Главная » Мануалы

1 ... 29 30 31 32 33

На рис. 161 представлены кривые зависимости емкости пакетов конденсаторов длиной 10 мм от числа электродов в пакетах при различных междуэлектродных зазорах и толщинах электродов. По этим кривым можно быстро определить количество электродов п и внешний диаметр наружного электрода

Он = 2{п - l){d + do) мм. (6-12)


9 Ю И t2 13 lii 15 16 17 te 19 п

Рис. 161. Кривые зависимости емкости пакетов конденсаторов длиной

10 мм от числа электродов в пакетах.

Обычно рассчитанная по формуле (1-41) емкость конденсатора уточняется при макетировании. После определения количества электродов в пакетах и величины диаметра внешнего цилиндра выбирается диаметр стеклянной колбы. Расстояние между наружной поверхностью внешнего цилиндра и внутренней поверхностью колбы не должно быть для конденсатора с заданным рабочим напряжением меньше величины, определяемой графиком, представленным на рис. 162.

Диаметр выюда определяется величиной расчетного тока. Экспериментально установлено, что для обеспечения



нормальной работы конденсатора при естественном охлаждении плотность высокочастотного тока, проходящего через вывод в месте спая стекла с металлом, должна быть не более / = 30 35 а1мм (для медных выводов).

Эффективная глубина проникновения электромагнитной энергии в металл определяется соотношением

Р = 500 Yj- мм.

(6-13)

где р - удельное сопротивление,

1мм 1.5

ом ммЧм;

/ - частота, гц; [х - магнитная проницаемость. Диаметр вывода в месте спая стекла с металлом определяется по формуле

о 5 Ш а 20 25 30 35 СО Проб, =

где / - заданная величина тока, а (эфф.); / - выбранное значение плотности тока, а1мм.

Диаметр самого выюда и длина его определяются удобством крепления конденсатора, а при больших токах - необходимостью увеличения теплоотвода.

Расчет потерь в конденсаторе. При правильно выбранных размерах и форме изоляционной оболочки вакуумного конденсатора, когда потери от высокочастотного поля в ней незначительны, общие потери в конденсаторе складываются из потерь в электродах, соединительных деталях (если они есть) и выводах.

Потери в поверхности электродов, образующих емкость конденсатора, с учетом изменения тока по длине электродов определяются выражением

Рис. 162. Кривая зависимости минимального расстояния между стеклянной колбой (стекло С-49-8) и наружным электродом от рабочего напряжения конденсатора (при частоте 30 УИгч).

+-Г7- +

Ci 2 -f Cl-gCg -f -g-



Пренебрегая величинами второго порядка (кроме первого члена в скобках), получим

(6-15)

где / - заданный ток, а (эфф.);

р - удельное электрическое сопротивление,

ом mmVmm; I - длина электродов, м; р - эффективная глубина проникновения электромагнитной энергии в металл, мм; Di, D2, Dn - средний диаметр первой, второй, п-й пары электродов, мм; Cl, С2, .... Сп - емкость, образуемая первой, второй,

п-й парой электродов, пф; Q-2. - суммарная емкость, образуемая первой,

второй, п - 1-й парой электродов; Cs - суммарная емкость конденсатора, пф. Потери во внешней цилиндрической части последнего электрода, в цилиндрических соединительных деталях и выводах определяются по формуле

-Рц = б' , . (6-16)

где / - длина цилиндрической детали, м;

D - внешний диаметр детали, мм.

Потери в деталях дисковой формы определяются по формуле

Рп-ёрп[}ет, (6-17)

где р - удельное сопротивление, ом мм;

D2 - наружный диаметр диска, мм;

Di - внутренний диаметр диска, мм.

Суммарные потери Ps в арматуре конденсатора складываются из потерь в электродах, соединительных деталях и выводах.

После расчета потерь в конденсаторе рассчитывается теплоотдача его при естественном юздушном охлаждении. Для ориентироючных расчетов принимается коэффициент теплоотдачи а^. = 1 10~ вт/см град.



Для вакуумных конденсаторов температура перегрева At - - 4 принимается равной 50-60° С.

При установившемся тепловом режиме конденсатора мощность теплоотвода определяется формулой (1-П8). Для упрощения можно принять, что в установившемся режиме температура поверхности изоляционной оболочки и выводов одинакова.

Для работы без превышения принятого значения перегрева конденсатора необходимо, чтобы Ра = fi;-

Следует учесть, что при таком расчете не учитывается теплоотвод за счет контактирующих зажимов конденсатора. Правильность выбора геометрии проверяется испытанием образцов конденсаторов на высокочастотный ток при макетировании.

Пример. Рассчитать вакуумный конденсатор со следующими исходными данными: Upe ~ 0 кв (амплитудное значение), С = 5Ю пф, 1=75 а (эфф.) при частоте 30 Мгц, = 50° С.

Конденсатор должен работать при атмосферном давлении 400 мм рт. ст. Испытательное напряжение конденсатора

Ввиду значительного тока, протекающего через конденсатор, выбираем медные электроды.

Приняв £д(,д = 20 кв/мм, определяем междуэлектродный зазор

- i-AOMM. Еисп 20

Примем зазор d - 1,5 мм.

Расстояние между торцами электродов пакета и основаниями

l.=3d-= 4,5 мм.

Толщину электродов выбираем равной do = 0,5 мм. Минимальная длина оболочки

= = 6 еж = 60 мм.

Выбираем длину электродов равной = 35 мм.

Наружный диаметр внутреннего электрода выбираем Б, =20жж.

Рабочая длина электродов

/ = 55 4,5 = 50,5 мм.

На 1 см длины электродов конденсатора приходится емкость С = 0=100пф. 318 .



с помощью графика (рис. 160) определяем, что при зазоре 1,5 мм и толщине электродов 0,5 мм для получения емкости 100 пф необходимо иметь количество электродов среднее между 13 и 14. Так как реальная емкость конденсатора всегда больше расчетной, принимаем количество электродов 13.

Внешний диаметр наружного электрода

13.в

20 + 2(13 - 1) (1,5 + 0,5) = 68 мм.

В соответствии с графиком на рис. 162 при напряжении 20 кв рассгоя- ние между наружным электродом и стеклянной оболочкой должно быть не менее 10 мм. Выбрав это значение и толщину стеклянной оболочки 2,5 мм, получаем внешний диаметр стеклянной колбы 93 мм.

Для определения диаметра вывода в месте спая стекла с металлом определим эффективную глубину проникновения высокочастотного тока в металл по формуле (6-13). Для бескислородной меди р = 0,0156 ом-мм/м, (i = 1. на частоте 30 Мгч р = 500/?

11.4 10-3 лш.

10в ~

Задавшись максимальной плотностью тока / = 30 а/мм, определяем по формуле (6-14) диаметр вывода в месте спая стекла с металлом

к 12,4 10-3 . 30

: 64 мм.


Рис. 163. Конструкция конденсатора {U =20 кв. С = 500 пф).

На рис. 163 представлена конструкция рассчитываемого конденсатора. Электроды припаиваются к основаниям, толщина которых выбрана 3 мм. С помощью соедини-гельных медных стаканов с толщиной стенки 3 мм пакеты электродов соединяются с выводами. Оба вывода по конфигурации и размерам идентичны. Форма лезвия вывода определяется необходимостью предотвращения возникновения температурных напряжений опасной величины в спае стекла с металлом. Толщина стенки вывода в месте припайки его к стакану равна 1,5 мм.

На рис. 163 также указаны величины диаметра в рабочей части вывода. Для экранирования спая стекла с верхним выводом от высокочастотного поля величина диаметра нижнего основания взята равной величине верхнего основания.

Приведем расчет потерь в арматуре конденсатора.

Используя формулу (1-41), определяем емкости пар электродов для рабочей длины электродов 50,5 мм:

С, =20,0; Са = 23.7; Сз = 27.2; С4 = 31.1; = 34,8; Q=38.7; С,==42.6; С8 = 46,1; С = 50.0; Сю = 53.5; Сц = 57; С^а = 61.2 пф.



Суммарная расчетная емкость при выбранной величине зазора, толщине электродов и рабочей длине С = 485,9 пф (при C p = 500 пф).

Учитывая, что реальная суммарная емкость всегда вьпие расчетной, оставляем выбранные и рассчитанные величины, определяющие геометрию пакетов электродов конденсатора.

Потери в электродах, образующих емкость конденсатора, определяются по формуле (6-15)

752 . 00156 55 10-3 к - 11,4 10-3 . 5002

202 20 43.7

3.21 5 25,5

43,7 70.9 , 70,9 102 , 102 136,8 136,8 175,5

29.5 33,5 37.5 41.5

175.5 218.1 218.1 264.2 264,2 314,2 , 314,2 367,7

45.5 49,5 53.5 - 57,5

367,7 425,2 , 425.2 500

61,5 65.5

= 1,08 10-3 12 670= 13,7 вт.

Потери во внешней поверхности наружного электрода определяем по формуле (6-16)

752 . 0.0156 .- 55 10-3 , = .-11,4-103-68 = -

Потери в основаниях определяем по формуле (6-17)

752 . 0.0156 10-3 68 , - 2. .11,4 .10-3 1 40 =

Расчет потерь в стаканах и выводах (без учета торцовых поверхностей выводов) дает Р„+ = 7,3 вт.

Суммарные потери в арматуре конденсатора Р = 24,3 вт. Площадь наружной поверхности конденсатора (без учета торцовых поверхностей выводов) равна 390 см.

Приняв температуру перегрева конденсатора А/ = 60° С, по формуле (1-118) определяем мощность теплоотвода

= 10-3 . 390 . 60 = 23,4 вт.

Таким образом, суммарные потери в конденсаторе приблизительно равны мощности теплоотвода. Выбранные и рассчитанные размеры конденсатора обеспечат его нормальную работу.

§ 30. КОНДЕНСАТОРЫ С ЖИДКИМ ДИЭЛЕКТРИКОМ

В настоящее время конденсаторы с жидким диалектри-ком применяются даже реже, чем газонаполненные, так как практически невозможно их использовать в современных стабильных радиоконтурах вследствие высоких значений ТКе, Применять конденсаторы с жидким диэлектри-



ком в контурах электротермических устройств, где не предъявляется высоких требований к стабильности емкости, имело смысл лишь в то время, когда такими конденсаторами заменяли дорогостоящие слюдяные конденсаторы. Некоторые зарубежные фирмы пошли по такому пути. Однако в настоящее время вместо слюды для этих целей используется высокочастотная керамика, поэтому применять жидкий диэлектрик уже нецелесообразно.

В связи с этим вопрос о расчете и конструировании конденсаторов с жидким диэлектриком подробно не рассматривается, а приводятся лишь некоторые общие соображения.

Обычная форма конденсатора при использовании жидкого диэлектрика - плоский многопластинчатый. После выбора зазора d такой конденсатор рассчитывается аналогично воздушным и газонаполненным конденсаторам с учетом того, что для жидкости в > 1. ,

При использовании неполярных жидкостей типа нефтяного масла можно принимать е = = 2,1-ь 2,2, для касторового

масла е 4,5, для хлорированных масс е = 4 5 -ь- 5,5. За рубежом для таких конденсаторов применялся дибу-тил-себацинат (лектронол) с е = 4-ь4,2.

Полярные жидкости такого типа имеют резко увеличенные потери в сравнении с неполярными, однако при правильном выборе диапазона рабочей частоты они в принципе применимы для высокочастотных конденсаторов. С повышением частоты tg б полярной жидкости сначала снижается, проходит через минимум при частоте fi (рис. 164), а затем через максимум при частоте /г; при этой частоте наблюдается заметное снижение е. В области частот, примыкающей к fi, можно получить малые потери при высокой е. Так, для ди-бутил-себацината оптимальной областью частот является интервал от 10 до 10 гц, где сочетаются высокая е и малый tg6.


/2

Рис. 164. Кривые зависимостей 8 и tg6 жидкого полярного диэлектрика от частоты.



При выборе зазора надо учитывать, что реальные значения Ер при высокой частоте должны быть резко снижены в сравнении с £пр, которые указываются для жидкостей при использовании стандартного разрядника и частоте 50 гц.

Приходится считаться прежде всего с тем, что £пр жидкостей снижается с ростом частоты: при переходе от 50 гц к частоте порядка 10 - 10 гц снижение составляет около 30-35%. Далее надо учитывать зависимость пр от площади обкладок: при площади 1000 см Е„р снижается примерно на 35%, наконец, надо учесть старение жидкого органического диэлектрика при длительном воздействии электрического поля и повышенной температуры. Практически, в зависимости от тщательности сушки, очистки и обезгажи-вания жидкого диэлектрика, при частоте 0 - 0,1 Мгц принимают Ер = 1 -2 кв/мм, в среднем 1,3 - 1,5 кв/мм, т. е. значительно меньше, чем для сжатого газа. Таким образом, повышение s дает выигрыш в-размерах конденсатора только при сравнении с воздушным конденсатором. , Ограничение рабочего напряжения конденсатора с жидким диэлектриком в сравнении с газонаполненным конденсатором может быть обусловлено также увеличенными потерями в жидкости в сравнении с газом. Поэтому американские фирмы, выпускавшие высокочастотные конденсаторы с жидким диэлектриком, считали целесообразным изготовлять их с применением водяного охлаждения.

Проектирование конденсаторов с жидким диэлектриком осложняется также тем, что для защиты жидкости от увлажнения и действия пыли из окружающей атмосферы необходимо применять вакуумплотную герметизацию. Кроме того, необходимо учитывать термическое расширение жидкости, вызванное нагревом конденсатора от температуры окружающей среды до его рабочей температуры, после включения под напряжение. В связи с этим внутрь конденсатора приходится помещать расширитель (сильфюн), или применять корпус с упругими стенками, которые деформируются и обеспечивают этим Необходимое увеличение объема для расширения жидкого диэлектрика.

В современном конденсаторостроении жидкие диэлектрики применяются в основном в качестве вспомогательных материалов для пропитки или заливки конденсаторов с твердыми диэлектриками.



1. Богородицки й М. П.. Рейнов Н. М., Черняев Ю. С, Образцовый газонаполненный конденсатор на напряжение 100 кв, Электричество , 1956, № 1.

2. Гохберг Б. М., Рейнов Н. М., Гликина М. В., Высоковольтный конденсатор с газовой изоляцией под давлением, ЖТФ, 1942, ХП, № 1.

3. Гохберг Б. М., Элегаз - электрическая газовая изоляция, Электричество , 1947, № .

4. Г о X б е р г Б. М. Газонаполненные конденсаторы, Электричество , 1949, № 3.

5. Евтеев Ф. В., Жуков В. А., Технология радиоаппаратуры, Госэнергоиздат, М. - Л., 1962.

6. Любимов М. Л., Спаи стекла с металлом, Госэнергопз-дат, М.-Л., 1957.

7. Яськов Д. А., Эталонный высоковольтный конденсатор со сжатым JcaaoM на рабочее напряжение 250 кв, Вестник электропромышленности . 1961, № 2.

8. Clark F. М., Scoville М. В., Capacitors for induction heating cirquits, EIectricaI Engineerings, 1945, vol. 64, № 11.

9. Cur г W., Koenig I., Ein neuer Druck gas Kondensator fflr hohe Spannungen, Elektric , 1964, 18, № 5.

10. Mont gall lard J., Etude dun condensateur variable sous vide, Londe electrique , 1961, 41. № 408.



в. т. РЕННЕ Ю. В. БАГАЛЕЙ

И. Д. ФРИДБЕРГ

И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ

ДОПУЩЕНО

МИНИСТЕРСТВОМ ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УССР в КАЧЕСТВЕ УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ для СТУДЕНТОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКУЛЬТЕТОВ вузов

ИЗДАТЕЛЬСТВО Т Е X н/ К А КИЕВ



1 ... 29 30 31 32 33

Яндекс.Метрика