras 1A y 1B) debe añadirse un material de unión intermedio tal como cobre o polvo de estaño-zinc, por ejemplo, por rociado de arco sobre la superficie de contacto del cuerpo de condensador, creando así interfaces y uniones térmicas adicionales. En todos los condensadores de potencia de CA descritos en la presente descripción, los componentes (es decir, el cuerpo de condensador y los electrodos) de los condensadores de potencia de CA montados pueden unirse entre sí únicamente mediante una fuerza de compresión que proporciona el contacto funcional entre los elementos del condensador (es decir, el cuerpo y los electrodos), lo que elimina la necesidad de un material de unión intermedio de este tipo (figuras 3 y 5).
Los electrodos 206 incluyen un borde 220 (figura 2C), de modo que cuando están en contacto con la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210, los electrodos 206 se mantienen en su lugar, empujados y unidos a la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 bajo la fuerza de compresión aplicada por la carcasa 202 al borde 220 del electrodo 206. La presión aplicada por la carcasa 202 al condensador 200 se aplica simultáneamente a los bordes 220 de cada uno de los electrodos 206 situados en lados opuestos del condensador 200.
La magnitud de la presión bajo la cual los electrodos 206 se mantienen en contacto con la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 depende de las dimensiones de la bobina del condensador 204 y los electrodos 206. La presión mantenida debe ser suficiente para permitir un buen contacto conductor eléctrico y térmico uniforme en todo un plano de contacto paralelo hacia los electrodos 206, la superficie de contacto 208 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 y entre las mismas. Cuanto más uniformemente distribuido esté el contacto, menor será la formación de uniones térmicas, menor será la pérdida de energía, menor será la generación de calor y mayor será la eficiencia del condensador 200.
La magnitud de la fuerza de compresión bajo la cual los electrodos 206 se mantienen en contacto con la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 está limitada sólo por el valor de la fuerza aplicada en la que la bobina 204 (el cuerpo de condensador) sucumbirá a la fuerza de compresión y se colapsará. Por ejemplo, un condensador que tenga una bobina de 80 mm de diámetro y un electrodo de 80 mm de diámetro puede mantenerse a una presión entre 5 kg/cm2 y 10 kg/cm2.
La carcasa 202 también podría envolver un encapsulado 214 entre la bobina 204 y la pared 222 de la carcasa 202. La configuración del condensador 200 puede proporcionar una buena conducción eléctrica y térmica atribuida a la gran área de contacto uniforme creada entre los electrodos 206, la superficie de contacto 208 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 unidos únicamente bajo una fuerza de compresión que elimina la necesidad de interfaces de material redundantes, tales como una capa conductora eléctrico y térmica 212 y unas uniones térmicas al eliminar la necesidad de puntos de contacto soldados 108 (figuras 1A y 1B).
Se hace referencia ahora a la figura 3, que es una ilustración simplificada de una vista en sección transversal de otro ejemplo de un condensador de potencia. El condensador de potencia 300, que es un condensador de corriente alterna (CA), incluye dos o más cuerpos de condensador 300-1 y 300-2, cada uno con una configuración similar al condensador 200 de las figuras 2A y 2b y dispuestos en serie.
Los cuerpos de condensador 300-1 y 300-2 pueden conectarse a través de un electrodo común 306 que tiene una o más superficies de contacto de electrodo 208 dispuestas entre los cuerpos de condensador 300-1 y 300-2 y alojados juntos en la carcasa 302.
Cualquier intento de soldar el electrodo común 306 a una o ambas bobinas 204 de los cuerpos de condensador 300­ 1 y 300-2 provocaría daños en uno o ambos cuerpos de condensador 300-1 y 300-2 por las razones que se han descrito anteriormente. Por lo tanto, los electrodos 206 y el electrodo común 306, cuando están en contacto con la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210, pueden mantenerse en su lugar bajo una fuerza de compresión mediante la carcasa 302. La magnitud de la fuerza de compresión bajo la cual los electrodos 206/306 se mantienen en contacto con la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 depende de las dimensiones de las bobinas de condensador 204 y los electrodos 206/306. La presión mantenida debería ser suficiente para permitir un buen contacto conductor eléctrico y térmico distribuido uniformemente a lo largo de un plano de contacto entre los electrodos 206/306, la superficie de contacto 208 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210. Cuanto más uniforme sea el contacto, menor será la formación de uniones térmicas, menor pérdida de energía y menor generación de calor y mayor eficiencia del condensador 200.
La magnitud de la fuerza de compresión bajo la cual los electrodos 206/306 se unen y se mantienen en contacto con la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 sólo está limitada por el valor de la presión a la que las bobinas 204 sucumbirán a la fuerza de compresión y se colapsarán. Por ejemplo, un condensador que tiene una bobina de 80 mm diámetro y un electrodo de 80 mm de diámetro puede mantenerse a una presión entre 5 kg/cm2 y 10 kg/cm2.
La carcasa 302 también podría envolver un encapsulado 214 entre las bobinas 204 y la pared 222 de la carcasa 202. En la figura 3, los electrodos 206/306, la superficie de contacto 208 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 pueden unirse directamente entre sí, lo que evita la necesidad de una capa conductora eléctrica y térmica 212.
La configuración del condensador 300 puede proporcionar una buena conducción eléctrica y térmica atribuida a la gran área de contacto uniformemente distribuida creada entre los electrodos 206/306, la superficie de contacto 208 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 únicamente por una fuerza de compresión generada por la carcasa 302 que elimina la necesidad de interfaces de material redundantes y uniones térmicas tales como puntos de contacto soldados 108 (figuras 1A y 1B).
Tal como se muestra en las figuras 4A, 4B, 4C, 4D y 4E, que son ilustraciones simplificadas en perspectiva de un procedimiento de fabricación de un condensador de potencia de corriente alterna (CA) tal como los condensadores de potencia que se muestran en las figuras 2A, 2B y 3, una superficie de contacto 210 del cuerpo de condensador de potencia 400 puede rociarse opcionalmente con un material conductor eléctrico y térmico 402 seleccionado de un grupo de materiales que incluyen cobre y una mezcla de zinc-estaño (figura 4A).
Tal como se ha explicado anteriormente, la etapa descrita en la figura 4A es opcional y el contacto entre la superficie de contacto 208 de los electrodos 206/306 y la superficie de contacto 210 del cuerpo de condensador puede generarse y mantenerse únicamente mediante una fuerza de compresión que elimina la necesidad de un material conductor eléctrico y térmico 402.
Pueden disponerse dos o más electrodos 206 y la bobina del condensador 204 en contacto entre sí, una superficie de contacto 208 del electrodo 206 en contacto con cada superficie de contacto del cuerpo de condensador de potencia 210 para producir el condensador 400 que se va a montar, el cual puede disponerse después en una plantilla 406 entre dos placas paralelas movibles 408 unidas entre sí por uno o más pernos 410. Los pernos 410 pueden ajustarse para mantener las placas 408 paralelas entre sí (figuras 4B). Los electrodos unidos 206 y la bobina del condensador 204 todavía no establecen suficiente contacto eléctrico entre los mismos para hacer que el condensador 400 funcione completamente. A continuación, los pernos 410 pueden apretarse para acercar las placas de la plantilla 408 y aplicar una fuerza de compresión sobre el electrodo 206 unido a ambos lados planos del cuerpo de condensador 204 cuyo vector puede ser paralelo al eje (W) y normal a la superficie de contacto del cuerpo de condensador 210 y unir los electrodos 206 y el cuerpo de condensador 204, establecer y mantener un contacto conductivo eléctrico y térmico funcional uniforme en todo un plano paralelo a la superficie de contacto del electrodo y la superficie de contacto del cuerpo de condensador y entre las mismas, haciendo que el condensador 400 sea completamente funcional.
La fuerza de compresión sobre el condensador 400 puede aplicarse desde afuera hacia adentro hacia el núcleo del condensador 400 por contacto entre la plantilla 406, las placas 408 y los electrodos 206. Las placas 408 no hacen contacto con el condensador 404, la bobina 204 o cualquier otra parte del condensador 400 que no sean los electrodos 206.
Mientras se encuentra todavía bajo la fuerza de compresión aplicada por las placas 408 de la plantilla 406, el condensador 400 puede encapsularse mediante un anillo 412 (figura 4C) y un encapsulado 414 (figura 4D) entre el anillo 412 y la bobina 204, ambos realizados de un material eléctricamente aislante tal como, por ejemplo, lámina de poliuretano y resina de poliuretano, formando juntos la carcasa 202 que tiene una pared 222 (figuras 2C y 3).
El encapsulado puede aplicarse al condensador 400 de modo que, durante el proceso de encapsulado, el encapsulado 414 (figura 4D) fluya y sumerja el borde 220 del electrodo 206, incluyendo el borde 220 en el encapsulado.
Puede dejarse la plantilla cerrada 406 para aplicar una fuerza de compresión sobre el condensador 400 hasta que el encapsulado de poliuretano y el encapsulado estén completamente secos. Una vez que el encapsulado está seco, el condensador 400 puede retirarse de la plantilla 406 (figura 4E). El contacto entre los electrodos 206 del condensador 400 y la bobina 204 ahora unidos entre sí puede mantenerse bajo la fuerza de compresión ahora aplicada por la resistencia mecánica del encapsulado de poliuretano de la carcasa 202 a los bordes 220 de los electrodos 206 eliminando la necesidad de contactos mecánicos o soldados entre los electrodos 206 y uno o más devanados 230 o para un material conductor de electricidad y calor 402.
Los expertos en la materia apreciarán que el presente procedimiento de fabricación de un condensador tal como se ha descrito anteriormente también puede aplicarse a un condensador que tenga dos o más cuerpos de condensador dispuestos en serie, tal como el condensador de potencia descrito en la figura 3 anterior.
Se hace referencia ahora a la figura 5, que es una ilustración simplificada de una vista en sección transversal de todavía otro ejemplo de un condensador de potencia.
El condensador de alimentación de CA 500 puede incluir dos o más electrodos 506-1/506-2 en forma de placas que intercalan el cuerpo de condensador 504 que puede tener forma de placas en capas o un carrete o bobina.
Los electrodos 506-1/506-2, cuando están en contacto con la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510, pueden unirse y mantenerse en su lugar bajo la fuerza de compresión aplicada a las placas de los electrodos 506-1/506-2 mediante unos pernos 520 que empujan las placas de los electrodos 506-1/506-2 contra la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510 en ambos lados del cuerpo de condensador 504 en una dirección normal a la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510.
El electrodo 506-1 puede incluir uno o más orificios 530 operativos para alojar uno o más pernos 520 y unos asientos de cabeza de tornillo 522 operativos para alojar uno o más cabezas 524 de los pernos 520. Las paredes interiores 526 del asiento 522 pueden recubrirse con un material de aislamiento eléctrico de modo que, al apretar las cabezas de los tornillos 524 y empujarlas contra los asientos 522, no se establezca un contacto eléctrico entre los pernos 520 y el electrodo 506-1.
El condensador de potencia 500 también puede incluir unos casquillos 550 realizados de un material de aislamiento eléctrico y operativos para alojar y aislar eléctricamente los pernos 520 al roscarlos y cuando se encuentran en su estado final de reposo.
El electrodo 506-2 puede incluir unos receptáculos roscados 528 operativos para alojar por roscado los extremos roscados 530 de los pernos 520 de modo que, al girar los pernos 520 en los receptáculos roscados 528, los pernos 520 empujan los electrodos 506-1 y 506-2 uno hacia el otro y contra el cuerpo de condensador 504 lo que genera una fuerza de compresión y mantiene un contacto conductor eléctrico y térmico uniforme en todo un plano paralelo a la superficie de contacto del electrodo 508 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510 y entre las mismas. Los receptáculos roscados 528 pueden ser eléctricamente conductores y estar en contacto eléctrico directo con los extremos roscados 530 de los tornillos 520.
La magnitud de la presión bajo la cual los electrodos 506-1/506-2 se mantienen en contacto con la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510 depende de las dimensiones del cuerpo de condensador 504 y los electrodos 506-1/506-2. La presión mantenida debería ser suficiente para permitir un buen contacto conductor eléctrico y térmico distribuido uniformemente a lo largo de un plano de contacto entre los electrodos 506-1/506-2, la superficie de contacto 508 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510. Cuanto más uniforme sea el contacto, menor será la formación de uniones térmicas, menor pérdida de energía y menor generación de calor y mayor eficiencia del condensador 500.
La magnitud de la presión bajo la cual se mantienen los electrodos 506-1/506-2 en contacto con la superficie de contacto 510 del cuerpo de condensador está limitada únicamente por el valor de la presión a la que colapsará el cuerpo de condensador 504. Por ejemplo, un condensador que tiene una bobina de 80 mm de diámetro y un electrodo de 80 mm de diámetro puede mantenerse a una presión entre 5 kg/cm2 y 10 kg/cm2
La configuración del condensador de potencia 500 puede proporcionar una buena conducción eléctrica y térmica atribuida a la gran área de contacto uniforme creada entre los electrodos 506-1/506-2, la superficie de contacto 508 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510 únicamente por la fuerza de compresión generada por los electrodos 506-1 y 506-2 presionados contra el cuerpo de condensador 504 eliminando interfaces de material redundantes y uniones térmicas provocando la falta de interfaces de material redundantes y las uniones térmicas que se elimine la necesidad de puntos de contacto soldados 108 (figuras 1A y 1B).
Un procedimiento de montaje del condensador de potencia 500 puede incluir las siguientes etapas:
Unir un primer electrodo 506-1 y un segundo electrodo 506-2 con las correspondientes superficies de contacto del cuerpo de condensador 510, cada electrodo 506-1/506-2 en contacto con un lado opuesto del cuerpo de condensador 504;
Insertar uno o más pernos 520 a través de unos orificios 540 en el primer electrodo 506-1 y roscar girando los pernos 520 en unos casquillos roscados 528 en el segundo electrodo 506-2 de modo que, al girar los pernos 520, el primer electrodo 506-1 y el segundo electrodo 506-2 son empujados uno hacia el otro y contra ambos lados del cuerpo de condensador 504 en una dirección normal a la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510, aplicando una fuerza de compresión contra el cuerpo de condensador 504 hasta un punto en el que la fuerza de compresión es lo suficientemente grande para mantener un contacto conductor eléctrico y térmico uniforme a lo largo de un plano paralelo al electrodo 506-1/506-2, la superficie de contacto 508 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510 y entre los mismos; y
Encapsular el cuerpo de condensador 504 con un encapsulado 514 de modo que sólo los electrodos 506-1/506-2 queden expuestos al entorno.
Se hace referencia ahora a la figura 6, que es una ilustración simplificada de una vista en sección transversal de todavía otro ejemplo de un condensador de potencia. El condensador de potencia de CA 600, que es un condensador, incluye dos o más cuerpos de condensador 600-1 y 600-2, cada uno con una configuración similar al condensador 500 de la figura 5 y dispuestos en serie.
El condensador 600 puede incluir unos cuerpos de condensador 600-1 y 600-2 que pueden conectarse a través de un electrodo común 606. El electrodo común 606 puede incluir unos orificios pasantes 602 operativos para permitir que los pernos 520 se inserten libremente a través del electrodo común 606. El condensador de potencia 600 puede incluir también unos casquillos 550 realizados de un material eléctricamente aislante y operativos para alojar y aislar eléctricamente los pernos 520 a medida que se roscan a través del electrodo común 606 y en su estado final de reposo.
Cualquier intento por soldar el electrodo común 606 a uno o ambos cuerpos 504 de los cuerpos de condensador 600-1 y 600-2 daría como resultado daños en uno o ambos cuerpos de condensador 600-1 y 600-2 por las razones descritas anteriormente. Por lo tanto, los electrodos 506-1/506-2 y el electrodo común 606, cuando están en contacto con la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510, pueden mantenerse en su lugar bajo la fuerza de compresión mediante los pernos 520.
La magnitud de la presión bajo la cual los electrodos 506-1/506-2/606 se mantienen en contacto con la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510 depende de las dimensiones de la bobina del condensador 504 y los electrodos 506-1/506-2/606. La presión mantenida debería ser suficiente para permitir un buen contacto conductor eléctrico y térmico distribuido uniformemente a lo largo de un plano de contacto entre los electrodos 506-1/506-2/606, las superficies de contacto 508 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510. Cuanto más uniforme sea el contacto, menor será la formación de uniones térmicas, menor pérdida de energía y menor generación de calor y mayor eficiencia del condensador 600.
El condensador 600 también puede incluir opcionalmente una capa conductora eléctrica y térmica 612 entre los electrodos 506-1/506-2/606, las superficies de contacto 508 y la superficie de contacto del cuerpo de condensador 510.
El condensador de potencia 600 puede encapsularse entonces de la manera descrita anteriormente.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Condensador de CA (200), que comprende:
por lo menos un cuerpo de condensador (204) que tiene devanados de película conductora y dieléctrica y en el que un borde (230) de los devanados de película conductora define un plano normal a un eje concéntrico (W) de los devanados que forman por lo menos una superficie de contacto del cuerpo de condensador (210);
dos electrodos (206) que tienen por lo menos una superficie de contacto de electrodo (208), en el que cada uno de los electrodos comprende un borde en el que el condensador de CA comprende, además
una carcasa (202) operativa para aplicar una fuerza de compresión operativa para unir entre sí la superficie de contacto del cuerpo de condensador (210) y la superficie de contacto de los electrodos (208) para mantener un contacto conductor eléctrico y térmico uniforme en todo un plano paralelo a la superficie de contacto del electrodo y a la superficie de contacto del cuerpo de condensador, y entre las mismas,
en el que los electrodos (206) se encuentran situados en lados opuestos del cuerpo de condensador,
caracterizado por el hecho de que,
la fuerza de compresión aplicada por la carcasa (202) para unir el cuerpo de condensador (204) y los electrodos (206) se aplica simultáneamente a bordes (220) de cada uno de los electrodos.
2. Condensador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, cuando está montado, la superficie de contacto del electrodo (208) está en contacto con más del 50% del borde del devanado de los devanados de película conductora que constituyen una superficie de contacto con el cuerpo (210).
3. Condensador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, cuando está montado, la superficie de contacto del electrodo está en contacto con más del 75% del borde del devanado de los devanados de película conductora que constituyen una superficie de contacto del cuerpo.
4. Condensador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, cuando está montado, la superficie de contacto del electrodo está en contacto con más del 90% del borde del devanado de los devanados de película conductora que constituyen una superficie de contacto con el cuerpo.
5. Condensador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los devanados de película conductora sobresalen más allá del borde de los devanados de película dieléctrica.
6. Condensador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la carcasa también envuelve un encapsulado (214) entre el cuerpo de condensador y una pared de la carcasa (222).
7. Condensador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los electrodos y el cuerpo de condensador están unidos entre sí únicamente bajo la fuerza de compresión aplicada por la carcasa.
8. Condensador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, para un condensador que tiene un cuerpo de condensador de 80 mm de diámetro y un electrodo de 80 mm de diámetro, la fuerza de compresión mantiene una presión entre 5 kg/cm2 y 10 kg/cm2
9. Condensador de acuerdo con la reivindicación 1, que también comprende una pared de la carcasa (222) y un encapsulado (214) entre el cuerpo de condensador y la pared de la carcasa.
10. Condensador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el contacto entre los electrodos y el cuerpo de condensador se mantiene bajo una fuerza de compresión aplicada por la resistencia mecánica de un poliuretano.
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