Электролитический конденсатор с пониженным тепловыделением

Изобретение относится к электролитическому пусковому конденсатору. Согласно изобретению электролитический пусковой конденсатор содержит электролит, по меньшей мере, частично не изолированный проводниковый фольговый элемент из электропроводного материала и, по меньшей мере, два отдельных конденсаторных фольговых элемента. Конденсатор содержит цепь, обеспечивающую первую проводимость в направлении от конденсаторного фольгового элемента к проводниковому фольговому элементу и снижающую или полностью предотвращающую проводимость в противоположном направлении от проводникового фольгового элемента к конденсаторным фольговым элементам. Техническим результатом является защита от излишнего нагрева и разрушения. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Введение

Изобретение относится к электролитическому пусковому конденсатору, содержащему корпус с электролитом, по меньшей мере, частично не изолированный проводниковый фольговый элемент из электропроводного материала и, по меньшей мере, два отдельных конденсаторных фольговых элемента, каждый из которых содержит первый слой электропроводящего материала и второй слой материала, имеющего полупроводниковые свойства. Конденсаторные фольговые элементы расположены напротив проводникового фольгового элемента.

Настоящее изобретения также относится к электродвигателю переменного тока, содержащему конденсатор вышеупомянутого типа.

Уровень техники изобретения

Электролитический конденсатор, как правило, относится к конденсаторам с большей емкостью на единицу объема, чем другие конденсаторы, что делает его востребованным в относительно сильноточных и низкочастотных электрических цепях. Конденсаторы упомянутого типа обычно широко применяются, например, для запуска электродвигателей или в процессе их работы. Они также широко применяются в качестве разделительных конденсаторов в цепях, в которых должен проводиться переменный ток, а постоянный ток не должен; так как большое значение емкости позволяет им проводить очень низкие частоты.

В ходе эксплуатации электролит проводит ток в разных направлениях между конденсаторными фольговыми элементами с частотой подключенного источника переменного тока. Это приводит к нагреванию конденсатора и в худшем случае к его разрушению. Нагревание ограничивает допустимую нагрузку конденсатора.

Описание изобретения

Для защиты от излишнего нагрева и возможного разрушения и таким образом для усовершенствования конденсаторов, например, для запуска электродвигателей переменного тока, согласно первому аспекту изобретения предлагается конденсатор упомянутого типа, содержащий цепь, обеспечивающую первую проводимость в направлении от проводникового фольгового элемента к каждому первому слою конденсаторного фольгового элемента и обеспечивающую вторую проводимость выше первой, в противоположном направлении от каждого первого слоя к проводниковому фольговому элементу. В данном варианте выполнения низкая проводимость означает, что сопротивление выше в токопроводящей дорожке от каждого из первых слоев к проводниковому фольговому элементу или что проводимости нет в направлении от каждого из первых слоев к проводниковому фольговому элементу.

Согласно изобретению ток проводится от первого слоя одного из конденсаторных фольговых элементов через цепь непосредственно к проводниковому фольговому элементу, а цепь, таким образом, обходит путь тока от первого слоя этого конденсаторного фольгового элемента через второй слой этого конденсаторного фольгового элемента и через электролит к проводниковому фольговому элементу. Иными словами, электрический заряд от одного из первых слоев ко второму слою противоположного проводникового фольгового элемента перенаправлен, по меньшей мере, частично через электрическую цепь, благодаря чему меньше тепла выделяется в электролите и одном из вторых слоев.

В этом отношении определение вторых слоев как противоположных проводниковому фольговому элементу означает, что вторые слои обращены к проводниковому фольговому элементу.

Первая проводимость предпочтительно больше проводимости электролита, то есть сопротивление токопроводящей дорожки от проводникового фольгового элемента к каждому из конденсаторных фольговых элементов через цепь предпочтительно ниже, чем через электролит. Таким образом, не только меньше тепла остается в электролите, но также ожидаются меньшие общие потери тепла.

Конденсаторные фольговые элементы могут содержать или состоять из проводящих алюминиевых фольговых элементов, покрытых изолирующим оксидным слоем, который составляет второй слой материала с полупроводниковыми свойствами. Между вторыми слоями и проводниковым фольговым элементом может быть расположена бумажная прокладка, пропитанная электролитом.

Далее изобретение будет пояснено на примере конденсатора с двумя конденсаторными фольговыми элементами и одним одиночным проводниковым фольговым элементом. На практике можно использовать любое количество конденсаторных фольговых элементов и проводниковых фольговых элементов, если конденсаторные фольговые элементы задают, по меньшей мере, два различных электрических потенциала в электролите, и проводниковые фольговые элементы имеют по существу одинаковый электрический потенциал.

Далее для простоты описания один из конденсаторных фольговых элементов обозначен как A, другой конденсаторный фольговый элемент обозначен как B, а проводниковый фольговый элемент обозначен как C. На практике фольговые элементы A и B могут быть подключены к источнику переменного тока и попеременно иметь таким образом наивысший электрический потенциал.

В зависимости от направления тока от источника переменного тока один из вторых слоев конденсаторных фольговых элементов становится анодом.

Проводниковый фольговый элемент предпочтительно имеет большую площадь поверхности, чем конденсаторные фольговые элементы, например, в пределах суммы площадей поверхности конденсаторных фольговых элементов. В частности, проводниковый фольговый элемент может иметь неизолированную и, следовательно, электропроводную поверхность у вторых слоев каждого из конденсаторных фольговых элементов, и данная поверхность может быть достаточно большой, так что она непосредственно прилегает ко всем вторым слоям, когда конденсаторные фольговые элементы расположены один за другой или в виде матрицы, смежной с проводниковым фольговым элементом.

Конденсаторные и проводниковая фольговые элементы могут быть плоскими или неплоскими фольговыми элементами, например, изогнутым фольговым элементом или фольговым элементом с текстурой, увеличивающей площадь его поверхности.

Например, для первого слоя проводникового фольгового элемента в качестве альтернативы алюминию может быть использован тантал и, в целом, любой проводящий материал. Соответственно вторые слои могут быть выполнены из любого материала, с полупроводниковыми свойствами, то есть, например, из оксида алюминия.

Тантал иногда дороже алюминия, но он также может обеспечить более высокую емкость на единицу объема и, следовательно, может в частности служить альтернативой в цепях, ограниченных по площади, например, для небольших потребительских товаров типа сотовых телефонов.

Полупроводниковые свойства могут обеспечиваться полупроводниковым материалом, например, окисленным алюминием, или альтернативными материалами, применение которых с этой целью известно в уровне техники. Под полупроводниковыми свойствами в данном документе понимается токопередача, происходящая в противоположных направлениях через второй слой. В одном варианте выполнения в одном направлении передача тока в сущности полностью блокирована, в то время как передача тока в противоположном направлении возможна.

В одном варианте выполнения конденсаторные фольговые элементы выполнены из травленой фольги или материала, содержащего алюминий.

Утверждение, что вторые слои противоположны проводниковому фольговому элементу, означает, что слои обращены к друг к другу.

Слои конденсатора могут быть расположены друг над другом, т.е. стопкой, которая также содержит слои бумаги, и слои могут быть свернуты с образованием цилиндрического тела. Тело может быть оснащено разъемами и помещено в цилиндрический корпус, например, выполненный из алюминия.

Электрическая цепь может быть выполнена либо с возможностью полного предотвращения проведение тока в направлении от проводникового фольгового элемента через цепь к конденсаторным фольговым элементам или, по меньшей мере, ограничения тока в этом направлении. В частности, цепь может содержать, по меньшей мере, один диод на каждый конденсаторный фольговый элемент. В одном варианте выполнения уровень проводимости в направлении от конденсаторных элементов через цепь к проводниковому фольговому элементу является регулируемым либо проводимость в направлении от конденсаторных элементов через цепь к проводниковому фольговому элементу может регулироваться автоматически, например, на основе энергии, подаваемой от источника переменного тока на основе емкости конденсатора.

Электрическая цепь или, в частности, каждый ее диод может быть расположен в корпусе или вне корпуса.

В частности, как упомянуто выше, конденсатор предложен для запуска двигателя переменного тока. С этой целью конденсаторные фольговые элементы могут иметь размеры, позволяющие получать емкость в пределах 20-400 микрофарад, или более предпочтительно в пределах 80-300 микрофарад, или 120-200 микрофарад.

Фольговые элементы предпочтительно расположены в виде двух слоев друг напротив друга, причем один слой формируется проводниковым фольговым элементом, а другой слой формируется конденсаторными фольговыми элементами, расположенными в ряд или в виде матрицы, так что все поверхности их второго слоя расположены напротив неизолированной и, следовательно, электропроводной поверхности проводникового фольгового элемента.

В одном варианте выполнения изобретения предлагается конденсатор вышеописанного типа, подключенный между потребителем типа электродвигателя и источником электропитания, выполненным с возможностью подачи переменного тока, который изменяет полярность конденсаторных фольговых элементов.

Во втором варианте выполнения предлагается способ защиты электролитического пускового конденсатора, содержащего:

электролит,

по меньшей мере, частично не изолированный проводниковый фольговый элемент из электропроводного материала, а также,

по меньшей мере, два отдельных конденсаторных фольговых элемента, каждый включающий первый слой электропроводного материала и второй слой материала с полупроводниковыми свойствами,

причем способ предполагает следующие действия: конденсаторные фольговые элементы располагают так, что их вторые слои противоположны проводниковому фольговому элементу для обеспечения проведения тока от одного из первых слоев к проводниковому фольговому элементу через электролит и обеспечивают первую проводимость в направлении от проводникового фольгового элемента к каждому первому слою конденсаторного фольгового элемента, и обеспечивают вторую проводимость, значительно больше первой, в противоположном направлении от каждого первого слоя к проводниковому фольговому элементу.

В частности, первая проводимость может быть снижена до нуля по сравнению со второй проводимостью, так что ток может проводиться только в одном направлении от первых слоев к проводниковому фольговому элементу. В частности, первая и вторая проводимости могут быть обеспечены проводником, например, стандартным кабелем или проводом и диодом, подключенным для обеспеченная однонаправленной проводимости от первых слоев к проводниковому фольговому элементу.

Краткое описание чертежей

Варианты выполнения изобретения будут подробно описаны далее со ссылкой на чертежи, на которых:

На фиг.1 показан в аксонометрии корпус с намотанной стопкой фольговых элементов.

На фиг.2 показана ненамотанная стопка фольговых элементов.

Подробное описание одного варианта осуществления изобретения

На фиг.1 показан вид в аксонометрии конденсатора 1, содержащего корпус 2, содержащий рулон 3, погруженный в электролит. Рулон 3 подключен проводами к клеммам 4, 5 на наружной поверхности корпуса 2. Корпус дополнительно содержит цепь 6, которая будет подробно описана далее со ссылкой на фиг.2.

На фиг.2 показана ненамотанная стопка 7 фольговых лент. Стопка фольговых лент соответствует рулону 3 и содержит, по меньшей мере, частично не изолированный проводниковый фольговый элемент 8 из электропроводного материала, например, алюминия, и, по меньшей мере, два отдельных конденсаторных фольговых элемента 9, 10. Конденсаторные фольговые элементы 9, 10 выполнены из травленой фольги или материала, содержащего алюминий, и обе содержат слой электропроводного материала и слой материала с полупроводниковыми свойствами.

Конденсаторные фольговые элементы 9, 10 расположены в ряд, так что их поверхности расположены напротив поверхности проводникового фольгового элемента 8. Стопка 7, скрученная в рулон 3, помещена в корпус 2, содержащий электролит. В этом случае проводниковый фольговый элемент 8 плавает в электрическом потенциале в электролите.

Цепь 11 подключена между проводниковым фольговым элементом 8 и одним из конденсаторных фольговых элементов 9, а цепь 12 подключена между проводниковым фольговым элементом 8 другим конденсаторным фольговым элементом 10. Когда стопка 7 скручена в рулон 3 и рулон 3 помещен в корпус 2, цепи 11 и 12 вместе образуют упомянутую цепь 6.

Каждая из цепей 11, 12 содержит диод, который обеспечивает проведение тока от слоя электропроводного материала, также называемого «первым слоем» каждого из конденсаторных фольговых элементов 9, 10, через цепь 6 к проводниковому фольговому элементу 8 и предотвращение проведения тока в противоположном направлении от проводникового фольгового элемента 8 через цепь 6 к конденсаторным фольговым элементам 9, 10.

1. Электролитический пусковой конденсатор (1), содержащий корпус (2), в котором находится:
электролит,
по меньшей мере частично не изолированный проводниковый фольговый элемент (8) из электропроводного материала, а также
по меньшей мере два отдельных конденсаторных фольговых элемента (9, 10), каждый из которых содержит первый слой электропроводного материала и второй слой материала с полупроводниковыми свойствами,
причем конденсаторные фольговые элементы (9, 10) расположены так, что их вторые слои противоположны проводниковому фольговому элементу (8), причем конденсатор содержит цепь (11, 12), обеспечивающую первую проводимость в направлении от проводникового фольгового элемента к каждому первому слою конденсаторного фольгового элемента, и обеспечивающую вторую проводимость, больше первой проводимости, в противоположном направлении от каждого первого слоя к проводниковому фольговому элементу.

2. Конденсатор по п.1, в котором цепь (11, 12) содержит по меньшей мере один диод для каждого конденсаторного фольгового элемента.

3. Конденсатор по п.2, в котором диоды расположены вне корпуса (2).

4. Конденсатор любому из предшествующих пунктов, в котором конденсаторные фольговые элементы (9, 10) имеют размеры, позволяющие получать емкость в пределах 20-400 мкФ.

5. Конденсатор по любому из предшествующих пунктов, в котором проводниковый фольговый элемент (8) плавает в электрическом потенциале в электролите.

6. Конденсатор по любому из предшествующих пунктов, в котором фольговые элементы (8, 9, 10) расположены в виде двух слоев, друг напротив друга, причем один слой формируется проводниковым фольговым элементом (8), а другой слой формируется конденсаторными фольговыми элементами (9, 10), расположенными в ряд или в виде матрицы, так что все они имеют одну поверхность, расположенную напротив поверхности проводникового фольгового элемента (8).

7. Конденсатор по п.6, в котором электропроводимость в направлении от первых слоев к проводниковому фольговому элементу (8) является регулируемой.

8. Конденсатор по п.7, в котором электропроводимость в направлении от проводникового фольгового элемента (8) к первым слоям, по существу, отсутствует.

9. Конденсатор по любому из предшествующих пунктов, соединенный с источником электропитания, выполненным с возможностью подачи переменного тока, который изменяет полярность конденсаторных фольговых элементов (9, 10).

10. Электрическая цепь, содержащая источник электропитания и электролитический конденсатор, выполненный по любому из пп.1-9.

11. Цепь по п.10, в которой источник электропитания выполнен с возможностью подачи переменного тока.

12. Цепь по п.10 или 11, дополнительно содержащая электродвигатель переменного тока.

13. Способ защиты электролитического пускового конденсатора, содержащего:
электролит,
по меньшей мере частично неизолированный проводниковый фольговый элемент из электропроводного материала, а также
по меньшей мере два отдельных конденсаторных фольговых элемента, каждый из которых содержит первый слой электропроводного материала и второй слой материала с полупроводниковыми свойствами,
причем способ содержит следующие действия: располагают конденсаторные фольговые элементы так, что их вторые слои противоположны проводниковому фольговому элементу для обеспечения проведения тока от одного из первых слоев к проводниковому фольговому элементу через электролит, и обеспечивают первую проводимость в направлении от проводникового фольгового элемента к каждому первому слою конденсаторного фольгового элемента, и обеспечивают вторую проводимость, значительно больше первой, в противоположном направлении от каждого первого слоя к проводниковому фольговому элементу.

14. Способ по п.13, в котором первая проводимость равна нулю, так что ток может проходить только от первых слоев к проводниковому фольговому элементу, и не может проходить в противоположном направлении от проводникового фольгового элемента к первым слоям.