Главная » Мануалы

1 2 3 4 5 6 7 ... 33

Аз и - то же, для слоя изоляции пакета секций от корпуса (значения А в см, значения К - в кал/сек-см град). Для уменьшения опасности теплового пробоя конденсаторов, работающих при повышенных температурах окружающей среды, следует выбирать диэлектрик с малой зависимостью угла потерь (проводимости) от температуры (т. е. с малым значением а) и при конструировании конденсатора заботиться об улучшении отвода тепла от его внутренних частей, избегать воздушных зазоров с большим тепловым сопротивлением и ограничиваться минимальной толщиной слоя изоляции от корпуса.

Расчет изоляции между последовательно включенными секциями конденсатора и его изоляции от корпуса

При расчете электрической прочности конденсатора следует учитывать возможность пробоя между последовательно включенными секциями и между секцией (или пакетом секций) и корпусом конденсатора, если последний изготовлен из металла.

При последовательном соединении секций два вывода соседних секций соединяются накоротко, а между двумя другими возникает напряжение, равное удвоенному напряжению каждой секции:,

2[/е= !-[/ ,

где N - число последовательно включенных секций (или групп секций). На это напряжение и должен быть рассчитан слой изоляции между двумя соседними секциями (или группами секций), соединяемыми последовательно. Чаще всего изоляцию рассчитывают на кратковременную прочность, исходя извеличины испытательного напряжения [)исп,

учитывая его долю, приходящуюся на две секции:-д^ [/ сп.

Для изоляции между секциями из соображений механической прочности применяют обычно материалы увеличенной толщины (например, вместо конденсаторной бумаги - кабельную, вместо конденсаторной слюды - толстую защитную слюду и т. п.). Это обеспечивает большой запас электрической прочности межсекционной изоляции в обычных конструкциях. .

3* 35.

- При использовании металлических корпусов конденсаторные секции или пакеты должны быть изолированы от корпуса. Эту изоляцию прежде всего рассчитывают на кратковременную электрическую прочность при испытательном напряжении, установленном для проверки изоляции от корпуса. Это напряжение может значительно превышать величину испытательного напряжения между выводами конденсатора, прикладываемого для проверки электрической прочности активного диэлектрика.

При напряжениях порядка сотен вольт толщина изоляции от корпуса выбирается по соображениям механической прочности (для защиты секций от повреждений при монтаже в корпусе); при этом большой запас электрической прочности изоляции от корпуса обеспечивается автоматически.

При высоких напряжениях толщина изоляции от корпуса выбирается с учетом получения достаточной электрической прочности и рассчитывается по формуле

+ (1-37)

где Uncn - испытательное напряжение между выводами конденсатора и корпусом, кв; Епр - кратковременная прочность материала, использованного для изоляции от корпуса, кв/мм; k - коэффициент запаса;

Л - дополнительный слой изоляции для учета ее возможного механического повреждения при монтаже конденсатора, мм. Обычно изоляция от корпуса значительно толще активного диэлектрика конденсатора, особенно при использовании последовательного соединения секций. С увеличением толщины изоляции величина ионизирующей напряженности резко снижается, поэтому в условиях эксплуатации конденсатора при переменном или импульсном напряжении в слое изоляции от корпуса может возникнуть ионизация, приводящая к пробою корпусной изоляции. В этом случае целесообразно разбить корпусную изоляцию на ряд последовательно включенных слоев уменьшенной толщины, разделенных прокладками из фольги или металлизированной бумаги, которые обеспечивают принудительное распределение напряжения между слоями изоляции. В результате увеличивается значение Е^ и можно исключить ионизацию в корпусной изоляции.

Если конденсатор помещается в изоляционный корпус, но пакет секций стягивается металлической обжимкой, то все сказанное можно отнести к слою изоляции, отделяющему секции от обжимки. При этом, если один из выводов конденсатора соединен с обжимкой (или корпусом), вместо применения изоляции от корпуса (от обжимки) целесообразно собирать конденсатор из двух групп секций, соединенных параллельно (см. рис. 129). При этом один вывод . присоединяется к общей точке обеих групп секций, а второй - берется от обжимки (от корпуса), соединенной со вторыми концами обеих групп секций. Толстая изоляция от обжимки (корпуса) при этом не нужна.

При расчете изоляции от корпуса надо иметь в виду, что излишняя толщина вызывает увеличение теплового сопротивления на пути тепла, выделяющегося в конденсаторе и движущегося к стенкам корпуса, в результате чего увеличивается перегрев конденсатора.

§ 3. РАСЧЕТ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ

Определив толщину активного диэлектрика на основе расчета электрической прочности конденсатора и зная его номинальную емкость, можно установить основные размеры секции конденсатора, используя соответствующую формулу емкости.

Известно, что емкостью конденсатора называют отношение заряда Q, накопленного в конденсаторе, к напряжению, приложенному к его обкладкам:

С = , (1-38)

где С - в фарадах (ф); Q - в кулонах (ft) и (/ - в вольтах (в).

Практически пользуются единицами емкости меньшими, чем фарада - микрофарадой (жкф) или пикофарадой (пф),

1ф = 1-106 жкф= 1.1012

При небольших значениях номинальной емкости, когда диэлектрик можно отформовать в виде трубки, используют цилиндрический (трубчатый) конденсатор, емкость которого

С = ?ф, (1-39)

где / - длина цилиндрического электрода (обкладки), см, имеется в виду активная длина, на которой наружная и внутренняя обкладки конденсатора перекрываются (рис. 9); -наружный радиус внутреннего электрода, см; Ri - внутренний радиус наружного электрода, см; е - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, разделяющего электроды (обкладки конденсатора); So - электрическая проницаемость вакуума, ф1см,

= 47: - Э- 10

Формулу (1-40) можно представить и в ином виде, более удобном для практических расчетов.

Рис. 9. К расчету емкости цилиндри- г ~ (\ 941 Л П А\\ ческого конденсатора. - о' .*/

гдеD2-наружный диаметр конденсатора (по диэлектрику), см;

D1 - внутренний диаметр конденсатора (по диэлектрику), см.

Значения / и е те же, что и для формулы (1-39). В данном случае из расчета на электрическую прочность (или по тепловому расчету) известна толщина стенки трубки

2

Чтобы найти значение /, соответствующее заданной емкости, надо задаться значением внутреннего или наружного диаметра трубки. Предполагается, что тип диэлектрика уже .выбран, т. е. е известно.

Если диэлектрик имеет форму пластинки или плоского диска (слюда, стеклопленка, керамика), то применяется плоский тип конденсатора (рис. 10), емкость которого

С = ф, . (1-42)

где d - толщина диэлектрика, см;

S - активная площадь обкладок, смК

Активной площадью обкладок называется площадь, на которой нижняя обкладка перекрывается верхней. Произведение Sd определяет активный объем диэлектрика, создающий емкость конденсатора.

Подставляя в выражение (1-42) значение из формулы (1-40) и выражая емкость^в пф, получаем

С = 0,0885.

(1-43)

Для увеличения емкости стопку из М плоских конденсаторов соединяют параллельно, электрически приключая

Рис. 10. К расчету емкости плоского конденсатора.

Рис. И. К расчету емкости многопластинчатого конденсатора.

обкладки, разделенные пластинками диэлектрика, через одну, как показано на рис. И. Число обкладок в таком многопластинчатом конденсаторе будет равно М -f 1, а емкость его увеличивается в М раз в сравнении с исходным плоским конденсатором:

. tSM

с = 0,0885!

(1-44)

По исходной формуле (1-43) для плоского конденсатора, зная С и d, находят площадь обкладки S. Для конденсатора дисковой формы диаметр электрода (обкладки)

(1-45)

При пластинчатой форме площадь обкладки S = Ы, где b - ширина, а /-длина обкладки. Чтобы вычислить один из размеров обкладки, например ширину (после того как по расчету найдено значение S), надо задаться вторым размером - длиной.

Для многопластинчатого конденсатора в формуле (1-44) уже два неизвестных - S и М (считаем, что С задано, а d

определено расчетом), а потому одним из них надо задаваться из конструктивных соображений, чтобы можно было найти второе.

При использовании тонких диэлектриков, поставляемых в рулонной форме (конденсаторная бумага, синтетические пленки), для получения больших значений емкости применяются намотанные (спиральные) секции (рис. 12), представляющие спирали, намотанные из двух обкладок / и 2 и двух лент диэлектрика, толщиной d каждая. Если развернуть такую спираль, то получится плоский конденсатор в виде длинной ленты с активными размерами обкладок: длиной / и шириной b при толщине диэлектрика d. Емкость такого конденсатора можно вычислить по формуле (1-43), полагая S = lb. В развернутой ленте работает только один слой диэлектрика - между обкладками. Когда лента намотана в спираль, то, как видно из рис. 12, обе ленты диэлектрика попадают в электрическое поле между обкладками, поэтому емкость будет в два раза большей, чем в развернутом состоянии,

С = 0,177. (1-46)

Здесь С - в пф, когда Ь, d - в см. Если выразить d в (1 = 1. 10 мм), b - в СМИ I - в м, то емкость получим в более крупных единицах - мкф.

Если размеры подставлены в см (d, b и /), то для получения емкости в мкф применяется формула

Рис. 12, К расчету емкости спирального конденсатора.

1,77 . 10-,

(1-47)

в которую введен соответствующий численный множитель.

Активная длина обкладки будет меньше полнойдлины так как внешняя поверхность верхней ленты диэлектрика (рис. 12) в последнем витке (начиная от намоточной оправки)

не соприкасается с обкладкой и не участвует в создании емкости, поэтому полную длину обкладки надо уменьшить на половину длины наружного витка

Z = Z--Dh. (1-48>

Для намотанной цилиндрической секции длина обкладки

l = TwDp, (1-49>

где W - число витков;

Dcp-средний диаметр секции,

ер--2

Dh - наружный диаметр секции; Da - внутренний диаметр секции, равный диаметру намоточной оправки. Подставляя уравнение (1-49) в уравнение (1-47), получаем

с = 5,65 10-!. (1-50)

Размеры d, b и Dcp - в см, С - в мкф.

Число витков W необходимо знать при намотке конденсаторных секций, так как оно определяет число оборотов, которое должна сделать намоточная оправка для получения заданного значения емкости.

Решив уравнение (1-50) относительно w, получим

ш = 1.77.10в^-. (1-51>

Средний диаметр намотанной цилиндрической секции можно выразить через толщину секции 2{d + dф)w и диаметр намоточной оправки Do:

Dcp = Do+2{d + d)w, (1-52)

где dф - толщина обкладки (электрода), см;

2 - множитель, соответствующий количеству слоев диэлектрика в каждом витке и количеству электродов.

Подставляя формулу (1-52) в (1-51) и решая полученное квадратное уравнение относительно w, получим

-wrb-

Все размеры даны в см к емкость в мкф.

При намотке на тонкую плоскую оправку шириной В

= VkjC + kl - k, (1-54)

, 7.05-lOSd . 1.25- 103В

6 И В В см, а d и - в мк; значение С - подставляется в мкф.

В таком виде эту формулу удобно применять для расчета плоскопрессованных секций, намотанных на тонкую плоскую оправку шириной В. При намотке на цилиндрическую

оправку диаметром Do следует принимать В = , поскольку ширина первого витка, если он сплющен при плоской прессовке цилиндрической секции, равна половине длины окружности оправки.

При расчете секций цилиндрического типа, намотанных на цилиндрическую оправку, часто определяют сначала наружный диаметр намотанной секции

DVol + kC, (1-55)

где ka = ; С - в мкф; D, Do и 6 - в см; d и dф - в мк, а затем уже находят число витков

2.5.10 (D-Do)

Формулы (1-55) и (1-56) легко получить, если представить спиральную секцию как систему из коаксиально расположенных цилиндрических конденсаторов, соответствующих емкостям отдельных витков и соединенных параллельно. При нахождении емкости такой системы надо исходить из емкости среднего витка, определяемого средним значением диаметра секции. По этим формулам удобно вести расчет, когда изготовляется секционированный намотанный конденсатор, секции которого наматываются одна на другую и соединяются параллельно или последовательно. Сначала рассчитывают первую секцию, для которой при заданных значениях Сс и Do находят число витков Wi и наружный диаметр Di. При расчете второй секции за диаметр оправки принимают уже Di и находят, соответствующие значения и наружного диаметра D. Этот диаметр принимают за диаметр оправки при расчете третьей секции и т. д.

- Во всех рассмотренных формулах емкость рассеяния у краев обкладок не принималась во внимание, т. е. предполагалось, что емкость создается только активной частью диэлектрика, непосредственно находящегося под площадью перекрытия обкладок в однородном электрическом поле. Это допустимо для относительно больших значений емкости, когда отношение размеров обкладок к толщине диэлектрика достаточно велико.

Для конденсаторов малой емкости, в частности керамических, иногда необходимо учитывать возрастание емкости, обусловленное рассеянием у краев обкладок. Для этой цели обычно применяют ряд эмпирических формул.

В плоском дисковом конденсаторе, у которого площадь электрода совпадает с площадью диэлектрика, приращение емкости за счет рассеяния (краевая емкость)

(25-) - 1,305 пф, (1-57)

где D - диаметр диска, см;

d - толщина диэлектрика, см. Если край электрода не совпадает с краями диэлектрика, т. е. имеется закраина, то для суммарной емкости, с учетом емкости рассеяния, можно применять приближенные фор-, мулы:

плоский дисковый конденсатор

С = 0,0694 i(±M% .(1.58)

цилиндрический (трубчатый) конденсатор

С = 0,241. (1.59

В этих формулах D -диаметр электрода для диска, см;

I-длина электрода для трубки, см; Di и Dz - соответственно внутренний и внешний диаметр трубки, см; d-толщина диэлектрика, см; k - коэффициент, зависящий от формы поля, k 0,5. Для керамических конденсаторов высокого напряжения применяется утолщение материала у краев электродов для выравнивания поля с целью повышения напряжения начала короны. При этом увеличивается количество твердого

диэлектрика, попадающего в поле рассеяния, и возрастает краевая емкость. Вызванное этим увеличение общей емкости конденсатора можно учесть эмпирической поправкой, добавляемой к диаметру электрода для дисковых конденсаторов или к длине электрода для трубчатых и горшковых

конденсаторов (рис. 13). Величина этой поправки Д зависит от толщины диэлектрика и от радиуса г, по которому дается закругление у края электрода.

Для конденсаторов плоского типа поправка к диаметру электрода

Д = 0,41 {А + 2г). (1-60)

Для конденсаторов трубчатого типа поправка, вычисленная по такой же формуле, добавляется к длине электрода. Для конденсаторов горшкового типа поправка к длине электрода

Рис. 13. К расчету поправки на краевую емкость конденсатора; о - ДИСКОВ0ГО1 б - трубчатого; й - роршкового.

Д = 0,4l(4-f г). (1-61)

Формулы (1-60) и (1-61) пока зывают, что поправка на краевую емкость увеличивается с повышением толщины диэлектрика и радиуса закругления, т. е. делается более заметной с уменьшением емкости и возрастанием номинального рабочего напряжения конденсатора.

§ 4. РАСЧЕТ ИНДУКТИВНОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ

Ток, протекая через конденсатор, вызывает появление магнитного поля вокруг его токоведущих частей, а следовательно, создает некоторую индуктивность конденсатора.

В конденсаторе можно выделить следующие составляющие индуктивности: выводов конденсатора в целом, выводов отдельных секций, межсекционных соединений, обкладок, а также индуктивность, обусловленную магнитным полем, созданным током, который протекает через диэлектрик.

Если принять последовательную эквивалентную схему для изображения конденсатора, т. е. считать, что его ем-

1 2 3 4 5 6 7 ... 33