DE2623474C2

DE2623474C2 - Regenerierfähiger elektrischer Kondensator

Info

Publication number: DE2623474C2
Application number: DE2623474A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Phys. Dr. 8025 Unterhaching Kotschy; Walter Dipl.-Phys. Dr. 8000 München Völkl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-05-25
Filing date: 1976-05-25
Publication date: 1983-05-05
Also published as: JPS52145764A; SE7705996L; IT1082081B; DE2623474A1; FR2353122A1; GB1532138A; CH614308A5; BR7703322A; FR2353122B1; US4142222A

Description

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Die Erfindung betrifft einen regenerierfähigen elek trischen Kondensator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Kondensatoren sind aus der DE-OS 59 246 bekannt, wobei dort über die Art des Dielektrikums sowie der Metallisierungen keine näheren Angaben gemacht sind.

Aus der DE- Patentanmeldung ρ 23 211 D, bekanntgemacht am 28.12.1950, ist ein Kondensator mit Polystyrol- oder Triacetatzellulose-Dielektrikum bekannt, bei dem die dielektrischen Bänder beidseitig mit einer dünnen Schicht von Aceto-Butyratlack versehen sind. Als Metallisierungen dienen dünne Kadmiumschichten. Derartige Kondensatoren sind in der Herstellung recht aufwendig, nicht für hohe Temperaturen geeignet und weisen ferner auch kein besonders gutes Regenerierverhalten auf.

Aus der DE-OS 25 39 781 ist ein Kondensator mit einem Dielektrikum aus Polypropylen bekannt, der in den Randbereichen mit einer nicht-halogenierten, dielektrischen Flüssigkeit imprägniert und in seinem zentralen Bereich im wesentlichen trocken ist. Derartige teilimprägnierte Kondensatoren weisen jedoch ungünstige Betriebsbedingungen auf, da bei ihnen Korona-Entladungen stattfinden können, die zur Zerstörung des Kondensators führen.

Aus der DE-OS 16 39 213 ist ein selbstheilender Kondensator mit Kunststoff-Mischdielektrikum bekannt, bei dem die Kondensatorbeläge aus einer Metallfolie und aus einer auf ein Isolierstoffband aufmetallisierten ausbrennfähigen Metallschicht besteht Die Metallfolie dient zur Wärmeabführung bei Betrieb des Kondensators mit hohen Stromspitzen, beispielsweise an periodisch wiederkehrenden Spannungsspitzen mit hoher Flankensteilheit, bewirkt jedoch eine wesentliche Verschlechterung des Regenerierverhaltens des Kondensators.

Weiterhin sind regenerierfähige elektrische Kondensatoren bekannt, welche aus aufgewickelten Lagen von einseitig metallisierten Kunststoffolien bestehen. Diese Kondensatoren weisen mit laufender Betriebsdauer .abnehmende Kapazitätswerte auf, da durch die erhöhte Kantenfeldstärke die Metallisierungen von den Poren in der Metallisierung ausgehend oxidiert und damit kapazitiv unwirksam werden. Um diesen unerwünschten Effekt wenigstens teilweise zu vermindern, können die genannten Kondensatoren einer aufwendigen Behandlung unterzogen werden, welche in einer Vakuum-Trocknung und einem anschließenden Epoxidharz-Verguß besteht

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kondensator der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der sich durch gutes Regenerierverhalten und einen guten elektrischen Kontakt zwischen έζη Metallisierungen und stirnseitigen Kontaktschichten auszeichnet, der eine hohe Lebensdauer besitzt und preisgünstig herzustellen ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Vorteile des Kondensators gemäß der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispieles im folgenden aufgezeigt

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 den Aufbau des Kondensators und

F i g. 2 einen Dauerversuchsvergleich zwischen Kondensatoren gemäü der Erfindung und herkömmlichen Kondensatoren, ohne Vakuum-Trocknung und ohne Epoxidharz-Verguß.

F i g. 1 zeigt den Aufbau des Kondensators aus zwei Polypropylenfolien 1 und 2. Zur besseren Übersichtlichkeit ist eine zweite Lage der Polypropylenfolie 1 mit eingezeichnet. Die Kunststoffolien 1 und 2 sind an ihren Oberseiten mit Metallisierungen 3, 4 und an ihren Unterseiten mit Metallisierungen 5,6 versehen. Wie der Figur zu entnehmen ist, sind die Metallisierungen 3 und 4 dicker (Leitwerte 0,1 bis 0,5 S) als die Metallisierungen 5. 6 (Leitwerte 0,05 bis 0,25 S). Mindestens die Metallisierungen 3 und 4 sind mit den in der Figur nicht dargestellten stirnseitigen Kontaktschichten verbunden, an denen die äußeren Anschlüsse in Form von Anschlußdrähten oder dergleichen befestigt sind. Zweckmäßigerweise sind diese Metallisierungen 3, 4 jeweils auf einer beglimmten Folienseite angeordnet.

Die Kunststoffolien 1 und 2 sind um den Abstand χ gegeneinander versetzt aufgewickelt, wodurch an den Stirnseiten die notwendigen Fugen zur Verankerung des Schoopmaterials entstehen.

Die Funktion der dünneren Metallisierungen 5 und 6 besteht darin, die hohe Kantenfeldstärke an Poren der Metallisierungen 3 und 4 zu eliminieren. Um die Regenerierfähigkeit des Kondensators zu gewährleisten, müssen nämlich die Metallisierungen 3 und 4

entsprechend dünn aufgeführt werden. Dadurch sind praktisch immer Poren in diesen Metallisierungen enthalten.

Wie eingangs angeführt, werden die Metallisierungen 3 und 4 von diesen Poren ausgehend durch die erhöhte Kantenfeldstärke zerstört, wodurch die Kapazität der Kondensatoren beim Betrieb laufend abnimmt Die dünnen Gegenmetallisierungen 5 und 6 verhindern diese Zerstörung durch die Hersiellung eines homogenen Feldes, da praktisch ausgeschlossen ist, daß zwei Poren aufeinander zu liegen kommen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß bei einer gegebenen Spannung dünnere Folien verwendet werden können, da das homogene Feld im Kondensator höhere Feldstärken zuläßt

Die Metallisierungen 3 und 4 der Kunststoffolien 1 und 2 sind derart ausgeführt, daß die* metallfreien Ränder 7 und 8 schmaler als die metallfreien Ränder 9 und 10 an den Folienseiten mit den dünneren Metallisierungen 5 und 6 sind. Zweckmäßigerweise entspricht die Differenz der Breiten der metallfreien Ränder der Wickelversetzung x. Dadurch wird erreicht, daß die Metallisierungen 4 und 5 bzw. 3 und 6 im Innern des Kondensators deckungsgleich aufeinander zu liegen kommen. Dies ist zweckmäßig, da sonst an den inneren Rändern eine einlagige Metallisierung übersteht, die durch Oxidation zu einer raschen Kapazitätsverringerung führt

Die Stärke der Metallisierungen 3 und 4 ist so zu wählen, daß ein guter Kontakt mit den stirnseitigen Schoopschichten hergestellt werden kann. Es ist aber auch möglich, im Hinblick auf eine gute Regenerierfähigkeit die Metallisierungen 3 und 4 dünner auszuführen und in den zu kontaktierenden Randbereichen mit einer Randverstärkung zu versehen.

Die Summe der Leitwerte der Metallisierungen 3 und 5 bzw, 4 und 6 wird so gewählt, daß eine ausreichende Regenerierfähigkeit gewährleistet ist

In der F i g. 2 sind Dauerversuche an Kondensatoren dargestellt Die Kondensatoren gemäß der Erfindung, die hier verwendet wurden, besitzen 8 μπι dicke Polypropylenfolien 1 und 2. Ihre Metallisierungen 3, 4

ίο und 5, 6 bestehen aus Aluminium, wobei der Leitwert der Metallisierungen 3 und 4 03 S und derjenige der Metallisierungen 5, 6 0,15 S beträgt Bei diesen Kondensatoren beträgt die Versetzung χ beim Wickeln 1 mm, und die Freiränder 7, 8 sind 2 mm sowie die Freiränder 9,10 3 mm breit.

In der Figur ist die Kapazitätsabnahme AC/C in Abhängigkeit von der Betriebszeit ( bei einer Umgebungstemperatur von 70⁰C und angelegter Spannung von 380 V dargestellt Die Versuche wurden an ungeschützten — also nicht in Epoxidharz vergossenen — Kondensatoren vorgenommen, die nicht getempert und auch nicht vakuumgetrocknet waro**,. Die Kurve 11 wurde an den Kondensatoren mit dem Au/bau gemäß der Erfindung gemessen, während sich die Kurve 12 auf die herkömmlichen (einseitig metallisierten) Kondensatoren bezieht Der Figur ist die Überlegenheit des Kondensators gemäß der Erfindung direkt entnehmbar, wobei noch zu berücksichtigen ist daß der anfängliche Kapazitätsabfall bei der Kurve 11 überwiegend durch

jo eine Schrumpfung hervorgerufen wird und sich durch eine Temperung beheben läßt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regenerierfähäger elektrischer Kondensator, insbesondere für Wechselspannungen, welcher aus aufgewickelten Lagen von beidseitig direkt mit einer Metallisierung versehenen Kunststoffolien besteht, wobei die Kunststoffolien auf jeder Folienseite unterschiedlich breite metallfreie Ränder besitzen, die auf den beiden Seiten der Folien entgegengesetzt angeordnet sind, bei dem die Kunststoffolien mit einer Versetzung χ derart aufgewickelt sind, daß die Differenz der Breiten der metallfreien Ränder der Versetzung χ der Folien entspricht, und bei dem die äußeren Anschlüsse an stirnseitigen Kontaktschichten befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolien (1,2) aus Polypropylen und die Metallisierungen (3, 4; 5, 6) aus Aluminium bestehen und daß die Metallisierungen (3,4; 5,6) auf den beiden Seiten der Kunststoffolien (1, 2) unterschiedliche Leitwerte aufweisen.

2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungen mit den größeren Leitwerten (3,4) jeweils auf einer beglimmten Folienseite angeordnet sind.

3. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungen mit den größeren Leit'verten (3, 4) mit den stirnseitigen Kontaktschichten verbunden sind.

4. Elektrischer Kondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienseiten mit den weniger leitfähigen N'itallisierungen (5, 6) größere, metallfreie Ränder (9,10) aufweisen.

5. Elektrischer Kondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungen mit den größeren Leitwerten (3, 4) an den Kontaktierungsseiten Randverstärkungen aufweisen.