Металлобумажный конденсатор

Федеральное агентство  по образованию РФ

 

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

 

 

 

 

Кафедра физической электроники (ФЭ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕТАЛЛОБУМАЖНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

 

Курсовая работа по дисциплине

” Материалы электронной  техники”

 

 

 

 

 

 

 

	Студент гр.314-2 ______ Бронников С.М.
	Руководитель доцент Кафедры Ф.Э. ______ Битнер Л.Р.

 

 

 

 

 

Томск 2007

 

Федеральное агентство  по образованию

Томский университет

Систем управления и радиоэлектроники

 

Кафедра физической электроники (ФЭ)

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Зав. Кафедрой ФЭ

_________ Троян П.Е.

 

Задание

на курсовую работу по дисциплине: ”Материалы электронной техники”

студенту Бронникову Сергею Михайловичу группа 314-2 факультет электронной техники.

1. Тема работы: Металлобумажный конденсатор
2. Срок сдачи работы “___” __________ 2005г.
3. Исходные данные к работе: U=150B, C=0,1мкФ, токи утечки на постоянном напряжении не более 10^-8 А.
4. Содержание пояснительной записки (перечень вопросов подлежащих разработке):
• Типы конденсаторов, область применения, основные характеристики
• Диэлектрические материалы для конденсаторов
• Материалы обкладок
• Выбор материалов, расчет размеров и массы готового конденсатора
5. Содержание приложений____________________________________________

 

 

6. Дата выдачи задания ____________________________________________________

Руководитель Битнер Лилия Райнгольдовна

доцент кафедры ФЭ, ТУСУР

Задание принял к исполнению Бронников С.М.

 

Содержание

 

1. Введение…..…………………………………………………………………………...…...4

 

2. Основные характеристики конденсаторов…..…………………………………………...5
1. Классификация конденсаторов…………………………………………………………...5
2. Основные области применения конденсаторов…………………………………………6

 

3. Металлобумажный конденсатор..………………………………………………………...8
1. Основные материалы бумажных конденсаторов………………………………………..9
2. Технология изготовления бумажных конденсаторов………………………………….11
3. Конденсаторы бумажные с металлизированными обкладками МБГО………………13

 

4. Расчет размеров и массы готового конденсатора……………………………………..15

 

5. Заключение……………………………………………………………………………….19

 

6. Список используемой литературы………………………………………………………20

 

1. Введение

 

Электрические конденсаторы являются одним из наиболее широко используемых элементов радиоэлектронных и электротехнических устройств.

Советское конденсаторостроение возникло по существу на голом месте, почти 20 лет спустя после того, как производство конденсаторов началось за рубежом. За истекшие 40 лет советского конденсаторного производства проделало гигантский путь, развившись в мощную специализированную отрасль промышленности, вышедшую как по своим масштабам, так и по качеству продукции на одно из первых мест в мире.

Тема курсовой работы «бумажные  конденсаторы». При написании данной работы преследовалась основная цель: изучить процесс производства и функционирования бумажных конденсаторов.

Представленная курсовая работа состоит  из введения, трех основных глав, в которых раскрывается сущность и классификация конденсаторов, основные области их применения; рассмотрены диэлектрические материалы и материалы обкладок конденсаторов, а также проведены основные расчеты размеров и массы готового конденсатора и заключения.

 

2. Основные характеристики конденсаторов

1. Классификация конденсаторов.

 

Электрические свойства, конструкция  и область применения всякого конденсатора в максимальной степени определяются диэлектриком, разделяющим его обкладки. Поэтому конденсаторы правильнее всего классифицировать по роду диэлектрика.

Классификация:

Конденсаторы постоянной емкости.

1. Конденсаторы с газообразным диэлектриком: воздушные, газонаполненные, вакуумные
2. Конденсаторы с жидким диэлектриком
3. Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклопленочные), слюдяные, керамические (низкочастотные, высокочастотные), тонкослойные из неорганических пленок
4. Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, пленочные (из неполярных пленок и из полярных пленок), комбинированные (бумажнопленочные), тонкослойные из органических синтетических пленок (тонкопленочные)
5. Электролитические (оксидные) конденсаторы: алюминиевые, танталовые, ниобиевые, титановые. Эти конденсаторы можно также различать по типу конструкции на жидкостные, сухие, твердые (оксидно-полупроводниковые) и оксидно-металлические.

 

При заданном типе диэлектрика конденсаторы можно классифицировать дополнительно по тому режиму работы, для которого предназначается данный конденсатор.

В каждом из этих случаев различают  конденсаторы низкого и высокого напряжения (низковольтные и высоковольтные).

 

2. Основные области применения конденсаторов

 

В современной технике конденсаторы находят себе исключительно широкое и разностороннее применение, прежде всего в области электроники. Здесь можно отметить их применение для следующих основных целей:

1. В радиотехнической и телевизионной аппаратуре – для создания колебательных контуров, их настройке, блокировки, разделения цепей с различной частотой, в фильтрах выпрямителей и т.д.
2. В радиолокационной технике – для получения импульсов большой мощности, формирования импульсов и т.д.
3. В телефонии и телеграфии – для разделения цепей постоянного и переменного токов, разделения токов различной частоты, искрогашения в контактах, симметрирования кабельных линий и т.д.
4. В автоматике и телемеханике – для создания датчиков на емкостном принципе, разделения цепей постоянного и пульсирующего токов, искрогашения в контактах, в схемах тиратронных генераторов импульсов и т.д.
5. В технике счетно-решающих устройств – в специальных запоминающих устройствах и т.д.
6. В электроизмерительной технике - для создания образцов емкости, получения переменной емкости (магазины емкости и лабораторные переменные конденсаторы), создание измерительных приборов на емкостном принципе и т.д.

В электроэнергетике конденсатор  находит себе также весьма разнообразное  и ответственное применение:

• для улучшения коэффициента мощности промышленных установок (косинусные или шунтовые конденсаторы)
• для продольной емкостной компенсации дальних линий передач и для регулирования напряжения в распределительных сетях
• для емкостного отбора энергии от линий передач высокого напряжения и для подключения к линиям передачи специальной аппаратуры связи и защитной аппаратуры (конденсаторы связи)
• для защиты от перенапряжений
• для применения в схемах генераторов импульсов напряжения и генераторов мощных импульсов тока, используемых при испытаниях электротехнической аппаратуры
• для электрической сварки разрядом
• для пуска конденсаторных электродвигателей (пусковые конденсаторы) и для создания нужного сдвига фаз в дополнительной обмотке этих двигателей
• в устройствах освещения люминесцентными лампами
• для подавления радиопомех, создаваемых электрическими машинами и подвижным составом электрифицированного транспорта.

Разнообразие областей применения обусловливает исключительно большое  разнообразие типов конденсаторов, используемых современной техникой. Поэтому наряду с миниатюрными конденсаторами, имеющими вес менее грамма и размеры порядка нескольких миллиметров, можно встретить конденсаторы с весом несколько тонн и по высоте превышающий человеческий рост. Емкость современных конденсаторов может составлять от долей пикофарады до нескольких десятков и даже сотен тысяч микрофарад в единице, а номинальное рабочее напряжение может лежать в пределах от нескольких вольт до нескольких сотен киловольт.

 

3. Металлобумажный конденсатор

Название металлобумажных получили бумажные конденсаторы, в которых  в качестве обкладок применяют тонкий слой металла, нанесенный на бумагу. Диэлектриком служит лакированная конденсаторная бумага.

Металлобумажные конденсаторы имеют  по сравнению с бумажными меньшие  габаритные размеры (при равных номинальных напряжениях и емкостях), а по сравнению с электролитическими – обладают меньшими токами утечки, большим сроком службы и лучшей холодоустойчивостью. Малая толщина обкладок придает металлобумажным конденсаторам весьма ценное, только им присущее свойство – «самовосстановление» электрической прочности при единичны пробоях бумаги, так как при этом тонкий слой металла вокруг места пробоя испаряется, тем самым, изолируя место короткого замыкания. Заметим, что в низковольтных цепях, с высоким полным сопротивлением тепло, развиваемое дугой при пробое, может оказаться недостаточным, чтобы произошло самовосстановление.

Недостаток металлобумажных конденсаторов  заключается в том, что сопротивление изоляции у них ниже, чем у бумажных, оно уменьшается при длительном хранении в бездействующем состоянии и с увеличением числа самовосстанавливающихся пробоев. Наиболее часто и резко снижается сопротивление изоляции у конденсаторов с однослойным диэлектриком (например, МБГО). Металлобумажные конденсаторы с однослойным диэлектриком ( МБМ, МБГП, МБГЦ с номинальным напряжением до 250 В и МБГО всех напряжений) нежелательно применять в цепях с низким напряжением (несколько вольт или долей вольта).

Металлобумажные конденсаторы в основном применяют в цепях развязок, блокировок и фильтров (рис )

1. Основные материалы бумажных конденсаторов

 

В бумажных конденсаторах для активного диэлектрика применяется конденсаторная бумага, отличающаяся от обычных бумаг малой толщиной, повышенной плотностью и механической прочностью. Малое содержание примесей (бумага почти на 100 % состоит из клетчатки) и повышенная плотность увеличивают электрическую прочность конденсаторной бумаги в сравнении с другими сортами электротехнических бумаг.

По ГОСТ 1908 – 57 предусматривается изготовление двух сортов конденсаторной бумаги КОН – 1 с объемным весом 1,0 г/см³ и толщиной 7, 8, 10, 12, 15, 22, 30 мк и КОН – 2 с объемным весом 1,16 – 1,25 г/см³ , толщиной 5, 6, 7, 8, 10, 12, 15, 22, 30 мк. Значения объемного веса соответствуют бумаге с влажностью 8±1%.

При изменении объемного веса бумаги меняются ее электрические характеристики. Чем плотнее бумага, т.е. чем большая доля ее объема заполнена клетчаткой, тем выше диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность. С ростом плотности возрастает и значение тангенса угла диэлектрических потерь сухой бумаги.

Для конденсаторов, работающих при  постоянном токе, когда диэлектрические  потери не имеют существенного значения, надо применять бумагу с повышенной плотностью, так как она имеет повышенное значение диэлектрической проницаемости. В конденсаторах, работающих при переменном токе, для снижения потерь применяют бумагу пониженной плотности.

Существует специально оксидная бумага, содержащая до 5 % окиси алюминия. Такая бумага при пропитке легко загрязняющимися хлорированными массами, ухудшающими угол потерь после заливки в корпус конденсатора, обеспечивает «доочистку» пропиточной массы в готовом конденсаторе, так как содержащаяся в бумаге окись алюминия служит адсорбентом, поглощающим ионы загрязнений, содержащиеся в пропиточной массе.

Конденсаторная бумага является неоднородным диэлектриком, состоящий из клетчатки, занимающей в зависимости от плотности бумаги 51 – 87 % ее объема. Остальная часть объема приходится на долю пор, содержащих воздух и частично заполненных влагой. Воздушно-сухом состоянии количество влаги доходит до 10 % от веса бумаги.

Для повышения электрической прочности  и диэлектрической проницаемости бумагу высушивают и пропитывают различными жидкими или отвердевающими полярными или не полярными составами.

 

Таблица 3.1.1.Характеристики пропитывающих составов для бумажных конденсаторов

Характеристики	Конденсаторное масло	Совол	Конденсаторный вазелин	Кастровое масло
Плотность, г/см3, при t=200С	0,86-0,89	1,51 - 1,56	0,83-0,88	0,95-0,97
Температура застывания, 0С	-450С	+5 - +6	+30 - +40	-15÷ -17
Теплопроводность,	0,0013	0,00101	-	-
Теплоемкость при 20 – 100 0С,	0,43 –0,58	0,36	-	-
Температурный коэффициент объемного расширения, 1/0С	0,0006-0,0007	0,001	-	-
Удельное объемное Сопротивление при 200С,	1014	1013 – 1014	>1014	1012
Электрическая прочность при 50 Гц, 200С, кв/см	200	170	>200	200
Диэлектрическая проницаемость при 50 Гц, 200С	2,1-2,3	4,6-5,2	2,1-2,2	4,2-4,7
Тангенс угла диэлектрических потерь при 50 Гц, 900С	0,005	0,03-0,003	<0,002	>0,01