Электролитический конденсатор, преимущественно рулонный, с несущей электродной фольгой

 

Изобретение касается электрического конденсатора с самонесущей электродной фольгой для работы в условиях высокой нагрузки по переменному току. Цель изобретения - повышение предельно допустимой нагрузки по переменному току. Рулон конденсатора встроен в металлический корпус. Рулон снабжен на обеих торцовых сторонах выступающей электродной фольгой, находящейся в термическом контакте с основанием и металлической пластиной. Образованные за счет этого тепловые перемычки обеспечивают улучшенный отвод тепла при высоких нагрузках по переменному току; 7 з.п. ф-лы}9 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 G9//00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4743425/21 (22) 30.03.90 (46) 23.07.93. Бюл. ¹ 27 (31) 1057168 (32) 31.03.89 (33) ЕР (71) Сименс АГ (DE) (72) Вильхельм Швайкерт и Норберт Вилль (DE) (56) Патент США ¹ 3670210. кл. 317.230, 1972. (54) ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО РУЛОННЫЙ, С НЕСУЩЕЙ ЭЛЕКТРОДНОЙ ФОЛЬГОЙ

Изобретение касается электрического конденсатора с самонесущей электродной фольгой, в частности рулонного электролитического конденсатора для работы в усло-виях высокой нагрузки по переменному току, который встроен в металлический корпус и содержит металлическую тепловую перемычку между конденсатором и корпусом, которая образована выступающей с одной стороны на торцовой стороне электродной фольгой, находящейся в термическом контакте с основанием корпуса.

Цель изобретения — повышение предельно допустимой нагрузки по переменному току.

На фиг.1 — термическое сопротивление в случае использования обычного конденсатора; на фиг.2 — термическое сопротивление в случае соответствующего изобретению конденсатора: на фиг,З вЂ” схема намотки с выступающим катодом; на фиг.4 — схема намотки с выступающими катодом и анодом; на фиг.5 — конденсатор с дополнительной

„„. Ж„„1830151 АЗ (57) Изобретение касается электрического конденсатора с самонесущей электродной фольгой для работы в условиях высокой нагрузки по переменному току. Цель изобретения — повышение предельно допустимой нагрузки по переменному току. Рулон конденсатора встроен в металлический корпус.

Рулон снабжен на обеих торцовых сторонах выступающей электродной фольгой, находящейся в термическом контакте с основанием и металлической пластиной.

Образованные за счет этого тепловые перемычки обеспечивают улучшенный отвод тепла при высоких нагрузках по переменному току; 7 з,п. ф-лы,9 ил.

° пластиной для отвода тепла; на фиг.6 — конденсатор со встроенной пластиной для отвода тепла; на фиг.7 — конденсатор с двумя взаимно изолированными частями корпуса; Я на фиг.8 — распределение теплового потока при использовании различных методов охлаждения; на фиг.9 — распределение темпе- а ратуры по оси намотки конденсатора. QO

На фигЛ схематически изображен путь отвода тепла для обычного рулонного элек.тролитического конденсатора, в случае которого катодная фольга односторонне ааеей выступает к основанию сосуда, в результате Л чего теплоотводосуществляется через основание сосуда. Ть представляет собой температуру горячей точки, которая возникает в рулоне конденсатора вследствие потерь тепла. Т представляет собой внешнюю температуру рулона, а Тс — температуру корпуса. Символом Rhw обозначено термическое сопротивление в рулоне относительно области горячей точки, а символом R <— термическое сопротивление между рулоном

1830151 и корпусам. Таким образом, возникает термическое сопротивление между областью горя ей точки и корпусом, которое опредеПяЕтСя Па фарМуЛЕ Rhc = Rwc+ Rhw, На Фиг.2 схематически изобра>кен путь теппопередачи для конденсатора, снабженного второй тепловой перемычкой. В этом случае в отношении термического сопротивления меду областью горячей точки и корпусом действУет фаРмУпа R hc = 1/2Rwc+ 1/4 Rhw. Эа счет наличия второй тепловой перемычки в конденсаторе термическое сопротивление в рулоне уменьшается, таким образам, на

75%, а термическое сопротивление между рулоном и корпусом — на 50%.

На фиг.3 изображена схема рулона с изображением конденсатора, который состоит из анодной фольги 3 и двух выступающих узлов катаднай Фольги 1, Между аноднай фольгой 3 и катадной фольгой 1 расположены дистанционные элементы 2, которые, например, выполнены из бумаги и в которых накоплен электролит, Выступающие концы катадной фольги i находятся в термическом контакте, с одной стороны, с основанием сосуда, и, с другой стороны, со следующей частью корпуса, в результате чеt o возникают две тепловые перемычки. На фиг,4 изображена схема рулона, в случае которой катодная фольга 1 выступает лишь на .одной стороне и образует там первую тепловую перемычку, в та время как вторая тепловая перемычка образуется выступающей анаднай фольгой 3. Величина, на котору а та или иная фольга выступает над торцовыми сторонами, составляет, например, б мм, причем изображены те схемы рулонов, которые содержат лишь одну анодну о фольгу и две катодные фольги. Это необходимо дпя улучшения теплового перехода, так как анадная фольга в рулонном электрапитическом конденсаторе в обшем случае в два-четыре раза толще катаднай фольги. При других соотношениях мо>ует оказаться также достаточным намотки лишь одной катоднай и одной анодной фольги. Фиг.5 показывает эпектролитический конденсатор, который состоит из встроенного в металлический корпус 5 блока рулонного конденсатора (рулона) 4 канденсатара, Рулон 4 содержит выступающую катадную фольгу 7, которая находится в термическом контакте с основанием 6 корпуса

5. На основании 6 расположена, кроме того, присаединитепьная цапфа 8, предпочтительно с резьбой, которой может крепиться, например, охлаждающий радиатор. На другой торцовой стороне рулон 4 содержит выступающую электродную фольгу 9, которая имеет либо у же попярнасть,чта и выступающая фольга 7, либо противоположную полярность, Таким образом, выступающая фольга 9 представляет собой либо катодную фольгу, либо аноднуюфольгу. Выступающая фольга 9 находится в термическом контакте с металлической пластиной 10, например, алюминиевой шайбой, которая образует вторую тепловую перемычку, Пластина 10 находится в позиции 11 в термическом кон"0 такте с корпусом 5, причем это соединение может выполняться, например, посредством посадки, запрессавки, или посредством соединения путем гафровой посадки, эапрессовки или посредством соединения путем гафровой обжимки извне. В случае, если выступающая фольга 7 и 9 имеет различную полярность, необходимо обеспечить электрическое изолирование металлической пластины 10 ат корпуса 5. Если выступающая

20 электродная фольга 9 имеет одинаковую полярность, чта и выступающая фольга 7, то в этом случае присоединительные полосы 12 для фольги с другой полярностью должны проводиться через металлическую пластину с использованием изолирующего материала. Присоединительные полосы 12 соединены с электрическим проходным элементом 13, который расположен в защитной крышке 14.

Защитная крышка 14 укреплена путем от30 бортовки поверхности корпуса 5, причем между корпусом 5 и защитной крышкой 14 расположена резиновое кольцо 15, предусмотренное для уплотнения. На фиг.6 изображена форма исполнения, в случае которой корпус 5 закрыт металлической пластиной 16, которая одновременно используется в качестве обеспечивающей передачу тепла части дпя выступающей электродной фольги.9, В пластине 16, например, алюми40 ниевай защитной крышке, расположен проходной электрический элемент 13, который с помощью изоляции 17 электрически отделен ат пластины 16. На проходном элементе

13, который с помощью изоляции 17 электри45 чески отделен от пластины 16. На проходном элементе 13 укреплены присоединитепьные полоски 12. Из уровня техники известны защитные крышки из алюминия, которые однако, служат только дпя уплотнения кор50 пуса в условиях воздействия высоких температур. При этом уровне техники отвода тепла не производится, так как отсутствует термический контакт с обмоткой. На фиг.7 изображена форма исполнения с двумя час55 тями 18, 19 корпуса. Рулон конденсатора 4 снабжен на одной стороне выступающей катадной фольгой 7 и на другой стороне— выступающей анодной фольгой 9, Каждая сторона электрически и термически соединена с собственной металлической частью

1830151

55 корпуса 18, 19 (например, из алюминия).

Части 18, 19 соединяются с помощью радиальной изолирующей части 20 посредством желобков 22 и отбортованных частей 23. В случае необходимости для соединения достаточно также одной из этих перечисленных мер. В области отбортованных элементов 23 предусмотрены резиновые кольца 21, использующиеся для уплотнения. В случае этой формы исполнения нет необходимости в изолировании анодной подводящей линии. Анодная часть 19 должна обладать соответствующей частотой с целью обеспечения необходимых электрических параметров. Для электрического подключения части могут быть снабжены резьбовыми цапфами 24, 25. Вследствие высокой симметрии эта форма исполнения отличается высокой вибрационной прочностью, в частности, в случае. если рулон 4 согласован со внутренним диаметром изолирующей части 20. Возможны также формы исполнения. предусматривающие две катодно включенные части корпуса. В этом случае электрические проходные элементы расположены в изолирующей части, причем, конечно. присоединение анода выводится иэ корпуса изолированным. На фиг.8 изображены тепловые потоки, указанные стрелками различной толщины и относящиеся к изображенной на фиг.5 форме исполнения.

В левой части фиг,8 изображены тепловые потоки при полном охлаждении, а в правой части — тепловые потоки при охлаждении основания. Рулон 4 электролитического конденсатора состоит на 30 — 40 ф, из алюминия и сам по себе обладает высокой величиной теплопроводности, Эта величина, однако. вследствие схемы рулона действует лишь в направлении осей витков, в результате чего тепловой поток, несмотря на имекзщий большую протяженность путь проходит через выступающую электродную . фольгу 7 или 9 к основанию 6 или к пластине

10. Электролитические конденсаторы с параметрами 4700 мкФ/350 В были встроены в сосуд с размерами 8 75 мм х 145 мм. На фиг.9 изображено распределение температуры в оси рулона при нагрузке 100 а/20 кГц/55 С (55 С вЂ” температура охлаждающей воды), Кривая А относится к корпусу, который охлаждается только со стороны основания. а кривая  — к корпусу, который охлаждается полностью. Кривые по фиг.9 были измерены применительно к изображенной на фиг.б форме исполнения, причем изображено распределение температуры по оси рулона в зависимости от расстояния

Х от основания б корпуса 5. Максимальная избыточная температура Т-Тс по оси рулона составляет 9 С при полном охлаждении (кривая В), в то время как при использовании обычного электролитического конденсатора избыточная температура в зависимости от толщины катода составляет от 27 до 33 С.

При of ðàêè÷åíèè охлаждения корпуса в области основания сосуда (кривая А} избыточная температура повышалась до 16 С, так как в данном случае тепловой поток, проходящий вдоль стенки сосуда, вновь создает дополнительный перепад температур (см. фиг.8, правая часть), который, однако, постоянно является все еще меньшим по сравнению с обычным электролитическим конденсатором.

При одностороннем охлаждении корпуса по этой причине было бы целесообразно использовать стенки сосуда с большей толщиной, Наряду с изображенными на чертеже формами исполнения рулонных электролитических конденсаторов предмет изобретения может использоваться также применительно к другим конденсаторам с самонесущей электродной фольгой с целью улучшения теплоотвода.

Формула изобретения

1. Электролитический конденсатор, преимущественно рулонный. с несущей электродной фольгой, расположенный в металлическом корпусе и снабженный металлической тепловой перемычкой между конденсатором и корпусом, при этом металлическая тепловая перемычка образована выступающей над одним из торцов рулона электродной фольгой с возможностью термического контакта с.основанием корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения предельно допустимой нагрузки по переменному току, он снабжен дополнительной тепловой перемычкой, выполненной в виде выступающей над вторым мз торцов рулона электродной фольги, расположенной с возможностью термического контакта с торцевой частью корпуса.

2. Конденсатор поп.1, отл и ч а ю щи йс я тем, что выступающая над обоими торцами электродная фольга имеет одну и ту же полярность.

3. Конденсатор по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что выступающая над обоими торцами электродная фольга имеет различную полярность, 4, Конденсатор по пп.1-3, о т л и ч а юшийся тем, что торцевая часть корпуса выполнена в виде металлической пластины.

5. Конденсатор по п.4, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве металлической пластины использована крышка корпуса.

1830151 hc= "хс+ в èå. 7 тс

6. Конденсатор по пп,1-3. о т л и ч а ющ и и с л тем, что металлический корпус ьыполнен из двух частей.

7. Конденсатор по и 6, отл ич а ющийс л тем, что при выводе электродной фольги с различной полярностью обе части корпуса 5 (« 0

Rwc 1)Rhw соединены между собой с помощью радиальной электроизолирующей части, 8, Конденсатор по пп.1-7, о тл и ч а юшийся тем, что он содержит несколько

5 электродных фольговых пленок с одинаковой полярностью.

1830151

1830151

1830151

12

1830151

0 2 4 6 .8 10 x/cm 12

Редактор Т, Шагова

Заказ 2493 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Т/ С

70 1с 0

Составитель А. Салынский

Техред М.Моргентал Корректор А. Козориэ