|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 25 26 27 28 29 30 31 ... 33 напряжение до 100 в, используя в качестве второй обкладки тонкий слой металла, нанесенный на пленку испарением в вакууме - лакофольговые или металлолаковые конденсаторы. Развертка секции такого конденсатора показана на рис. 143, а разрез конденсатора - на рис. 144. ЛИТЕРАТУРА 1.< Кучинский г. О., Малоиндуктивный конденсатор с малыми потерями, Электричество , 1964, № 7. 2. Р е н н е В. Т., Б у т р а А. П., Поведение полистирольных конденсаторов при воздействии переменного напряжения, ЖТФ, 1954, № 11. 3. Р е н н е В. Т., Морозов М. М., Итальянское конденсаторостроение, Изв. вузов СССР - Электромеханика ,. 1960, № 9. 4. Р е н н е В. Т., Новый тип малогабаритного конденсатора -> металлолаковый, Электричество , 1960, № 4. 5. Ренне В. Т., Пленочные конденсаторы с органическим синтетическим диэлектриком, Госэнергоиздат, 1963. 6. Charlton С. В., Shen Т. Е., Plastic film dielectric capacitors, Proceed , lEE, 1962, v. 109, № 22. 7. С о z e П s J. H., Developments of plastic dielectric capacitors IRE Trans, on Сотр. Parts , 1959, v. 6, № 2. 8. Girling D. S., The coated - foil capacitor Proceed. IEE , 1962, V. 109, № 22. 9. L a m p h i e r W. C, Plastic film capacitors, Electronic World , 1965. 74, № 1. 10. New metallized polycarbonate capacitors, Bell Laboratory Record*, 1963, 41, № 9. -ГЛАВА РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ § 22. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ В электролитических конденсаторах диэлектриком служит тонкий слой оксида вентильного металла, который создается на поверхности этого металла электролитическим путем. Толщина этого слоя зависит от напряжения формовки и при малых напряжениях может быть получена менее 0,1 мк. в связи с этим при небольших рабочих напряжениях для электролитических конденсаторов можно получать высокие значения Суд. В качестве вентильных металлов при изготовлении конденсаторов ранее применялись лишь алюминий и тантал, но в последнее время удачные результаты получаются с применением ниобия и титана. Если нижний предел Up у электролитических конденсаторов снижен в сравнении с обычным, то верхний также снижен и обычно не превышает 450-550 в для алюминиевых конденсаторов и 100-150 в для танталовых. В обычных конструкциях электролитических конденсаторов второй обкладкой является электролит в жидком или пастообразном виде. Резко увеличенное сопротивление этой обкладки вызывает увеличение tgS конденсатора до величины порядка 0,1-0,2 и ухудшает температурно-частотную зависимость емкости. Поэтому обычные алюминиевые электролитические конденсаторы применялись только в цепях постоянного или выпрямленного тока и для неответственных целей. В настоящее время созданы новые конструкции электролитических конденсаторов, в которых рабочий электролит заменен твердым полупроводником MnOg, а при небольших емкостях - тонким металлическим слоем, наносимым на поверхность оксида испарением в вакууме. В этих конденсаторах tgS снижен, а температурно-частотная зависимость емкости улучшена, в результате чего можно расширить применение этих конденсаторов, особенно в аппаратуре с полупроводниковыми приборами, где требуются небольшие рабочие напряжения. § 23. ПОЛЯРНЫЕ СУХИЕ КОНДЕНСАТОРЫ Полярные сухие конденсаторы являются основным типом электролитических конденсаторов, применяемых в современной технике. Термин полярный применительно к электролитическому конденсатору обозначает, что конденсаторы рассчитаны на постоянное напряжение и требуют соблюдения определенной полярности при включении в цепь. Один определенный вывод конденсатора должен приключаться к зажиму плюс (обычно это изолированный вывод), а второй вывод - к зажиму минус (обычно это вывод от корпуса конденсатора, если последний металлический). Если конденсатор имеет два изолированных вывода, то около них должна быть сделана маркировка + и - . Основное количество выпускаемых сухих конденсаторов изготовляется из алюминия, но выпускаются также и сухие танталовые. Они обладают уменьшенным удельным объемом вследствие увеличенной е слоя TagOj и возможности применения более тонкой танталовой фольги. Электрические характеристики танталовых конденсаторов заметно улучшены в сравнении с алюминиевыми, в частности, повышена постоянная времени и ослаблена зависимость емкости и угла потерь от температуры и частоты, однако резко увеличенная цена и дефицитность тантала ограничивают их применение. Обычно при расчете конденсатора исходят из выбора толщины диэлектрика и определенного значения е. Для электролитических конденсаторов точное определение толщины диэлектрика затруднено, а в отношении величины s наиболее правдоподобными значениями можно считать: для оксида алюминия 10 и для оксида тантала 25. Практически для расчета электролитических конденсаторов пользуются не величиной е, а значениями удельной емкости Суд, рассчитанной на единицу площади анодной фольги с учетом зависимости этой величины от напряжения формовки, а также с учетом увеличения удельной поверхности анода травлением анодной фольги, если таковое предусмотрено при изготовлении рассчитываемого типа конденсатора, г. Vtp (5-1) где Суд - в мкф/см; - коэффициент формовки, мкф в/см\ kjp - коэффициент травления. Для гладкого алюминиевого анода тр = 1 и кф = (10-v- 12) мкфв1см\ щ t/ф - напряжение формовки, в. Здесь удельная емкость рассчитана на площадь анода, т. е. на его поверхность с одной стороны: %д=. (5-2) где С„ - заданная (номинальная) емкость конденсатора, мкф\ Ъ - ширина анода, см\ I - его длина, см. Верхний предел указанных значений кф соответствует более высоким значениям формовочного напряжения, порядка сотен вольт. Цдя гладкого танталового анода, в соответствии с увеличенной е оксида тантала, можно принять значения кф= 25 -~ 30. Коэффициент травления выбирается в соответствии с условиями применения конденсатора. Для конденсаторов, работающих при нижнем пределе температур до -60° С, травление вообще не производят, т. е. ктр= 1. При нижнем пределе рабочей температуры до -40° С для алюминиевых анодов обычно применяют к^р = 3-~Б (при низком напряжении выше, чем при высоком). Если конденсатор не рассчитывается на работу при низких температурах, то можно брать /гтр^бч-Ю. Травление танталоюй фольги сопряжено с трудностями и для анодов из такой фольги можно принимать тр = 1,52,5. Формовочное напряжение, входящее в формулу (5-1), выбирается с некоторым запасом по отношению к заданному при расчете номинальному рабочему напряжению Up. При рабочем напряжении ниже 50 в обычно t/ф = (1,25 ч-1,50) Up, а при рабочем напряжении выше 50 в С/ф = (1,17 ч- l,23)Lp. Следует иметь в виду, что в производстве сухих электролитических конденсаторов иногда применяется подформовка анодной фольги в растворе серной кислоты перед ее формовкой в растворе борной кислоты, создающей активный оксидный слой. При этом улучшаются характеристики конденсатора и его надежность в работе, но величина Суд, полученная по формуле (5-1), снижается на 10-20%. Значения Суд, а соответственно и значения площади анода, которые можно найти по формуле (5-2), подлежат уточнению путем изготовления опытных конденсаторов, полученных на основе предварительного расчета. Вычислив Суд и задавшись шириной анодной фольги, по формуле (5-2) можно найти длину анодной фольги = -А- (5-3) Анодная алюминиевая фольга может иметь толщину 0,05; 0,08; 0,10; 0,12 и 0,15 мм, танталовая - до 0,01 - 0,015 мм. Увеличенные значения толщины фольги выбираются при повышенных значениях рабочего напряжения и коэффициента травления. Алюминиевая фольга изготовляется шириной от 10 до 85 мм. Ширина танталовой фольги обычно берется небольшой, так как номинальная емкость у танталовых конденсаторов обычно меньше, чем у алюминиевых. При расчете расхода фольги для алюминия можно принять удельный вес 2,7 е/сж, а для тантала 16,6 г1см. Волокнистым материалом, несущим рабочий электролит, в сухих конденсаторах является бумага толщиной 25-30, 50-60 и 80-100 мк с объемным весом соответственно 0,7; 0,6; 0,55 г1см; реже применяется ткань (перкаль, батист или вольта) с минимальной толщиной 110- 120 мк. При малых напряжениях применяют также обычную конденсаторную бумагу КОН-1 толщиной 10-12 мк. Ширину катодной фольги обычно принимают на 2-3 мм больше ширины анодной, ширина волокнистой прокладки берется на 6-8 мм больше ширины анода. Число слоев бумаги в волокнистой прокладке и ее общая толщина зависят от рабочего напряжения (табл. 38). При использовании ткани прокладка применяется в один слой для напряжений до 300 в (включительно) и в два слоя при более высоких напряжениях. При намотке секций электролитических сухих конденсаторов сначала дается 2 холостых витка (без анодной Таблица 38 Толщина бумажных прокладок в сухих коидеисаторах
И катодной фольги). Заканчивается намотка 1-2 витками катодной фольги, затрудняющей проникновение внутрь секций ионов загрязнений из залиючной массы, После пропитки рабочим электролитом секцию обертывают конденсаторной или кабельной бумагой и вставляют в алюминиевый цилиндрический корпус. В корпусе секцию иногда заливают защитной залиючной массой, обычно сплавом битума с нефтяным маслом, имеющим температуру размягчения порядка 80- 85° С. Торец секции должен быть покрыт слоем массы толщиной несколько миллиметров; между поверхностью массы и изоляционной крышкой должен быть оставлен буферный юздушный слой толщиной 5-8 мм. Анодный вывод секции приклепывается к алюминиевому пистону, вапрессованному в изоляционную крышку; одновременно закрепляется и внешний контактный лепесток. Катодный вывод прижимается крышкой и резиноюй шайбой к корпусу при закатке, закрепляющей крышку. Электролитические конденсаторы рассматриваемого типа применяются преимущественно как фильтровые конденсаторы в выпрямительной части радиоаппаратуры с питанием от сети переменного тока, а потому, кроме юздействия постоянной составляющей напряжения, подвергаются также воздействию переменной составляющей, которая может вызвать заметный нагрев конденсатора вследствие большого значения угла потерь. В связи с этим полезно определить температуру, возникающую внутри конденсатора в заданных условиях его работы. По данным Л. Н. Закгейма для определения температуры на оси секции, т. е. максимальной температуры внутри конденсатора, можно юспользоваться формулой (5-4) * Вывод формул (5-4) и (5-6) приведен в книге Л. Н. Закгейма [1], а.потому здесь не излагается. где Дс - высота секции, см; Го - наружный радиус секции, см; Г1 -внутренний радиус корпуса, см; Г2 - наружный радиус корпуса, см; к - коэффициент теплопроводности материала секции; А,1 - коэффициент теплопроводности в слое от Гд до ri; %2 - коэффициент теплопроводности материала корпуса (значения \ A,i и А. в вт1см град); Ра - потери в конденсаторе, вт; At - перепад температуры на наружной поверхности корпуса, град. Величину Ра можно найти как сумму потерь, вызываемых постоянной и переменной составляющими напряжения, приложенного к конденсатору, Ра = + со CUltgd, . (5-5) где / - ток утечки; а; f/ - постоянное напряжение, в; f/ - действующее значение составляющей переменного напряжения, в; С - емкость конденсатора, ф; (В = 2л/, f - частота, гц; tgb - тангенс угла потерь KOHfleHcaTopa . Перепад температуры можно найти по формуле At== (5-6) где d - диаметр корпуса конденсатора (удвоенное значение гг), см; Р и 7 - постоянные коэффициенты в формуле для вычисления коэффициента теплоотдачи цилиндрических тел . (5-7) При горизонтальном расположении цилиндра р == 1, Y = 3,46~*, а при вертикальном расположении р находится по криюй на рис. 145 в зависимости от высоты цилиндра Л, = 3,31 10~*. Указанные значения р и соответствуют значениям а, выраженным в amiсм-град. При расчете алюминиевых сухих конденсаторов можно использовать следующие значения коэффициентов теплопроводности в формуле (5-4): для материала секции конденсатора К = 3 1(Г' вт/смград; для материала корпуса <алюминий) Я,г = 2,03вт/см-град; при зазоре между секцией и корпусом с заливкой (битум) Я,1 =1,4-1СГ вт/см град (при отсутствии заливки для тонкого слоя воздуха К = =0,22-10- вт/см град). При вычислении Ра по формуле (5-5) рекомендуется принимать значения тока утечки и tgS, максимально допускаемые действующими нормами. i5 3.0 Z5 /5 /.2 / 3 4 5 6 в 10 15 20 Рис. 145. График к тепловому расчету электролитического конденсатора. 30 40 /).см Пример. Рассчитать сухой алюминиевый полярный конденсатор на рабочее напряжение 450 в, емкостью 20 мкф группы М (нижний предел температуры - 40° С) при максимальном значении переменной составляющей напряжения, равной 10% от номинального напряжения постоянного тока. Принимаем формовочное напряжение 550 в (на 22% выше номинального рабочего). Поскольку нижний предел температуры равен -40° С, можно использовать травление фольги; принимаем А^р=.4. Коэффициент формовки берем на верхнем пределе кф - 12 мкф е/сж*, но, учитывая применение подформовкн для повышения качества конденсаторов, снижаем это значение на 20%, получая = 10 мкф в/см. По формуле (5-1) находим удельную емкость анода 10 4 = 0.073 мкф1см. Выбираем ширину анодной фольги 40 мм и толщину 0,1 мм. Длину ф)льги в конденсаторе определяем по формуле (5-3) 20 0.073 4 = 67.5 см. Катодную фольгу берем шириной 40+ 2= 42 мм и толщиной 0,01 мм. Принимаем волокнистую прокладку из бумаги согласно табл. 38 в два слоя по 100 мк, в сумме 200 жк; или 0,2 мм. Ширину бумаги берем равной 40 + 6 = 46 мм. Для определения наружйого диаметра секции и числа витков определим сечение секции, перпендикулярное ее оси (рис. 146). Толщина секции, развернутой в ленту, определится толщиной анодной и катодной фольги и двойной толщиной прокладки, т. е. будет равна 0,10 + 0,01 + 2 0,2 = 0,51 мм. Длина анода равна 67,5 см, но длина всей ленты в секции будет больше за счет холостых витков бумаги в начале и в конце секции {удлинение за счет добавочных витков катодной фольги в конце намотки не учитываем). При диаметре оправки 3 мм длина двух витков в начале намотки тс 2 0,3 = 1,9 см; длину одного холостого витка в конце намотки принимаем ориентировочно л 2 6,3 см. Тогда длина ленты €7,5+ 1,9+ 6,3= 57,7 см, сечение секции 75,7 0,051 = 3,86 см. Диаметр секции определяется сечением секции плюс сечение отверстия, образованного при снятии с оправки, 0,25 -к 0,3 = 0,07 см, общая площадь сечения 3,86-Ь + 0,07 = 3,93 сл. Наруж-ный диаметр при таком сечении Л=2/33 : 2,24 см = 22,4 мм.  Рис. 146. К расчету поперечного сечения секции. Разность наружного радиуса и . радиуса оправки составит 11,2 - 1,5 = 9,7 мм: Если отнять толщину трех холостых витков бумаги по 0,2 мм, то останется 9,7 - 0,6 == 9,1 мм. На этом расстоянии дожно разместиться w витков толщиной по 0,51 мм. Тогда ю = 9,1 : 0,51 18. С округлением принимаем наружный диаметр секции 23 мм; высота ее равна 43 мм. Схема развертки секции показана на рис. 147. При подсчете нысоты корпуса надо учесть запасы по высоте на превышение уровня заливки над уровнем торца секции, на воздушный буферный слой, на толщину изоляционной крышки и на ее закатку  Рис. 147. Схема развертки секции сухого конденсатора. в корпусе. Принимаем толщину гетинаксовой крышки Ъ мм v. считаем, что на закатку требуется оставить 2 мм. Превышение заливки берем на 5 ллг и воздушный слой 8 мм. Тогда получим высоту корпуса 46 + + 3+ 2+ 5+ 8= 64 мм; округляем до 65 мм. Внутренний диаметр корпуса берем ка 2 мм больше диаметра секции; с учетом толщины стенОк корпуса по 0,5 мм получаем наружный диаметр корпуса 23 + 2 + 1 = 26 мм. По ГОСТ 5561-50 конденсатор КЭ группы М на 20 мкф к 450 в имеет высоту мм я диаметр 35 мм. Это обусловлено тем, что в период выпуска ГОСТ применялись меньшие значения коэффициентов травления и корпуса подбирались с излишним запасом. В корпусе с диаметром 26 мм по ГОСТ предусматривался! конденсатор емкостью 10 мкф при напряжении 450 е. Проверим нагрев конденсатора в рабочих условиях, предполагая, что он будет залит битумным компаундом. В данном случае размеры корпуса и секции составляют: го= 1,15 см; ri = 1,25 сж; = 1,30 см; Д = 4,6 см; d= 2,6 см. Температуру окружающей среды принимаем равной 60° С, т. е. верхнему пределу рабочей температуры для конденсаторов КЭ. Допускаемый ток утечки по А ГОСТ для данного конденсатора при 60° С не должен превышать / = 0,3CU 10~s+ 4-0,1 = 0,320 450-10-+ 0,1 = 2,8жо или 2,8 -10 3 д. Тангенс угла потерь должен быть не выше 0,10. Частоту переменной составляющей напряжения берем равной 50 гц. Величина действующего значения этой состав- ляющей = yY = 31,8 е. По формуле (5-5) находим потери Яд = 2,8 10- . 450+2 7t-50 - 20 х X 10-е.31,82 . 0,1 = 1,26 + 0,64 = 1,90 вт. При h = 4,3 см и вертикальном расположении конденсатора по рис. 145 находим Р = 3,3. Приняв 7 = 3,31 - 10-*, по формуле (5-6) находим  Рис. 148. Сухой электролитический конденсатор КЭ-М (450 в, 20 мкф): 1 - секция; 2 - корпус, алюминий; 3 - заливка, битум; 4 - прокладка, резина; б - крышка, гетииакс; 6 -шайба; 7 - лепесток; 8 - заклепка; 9 - вывод катода; 10 - вывод аиода. л-3.3-331-Ю-*. (2,6) --4,6 = 28.6° С. Определив температуру перегрева на поверхности корпуса ht и приняв температуру окружающей среды t = &)°C, по (формуле (5-4) определяем максимальную температуру внутри конденсатора мако 1.32.03- 1,4 I0-s . 60 + 28.6 + 2.03 1.4 Ю- д Д'о^з) = 88-6 + 17.6 = 106.2° С. 1п 1.25 + 2.3 Ю-* Температура внутри корпуса конденсатора получилась достаточно высокой и приближающейся к температуре варки электролита (139° С). Однако этот результат не следует считать опасным, как это кажется на первый взгляд. Действительно, в данном случае основную часть 1 ... 25 26 27 28 29 30 31 ... 33 |