Главная » Мануалы

1 ... 26 27 28 29 30 31 32 33

потерь при расчете составили потери от тока утечки, который приняли равным значению, максимально допускаемому по нормам прн измерении тока утечкн после выдержки конденсатора под напряжением в течение 5 мин.

В действительности ток утечки, во-первых, ниже максимально допускаемого значения, а во-вторых, спадает со временем и при длительной работе будет значительно меньше, чем при измерении с выдержкой 5 мин. Фактически потери будут раза в 3 меньше расчетного значения и температура перегрева соответственно снизится примерно в таком же отношении. При этом температура внутри конденсатора не будет превышать 75° С, что можно считать допустимым.

Готовый конденсатор показан на рис. 148.

§ 24. НЕПОЛЯРНЫЕ СУХИЕ КОНДЕНСАТОРЫ

В схемах с питанием от постоянного тока, где можно случайно переменить полярность, следует использовать еполярные электролитические конденсаторы, которые изготовляются подобно обычным полярным электролитическим конденсаторам сухого типа, но с двумя анодами (вместо катодной фольги используется вторая анодная фольга, покрытая таким же слоем оксида, как и первый анод). Емкость конденсатора при этом уменьшается в 2 раза, так как последовательно включаются две одинаковые емкости, соответствующие оксидным слоям на каждом из анодов.

Такой неполярный конденсатор выгоднее, чем система из двух обычных конденсаторов, включенных встречно последовательно, так как имеет меньший объем. Действительно, секции двух полярных конденсаторов будут намотаны из двух анодов, четырех волокнистых прокладок и двух катодов. В неполярном конденсаторе используется только два анода и две волокнистых прокладки.

Рассчитывается такой неполярный конденсатор аналогично полярному. Различие только в том, что при определении размеров анода надо учесть снижение удельной емкости в 2 раза.

Неполярный конденсатор в принципе может работать и при переменном токе, так как при изменении знака напряжения выключается из работы один анод и включается другой, что обеспечивает сохранение небольшой величины тока утечки. Однако нормальному применению подобных конденсаторов в цепи переменного тока мешают их большие потери, вызывающие чрезмерный перегрев конденсатора. В связи с этим электролитический

неполярный конденсатор, пригодный для длительной работы при переменном напряжении, можно изготовить лишь с небольшими значениями номинального напряжения, порядка нескольких десятков вольт, при которых абсолютная величина потерь относительно мала.

На переменное напряжение порядка ПО-120 в (50 гф электролитические конденсаторы можно изготовить лишь для кратковременного включения в сеть, что,бы конденсатор успевал охладиться до нормальной температуры после разогрева в период включения. Конденсаторы такого типа применяются для пуска однофазных электродвигателей небольшой мощности и называются пусковыми, или стартер-ными.

При расчете такого конденсатора выбор напряжения формовки для анодов основывается на величине амплитудного значения рабочего напряжения с обычным запасом. Для вычисления f/ф можно воспользоваться формулой

{/ф= 1,15/2 f/p, (5-8)

где f/p - действующее значение рабочего напряжения переменного тока, на которое рассчитывается конденсатор.

Поскольку конденсаторы данного типа обычно не предназначаются для работы при низких температурах, а требования в смысле уменьшения габаритов к ним предъявляются жесткие, .при изготовлении этих конденсаторов следует использовать травленую фольгу с большим коэффициентом травления; в формуле (5-1) можно принять kp = 5-т-6. Учитывая наличие двух анодов, включенных последовательно, величину кф надо уменьшить в 2 раза.

Для уменьшения потерь в пусковых электролитических конденсаторах желательно максимально уменьшить сопротивление волокнистой прокладки, включенное последовательно с емкостями оксидных слоев. Это сопротивление определяется формулой

пр-Р^Ч. (5-9)

где р - удельное сопротивление электролита, ом см, dnp - толщина прокладки, см; S - площадь анода, см; Ф - коэффициент проницаемости прокладки.

Таким образом, для снижения потерь надо применять рабочий электролит с пониженным р, уменьшать толщину прокладки и ф. Меньшее значение dnp можно получить, применяя бумагу, но она обладает относительно большим значением ф, в 5-6 раз больше, чем для ткани типа марли. Поэтому, хотя ткань имеет несколько большую толщину, чем бумага, ее целесообразно применять в пусковых конденсаторах, так как снижение ф перекрывает увеличение толщины и в результате сопротивление прокладки из ткани будет меньше, чем прокладки из бумаги при одном и том же значении удельного сопротивления электролита.

В остальном расчет и конструирование электролитических пусковых неполярных конденсаторов переменного тока не отличается от расчета обычных полярных сухих конденсаторов.

§ 25. ЖИДКОСТНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Электролитические алюминиевые конденсаторы, залитые жидким электролитом (жидкостные или мокрые), в настоящее время практически вышли из употребления и поэтому их расчет можно не рассматривать. В настоящее время начинает широко применяться новый тип электролитического жидкостного конденсатора - танталовый с объемно-пористым анодом, изготовленный спеканием из порошка тантала (конденсатор типа ЭТО). В расчете этого конденсатора основным является определение размеров анода, остальные размеры выбираются из конструктивных соображений. Рассмотрим кратко расчет такого анода, предложенный Л. Н. Закгеймом.

Представим себе спеченный анод в виде таблетки высотой h и площадью основания S, составленной из п слоев зерен порошка тантала (по высоте); предположим, что эти зерна - одинаковые шарики радиусом г, уложенные в каждом слое максимально плотно и образующие между собой точечные контакты. Число слоев таких зерен по высоте таблетки

п = . (5-10)

Число всех зерен в одном слое

. = (5-11)

Общая поверхность всех N зёрен в одном слое

5зфф = 4irrW = irS. (5-12)-

Учитывая, что толщина слоя оксида тантала на каждом зерне (шарике) очень мала, можно рассчитать емкость одного слоя зерен, как емкость плоского конденсатора, в котором площадью является суммарная поверхность всех зерен в слое, а толщиной диэлектрика - толщина слоя оксида тантала:

С = 0,0885 =0,885ir, (5-13)

где С - в пф, если S - в см и d - в см.

Емкость анода в целом можно представить как сумму емкостей всех п слоев, следовательно,

Са = 0,08857г^ =0,139. (5-14)

В данной формуле использовано значение п из формулы (5-10). Толщину слоя оксида тантала можно найти из выражения

d= 1,68 lO-f/фСж, (5-15)

где f/ф - формовочное напряжение, в.

Диэлектрическую проницаемость оксида тантала можно принять е = 25.

Подставив значение d по формуле (5-15) в выражение (5-14), получим, если перейти к выражению С в мкф, а не пф,

. Са = 0,83 ;-g= 0,83. (5-16).

Отсюда объем объемно-пористого анода можно найти по формуле

Уа = 1,2сжз. (5-17)

Уменьшая радиус зерен г, можно при заданном значении емкости снизить необходимый объем анода. Однако в этом случае, чтобы обеспечить точечный контакт между зернами, надо снижать температуру спекания, а это нежелательно,

так как ослабляется процесс выгорания примесей, имеющихся в тантале, и возрастает ток утечки. Оптимальные результаты получаются, если применять порошок с диаметром зерен порядка десятков микрон.

Зная размеры зерен порошка, который можно использовать (величину г), и выбрав формовочное напряжение Уф в соответствии с заданным рабочим напряжением конденсатора, по формуле (5-17) находим объем анода и, задавшись его высотой Л, определяем площадь основанияS, а следовательно, и диаметр анодной таблетки. Остальные размеры конденсатора устанавливаются конструктивно.

Пример. Рассчитать жидкостный танталовый конденсатор с объемно-пористым анодом на рабочее напряжение 30 в емкостью 10 мкф.

Принимаем формовочное напряжение примерно на 30% выше рабочего:

6ф= 1,3 6fp= 1,3 30 к 40.в.

По формуле (5-17) находим объем анода, предполагая, что среднее значение радиуса зерен составляет 25 л л; (25 10 * см),

, 10-25 - 10-* - 40 . .

Vg = 1.2-25-= см.

Выбираем толщину таблетки 0,3 см н находим ее диаметр, определив предварительно площадь основания

=16-10-с.2.

Диаметр таблетки

D = 0,1 = 0,45 см.

Полученные размеры таблетки соответствуют принятым сейчас на производстве для первого, наименьшего, габарита конденсаторов типа ЭТО. Для второго габарита применяются таблетки с диаметром 14,6 мм и толщиной 3 мм.

Конструктивный чертеж конденсатора типа ЭТО показан на рис. 149. На нем введены следующие обозначения: / - таблетка (спеченный анод). Он крепится на стержне 2, приваренном к танталовой пластинке (кружку) 5; с другой стороны пластинки приварен выводной проюдник 4, другой выводной проводник 9 приварен к дну стального корпуса 7. В стальной корпус вставлен тонкостенный серебря-

ValO 592 289

ный корпус 8, поскольку в конденсаторе используется агрессивный электролит - серная кислота. Для уплотнения служит резиновая шайба 6 из специальной нагрево-стойкой и химически стойкой резины. На эту шайбу ложится край танталовой пластинки 3 и выступающий край пластмассовой шайбы 5, отпрессованной из нагревостойкой пластмассы марки АГ-4.

	-0/2-

Рнс. 149. Танталовый объемно-пористый конденсатор типа

ЭТО (30 в, 10 мкф).

Для изготовления танталовых жидкостных конденсаторов на большое напряжение можно использовать принцип последовательного соединения элементов. Для этого берут нужное число элементарных конденсаторов, подобных изображенному на рис. 149, помещают один над другим в общий цилиндрический корпус и соединяют последовательно. Рабочее напряжение для одного элемента берется равным 90 в при рабочей температуре до 70° С. При более высоких

температурах Up на каждый элемент снижается: при 100° С его принимают равным 70 в, а при 200°С - 35 в.

Формовочное напряжение для анодов таких элементов принимается равным 120 в.

ЛИТЕРАТУРА

1. 3 а к г е й м Л. Н., Тепловой расчет электролитического конденсатора, ЖТФ, 1940, X, № 21.

2. 3 а к г е й м Л. Н., Расчет плоского анода танталового объемно-пористого конденсатора, ЖТФ, 1957, XXVII, .№ 8.

3. 3 а к г е й м Л. Н., Электролитические конденсаторы, Госэнергоиздат, 1963.

4. Л е р н е р М. М., Конденсаторы на основе оксидной изоляции, Итоги науки и техники, электротехнические материалы, конденсаторы, провода и кабели , Инст. Н. И. АН СССР, 1964.

5. Vergnolle J., Condensatears an tantale a forte charge et a haute tension, Londe eleetuque , 1965, 45, № 462.

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ С ГАЗООБРАЗНЫМ И ЖИДКИМ ДИЭЛЕКТРИКОМ

§ 26. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ

Газообразный и жидкий диэлектрики в отличие от твер-,дого не могут служить опорой для обкладок и обеспечивать определенную величину зазора между ними. Поэтому, если в конденсаторе в качестве диэлектрика используется газ или жидкость, то в его конструкции необходимо предусматривать детали из твердого электроизоляционного материала, с помощью которых можно зафиксировать выбранное значение расстояния между разноименными обкладками конденсатора. При этом обкладки должны иметь достаточную механическую прочность, чтобы при закреплении их твердым диэлектриком лишь в двух-трех точках сохранять форму плоских параллельных пластин или коаксиальных цилиндров при достаточно больших линейных размерах. В связи с этим, если при изготовлении конденсаторов с твер- дым диэлектриком в качестве обкладок применяют тонкую металлическую фольгу толщиной до 5-6 мк или даже очень тонкие металлические слои толщиной до 0,1 мк, непосредственно нанесенные на поверхность диэлектрика, то в производстве конденсаторов с газообразным или жидким диэлектриком приходится применять обкладки в виде металлических пластин толщиной от 0,2-0,5 до 2-4 мм.

Особенностью газообразных диэлектриков является малое значение угла потерь (tg6 < 1 10~) при условии, что отсутствует ионизация газа, а также высокая стабильность е; так, для сухого воздуха температурный коэффициент

диэлектрической проницаемости составляет около-2х X 10~ град~. Обе эти характеристики у твердых диэлектриков обычно значительно хуже, поэтому даже небольшая паразитная емкост через твердый диэлектрик, использованный для крепления обкладок конденсатора с газообразным диэлектриком, может заметно ухудшить электрические характеристики такого конденсатора. В связи с этим, если требуется сконструировать воздушный конденсатор (или конденсатор с иным газообразным диэлектриком) с высокими электрическими свойствами, т. е. с малыми потерями и стабильной емкостью, то следует выбирать для него изоляционные детали крепления пластин из высококачественного твердого диэлектрика с максимально высокими электри-ческими характеристиками и конструировать эти детали с таким расчетом, чтобы они были вынесены за пределы основного электрического поля между пластинами конденсатора и создавали бы минимальную возможную паразитную емкость.

Жидкие диэлектрики по углу потерь ближе к твердым, а по ТК S обычно даже хуже твердых, поэтому выбор твердого диэлектрика для крепления пластин в конденсаторах с жидким диэлектриком менее критичен, чем в конденсаторах с газообразным диэлектриком.

Общим недостатком газообразных диэлектриков является их малая диэлектрическая проницаемость, которая для всех газов равна примерно 1; так, например, для сухого воздуха при 20° G s = 1,000576 (при нормальном давлении). Кроме того, даже при низких напряжениях минимальное значение зазора между обкладками относительно велико, порядка 0,2-0,3 мм, что обусловлено механическими соображениями о предупреждении возможности перекоса или прогиба пластин, в результате которого может произойти короткое замыкание. В связи с этим удельная емкость конденсаторов с газообразным диэлектриком мала и их невыгодно делать с большими значениями номинальной емкости, так как при этом размеры и вес конденсаторов недопустимо возрастают.

Обычно емкость воздушных конденсаторов низкого напряжения не превышает нескольких сотен пикофарад. При высоком напряжении приходится считаться с низкой электрической прочностью воздуха, которая в однородном поле при зазорах 1-10 мм составляет всего лишь 2-3 кв1мм . ( )фективное значение при 50 гц). Поэтому в воздушных

ковденсаторах высокого напряжения между обкладками необходим очень большой зазор, что дополнительно снижает их удельную емкость. Так, для образцового воздушного конденсатора на рабочее напряжение 400 кв было получено значение удельной емкости всего лишь порядка 1 пф/м^. Емкость таких конденсаторов обычно не превышала нескольких десятков пикофарад.

В современной технике для конденсаторов высокого напряжения со стабильной емкостью и малыми потерями применяются сжатые газы или вакуум, которые обеспечивают повышение электрической прочности в 10 раз и выше, позюляя соответственно уменьшить величину зазоров между обкладками и резко снизить габаритные размеры кон- денсаторов.

Емкость таких конденсаторов может достигать нескольких тысяч пикофарад даже при относительно высоких напряжениях. Значение диэлектрической проницаемости в обоих случаях остается по-прежнему порядка единицы, как^ и у обычного воздуха; это ограничивает возможность дальнейшего увеличения емкости, несмотря на повышение электрической прочности.

Электрическая прочность жидких диэлектриков выше, чем воздуха при нормальном давлении, и ее кратковременные значения достигают величин того же порядка, что и для сжатого газа или вакуума. Однако в связи со старением жидких диэлектриков, в отличие от газовой изоляции, длительно допускаемые значения рабочей напряженности для жидкости будут заметно снижены в сравнении со сжатым газом или вакуумом. Это в значительной степени ослабляет преимущество жидкости в отношении повышенных значений s. Кроме того, жидкий диэлектрик не может обеспечить столь же малых значений tg6 и TKs, как газовая изоляция, поэтому конденсаторы с жидким диэлектриком мало пригодны для применения в стабильных радиоконтурах или в электроизмерительной технике, где применяются конденсаторы с газообразным диэлектриком. В современном конденсаторостроении применение конденсаторов с жидким диэлектриком ограничивается контурами промышленных высокочастотных установок, но и в этом случае более выгодно применять мощные керамические конденсаторы.

1 ... 26 27 28 29 30 31 32 33