FI72620C - Impregnerad kondensator. - Google Patents

Description

ΓΒ1 Ml KUULUTUSJULKAISU 79Α9Π

•SlfS B (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT OZU

C (45) p Γ ., " V,. -- ~q i .-, ? (51) Kv.lk.*/lnt.CI.* H 01 G 4/22 // H 01 G 13/02 SUOMI — FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansökning 793 1 1 2 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 08 10 79 (N) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 08.10.79 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig ig q/^ g q

Patentti· ja rekisterihallitus /44^ Nähtäväksi panon ja kuul.julkaisun pvm.— 27 n o 81

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad Z' ‘ U " °' (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus— Begärd prioritet 1 8.1 0.78 19.10.78, 11.06.79 USA(US) 952384, 952947, 47425 (71) General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, New York, USA(US) (72) George Raymond Newcomb, South Glens Falls, New York,

Nicola Gustino DiNicola, South Glens Falls, New York,

Robert Victor Pastir, Glens Falls, New York,

William Jerry Wright, Glens Falls, New York, USA(US) (74) Oy Koister Ab (54) Impregnoitu kondensaattori - Impregnerad kondensator Tämä keksintö kohdistuu parannettuun, kondensaattorilaatua olevaan alumiinikalvoon, kohokuviointiteloihin tällaisen kalvon valmistamiseksi ja tällaista kalvoa sisältävään parannettuun kondensaattoriin ja erikoisesti dielektrisellä nesteellä täytettyyn kondensaattorirakenteeseen, jolloin kiinteät, synteettistä hartsia olevat dielektriset liuskat ja kalvoelektrodiliuskat on toisiaan täydentävästi karhennettu sisäpuolisiksi kuvioiduiksi pinnoiksi niiden välisen etäisyyden stabiloimiseksi ja nesteen tunkeutumisen helpottamiseksi niiden väliin.

Nestekyllästettyjä kondensaattoreita, jotka on valmistettu kiertämällä tiiviiksi rullaksi vuorotellen elektrodikalvoa ja synteettistä hartsikalvoa olevia liuskoja, on ollut vaikea kyllästää dielektrisillä nesteillä, koska vaikka kondensaattorirulla on kierretty määrättyyn löyhyysasteeseen, jota kutsutaan täyttökertoimek-si, täytyy nesteen tunkeutua ei vain rullaan sen päistä vaan myös toisiinsa kiinnittyneiden kalvoliuskojen väliin ja elektrodikalvo-ja hartsikalvoliuskojen väliin, jotka myös takertuvat toisiinsa.

2 72620 Tämän hyvin tunnetun ja yleisen vaikeuden voittamiseksi on ehdotettu lukuisia ratkaisuja, jotka kohdistuvat monimutkaisiin kyllästys-jaksoihin ja elektrodikalvon ja eristekalvon pintojen karhentami-seen erilaisten kohokuviointimenetelmien avulla mukaanluettuna mekaaniset ja kemialliset menettelyt kuten kalvojen korkopuristus, karhennus, päällystys ja kalvon syövytys.

Näihin ratkaisuihin liittyvät vaikeudet ovat lukuisia alkaen huonosta kokonaiskyllästymisestä nesteellä ja sähköisistä testituloksista aina epäedulliseen kondensaattorirullan paksuuden kasvuun, joka ei liity vaadittavaan kondensaattorin täyttökertoimeen ja heikkoon taloudellisuuteen asti tarvittavasta lisäkäsittelystä johtuen. Vielä tärkeämpää on, että tavanomaisten valmistusmenetelmien mukaan valmistettujen kondensaattorien luotettavuuteen ja niille suoritettaviin sähköisiin testeihin nämä alan aikaisemmat ratkaisut vaikuttavat haitallisesti.

On havaittu, että nämä edellä esitetyt vaikeudet voidaan poistaa tai minimoida käämimällä yhdessä rullaksi erikoisen, ainutlaatuisen pinnan omaavan polypropyleenikalvon kanssa, jota kutsutaan nimellä "Hazy"-kalvo (TM General Electric Company), erikoisesti kuvioitu metallielektrodikalvo. Tämä yhdistelmä käytettynä suositeltavien nesteiden kanssa sallii rullan kyllästämisen siten, että saadaan parannettu, tasainen täyttökertoimen omaava kondensaattori, jolloin synteettinen hartsikalvo kuten polypropyleenikalvo on ainoa dielektrinen kalvo elektrodikalvojen välissä.

Keksinnön muut oleelliset yksityiskohdat ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista.

Tämä keksintö voidaan ymmärtää paremmin seuraavan esityksen ja mukaanliitettyjen piirustusten perusteella, joista:

Kuva 1 on suurennetussa mittakaavassa oleva esitys konden-saattorirullasta osittain aukikierrettynä dielektrisen kalvon ja elektrodikalvon välisen yhteyden esittämiseksi.

Kuva 2 on esitys sähkökondensaattoriasennuksesta, jossa käytetään yhtä kuvan 1 mukaista kondensaattoria.

Kuva 3 esittää suurijännitteistä tehokertoimen korjauskon-densaattorirakennetta, jossa käytetään useita kuvan 1 mukaisia kondensaattorirullia.

3 72620

Kuva 4 on tasoesitys osasta elekrodikalvoa esittäen elektrodi-kalvon kuviointia.

Kuva 5 on poikkileikkausesitys viivamuodossa kuvan 4 mukaisesta kuvioidusta elektrodikalvosta.

Kuva 6 on suurennettu esitys kuvioidun elektrodikalvon ja "Haze"-kalvon käytöstä tasaisesta karheaan olevassa yhdistelmässä ainoana dielektrikumina kondensaattorissa.

Kuvassa 7 on esitetty kuvan 6 mukaisen toteutuksen muunnos ja esittää se kahden "Hazy"-kalvoliuskan käyttöä karheiden pintojen ollessa vastakkain.

Kuvassa 8 on esitetty kuvan 7 mukaisen toteutuksen muunnos ja esittää se kahden "Hazy"-kalvoliuskan käyttöä tasaiset pinnat vastakkain tai toisissaan kiinni.

Kuva 9 esittää kuvan 6 mukaisen toteutuksen muunnosta ja esittää se kolmen "Hazy"-kalvoliuskan käyttöä tasaisen ja karhean pinnan ollessa vastakkain.

Kuva 10 esittää kuvan 6 mukaisen toteutuksen taitettua kalvoa käyttävää muunnosta.

Kuva 11 esittää kaaviollisesti elektrodikalvon korkokuviointi-laitetta asennettuna kondensaattorirullan käämikoneelle.

Kuva 12 esittää muunnosta kuvan 11 mukaisesta laitteesta.

Tarkasteltaessa kuvaa 1 on siinä esitetty kondensaattorirulla 10 osittain aukikierretyssä muodossa. Rulla 10 käsittää kaksi toisistaan erillään olevaa metallikalvoliuskaelektrodia 11 ja 12 sekä niiden välissä olevia polypropyleenikalvoliuskoja 13 ja 14. Lisäpolypropyleeni-kalvoliuskat 15 ja 16 täydentävät rullan siten, että nämä polypropy-leeniliuskaparit ovat metallikalvojen välissä koko rullan lävitse. Kytkentäliuskat 17 ja 18 on sijoitettu rullaan 10 elektrodiliuskoja vastaan siten, että ne toimivat elektrodien sähköliittiminä.

Yksi tai useampia kondensaattorirullia 10 sijoitetaan sopivaan koteloon, kotelo täytetään dielektrisellä nesteellä ja neste tunkeutuu rullaan kyllästäen sen täyttämällä rullan kierrosten väliset tilat sekä tunkeutumalla polypropyleenimateriaaliin itseensä. Kuvassa 2 on esitetty yksi tällainen kondensaattori 19, jolloin yksi rulla 10 on 4 72620 sijoitettu kannuun tai koteloon 20, joka on täytetty dielektrisellä nesteellä 21 (ei esitetty). Koteloon 20 kuuluu kaksi sähkönapaa 22 ja 23, joihin liitinliuskat 17 ja 18 on yhdistetty. Kannessa 24, joka on kiinnitetty tiiviisti koteloon 20, on pieni aukko (ei esitetty), jota käytetään nesteen syöttämiseen koteloon 20 ja suljetaan se sitten juottamalla, kuten juotteella 25 on esitetty.

Toinen tehokondensaattoriksi tarkoitettu kondensaattori 26 on esitetty kuvassa 3, tämän ollessa kondensaattorin, jonka valmistamiseen keksintö erikoisesti soveltuu. Kuvassa 3 kondensaattori 26 käsittää useita rullia 10, jotka voivat olla sijoitettuja ylä- ja alariviin kahdeksi pakkaukseksi ja jotka kaikki on upotettu nesteeseen 21. Kotelon 20 korkeus voi olla suurempi kuin 65,0 cm ja rullien 10 pituudet voivat olla noin 25,4-30,5 cm. Rulliin 10 kuuluu myös kytkinliuskat 17 ja 18, jotka on kytketty sähköisesti vastaavasti yhteen ja myös napoihin 27 ja 28. Jos käytetään yhden pakkauksen rakennetta, voivat rullat olla leveitä rullia ja niiden pituus voi olla 60 cm tai suurempi. Kytkinliuskat 17 ja 18 voidaan poistaa käytettäessä paljastunutta kalvo-rakennetta, jolloin molemmat elektrodikalvot tulevat esille rullan vastaavista päistä. Molemmissa päissä olevat kalvokierrokset juotetaan yhteen ja liitetään napoihin 27 ja 28.

Rullan 10 kierrosten tiiviyden vuoksi ja koska metallikalvolius-kaelekrodit muodostavat oleellisesti läpäisemättömän pintaestokerroksen, täytyy nesteen tunkeutua rullan päiden 19 (kuva 1) ja 30 (kuva 2) kautta. Tällä kohtaa, rullien tyhjiökuivauksessa sekä kyllästyskäsitte-lyssä käytettyjen kohotettujen lämpötilojen vuoksi, rullan päiden ylitse ulottuvat polypropyleenikalvoliuskat .pyrkivät kiinnittymään toisiinsa sekä sulkemaan elektrodiliuskat turvoten tiiviisti kiinni viereisiin liuskoihin absorboidessaan nestettä estäen siten nesteen tunkeutumisen rullaan.

Esiteltävässä keksinnössä "Hazy"-polypropyleenikalvoliuskojen ja erikoisesti korkokuvioitujen metallikalvoliuskojen yhdistelmä antaa valvotun, läpäisevän eroitustavan ja nesteen tunkeutumistiet rulliin 10 niiden päistä ainutlaatuisella ja taloudellisella tavalla. "Hazy"-kalvo on U.S.-patenttianomuksen sarjanumero 686,832 kohteena anoja ollessa saman kuin esiteltävän keksinnön anojan.

5 72620

Parhaiten esitettynä, "Hazy""kalvo muodostuu polypropyleeni-kalvosta saatuna muoviletkun puhallusmenetelrnän avulla, jolloin lämpötiloja ja nopeuksia säädetään siten, että suulakepuristimesta poistuvan polypropyleeniletkun tai -putken ulkopinnalla on jatkuva ja yhtenäinen tasainen kerros, jonka kiderakenne on pääasiassa tyyppiä III ja jota usein kutsutaan /^-kidetyypiksi. Sitten letkun puhaltaminen kupla-muotoon aiheuttaa pintaan epäjatkuvuuksia tai aukkoja, joita joskus kutsutaan pintafibrilleiksi ja jotka peittävät täydellisesti kalvon toisen pinnan. Nämä fibrillit voivat ulottua niinkin syvälle kuin 2-3 mikrometriä peruskalvoon. Kuten on esitetty, tämän keksinnön mukaisen "Hazy"-kalvon toinen pinta on verrattain karhea ja vastakkaista pintaa voidaan pitää tasaisena tai kiiltävänä. Karheus voidaan mitata ASTM testin D2457-70 tai D10003 mukaan vaikkakin mittaus, joka kohdistuu karhean pinnan avoimeen tilaan (täyttökerroin) on suositeltava.Tämä epäsäännöllinen pintakuvio kondensaattorikalvoliuskoissa rullissa 10 antaa täyttökertoimen nesteiden muodossa vierekkäisten kalvoelektrodien ja dielektristen liuskojen välissä tai vierekkäisten dielektristen liuskojen välissä helpottaen nesteen tunkeutumista. "Hazy"-kalvon muunnelmia voidaan saada muista kalvokäsittelymenettelyistä mukaanluettuna veto- ja venytysmenetelmät ja kalvon valumenetelmät. Kuitenkin esiteltävän keksinnön puitteissa voidaan muita pintakarhennettuja kalvoja käyttää edellyttäen, että niiden pintakarheus ja täyttöasteominaisuudet ovat verrattavissa "Hazy"-kalvoon, vaikkakin "Hazy"kalvo on suositeltavin.

"Hazy"-kalvon pinnan epätasaisuus ei pelkästään ole suuri, vaan kalvon täyttökerroin on myös edullisen suuri. Täyttökerroin on termi, joka esittää mitatun ylimääräisen tilan esimerkiksi toistensa päälle sijoitettujen "Hazy"-kalvojen mitatun tilavuuden ja samojen liuskojen mitatun tilavuuden välillä, joissa ei esiinny pintakarheutta. Toisin sanoen, edullinen karheus määräytyy suurimman huipusta laaksoon suoritetun mittauksen perusteella harvahkojen huippujen ja laaksojen mukaan (mikä antaa suuren täyttökertoimen ja hyvän kyllästettävyyden) verrattuna huippujen ja laaksojen, joiden mitat ovat pienemmät, suurimpaan lukumäärään, mikä antaa pienemmän täyttökertoimen. Tunnetuilla kalvo-käsittelyillä pinnan karheus voidaan kokeellisesti korreloida täyttökertoimen kanssa mittaamalla valon läpäisykyky kalvon lävitse, esimerkiksi ASTM D10003 normin mukaan ja saatu mittaus vastaa kalvon sameutta.

6 72620

Erikoisesti kohokuyioidun kalyoelektrodin käyttö yhdessä "Hazy"-kalvon kanssa antaa parantuneen kyllästettävän kondensaattori-rakenteen. Vaikka kondensaattorin elektrodit voivat olla eri metallien kalvoja, on alumiinikalvo nykyisin käytetty pääelektrodimateriaali. Tavallisesti näiden elektrodien paksuus on noin 5,0-6,1 mikrometriä ja ovat ne pehmeää, lämpökäsiteltyä alumiinia. Kondensaattorirullien alumiinielektrodien pinnan karhentaminen on tunnettua rullan kyllästämisen helpoittamiseksi, esimerkiksi muodonmuutoksen, syövytyksen, hiomisen jne avulla, U,S.-patentti 3,746,953 on esimerkki. Useissa täten karhennetuissa elektrodikalvoissa on havaittu vakavia epäkohtia kar-hennusmenettelyjen muodostaessa epäsäännöllisiä piikkejä, teräviä reunoja tai aiheuttaessa joitakin suurehkoja aukkoja kalvoon, jotka muodostavat teräviä reunoja ja terävät reunat ovat alueita, joissa esiintyy suuria jänniterasituksia ja koronapurkauksia kondensaattorissa.

Nämä terävät reunat voivat myös aiheuttaa leikkautumia vireiseen poly-propyleenikalvoon, mikä heikentää kalvon läpilyöntilujuutta tällä kohtaa. Seuraava epäkohta on, että jos oletetaan kalvoilta vaadittavan suuri karheusaste, kuten saadaan poimutus- ja päällysmenettelyjen avulla, täten karhennetut kalvot antavat liiallisen täyttökertoimen rullaan.

On havittu, että parannettu, erikoisella tavalla kuvioitu ja esikäsitelty kalvo minimoi edelläesitetyt kyllästys- ja täyttöker-roinvaikeudet. Tällainen parannettu, korkokuvioitu kalvo on esitetty ja sille on anottu patentti käsiteltävänä olevassa patenttianomuksessa sarjanumero 952,947, DiNikola et ai, julkaistu 19, lokakuuta 1978 anojan ollessa saman kuin esiteltävän patenttianomuksen hakijan. Tarkasteltaessa sitten kuvaa 4 on siinä esitetty osa kaivoliuskaelektrodista 11, jossa on puolipallomaisten syvennysten 31 ja kohoumien 32 muodostama, suurennetussa mittakaavassa esitetty korkokuvio. Puolipallomainen korkokuvio on kuvio, joka ulkonee yhtä paljon vastakkaisiin suuntiin materiaalin molemmilta puolilta ja on materiaalin alkuperäisen paksuuden päällä siten, että kokonaispaksuus on huomattavasti suurempi kuin alkuperäinen paksuus. Puolipallomainen rakenne on tarkemmin esitetty kuvassa 5. Kuvassa 5 on esitetty poikkileikkaus, viivamaisena, kuvan 4 mukaisesta kalvosta 11. Tämän keksinnön eräässä toteutuksessa puolipallomaiset syvennykset ovat keskenään samanlaiset, niiden poikkileikkaus on soikiomainen ja ulottuvat ne noin 12,7 mikrometriä kal-voliuskan keskiviivan molemmille puolille. Jokaisen puolipallomaisen 7 72620 syvennyksen pohjan läpimitta on pienempi kuin noin 0,254 mikrometriä ja syvennysten tai niiden pohjien keskipisteiden väliset etäisyydet ovat noin 0,508 mikrometriä, , kuten kuvassa 4 on esitetty. Jokainen puolipallomainen syvennys voidaan esittää suositellussa muodossa sellaiseksi, jossa on ympyränmuotoinen pohja ja jatkuvasti pienentyvä vaakasuora rengasmainen poikkileikkaus päättyen pyöristettyyn tai soikeaan muotoon. Puolipallon muotoisten kuvioiden määrittävät pinnat ovat tasaisesti käyristyviä ja jatkuvia pintoja yhdestä puolipallon muotoisesta, kohoumana olevasta kuviosta seuraavaan, syvennyksenä olevaan puolipallon muotoiseen kuvioon. Pystysuora poikkileikkaus vastaa likimain sinikäyrää osoittaen, että kaarevuudessa ei ole teräviä kulmia tai katkeamia yhden puolipallon muotoisesta kuviosta toiseen. Muitakin kaarevia pohjan ja poikkileikkauksen muotoja voidaan käyttää, mikäli teräviä reunoja tai harjoja ei esiinny. Esitetty ympyrämuoto on suositeltava. Tämä edullisuus perustuu osaksi siihen käsityksen, että kalvoliuskan muodon muuttaminen näin useiden puolipallomaisten kuvioiden muodostamiseksi voi muodostaa menetelmän, joka tehokkaasti tasaa, kiilloittaa ja kovettaa kalvon esikäsitellen sen kondensaat-torikäyttöä varten. Esiteltyä kalvoa kutsutaan täydellisesti puoli-pallokuvioiduksi. Tämän ansiosta kalvon kohdensaattoripinta kokonaisuudessaan on kuvioitu eikä siinä esiinny merkittäviä kuvioimattomia alueita. Kuvion merkintä on 100/100 tai 120/120 osoittaen, että siinä on 200 tai 240 puolipallon muotoista kuviota vastaavasti elektrodi-kalvon jokaista 2,54 cm:n pituutta kohti. Toisin sanoen kaareutuvat pinnat ovat oleellisesti jatkuvia koko kalvon ylitse ilman keskyty-: misiä. Kuviointi voi edelleen olla tiheämpi kuin 120/120, jos olosuh teet sallivat. On kuitenkin edullista, jos jokaisen puolipallon muotoisen kuvion yleiset mitat ovat samat kuin viereisen puolipallon muotoisen kuvion niin, että saadaan säännöllinen kuviointi puolipallon-muotoisten kuvioiden rivien ollessa kohtisuorassa toistensa suhteen.

Tämän keksinnön mukainen täydellinen puolipallokuvioiden muodostama rakenne antaa suurimman mahdollisen tilan vierekkäisten alu-miinikalvoliuskojen ja dielektristen kalvoliuskojen väliin täyttö-kertoimen kokonaiskasvun ollessa minimin. Tämä ominaisuus saavutetaan kalvon ainutlaatuisen rakenteen avulla. Kuten kuvassa 5 on esitetty puolipallojen kumpumainen muoto suurentaa merkittävästi alumiini-kalvon paksuutta alkuperäisestä, noin 5,5 mikrometriä olevasta pak- 8 72620 suudesta noin 25 mikrometrin paksuuteen. Tämä vastaa noin 5-kertaista alkuperäistä paksuutta; kokonaispaksuutta, joka on kokoonpuristumaton tai kiinteä, ei voida tehokkaasti käyttää tässä keksinnössä. Tätä ehtoa ei myöskään voida tavallisesti täyttää syövyttämällä, hiomalla tai pyältämällä alumiinikalvoliuskaa. Samanaikaisesti puolipallojen kaarimainen rakenne antaa parantuneen tai valvotun vastustuskyvyn repeytymistä ja puolipallojen häviämistä tai tasaantumista vastaan käämittäessä kalvo jännityksen alaisena kondensaattorirullaksi. Se sallii kuitenkin verrattain hyvän pehmustuksen ja tasoittumisen käämittäessä niin, että alkuperäisestä paksuudesta huolimatta lopullisen kondensaattorirullan .paksuus on halutuissa rajoissa. Paksuuden kasvu on noin 2-5-kertainen alkuperäiseen paksuuteen verrattuna, suositeltavan paksuuden ollessa noin 2-3-kertainen alkuperäiseen paksuuteen verrattuna. Tämän keksinnön mukainen metallielektrodi on muuttuva tai taipuisa paksuuden säätäjä kondensaattorirullan käämisprosessissa sekä myös lopullisessa kondensaattorissa. Tämä taipuisa tai muuttuva paksuus vaihtelee kondensaattorin valmistusmenetelmässä esiintyvien voimien mukaan niin, että lopulliseen kondensaattoriin saadaan haluttu paksuus. Tasaisesti kaareutuvien puolipallomaisten profiilien ansiosta ei rullassa ole reikiä tai teräviä reunoja, jotka voisivat läpäistä dielektrisen kalvon tai toimia jännityksiä kokoavina alueina.

Esiteltävän keksinnön mukaisissa öljytäytteisissä kondensaattoreissa käytettyjen kalvojen korkokuvioinnin täytyy täyttää kaksi-käsitteinen perusvaatimus. Ensiksi puolipallokuvion huipusta laaksoon mitoituksessa on käytännön antama rajoitus, koska liian suuri mitoitus johtaa suureen täyttökertoimeen, mikä tekee rullan käämimi-sen erittäin vaikeaksi ja aiheuttaa ennenaikaisen sähköisen vioittumisen. Suurin huipusta laaksoon oleva mitta rajoittaa myös puolipallomaisten kuvioiden lukumäärää kalvon pituusyksikköä kohti. Toiseksi lineaarinen puolipallokuvion kahden viereisen välisen etäisyyden täytyisi olla yleensä puolipallon pohjan läpimitan suuruinen ja täten puoli-pallokuvioiden lukumäärä kalvon pituusyksikköä kohti on myös rajoitettu. Edelläesitetty vaatimus osoittaa, että kalvolla olevan kuvion täytyy vastata kondensaattorin haluttua täytekerrointa, jolloin suuri täyttö- 9 72620 kerroin sallii suuremman puolipallon korkeuden mutta pienemmän puolipallokuvioiden lukumäärän ja pieni täyttökerroin sallii pienemmän puolipallokuvion korkeuden ja useampia kuvioita pituusyksikköä kohti. Tärkeä kohta on, että sinikuvio sekä pituus- että leveys-suunnassa kalvon koko alueelta säilytetään mahdollsimman tarkoin.

Tämän keksinnön tarkoituksia varten kondensaattorin täyttökerroin esimerkeissä ja patenttivaatimuksissa esitettynä on se täyttö-kerroin, joka saadaan mitattaessa kondensaattori polypropyleenikalvon turvottua täysin kyllästävän nesteen vaikutuksesta. Perusmittaus kondensaattorin täyttökerrointa varten on "Hazy"-polypropyleenikalvon täyttökertoimen mittaus. Kuvioidun kalvon täyttökerroin jätetään mielivaltaisesti huomiotta. "Hazy"-polypropyleenikalvon täyttökerroin on kalvoliuskan teoreettisen, kiinteän tilavuuden suhde sen mitattuun tilavuuteen mukaanluettuna teoreettinen tasopinta pitkin karhennettua pintaa. Suhde annetaan prosentteina kiinteästä tilavuudesta niin, että 10 prosentin täyttökerroin osoittaa tilavuutta, jossa tyhjä tila on 10 prosenttia kiinteästä materiaalista. Kalvon täyttökerroin kasvaa sitten määrällä, joka vastaa kalvon turpoamista nesteen vaikutuksesta asianmukaisessa käsittelylämpötilassa. Kasvanutta määrää verrataan todennäköisyys käyrään, joka on sovitettu eri poikkeamien mukaan valmistusprosesseissa ja eri materiaalien suhteen ja lopullinen suunnit-telu tai kondensaattorin täyttökerroin määrätään siten, että se on suurempi kuin edellä esitetty kalvon mitattu täyttökerroin.

·; Täyttökerroin tämän keksinnön mukaisissa kondensaattoreissa mukautuu sopivasti kaikkiin eroihin materiaalien mittamuutoksissa ja :·. erilaisiin materiaalien lämpölaajenemiskertoimiin sekä materiaalien turpeamiseen nesteiden vaikutuksesta. Täyttökerroin on välttämätön ennen kyllästämistä nesteellä tapaan tilan saamiseksi veden ja muiden haihtuvien materiaalien poistamiseksi kondensaattoria tyhjiökuivatta-essa kohotetuissa lämpötiloissa, sen välttämätön tilan saamiseksi, jonka lävitse kyllästysneste kulkee oleellisesti täydellisen kylläs-tysasteen saamiseksi kondensaattorirullaan.

10 72 62 0 Täyttökertoimen tulee olla tasaisen koko rullan lävitse, s.o. rullassa täytyy olla kauttaaltaan eräs minimitäyttökerroin, kuten keskimääräinen täyttökerroin ja tämän täyttökertoimen täytyy säilyä ja olla valvottavissa koko käämimisprosessin ajan sekä myös litistä-misprosessin ajan kondensaattorin litistämiseksi, kuten kuvassa 1 on esitetty.

Pelkästään karkeiden eristyskalvo- ja elektrodikalvopintojen käyttäminen vastakkain tilan muodostamiseksi nesteen tunkeutumista varten ei ole täysin riittävä kondensaattorin valmistamiseksi. Liian pieniä täyttökertoimia ja liian suuria täyttökertoimia täytyy välttää. Tilaa yksinään voidaan lisätä eräässä suhteessa käämimällä rulla löyhemmin. Tällöin kuitenkin vaadittavan täyttökertoimen tasaisuus kärsii ja saadaan pehmeämpi rulla, mitkä molemmat seikat kääminnän jännityksen ja litistämisprosessin vuoksi aiheuttavat kriittisiä alueita kondensaattorin vioittumiselle.

Korkokuvioidun elektrodikalvon ja "Hazy"-kalvon yhdistelmä on tapa käyttää edullisemmin hyödyksi "Hazy"kalvon täyttökerrointa ja säätää valvotusti täyttQkerrointa kondensaattorissa, kuten tämän keksinnön yhteydessä esitetään. Nykyisin saatavien "Hazy"-kalvojen täyttö-kerroin, s.o.noin 3,0-30 %, on yleensä riittämätön tai muutoin epäedullinen kokonaistäyttökerroinvaatimusten täyttämiseksi esimerkiksi tehokondensaattoreissa ja mikäli mahdollista eristekalvon täytyisi olla hieman muuttuvan kondensaattorivalmistuksessa kalvon turpoamisen vuoksi. Lisäksi polypropyleenikalvon karheus ei ehkä ole täysin tasainen ja määrätyillä alueilla voi karheus olla suurempi ja toisilla alueilla pienempi, jolloin ei voida täysin mukautua muutoksiin eriste-kalvon ja elektrodikalvon paksuuksissa ja aiheutuu vaikeuksia riittävän tasaisuuden saamiseksi täyttökertoimeen koko kondensaattoriin. Täyttökertoimen tasaisuuden täydentävä säätö on siten mahdollista tämän keksinnön mukaisen täydellisen puolipallomuotoisen kuvioinnin omaavan elektrodikalvon avulla riippumatta siitä antavatko vai eivät poly-propyleenikalvoliuskat itsessään riittävän täyttökerroinasteen. Korko-kuvioitu elektrodikalvo toimii säätävänä pehmikkeenä halutun täyttökerroinasteen saamiseksi tasaisesti kauttaaltaan rullaan. Puolipallo-mainen rakenne vaatii jatkuvasti kasavan voiman sen litistämiseksi 11 72620 reiättömän kaarimaisen rakenteensa vuoksi ja säätää siten itsensä muuttuvien paineiden ja voimien mukaan koko rullan lävitse rullaa käämittäessä säilyttäen tasaisesti suunnitellun täyttökertoimen.

Sen muotoa voidaan muuttaa puristamalla selektiivisesti jopa yhden ainoan puolipallon alueelta ja mikä vielä tärkeämpää kalvon kondensaattorin muodostava alue kokonaisuudessaan sisältyy kuvioon. Tämä tarkoittaa, että jokainen puolipallomainen kuvio tukae eristekalvoa siten, että eristekalvo ei kosketa elektrodikalvoa puolipallojen välisissä alueissa pienentäen täyttökerrointa tai estäen nesteen tunkeutumista.

Tätä keksintöä käytettäessä "Hazy"-kalvo ja täydellisesti puoli-pallomuotoisen kokrokuvion omaava elektrodikalvo voidaan käämiä kon-densaattorirullaksi eri tavoin. Eräässä suositeltavassa toteutuksessa käytetään vain "Hazy"-kalvoa dielektrisina liuskoina 13-16 elektrodi-kalvojen 11 ja 12 välissä. Tällainen järjestely on esitetty kuvassa 6 suurennetussa mittakaavassa, jolloin elektrodikalvoliuskat ja dielek-triset liuskat ovat toisistaan erillään.

Tarkasteltaessa kuvaa 6, on siinä esitetty yhdistelmä 33, joka käsittää kaksi puolipallonmuotoiseksi korkokuvioitua elektrodikalvoa 34 ja 35 ja kaksi välissä olevaa "Hazy"-kalvoliuskaa 36 ja 37. Alumiinikalvon kaupallisessa tuotannossa toinen pinta on tavallisesti ver-: rattain tasainen ja kiiltävä ja toinen pinta on karheaa tai matta.

- Kalvoa käämittäessä johdetaan kaksi päällekkäin olevaa kalvoliuskaa : telojen lävitse ja liuskojen välissä olevat pinnat tulevat erilaisiksi, ; s.o. karheammiksi kuin teloja vastassa olevat pinnat. On osoitettu, että matta pinta itse asiassa parantaa kyllästymistä matan pinnan aiheuttaman lisätäyttökertoimen vuoksi. Siten kyllästyksen parantamiseksi edelleen sijoitetaan alumiinikalvot siten, että tasainen tai kiiltävä pinta on "Hazy"-kalvon karheaa pintaa vastassa. Tätä kutsutaan tasai-nen-karhea-asennukseksi. "Hazy"-kalvoliuskoissa voi olla haluttu pintaepätasaisuus tai karheus toisella tai molemmilla pinnoilla. Tässä yksityiskohtaisesti esitetty "Hazy"-kalvo on karhennettu vain toiselta pinnaltaan. Tässä jälkimmäisessä tapauksessa, kun käytetään kahta polypropyleenikalvoliuskaa, ne sijoitetaan suhteeseen, jossa on karhea pinta tasaisella pinnalla. Tällöin jokaisessa elektrodi-kalvoliuskassa on tasainen pinta, joka on "Hazy-kalvon karheaa pin- 12 72620 taa vastassa kauttaaltaan rullassa, mikä sallii rullan tasaisemman kyllästämisen.

Seuraava muunnos kuvan 6 mukaisesta toteutuksesta on esitetty kuvassa 7. Kuvassa 7 yhdistelmä 38 käsittää kaksi "Hazy"-kalvoliuskaa 36 ja 37, jotka on sijoitettu karheat pinnat vastakkain. Tässä järjestelyssä elektrodikalvoliuskjen toinen tai molemmat pinnat voivat olla eristekalvoliuskojen tasaisia pintoja vastassa, vaikkakin on suositeltavaa, jos toinen on käännetty toisinpäin. Kyllästysnesteen annnetaan tunkeutua karheiden eristekalvopintojen väliin ja siirtyä sitten vaakasuunnassa kalvoliuskojen väliin eristekalvoliuskojen ja elektrodikalvoliuskojen välisiin alueisiin. Neste tunkeutuu näihin alueisiin myös rullan päistä pitkin elektrodikalvopintoja.

Seuraavas muunnos on esitetty kuvassa 8. Kuvassa 8 on esitetty yhdistelmä 39, joka käsittää kaksi korkokuvioitua elektrodikalvoa 34 ja 35 kahden "Hazy"-kalvoliuskan 36 ja 37 eroittamina, jotka on sijoitettu tasaiset pinnat vastakkain. Tässä muunnoksessa tasaisen ja karhean elektrodikalvoliuskan pinnan sijoitus on verrattain merkityksetön, vaikka on suositeltavaa käyttää toista käännettynä toisen suhteen.

Seuraava muunnos on esitetty kuvassa 9. Kuvassa 9 on esitetty yhdistelmä 40, joka käsittää kaksi puolipallonmuotoisen korkokuvion omaavaa elektrodikalvoa 34 ja 35 kolmen "Hazy"-kalvoliuskan 36,37 ja 41 eroittamina. Kaikki eristekalvoliuskat on sijoitettu tasainen pinta karheaa pintaa vastaan, kuten suositeltavassa toteutuksessa, vaikka järjestely voi olla vaihteleva. Elektrodikalvoliuskat on sijoitettu tasainen pinta eristekalvon karheaa pintaa vastaan. Kuvassa 9 esitetty kolmen kalvoliuskan käyttö kuvassa 6 esitetyn kahden eristekalvoliuskan asemasta antaa lisäetuna korkeamman läpilyöntijännitteen omaavan kondensaattorin. Ilmeisesti voidaan käyttää myös useampia kuin kolmea eristekalvoliuskaa samoinkuin vain yhtä eristekalvoliuskaa.

Eräissä tapauksissa ja jokaisessa esitetyistä toteutuksista voi olla edullista taittaa sisäänpäin elektrodikalvoliuskan toinen reuna kalvon reunassa esiintyvän suurentuneen jännityksen vuoksi. Elektrodikalvon reunat ovat yleensä teräväreunaiset, mikä aiheutuu leikattaessa kalvo annettuun leveyteen. Tämä leikkaus suoritetaan tavallisesti veitsen terällä ja saadun elektrodikalvon reuna on terävä ja joskus epäsäännöllinen jäystemäisten särmien vuoksi, joissa korona- is 72620 purkaus voi alkaa. Kuten kuvasta 6 voidaan nähdä, suurijännitteinen kenttä muodostuu elektrodikalvoliuskojen 34 ja 35 väliin rullan päissä 29 ja 30 ja mahdolliset terävät reunat tai muut epäjatkuvuudet aiheuttavat tai vahvistavat koronapurkauksia. Nämä kohdat ovat vielä alttiimpia koronapurkauksille, jos käytetään pienen dielektrisyysvakion omaavia nesteitä, esimerkiksi nesteitä, joiden dielektrisyysvakio on alueella 2,0-3,0 kuin jos käytetään nesteitä, joiden dielektrisyysvakio on suurempi kuin noin 3,0 kuten kloorattuja difenyleitä ja este-reitä, koska nesteissä esiintyy suurempia jännityksiä näillä alueilla. Kuvassa 10 on esitetty toteutus, jonka avulla voidaan minimoida nämä suuret jännitysvaikutukset.

Tarkasteltaessa sitten kuvaa 10 muodostuu yhdistelmä 42 leveäm-mästä elektrodiliuskasta 43 ja kapeammasta elektrodiliuskasta 44, jotka on sijoitettu aksiaalisesti vastakkain toistensa suhteen ja elektrodi-kalvoja kutsutaan joskus ylemmäksi elektrodikalvoksi 43 ja alemmaksi elektrodikalvoksi 44. Tällaisessa järjestelyssä mitattu etäisyys vastak-.aisten elektrodikalvojen reunojen välillä on kasvanut. Kuitenkin tiedetään, että kapeampi elektrodi aiheuttaa suuremman jänniterasituksen kapeamman elektrodin reunojen läheisyydessä. Kuten kuvassa 10 on esitetty, tämän kapeamman elektrodikalvon 44 reunat 45 on taivutettu sisäänpäin koko rullan pituudelta. Tämä taivutettu reuna 45 muodostaa tasaisesti pyöristyneen pinnan suuren jännityksen omaavalle alueelle ja alentaa kentt ävoimakkuutta pyöristyneen pinnan alueella. Lisäksi taivu-: tettu reuna pienentää nestekalvoa käämityn reunan ja viereisen poly- : propyleeniliuskan välissä ja siten alentaa mahdollisuutta läpilyöntiin pienen dielektrisyysvakion omaavassa nesteessä tällä alueella.

Taivutettaessa elektrodikalvo reunoiltaan on tärkeää, että elektrodikalvo taivutetaan myös sen etureunan leveydeltä ja sen loppureunan leveydeltä tai muita tapoja käytetään jännityksen alentamiseksi näillä kohdilla. Taitettu reuna, jonka leveys on noin 0,3175 - 0,127 cm, antaa tyydyttäviä tuloksia ja alueella 0,635-0,95 cm oleva reunaleveys on suositeltava. Suurempaa täyttökertoimen arvoa voidaan käyttää taitetun reunan aiheuttaman vaikutuksen korvaamiseksi. Parhaat tulokset saavute-taan tämän keksinnön mukaan, käytettäessä taivutettua elektrodikalvoa tai ilman taivutusta, jos lopullinen täyttökerroin on sama tai suurempi 14 72620 kuin se arvo, joka sallii polypropyleenikalvon täydellisen ja rajoittamattoman turpoamisen nesteen vaikutuksesta kondensaattorissa. Tavallisessa tapauksessa esitetyt polypropyleenikalvot turpoavat kondensaattoreissa seuraajassa esimerkissä esitetyllä tavalla, noin 10-18 tilavuusprosenttia käytettäessä esitettäviä nesteitä. On tärkeää, että nesteen tuloa kondensaattoriin ja sen poistumista siitä tai poly-propyleenikalvoon tai vapaisiin tiloihin ei kalvon turpoaminen rajoita .

Useita kondensaattorinesteitä voidaan tehokkaasti käyttää tässä keksinnössä, kuten estereitä, hiilivetyjä ja synteettisiä nesteitä kuten alkaaneja ja bifenyleitä. Näiden nesteiden dielektrisyysvakiot voivat vaihdella arvosta noin 2,5 suuremmaksi kuin arvoon noin 5. Rasitus dielektrisessä systeemissä jakautuu verrannollisena materiaalien dielektrisyysvakioihin. Suuren dielektrisyysvakion omaavat nesteet aiheuttavat enemmän rasituksia kalvoon. Polypropyleenikalvon dielektrisyysvakion ollessa noin 2,5 pienen dielektrisyysvakion omaavat nesteet rasittuvat voimakkaammin ja koronapurkausten muodostuminen rullan reunoissa helpottuu.

Näihin nesteisiin kuuluvat alkyylibentseenity alkyylinafta-leenit, alkyylibifenyylit, alkyylipolyfenyylit, alkaanit ja niiden alkyylisubstituoidut johdannaiset ja diaryyliestrit ja niiden alkyyli-substituoidut johdannaiset, jolloin mainitut alkyyliryhmät ja alkaanit sisältävät 1-20 hiilitomia, mainittu aryyliradikaali on fenyyli, naf-tyyli, bifenyyli tai polyfenyyli ja mainitut polyfenyylit käsittävät 3- noin 5 fenyyliryhmää. Eräs tässä keksinnössä käytetty neste on dia-ryylialkaani (fenyylisylyylietaani), jota on kaupallisesti saatavan nimellä Nisseki Condenser eli S (PXE) ja jota valmistaa Nippon Oil Company, Japani.

Toinen määrätty neste on monoisopropyylibifenyyli (MIPB), joka on huolellisesti sekoitettu meta~ ja para-substituoitujen bifenyyli-johdannaisten seos. MIPB vastaa kaavaa (CH3’2 ja sen kaava on C-^H^g ja molekyylipaino 196,3.

15 72620

Monoisopropyylibifenyyliä jnyy kaupallisesti Monsanto U.S. sekä muut ja lisäksi erilaisia -mono-, di^ ja muiden isopropyylibifenyylien seoksia.

Muihin, suuremman dielektrisyysvakion omaaviin nesteisiin kuuluvat klorobentseenit, klorodifenyylioksidit ja esterien sekä kloorattujen aromaattisten yhdisteiden seokset.

Tämän keksinnön mukaisten kondensaattorien kyllästys voidaan suorittaa tavanomaisilla, polypropyleenikondensaattorien yhteydessä käytetyillä tavoilla, esimerkiksi U.S.-patentissa 3,363,156 esitetyllä tavalla. On kuitenkin suositeltavaa käyttää alempia, alueella noin 30-110°C, edullisesti 90-110°C olevia lämpötiloja kuivauksessa ja tyhjiökäsittelyssä ja pienempää kuin noin 60 mikrometrin Hg-painetta ja täyttömenettelyä, jossa kondensaattorin lämpötila on 30-80°C ja nesteen 30-50°C. Kondensaattorit voidaan sitten sijoittaa uuniin ja nostaa niiden lämpötila alueella noin 40-100°C ja edullisesti välille 60-90°C aina 40 tunnin ajaksi.

Seuraavat esimerkit osoittavat tämän keksinnön avulla saatavia tyypillisiä erinomaisia tuloksia. Kondensaattorissa käytetty täyttö-kerroin oli alueella noin 5-8 %. "Hazy"-kalvon karkeus vaihteli vastaten noin 10-30 % pelkän polypropyleenikalvon täyttökertoimesta. Käytetyt nesteet olivat PXE (neste A), jota toimitti Nippon Chemical Company : nimellä Nisseki Condenser Oil S ja joka sisälsi noin 97 % fenyylisylyy- lietaania, lopun ollessa isomeerien seosta ja MIPB (neste B), jota toimitti Tanatex Company nimellä Sure-Sol 250. Molemmissa tapauksissa neste puhdistettiin huolellisesti erittäin puhtaaksi ja noin 0,6-0,8 painoprosenttia epoksidia, kuten ERL 4221 (myy kaupallisesti Union Carbide Company, U.S:) ja noin 0,01-0,10 painoprosenttia antioksi-danttia, kuten 2,6-di-t-butyyli-p-kroselia lisättiin niihin.

Esimerkki 1

Useita kondensaattoreita koottiin kuvien 3, 5 ja 6 mukaisia rakenteita seuraten suositeltuja menettelyjä käyttäen. Kondensaattori-rullien pituus oli 26,97 cm ja käsittävät ne kohokuvioituja alumiini-: kalvoelektrodeja, joiden paksuus oli noin 5,6 mikrometriä puolipallon- muotoisten kohokuvioiden lukumäärän ollessa 100 (50/50) 2,54 cm kohti ja kaksi arkkia "Hazy"-polypropyleenikalvoa, joiden täyttökerroin oli 16 72 62 0 noin 10-3Q %, toisen liuskan paksuuden ollessa 18 mikrometriä ja toisen 25,4 mikrometriä. Jokaisen kondensaattorin korkeus oli noin 66,0 cm.

Kootut kondensaattorit kuivattiin uunissa alueella 85-100°C olevassa lämpötilassa paineen ollessa pienemmän kuin 60 mikrometriä Hg noin 26 tunnin aikana. Kondensaattorien annettiin sitten jäähtyä alueella noin 50-80°C olevaan lämpötilaan ja kyllästysnestettä, jonka lämpötila oli noin 40^50°C, johdettiin kondensaattoriin tyhjiössä.

Täytön jälkeen kondensaattorit sijoitettiin uuniin ja lämpötila nostettiin noin 65°C:sta noin 85°C:een. Lämpötilan tasaantumisen jälkeen kondensaattorit jätettiin likomaan uuniin noin 20 tunniksi, minkä jälkeen lämpötila laskettiin huoneenlämpötilaan. Tämä liottaminen toistettiin uudestaan 20 tunnin aikana. Kondensaattorit tuotiin sitten huoneenlämpötilaan, suljettiin ja niille suoritettiin määrätyt sähköiset testit.

DIV on purkauksen alkujännite, jota kutsutaan myös koronapur-kauksen alkujännitteeksi ja arvot on annettu kolmen lukeman keskiarvoina. DEV on purkauksen sammumisjännite, jota kutsutaan myös korona-purkauksen sammumisjännitteeksi. Häviökerroin on prosentuaalinen häviökerroin tai tan 0 (häviökulma) ja se on annettu wattihäviöpro-senttina. Tulokset osoittavat, että saatiin toistuvasti erinomaisia kondensaattoreita huolimatta siitä, että suunnittelu- ja testivaati-mukset näille kondensaattorei1le olivat kohtuuttoman vaikeat.

Diel. Diel. Testi- /iF DIV DEV DIV DEV DIV DEV T°C

paksuus jännite jännite rulla keskim.keskim. 250 250 1000 1000_ 35.0 1680 7juf 3100 2600 25 35.0 1680 7pf 3200 2500 25 35.0 1680 7pf 3300 2600 25 35.0 1680 7pf 3100 2500 25 43.0 1990 4uf 3700 3000 25 3200 2700 80 43.0 1990 4pf 3000 2400 25 3400 3100 80 43.0 1990 4pf 3900 3000 3700 3300 25 4250 2200 340Q 2700 80 43.0 1990 4uf 3900 3200 3800 3500 25 5200 4300 3300 3000 80 1990 4uf 3600 3000 3200 3100 25 3600 3100 3000 2700 25 3700 3100 3600 3400 25 3500 3000 3800 3400 25 17 72620

Kuten edelläolevista arvoista voidaan nähdä, näihin konden-saattoreihin kohdistettiin voimakas jännitekuormitus ja niiden vastaavat DIV- ja DEV-arvot osoittautuvat olevan erittäin korkeat ja stabiilit ja toistettavat. Kun merkityt yksiköt sijoitettiin nimellis-jännitteellä elinaikatestiin, suoritettiin ensimmäinen uusintatesti 250 tunnin kuluttua, jolloin yhtään yksikköä ei ollut vioittunut eikä merkittäviä muutoksia tapahtunut. Elinaikatestiä jatkettiin kaikkiaan 1000 tuntia ja uusintatestaus suoritettiin jokaisen esimerkin edustaville yksilöille, DIV- ja DEV-arvot säilyivät tyydyttävinä ja ilmeni hieman kokonaisparantumista. Häviökerroin- ja kapasitanssitestit osoittivat erinomaisia tuloksia häviökertoimen parantuessa ajan mukaan, s.o. käytettäessä 120 % nimellisjännitteestä 1000 tunnin aikana oli se noin 0,01 % 85°C:ssa.

Esimerkki 2

Seuraava 7 kondensaattorin ryhmä valmistettiin esimerkissä 1 esitetyllä tavalla käyttäen 57,17 cm:n rullaleveyttä. Toisen dielek-trisen arkin paksuus oli 18 mikrometriä ja toisen 25,4 mikrometriä. Näiden kondensaattorien arvot olivat 52 yuF ja 75 KVAR ja dielektrisen systeemin kalvojen ylitse käytettiin 1990 voltin jännitettä. Näille kondensaattoreille suoritettiin elinaikatesti alueella 2350-3600 volt-tia olevilla jännitteillä ja huoneenlämpötilasta 70°C:een olevissa lämpötiloissa. Kaikki täten testatut kondensaattorit läpäisevät 500 tunnin testin nimellisjännitettä suuremmilla jännitteillä osoittaen siten dielektrisen systeemin parantunutta toimintakykyä.

Esimerkki 3

Lisäkondensaattoriryhmiä vaihtelevilla nimellisjännitteillä valmistettiin esimerkin 1 mukaisesti ja testattiin. Yksilö ££ 6 oli leveä rulla (57,15 cm). Muiden leveys oli 28,75 cm. Jännite elektrodi-kalvojen välillä oli alueella 1800-1990 volttia. Elektrodikalyojen välissä olevan dielektrisen kalvon paksuus oli välillä 38-43 mikro-metriä. Kokonaistäyttökerroin kondensaattorirullaa varten oli alueella 2Q-30 % ennen kyllästämistä. Tulokset osoittavat esiteltävän keksinnön mukaan valmistettujen kondensaattorien toistettavuuden ja varmuuden.

18 72620 Jännite DF Ylijännite, 60 hv 120 % nimellisjännitt.

Yksiköitä KVAR (nimellä) 85°C Testattu Läpäisi Ei läpäissyt_

36 200 9960 021 36 36 O

48 200 14400 018 9 9 O

30 200 7620 021 9 9 0 30 200 7620 025 7 7 0 27 200 12470 015 -

Esimerkki 4

Valmistettiin useita kondensaattoreita esimerkissä 1 esitetyllä tavalla. Kondensaattorirullien pituus oli 28,75 cm ja kapasiteetti 4 pF. Kondensaattorien nimellisjännite kalvojen ylitse oli 1990 volttia. Kuten kuvassa 8 toisen sisäpuolisen elektrodikalvon molemmat reunat oli taivutettu sisäänpäin 0,95 cm:n leveydeltä. Näille kondensaattoreille suoritetut sähköiset testit osoittivat merkittävän kasvun DIV-ja DEV-arvoissa taivuttamattomaan rakenteeseen verrattuna.

Esimerkki 5 Tässä esimerkissä valmistettiin erikoisia testikondensaatto-reita rullista, joiden leveys oli 38,1 cm ja joissa käytettiin puoli-pallonmuotoisen kohokuvioinnin omaavia elektrodikalvoja, joissa oli 120/120 puolipalloa 2,54 cm kohti, kuten kuvan 11 yhteydessä on esitetty. Kondensaattorin täyttökerroin oli välillä 5-10 %. Rullat oli suunniteltu 1670 voltin jännitteelle. Dielektrisessä systeemissä käytettiin yhtä eristekalvoa, jonka paksuus oli 16,5 yum ja täyttökerroin 5-10 % ja toista eristekalvoa, jonka paksuus oli 17,7 yum, ja täyttö-kerroin 5-10 %, kuten kuvissa 3, 5 ja 6 on esitetty. Kyllästys suoritettiin esimerkin 1 mukaisesti.

Edelläesitetyille kondensaattoreille suoritettiin koronapur-kauksen alkujännätetestit -40°C - 25°C lämpötilassa käyttäen suurempaa kuin 180-prosenttista jännitettä nimellis jännitteestä. Kokeet suoritettiin koronapurkauksen syttymisjännitteelle asti, jonka havaittiin olevan 160 % nimellisjännitteestä ja molemmat jännitteet ovat erinomaisia kaikille kalvokondensaattoreille.

Tämän keksinnön mukaisen täydellisesti puolipallonmuotoisella korkokuvioinnilla varustetun kalvon ja "Hazy"-kalvon käyttö takaa kaikkien kalvokondensaattorien kyllästettävyyden ja edustaa se parannusta kyllästysprosessiin. ”Hazy"-kalvon ja kuvioidun elektrodikalvon uodostämän yhdistelmän käyttö varmistaa tulosten toistettavuuden ja molemmat tukevat ja täydentävät toisiaan kohdissa, joissa toinen voi 19 72620 olla viallinen. Tällä tavalla saavutetaan edulliset, suuret DEV-arvot.

Yhdistelmän avulla voidaan käyttää helpompia kyllästysparamet-reja, jotka ovat tulleet erittäin vaikeiksi kaikilla kalvokondensaat-toreilla ja antaa rakenteen painekammion avulla ja valuttamalla toimivat menettelyt. Polypropyleenikalvoa, samoin kuin muita synteettistä hartsia olevia kalvoja, voidaan helposti valmistaa määrättyyn pinta-karheuteen, joka voi olla suurempi tai pienempi kuin suositeltavan, tässä keksinnössä käytettävän "Hazy"-kalvon karheus, esimerkiksi pienempi kuin noin 5,0 %. Tämän keksinnön mukainen korkokuvioitu elektro-dikalvo antaa erinomaisen eroituskyvyn synteettisen hartsikalvon koko pinnan karheuden alueella, joka voi olla noin 5,0 prosentista suuremmaksi kuin 30,0 prosenttiin. Puolipallonmuotoiseksi kuvioidun elektrodikalvon täyttökerroin voidaan saattaa vastaamaan pienen täyttökertoimen omaavaa eristekalvoa ja suuren täyttökertoimen omaavaa eristekalvoa tapauksesta riippuen. Eristekalvon täyttökertoimen suositeltava alue on noin 5,0-30,0 % ja elektrodikalvon paksuus on edullisesti noin 2-5 kertainen alkuperäiseen paksuuteen verrattuna. Tutkittaessa täysin puolipallonmuotoiseksi korkokuvioitua elektrodikalvoa poistettaessa se kootusta kondensaattorista esiintyy siinä alueita, joiden paksuus on erittäin pieni ja muutamia alueita, joissa paksuus on maksimi osoittaen, että kalvo mukautuu käytettävissä olevan tilan ja paineen mukaan, kun esiintyy muutoksia sameudessa ja toleransseissa : ja käämiminen on ollut epätasaista. Nämä tutkimukset osoittavat myös, että pienet puolipallonmuotoiset kuviot, joiden lukumäärä on suuri : pituusyksikköä kohtif vastustavat erittäin hyvin kokoonpainumista ja säilyvät erittäin hyvin valmistusprosessin aikana. Tutkimukset ovat myös osoittaneet, että liiallinen kokoonpainuminen vastaa suurempaa puolipallon korkeutta kuin on tarpeen. Täten suuremmat kuin 100/100 olevat puolipallojen tiheydet ovat suositeltavia. Useimmat edellä-esitetyissä esimerkeissä käytetyt kondensaattorit olivat suurijän-nitteisiä tehokerroinkorjauskondensaattoreita. Näiden kondensaatto-reiden nimellisjännite on noin 600 volttista AC suuremmaksi kuin noin 13 800 volttiin AC ja niiden dielektrinen järjestelmä on suuren jänniterasituksen alaisena. Näiden kondensaattorien KVAR-arvo (kilo-voltti-amperi-reaktanssi) on noin 50-400 KVAR tai suurempi. Esiteltävää keksintöä voidaan parhaiten soveltaa näihin kondensaatto reihin ja on se niissä edullisin.

20 72 6 2 0

Vaikka on selvästi edullista käyttää "Hazy"-kalvoa tässä keksinnössä sen varmuuden vuoksi, minkä se antaa täyttökertoimeen, tyydyttäviä kalvokondensaattoreita voidaan valmistaa käyttämällä yksinomaan tämän keksinnön mukaista puolipallonmuotoiseksi korkokuvioitua elektrodikalvoa, erikoisesti pienileveyksisissä rullakondensaatto-reissa. Kuitenkin on tapauksia, joissa voi ilmetä, että ei tämän keksinnön mukaisesti kuvioitu elektrodikalvo eikä "Hazy"-kalvo anna parantuneita tuloksia. Niiden käyttö yhdessä joskus peittää toisen vaikutuksen, mikä kuten edellä on mainittu voi selittää niiden yhteisen toiminnan. Seuraavat esimerkit esittelevät kuvioiden elektrodikal-von ja "Hazy"-kalvon yksittäisiä vaikutuksia.

Esimerkki 6 Tässä esimerkissä kondensaattorin rakenne ja käsittely olivat samat kuin esimerkissä 1 paitsi, että kondensaattorirullien leveys oli 26,9 cm ja että käytettiin verrattain sileää kalvoa, s.o. kalvoa, jonka täyttökerroin oli pieni (LS), Suuren täyttökertoimen (HS) omaavan "Hazy"-kalvon täyttökerroin on noin 30 %. Kondensaattorin täyttö-kerroin oli noin 5 %. Dielektrisen järjestelmän nimellisjännite oli keskinkertainen, noin 1200 volttia. DC tarkoittaa tasavirtaa, AC tarkoittaa vaihtovirtaa, Vr on nimellisjännite. Kondensaattorit oli suunniteltu 7960 voltille ja 200 KVAR-arvolle.

DC AC 250 h DC

Kalvo 6,5xVr 3xVr 6,25xVr 6,25xVr LS 1/6 0/3 0/3 1/3 HS 3/6 0/3 0/3 0/3

Esimerkki 7 Tässä merkissä valmistettiin kaksinkertainen ryhmä pelkästään polypropyleenikalvokondensaattoreja, joiden ryhmien ainoa ero oli, että toisessa ryhmässä käytettiin kuvioituja elektrodikalvoja ja toisessa ei niitä käytetty. Testitulokset on esitetty seuraavassa ja osoittavat ne, että kuvioiduilla elektrodikalvoilla saavutetaan paremmat tulokset.

21 72620

Kondensaattori Koejännite T°C Testattujen Vioittuneiden Aika _ volttia _lukumäärä_lukumäärä_tuntia

Tasainen kalvo 660 AC 80 18 4 1700

Kuvioitu kalvo 660 AC 80 20 O 1700

Eräs pääsyistä täydellisesti puolipallomaisesti korkokuvioidun elektrodikalvon laajaan käyttökelpoisuuteen on puolipallomaisen rakenteen tasaava ja pehmentävä vaikutus. Muut kohoumat tai syvennykset muodostettiin poimuttamalla, lävitämällä, pyältämällä tai hiekkapuhaltamalla rullat aiheuttavat teräviä reunakohoumia kalvoon ja voivat aiheuttaa repeytymiä ja reikiä, jotka kaikki ovat erittäin haitallisia suurijännitteisissä kalvokondensaattoreissa koronapurkausten vuoksi, kuten on mainittu. Tämän keksinnön mukaisen kuvioidun kalvon syvennysten ja kohoumien puolipallomainen tai kumpumainen muoto muodostetaan tasaisille pinnoille määrittäen geometrisesti soikeita muotoja, jotka pystyvät vastustamaan erittäin hyvin täydellistä muodonmuutosta tai murtumista. Nämä puolipallonmuotoiset kuviot ulottuvat ylöspäin tasavälein kalvon molemmilta pinnoilta ja muodostavat geometrisen tai säännöllisen ja toistuvan tasavälein olevan puolipallojen muodostaman - kuvion rivimuotoon, kuten on esitetty. Kuvio on jatkuva ja yhtenäinen kondensaattorin aktiivisessa elektrodikalvon pinnassa. Puolipallomaisen kuvion käyttö antaa lisävarmuustekijän tämän keksinnön mukaisiin kon-densaattoreihin ja luotettavampia kondensaattoreita useiden pienten epäsäännöllisyyksien suhteen, joita voi esiintyä kondensaattorien käytön aikana. Dielektrisyyskokeet tasajännitteellä osoittavat, että läpilyöntilujuus on parantunut.

Puolipallomaisten kuvioiden muodostamisprosessi suoritetaan edullisesti käämikoneessa, jota käytetään kondensaattorirullien käämi-misessä. Tämän menettelyn pääetuna on, että vältytään käämimästä uudestaan puolipallomaisen korkokuvion omaavaa elektrodikalvoa rullalle sen käämiseksi sitten kondensaattorirullaksi. Tällainen käämiminen ja uusintakäämiminen aiheuttaa ilmeistä vaaraa puolipallojen viottumi-seksi, pääasiassa murtumalla. Käytettäessä jännitettyä kalvoa korko- 22 72620 kuyiointitelojen pyörittämiseksi antaa yhtenäisyyden ja tasaisuuden puolipalloille ja kuvioon.

Tämän keksinnön mukainen parannettu kalvo käsittää muodonmuutoksen suorittamisen kalvon koko alueelta ja kalvon kiilloittamisen tai fysikaalisen käsittelyn määrätyiltä alueilta, jotka ovat toisiinsa liittyviä kalvon pinnan ylitse. Tämä parannettu elektrodikalvo voidaan valmistaa kahdessa tai useammassa tärkeässä menettelyssä, jotka on esitetty kuviin 11 ja 12 liittyen. Molemmissa tapauksissa käytetään alumiinikalvoa U.S. Grade 1143. Tämä on kaupallinen merkintä pehmeälle, lämpökäsitellylle alumiinikalvolle, jonka puhtausaste on 90,43 prosenttia.

Tarkasteltaessa kuvaa 11 on siinä esitetty kondensaattorirullan käämintäkone 47, jolle sopivasti on asennettu korkokuviointilaite 48. Laitteessa 48 on terästela 49, jonka pinnalla on ulospäin ulottuva puolipallomainen kuvio, joka sisältää halutun lukumäärän puolipalloja tuumaa kohti, edullisesti enemmän kuin noin 100. Jokaisen puolipallon muoto on yleensä sama ja on se esitetty kuviin 4 ja 5 liittyen ja kaikkien puolipallojen korkeus on edullisesti sama. Laitteeseen 47 on asennettu toinen tela 50 yhdensuuntaisesti telan 49 kanssa. Telan 50 ulkopinta on kovaa mutta joustavaa materiaalia. Tämä materiaali voi olla muovi- tai kumimaista materiaalia ja erinomaisia tuloksia on saavutettu kovalla kumilla, jonka durometeri-kovuus on noin 60-80.

Tela 50 on puristettu korkokuviointitelaa 49 vastaan sopivan puristus- tai jousilaitteen 51 avulla.

Alumiinikalvoa 37 vedetään syöttörullalta 52 telojen 49 ja 50 lävitse veto- tai kondensaattorin käämintätelan 53 avulla. Toiset syöttörullat antavat toisen elektrodikalvon ja polypropyleeniä olevat dielektriset liuskat kondensaattorirullaa 53 varten. Korkokuviointi-telan 49 ulospäin työntyvien puolipallojen tunkeutumissyvyys telan 50 kumima.teriaaliin on alueella noin 5,0-25,4 mikrometriä. Vastaavasti käytettäessä alumiinikalvoa, jonka paksuus on noin 5,0-6,0 mikrometriä, korkokuvioidun kalvon 37 lopullinen paksuus on noin 2-5 kertainen alumiinikalvon alkuperäiseen paksuuteen verrattuna.

23 72620 Tämän keksinnön mukaisten kalyokondensaattorien täyttö-kertoimet (kyllästämättä), jolloin osan täyttökertoimesta muodostaa kuvioitu tai sameapintainen polypropyleenikalvo, osoittavat, että tämän keksinnön mukaisen puolipallomaisen kuvion tulisi olla alueella noin 100/100 puolipalloa 2,54 cm kohti noin 500/500 puolipalloon 2.54 cm kohti kalvon pituutta.

Korkokuvio puristettuna kalvoon tämän menettelyn avulla on poikkileikkaukseltaan sinimuotoinen kuvio, kuten kuvassa 5 on esitetty, yksittäisten puolipallojen ollessa lähellä toisiaan, painautuen kimmoiseen telanpintaan ja muodostaen pyöristetyn puolipallomaisen pään ja telan 50 kimmoinen materiaali puristuu hieman vierekkäisten puolipallojen väliseen tilaan. Tällöin korkokuviointitelan 49 puolipallojen koko syvyyttä ei saavuteta tämän korkokuviointimettelyn avulla. Puolipallon korkeus voi olla suuruusluokkaa 50 mikrometriä tai enemmän, tunkeutuminen rajoittuu kuitenkin murto-osaan siitä. Tällöin korko-kuviointi muuttaa kalvon alkuperäistä pintaa ja puolipallomaisia kohoumia muodostuu myös kalvon sille pinnalle, joka on kohonnutta puoli-pallomaista pintaa vastassa. Täten poikkileikkaus muuttumattomassa tasossa kulkee puolipallojen keskipisteiden kautta ja saadaan kuvassa 5 esitetty sinimuotoinen poikkileikkaus. Vierekkäisten puolipallojen keskiviivojen välineen etäisyys on noin 200 mikrometriä. Jälleen kal-: von koko pinta osallistuu puolipallojen muotoisten kuvioiden korko- puristukseen, koska puolipallot ovat täysin muodostuneet eikä kalvon : alkuperäistä tasoa ole muutettu.

: Käyttäen enemmän kuin 14 000 puolipalloa neliötuumaa 2 (2200 kpl/cm ) kohti kalvon pinta ja puolipallojen yläosien pinnat työstetään, kiilloitetaan ja tasataan ja pienet aukot tai repeytyneet reunat ja muut epäsäännöllisyydet kalvossa tasoitetaan myös kalvon tehokkaampaa sähköistä toimintaa varten. Tämän keksinnön mukaista kalvoa kutsutaan esikäsitellyksi kalvoksi oleellisesti kalvon koko pinnan työstön ja kiilloituksen vuoksi ja erikoisesti puolipallojen yläosien työstön ja kovettamisen vuoksi, jotka puristuvat polypropy-leenikalvoa olevaa dielektrikumia vastaan.

24 7 2 6 2 0

Testit osoittavat, että 120/120 puolipalloa 2,54 cm kohti kalvolla yhdessä kuvan 11 mukaisen menettelyn kanssa on monessa suhteessa parempi kuin P.uolipallojen pienemmän lukumäärän ja kuvan 12 mukaisen menetelmän käyttäminen ja on se siten suositeltava. Puolipallojen kokoonpainumista esiintyy vähemmän ja rullan käämiminen on helpompaa ja säilytetään kuitenkin kimmoinen eroitus. Puolipallojen suositeltava alue alkaa arvosta noin 100/100 ja ylärajaa rajoittavat käytännössä kalvon työstö erillisen kuvion säilyttämiseksi ja kuvion edullisen syvyyden ylläpitämiseksi. Tavallisesti tämä yläraja on noin 500/500 puolipalloa 2,54 cm kohti. Puolipallojen lukumäärän kasvaessa lopullisen kalvon kokonaispaksuus voi olla hieman pienempi kuin alkuperäisen paksuuden kaksinkertainen määrä. Muuttamalla kuitenkin rul-lankäämintämenettelyjä ja jännitystä voidaan säilyttää kimmoisa väli-tilakäsite.

Mainitun, samanaikaisesti käsiteltävänä olevan DiNicola'n et ai patenttianomuksen mukainen menetelmä ja laitteisto on esitetty kuvassa 12 ja voidaan sitä käyttää myös tämän keksinnön mukaisen kalvon muodostamiseen.

Tarkasteltaessa kuvaa 12 esittää siinä katkoviiva kondensaat-torirullan käämikoneen 46 ulkomittoja ja on koneeseen liitetty sopivasti kalvon kuviointilaite 54. Laite 54 käsittää kaksi korkokuvioin-titelaa 55 ja 56, jotka on asennettu kiertyviksi koneeseen 46. Molempien telojen pinnat on valmistettu teräksestä ja on niihin tarkkuus-syövytyksen tai kaivertamisen avulla muodostettu kaarimaisia kohoumia. Vaihtoehtoisessa toteutuksessa toinen tai molemmat teloista voivat olla ei-metallisia materiaaleja, kuten kovia muoveja tai kumeja. Telojen pinnat, tarkoin asennettuina asianmukaisten säätölaitteiden avulla, saatetaan kosketukseen toistensa kanssa siten, että toisen telan kohoumat joutuvat vastassa olevan telan kohoumien väliin. Ulkopuolinen hammaslaitteisto kytkee telat toisiinsa kiinni sovituksen säilyttämiseksi. Poikkileikkauksena telan kohoumat määrittävät kaarimaiset kohoumat, jotka ovat heikosti kosketuksessa vastakkaisen telan samojen kokoumien kanssa. Telat voivat olla säädettäviä niiden välisen etäisyyden muuttamiseksi puolipallomaisen rak3nteen muodostamiseksi kalvoon, jolloin puolipallon huipun etäisyys kalvon tasoon on noin 63,5 mikrometriä. Säädettäessä teloja 55 ja 56 saadaan vapaa väli, joka on huomattavasti suurempi kuin kalvon paksuus niin, että 25 7 2 6 2 0 vain osa telan puolipalloista tunkeutuu kalyoon.

Kuvan 12 mukainen laite ei anna senlaatuista esikäsittelyä kuin kuvan 11 mukaisen menetelmän avulla saadaan, koska puolipallojen huiput eivät ole kiinni vastakkaisen pinnan ulkopinnassa, joka työstäisi, tasaisi ja kiilloittaisi metallia.

Claims (14)

1. 26 D , . , 72620
2. 1. Alumiinikalvoelektrodi, joka on sähkökondensaattoreille sopivaa laatua ja muodostuu pehmeästä, nuorrutetusta alumiinikal-voliuskasta (11), jossa on paljon erillisiä, kalvoliuskan tasosta erottuvia käyräpintaisia kuoppamaisia kohoumia (32) ja syvennyksiä (31), jolloin nämä kohoumat ja syvennykset kattavat sähkökon-densaattorin (19) käyttökelpoisen kalvonpinnan koko pituuden ja koko leveyden, tunnettu siitä, että kohoumat (32) ja syvennykset (31) ovat sen muotoisia ja sellaisella etäisyydellä toisistaan, että tasainen, oleellisesti jatkuvasti kaareva kalvonpin-ta johtaa yhdestä syvennyksestä viereiseen kohoumaan, niin että syvennyksen kannalla oleva piste ja sen viereisen kohouman kannalla oleva piste oleellisesti yhtyvät.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alumiinikalvoelektrodi, tunnettu siitä, että kohoumien ja syvennysten korkeus liikkuu alueella 3,17...9,5 ^um ja niiden pohjapinnan läpimitta on alueella 2,54...5,08 ^um.
4. 3. Kohokuviointitelat patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaisen kalvoelektrodin valmistamiseksi, tunnettu kahdesta koho-kuviointitelasta (55, 56), joiden pinnalla on kuoppamaisia kohoumia ja joiden pintojen välistä alumiinikalvoelektrodiliuska vedetään, jolloin telat on sovitettu niin, että ne ovat vapaasti pyöritettävissä ja säädettävissä toistensa suhteen ja sovitetut siten, että toisen telan kohoumat sopivat tai tarttuvat toisen telan kohoumien väliin, jolloin telojen väliin sijoitettu alumiinikalvo (37) tulee niiden kanssa kosketukseen.
5. 4. Sähkökondensaattori, jossa on sähköliittimet sisältävä kotelo ja jossa kotelossa on ainakin yksi kondensaattorirulla kytkettynä liittimiin sekä dielektristä nestettä, joka kyllästää rullan, jolloin rullassa on kaksi metallista, erilleen toisistaan sovitettua eleketrodikalvoliuskaa ja eriste niiden välissä, joka muodostuu ainoastaan tekohartsi-materiaalista ja jossa on ainakin yksi tekohartsiliuska ja että dielektrinen neste on valittu estereistä ja hiilivedyistä muodostuvasta ryhmästä, tunnettu siitä, että elektrodikalvoliuskojen pinnalla on jatkuvien tasaisten kuoppamaisten rakenteiden muodostama kuvio reunoihin saakka, että kuoppamaisten rakenteiden ansiosta ennen kelaamista rullaksi 27 72620 saadaan kalvonpaksuus, joka on 2-10-kertainen alkuperäisen kalvon-paksuuteen verrattuna ja että edelleen tekohartsiliuska sisältää polypropyleeniä, jonka ainakin toisella pinnalla on karhennettu kuvio, jotta kalvontäyttökerroin saadaan suuremmaksi kuin noin 3,0 %.
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen sähkökondensaattori, tunnettu siitä, että kuoppamaisten kuvioiden lukumäärä 2.54 cm kalvon pituutta kohti on yli 100 ja että kuoppamaisten kuvioiden korkeus on oleellisesti sama kuin niiden kannan läpimitta.
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sähkökondensaattori, tunnettu siitä, että kuoppamaisten kuvioiden lukumäärä 2.54 cm kalvon pituutta kohti on välillä 100...500.
8. 7. Patenttivaatimuksen 4, 5 tai 6 mukainen sähkökondensaattori, tunnettu siitä, että kalvon alkuperäinen paksuus on 6 ^um ja että kuoppamaisten kuvioiden ansiosta saadaan kalvonpaksuus, joka on 2-5-kertainen alkuperäiseen kalvonpaksuuteen verrattuna .
9. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 4...7 mukainen sähkökondensaattori, tunnettu siitä, että eristeessä on kaksi poly-propyleenikalvoliuskaa, joista kummassakin on yksi karhennettu ja yksi sileä pinta, jotka on sovitettu niin, että karhennettu ja sileä pinta ovat toisiaan vasten. : 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen sähkökondensaattori, tunnettu siitä, että polypropyleenikalvoliuskojen karheus * antaa kalvon täyttökertoimeksi 10...30 %.
10. 10. Jonkin patenttivaatimuksen 4...9 mukainen sähkökondensaattori, tunnettu siitä, että dielektrinen neste sisältää fenyyliksylyylietaania.
11. 11. Jonkin patenttivaatimuksen 4...9 mukainen sähkökondensaattori, tunnettu siitä, että dielektrinen neste sisältää isopropyylidifenyyliä.
12. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 4...11 mukainen sähkökondensaattori, tunnettu siitä, että kootun ja kyllästetyn kon-densaattorin täyttökerroin on 5...10 %.
13. 13. Jonkin patenttivaatimuksen 4...12 mukainen sähkökondensaattori, tunnettu siitä, että kondensaattori on tehoker- ‘roinkorjauskondensaattori, joka on mitoitettu välille 50...400 KVAR. 72620 28