ITVA20120017A1 - POST-FORMATION CURRENT CURRENT PROCESS IN THE PRODUCTION OF ELECTROLYTIC CONDENSERS FOR THE STARTING OF SINGLE-PHASE ELECTRIC CURRENT MOTORS - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
PROCESSO DI POST-FORMAZIONE IN CORRENTE CONTINUA NELLA PRODUZIONE DI CONDENSATORI ELETTROLITICI PER AVVIAMENTO DI MOTORI ELETTRICI MONOFASE IN CORRENTE ALTERNATA. POST-TRAINING PROCESS IN DIRECT CURRENT IN THE PRODUCTION OF ELECTROLYTIC CAPACITORS FOR STARTING SINGLE-PHASE ELECTRIC MOTORS IN ALTERNATING CURRENT.
Il perchà ̈ della postformazione. The reason for post-training.
E' noto che in un condensatore elettrolitico, l'elettrodo positivo (Anodo) à ̈ costituito da un metallo (es. Alluminio, perchà ̈ con alta costante dielettrica e basso peso specifico) sul quale, mediante una soluzione elettrolitica adeguata (Elettrolita di formazione, da non confondere con l'Elettrolita di impregnazione), durante un processo cosiddetto di "Formazione" ( o Anodizzazione o Film Forming), viene creato uno strato (film) di A1203 (ossido di alluminio) con elevate proprietà dielettriche. It is known that in an electrolytic capacitor, the positive electrode (Anode) is made up of a metal (eg Aluminum, because it has a high dielectric constant and low specific weight) on which, by means of an adequate electrolytic solution (Forming electrolyte , not to be confused with the impregnation electrolyte), during a so-called "Forming" process (or Anodizing or Film Forming), a layer (film) of A1203 (aluminum oxide) with high dielectric properties is created.
Con questo procedimento si possono ottenere diverse strutture del film di ossido: le strutture cristalline che hanno alta densità e alte proprietà dielettriche e le strutture porose (quindi non adatte come dielettrico). Tali strutture porose sono però utili come protezione meccanica del sottilissimo strato cristallino particolarmente vulnerabile (si pensi che per un condensatore elettrolitico a 300 Volt tale strato ha uno spessore di circa 0,5 micron). With this procedure it is possible to obtain different structures of the oxide film: the crystalline structures which have high density and high dielectric properties and the porous structures (therefore not suitable as dielectric). However, these porous structures are useful as mechanical protection of the very thin crystalline layer which is particularly vulnerable (consider that for a 300 Volt electrolytic capacitor this layer has a thickness of about 0.5 microns).
L'elettrodo negativo (Catodo) del condensatore elettrolitico à ̈ invece in pratica costituito dall'Elettrolita di impregnazione che viene in contatto, attraverso lo strato poroso del film di Ossido di Alluminio, con la struttura cristallina dell'anodo, che viene connesso al terminale positivo del condensatore. Il nastro di Alluminio che viene impropriamente chiamato "Catodo" à ̈ praticamente solo una connessione che trasmette il potenziale del terminale negativo del condensatore all'elettrolita di impregnazione (detto anche, per questo motivo "operativo").Nella fase di "Avvolgitura", quando i 2 nastri di alluminio e le carte vengono avvolti insieme a formare l'elemento cilindrico, possono aversi piccole rotture nello strato di ossido, di conseguenza l'elettrolita di impregnazione viene in contatto elettrico con parti della superficie dell'anodo non protette a causa di questi microscopici danneggiamenti. Un'altra causa di danneggiamento dello strato di ossido, sempre nella fase di avvolgitura, può essere dovuta all'operazione di posizionamento della connessione dell'anodo (bandella) che avviene di solito per cianfrinatura o saldatura a freddo con notevole stress meccanico dello strato dielettrico che quindi deve in seguito essere "riparato ".Quando un condensatore elettrolitico, dopo l'impregnazione, viene connesso ad un generatore di tensione, compare una "corrente di fuga" di valore molto alto, spiegabile con gli effetti sopra descritti. Tale corrente può derivare anche da un altro motivo e cioà ̈ dall'incompleta anodizzazione della connessione terminale positivo-nastro anodico (la bandella di cui sopra) e similmente anche dei bordi del nastro anodico quando questo viene ottenuto tagliando le bobine da avvolgere da una bobina madre più larga (le superfici superiore ed inferiore del cilindro avvolto non sono ossidate). The negative electrode (cathode) of the electrolytic capacitor is instead in practice constituted by the impregnation electrolyte which comes into contact, through the porous layer of the aluminum oxide film, with the crystalline structure of the anode, which is connected to the terminal positive of the capacitor. The aluminum tape that is improperly called "Cathode" is practically only a connection that transmits the potential of the negative terminal of the capacitor to the impregnation electrolyte (also called, for this reason "operational"). In the "Winding" phase, when the 2 aluminum strips and the papers are wound together to form the cylindrical element, small breaks may occur in the oxide layer, consequently the impregnation electrolyte comes into electrical contact with unprotected parts of the anode surface due to of these microscopic damages. Another cause of damage to the oxide layer, always in the winding phase, may be due to the positioning operation of the anode connection (strip) which usually occurs by crimping or cold welding with considerable mechanical stress on the dielectric layer. which therefore must subsequently be "repaired". When an electrolytic capacitor, after impregnation, is connected to a voltage generator, a very high "leakage current" appears, which can be explained by the effects described above. This current can also derive from another reason and that is from the incomplete anodization of the positive terminal-anode tape connection (the aforementioned strip) and similarly also of the edges of the anode tape when this is obtained by cutting the coils to be wound from a reel. wider mother (the upper and lower surfaces of the wound cylinder are not oxidized).
Un condensatore elettrolitico per essere efficiente, dopo l'impregnazione deve essere soggetto ad un ulteriore trattamento, detto "Post-formazione" che serve a riparare e o a completare l'integrità del film di ossido dielettrico di modo che la corrente di fuga venga ridotta ad un valore accettabile. Durante questo processo, molecole di ossigeno provenienti dall'elettrolita di impregnazione, raggiungono l'anodo formando, con le molecole di alluminio, l’ossido di alluminio AL203 che "ripara" i danni provocati dalle cause dette prima e completa l'ossidazione anodica delle parti del condensatore non anodizzate. Processo di post-formazione An electrolytic capacitor to be efficient, after impregnation must be subjected to a further treatment, called "Post-formation" which serves to repair and or to complete the integrity of the dielectric oxide film so that the leakage current is reduced to a acceptable value. During this process, oxygen molecules from the impregnation electrolyte reach the anode forming, with the aluminum molecules, the aluminum oxide AL203 which "repairs" the damage caused by the above-mentioned causes and completes the anodic oxidation. of the non-anodized parts of the condenser. Post-training process
E’ noto che i costruttori di condensatori elettrolitici, per effettuare la postformazione del condensatore, applicano una tensione alternata o una tensione continua. Nel sistema a corrente continua, la tensione viene applicata agli elettrodi da formare con diverse forme d’onda, limitando la corrente di formazione tramite un resistore posto in serie al generatore. It is known that the manufacturers of electrolytic capacitors, to carry out the postformation of the capacitor, apply an alternating voltage or a direct voltage. In the direct current system, the voltage is applied to the electrodes to be formed with different wave forms, limiting the formation current by means of a resistor placed in series with the generator.
Tale processo viene ripetuto più volte con incremento della tensione a gradini e alternando il ciclo di carica a un ciclo di scarica su un resistore diverso o uguale a quello utilizzato per limitare la corrente di carica. Questo procedimento à ̈ descritto nella pubblicazione di brevetto GB-A1220555. This process is repeated several times with increasing the voltage in steps and alternating the charge cycle with a discharge cycle on a resistor different or equal to the one used to limit the charge current. This process is described in patent publication GB-A1220555.
Questo tipo di processo viene utilizzato anche per formare i condensatori elettrolitici Motor-start utilizzati in tensione alternata applicando una tensione continua a gradini con in serie al generatore un resistore di limitazione della corrente, prima collegando il polo positivo del generatore ad un elettrodo e, dopo averlo scaricato, collegando il polo positivo del generatore all’altro elettrodo. Queste operazioni si effettuano ad ogni gradino, per raggiungere alla fine dei vari cicli di carica e scarica la tensione di ossidazione degli elettrodi e di conseguenza il termine del ciclo completo di post-formazione. I tempi di questo procedimento sono lunghi in quanto il resistore di limitazione della corrente rallenta notevolmente il processo di ossidazione e perciò risulta difficoltoso inserirlo su linee automatiche. This type of process is also used to form the Motor-start electrolytic capacitors used in alternating voltage by applying a step DC voltage with a current limiting resistor in series to the generator, first by connecting the positive pole of the generator to an electrode and, after have discharged it, connecting the positive pole of the generator to the other electrode. These operations are carried out at each step, to reach at the end of the various charge and discharge cycles the oxidation voltage of the electrodes and consequently the end of the complete post-training cycle. The times of this procedure are long as the current limiting resistor considerably slows down the oxidation process and therefore it is difficult to insert it on automatic lines.
Innovazione Tecnica Technical Innovation
L’invenzione in oggetto permette di realizzare la post-formazione in corrente continua direttamente in linea su macchine semi automatiche o automatiche con tempi molto brevi, da 2 a 6 secondi, evitando un surriscaldamento eccessivo del condensatore (circa 10°C) e tale da permettere sulla stessa linea, la possibilità di effettuare subito dopo la post-formazione il collaudo ed altre lavorazioni, ad esempio la timbratura, l’applicazione dei cavetti, della resistenza, del coperchio ed anche il confezionamento. The invention in question allows to carry out the post-formation in direct current directly in line on semi-automatic or automatic machines with very short times, from 2 to 6 seconds, avoiding excessive overheating of the condenser (about 10 ° C) and such to allow on the same line, the possibility of carrying out testing and other processes immediately after post-training, such as stamping, the application of the cables, the resistance, the lid and also the packaging.
I vantaggi di una post-formazione come quella oggetto dell’invenzione, rispetto ad altri metodi conosciuti (es. post-formazione in corrente alternata) sono soprattutto: The advantages of a post-training such as the one object of the invention, compared to other known methods (eg post-training in alternating current) are above all:
1. La possibilità , operando a temperatura ambiente, di collaudare il condensatore immediatamente dopo la sua post-formazione senza attenere i tempi lunghi del raffreddamento, misurando quindi valori reali di capacità e di angolo di perdita. Da ciò la possibilità di eseguire le due fasi lavorative (post-formazione e collaudo) l’una di seguito all’altra su una stessa linea o macchina. Ciò si traduce in evidente risparmio sui tempi di produzione. 1. The possibility, operating at room temperature, to test the condenser immediately after its post-formation without observing the long cooling times, thus measuring real values of capacitance and loss angle. This gives the possibility to carry out the two working phases (post-training and testing) one after the other on the same line or machine. This translates into evident savings on production times.
2. Con la post-formazione in corrente continua, che à ̈ a freddo, il condensatore non subisce alcuno stress termico come accade invece nella formazione in corrente alternata, in cui si genera un forte calore che può portare ad effetti indesiderati sull’elemento, quali: perdita di elettrolita, essicamento, fuoriuscita della valvola disinserita. 2. With the post-formation in direct current, which is cold, the capacitor does not undergo any thermal stress as happens instead in the formation in alternating current, in which a strong heat is generated which can lead to undesirable effects on the element , such as: electrolyte loss, drying, leakage of the disconnected valve.
Descrizione dell’invenzione applicabile a linee o macchine semiautomatiche e automatiche Description of the invention applicable to semiautomatic and automatic lines or machines
Al condensatore da formare viene applicata direttamente una tensione continua che può avere varie forme d’onda (a dente di sega, quadra, triangolare o tonda) senza che tra il generatore e il condensatore vi sia alcun resistore o altro elemento che ne limiti la corrente, come nei processi già noti. A direct voltage is directly applied to the capacitor to be formed which can have various wave shapes (sawtooth, square, triangular or round) without any resistor or other element limiting its capacity between the generator and the capacitor. current, as in the processes already known.
Il generatore deve avere una potenza sufficiente da erogare tutta la corrente richiesta dall’elettrodo da formare e questo permette di raggiungere la tensione di ossidazione in tempi molto brevi (tra 2 e 6 secondi) e il valore della tensione applicata (tensione di ossidazione) à ̈ lo stesso che viene dichiarato nelle schede di prodotto fomite dai produttori di alluminio. The generator must have sufficient power to deliver all the current required by the electrode to be formed and this allows the oxidation voltage to be reached in a very short time (between 2 and 6 seconds) and the value of the applied voltage (oxidation voltage) It is the same that is declared in the product sheets supplied by the aluminum producers.
Il procedimento può essere eseguito anche applicando la tensione continua a gradini (2 o più) fino al raggiungimento della tensione di ossidazione, e anche in questo caso nessun resistore o altro elemento che possa limitare la corrente erogata dal generatore deve essere inserito nel circuito. The procedure can also be performed by applying the direct voltage in steps (2 or more) until the oxidation voltage is reached, and also in this case no resistor or other element that can limit the current supplied by the generator must be inserted in the circuit.
Un resistore deve essere collegato in parallelo ai morsetti del condensatore da formare, anche durante l’applicazione della tensione. Questo serve ad evitare che picchi di tensione troppo elevati possano verificarsi durante la fase di formazione o al momento dell’ inserzione, rischiando di danneggiare il processo di formazione degli elettrodi vista la velocità con il quale esso avviene. Lo stesso resistore permette la scarica dopo che viene tolta la tensione di formazione e il suo valore deve essere calcolato tenendo in considerazione che al termine del ciclo non deve rimanere sui morsetti del condensatore una tensione residua superiore a 50 Volt. La sua potenza deve essere adeguata a sopportare le tensioni e le correnti in gioco in base al tipo di condensatore (capacità e tensione) da formare.Tale procedimento deve essere eseguito almeno due volte, invertendo la polarità sui morsetti del condensatore per permettere la post-formazione di entrambi gli elettrodi. A resistor must be connected in parallel to the terminals of the capacitor to be formed, even when applying voltage. This is to prevent too high voltage peaks from occurring during the formation phase or at the moment of insertion, risking to damage the process of formation of the electrodes given the speed with which it occurs. The same resistor allows the discharge after the formation voltage is removed and its value must be calculated taking into account that at the end of the cycle a residual voltage higher than 50 Volt must not remain on the capacitor terminals. Its power must be adequate to withstand the voltages and currents involved according to the type of capacitor (capacity and voltage) to be formed.This procedure must be carried out at least twice, inverting the polarity on the capacitor terminals to allow formation of both electrodes.
Il processo sopra descritto, à ̈ molto veloce poiché privo di elementi, resistori o altro, che limitano la corrente erogata dal generatore; questa caratteristica permette di evidenziare eventuali difettosità costruttive degli elementi capacitivi o dell’ alluminio degli elettrodi in quanto le correnti in gioco al momento dell’inserzione sono molto elevate. Ciò consente oltretutto, di eliminare dalla produzione tutti quei condensatori che presentino anche le più piccole imperfezioni o difettosità . The process described above is very fast as it has no elements, resistors or other, which limit the current delivered by the generator; this feature allows to highlight any constructive defects of the capacitive elements or of the aluminum of the electrodes as the currents involved at the moment of insertion are very high. Moreover, this allows to eliminate from the production all those capacitors that present even the smallest imperfections or defects.
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