Пленочный конденсатор

3.2 Механические воздействия

В условиях транспортировки, монтажа в аппаратуре и эксплуатации конденсаторы могут подвергаться различным  механическим воздействиям. Наиболее опасным последствием при таких воздействиях является возможность появления «обрыва» за счет поломки проволочного вывода снаружи или внутри конденсатора или нарушения целостности контактного узла между выводом и обкладкой. Механические воздействия могут также приводить к нарушению герметичности конструкции, прежде всего в местах крепления проходных изоляторов, к растрескиванию заливочного компаунда или опрессовочной пластмассы и т.п.

3.3 Влияние влажности на электрические свойства конденсаторов и методы защиты от действия влажности

     Поглощение влаги диэлектриком конденсатора, если диэлектрик гигроскопичен, приводит к некоторому возрастанию емкости, проводимости и тангенсу угла диэлектрических потерь (особенно в области повышенных температур), и снижается его электрическая прочность за счет облегчения возможности развития в нем теплового пробоя. Также поглощение влаги способствует развитию в диэлектрике электрохимических явлений, обуславливающих старение диэлектрика. 

Средства защиты конденсаторных секций от влаги можно разделить  на две группы:

1. Влагозащита с применением органических диэлектриков (уплотненные конструкции конденсатора).
2. Влагозащита с применением неорганических диэлектриков и металла (герметизация конструкции конденсатора).

3.3.1 Влагозащита с применением органических диэлектриков

В современном конденсаторостроении существует достаточно много способов влагозащиты с применением органических диэлектриков:

а) Пропитка – заполнение пор в диэлектрике и зазоров между слоями диэлектрика и обкладками, какой либо влагостойкой пропиточной массой. Пропитка обеспечивает только временную защиту конденсатора от влаги, лишь задерживая проникновение влаги в конденсатор на относительно небольшой срок, но не исключая возможности этого проникновения с течением времени. Дополнительное средство влагозащиты пропиточной конденсаторной секции – покрытие её слоем изоляционного лака. 

     б) Заливка влагоупорным компаундом пропитанных конденсаторных секций, помещаемых в металлический или изоляционный корпус, открытый с одного или двух  торцов. В современном конденсаторостроении используют для заливки секции компаунды на основе эпоксидных смол.

в) Опрессовка пластмассой. Некоторые зарубежные фирмы применяют для опрессовки пленочных конденсаторов термопластичную массу – полипропилен.

г) Метод облицовки влагозащитным компаундом («окукливание»). Используют облицовочные компаунды на основе эпоксидных смол и полиэфиров.

На рисунке 3.3.1.1 представлены уплотненные конструкции конденсаторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.3.1.1 - Уплотненные конструкции с применением органических влагозащитных веществ: а) -  металлический открытый корпус, изоляционная крышка, заливка; б) – открытый пластмассовый корпус; в) – изоляционная трубка, заливка; г) – металлическая трубка, заливка, изоляционные шайбы; д) – опрессовка пластмассой; е) – окукливание компаундом.

Недостатком применения органических материалов для целей влагозащиты  является присущая материалам влагопроницаемость. Даже когда не нарушена сплошность влагозащитного слоя (отсутствуют трещины  или иные повреждения), органический материал все равно будет постепенно пропускать через себя влагу.

3.3.2 Влагозащита с применением неорганической изоляции и металла (Герметизированные конструкции)

Широкое распространение получили герметизированные конструкции, представляющие собой сочетание металла с  керамикой или стеклом, с применением  швов, соединяемых пайкой мягкими  припоями; эта система влагозащиты  называется вакуумплотной герметизацией (рисунок 3.3.2.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.3.2.1 - Вакуумплотная герметизация: а) – керамический изолятор, впаянный в крышку; б) – стеклянный изолятор, впаянный в крышку; в) – стеклянный изолятор, впаянный в крышку; г) – керамический дисковой изолятор, впаянный в металлическую трубку; д) – металлический колпачок, припаянный к керамической трубке и закрывающий её с торца; е) – керамическая крышка, припаянная к керамическому корпусу; выводы пропущены через отверстия к крышке и впаяны в нее.

     Стеклянные изоляторы, представляющие собой металлическую трубочку и шайбу, заваренные в стекло имеют некоторые недостатки, по сравнению с керамическими изоляторами, хотя являются более дешевыми и удобными технологически:

1. заметно увеличивают индуктивность конденсатора;

2. по поверхности стекла увеличенная утечка, особенно при повышенной влажности, это видно из рисунка 3.3.2.2.

        Обычно  для конденсаторов большой емкости  применяются металлические корпуса  с припаянными к ним крышками, в которые впаиваются керамические или стеклянные проходные изоляторы (рисунок 3.3.2.1- а, б). Для конденсаторов малой емкости применяют металлические трубки, в качестве корпусов, торцы которых закрываются крышками, с впаянными в них изоляторами (рис в, г). В последнее время в качестве изоляторов для конденсаторов малой емкости применяют изоляторы из прессованного стекла. Реже встречаются конструкции, изображенные на рисунке 3.3.2.1- д, е.

       

 

 

 

 

 

Рисунок 3.3.2.2 - Зависимость сопротивления изоляции керамических изоляторов (1) и стеклянных (2) от времени выдержки в условиях влажности 98%

     При использовании герметизированных конструкций применяют заливку конденсаторных секций в корпусе твердыми или жидкими массами. При изготовлении выводного изолятора для высокотемпературных конструкций (например, для фторопластового конденсатора) применяют в основном керамику. Для небольших цилиндрических конденсаторов используют также корпуса в виде керамических трубок, которые переходным слоем стекла соединяются с коваровым кольцом; к концу приваривается стальная крышка (рисунок 3.3.2.3).

 

 

 

Рисунок 3.3.2.3 - Корпус для небольшого цилиндрического конденсатора. 1 – стекло, 2 – керамика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Пленочные конденсаторы

4.1 Конструкции пленочного конденсатора

     Конденсаторы с органическим диэлектриком, независимо от используемого вида обкладок и диэлектрика имеют общую основу конструкции – конденсаторную секцию в виде смотанных в спираль двух или более металлических лент обкладок с приложенными между ними одной или несколькими лентами диэлектрика.

Секции пленочных конденсаторов  могут быть цилиндрическими и плоскопрессованными (рисунок 4.1.1).

 

 

 

Рисунок 4.1.1 - Секции пленочных конденсаторов. а) – цилиндрическая; б) – плоскопрессованная.

Цилиндрические конструкции  используют для изготовления односекционных конденсаторов небольшой емкости  и небольшого напряжения, а также  проходных конденсаторов.

Взаимное расположение обкладок и лент пленки может быть различным. Наиболее распространенными видами обмотки являются: обычная (со скрытой  фольгой); безындукционная (с выступающей  фольгой); проходная. На рисунке представлены виды намоток.

 

 

Рисунок 4.1.2 - Различные типы намоток спиральных конденсаторов: а) – намотка со скрытой фольгой (обычная); б) - намотка с выступающей фольгой; в) – намотка с обкладками разной ширины (проходная); – ширина закраины; – ширина выступающего края фольги; – активная ширина фольги; – полная ширина фольги

     Небольшую индуктивность можно получить и при обычной обмотке, если располагать выводные контакты обеих обкладок возможно ближе друг к другу. Преимуществом «безындукционной» намотки остается уменьшение активного сопротивления обкладок, что дает некоторое снижение r при резонансе и уменьшает потери в конденсаторе, особенно при высоких частотах. Кроме того, припайка выводов к выступающим с торцов секции краям обкладок дает резкое повышение надежности контакта. Это особенно важно, если конденсатор используется при напряжениях меньше 1 вольта.

Недостатком «безындукционной намотки» является увеличенный вес  фольги, по сравнению с обычной  намоткой, так как фактическая  ширина фольги должна быть больше активной ширины , определяющей емкость конденсатора:

 

4.2 Материалы обкладок

Современное конденсаторостроение применяет для изготовления обкладок различных типов конденсаторов  большое число металлов. 

В случае конденсаторов с  твердым диэлектриком последний может быть использован в качестве механической опоры для обкладок; поэтому их толщина может быть резко снижена.  При изготовлении таких конденсаторов в качестве обкладок применяются: тонкая металлическая фольга, порядка 5-6 мкм или выше (алюминиевая, свинцово-оловянная, медная), или весьма тонкие слои металла, непосредственно нанесенные на поверхность диэлектрика тем или иным способом металлизации (цинк, алюминий, серебро и др.). Толщина этих слоев в зависимости от типа конденсатора и метода металлизации может составлять от нескольких микрон до 0,01-0,1 мкм. Некоторые свойства материалов, применяемых в конденсаторостроении для изготовления обкладок пленочных конденсаторов,  приведены ниже в таблице 4.2.1.

Таблица 4.2.1 – Некоторые  свойства материалов обкладок

Название материала	Удельное  сопротив - ление, мкОм см	Температурный коэф- фициент сопротивле- ния,  ,	Плотность,  г/	Коэффициент линей- ного расширения, ,	Температура плавле- ния, град	Теплоемкость (0-100) ккал/град	Теплопроводность, Вт/см
Медь	1,75	44	8,9	16,5	1083	0,100	3,93
Алюминий	2,8	42	2,7	23,8	658	0,168	2,22
Свинец	20,5	41	11,3	28,5	327	0,031	0,34
Олово	13,4	44	7,4	26,7	232	0,559	0,63
Цинк	6,0	39	7,1	17,1	419	0,100	1,10

 

4.2.1 Обкладки из фольги

     В производстве пленочных конденсаторов широко применяются обкладки из тонкой металлической фольги. Свойства обкладок из различных материалов приведены в таблице 4.4.1.1:

Таблица 4.2.1.1 – Свойства обкладок из различных материалов

Фольга	Состав	Толщина, мкм	Прочность на разрыв, кГ/мм2
Алюминиевая	Al 99,5—99,7%	7-8	7
Оловянно-свинцовая	Sn 84—85% РЬ 13—14% Sb 1—2%	7	5,5—6,5
Красномедная	Cu 99,7 %	15-50	3,7

Основным типом металлической  фольги,  применяемой в конденсаторостроении, является алюминиевая фольга, обладающая следующими свойствами:

1. Небольшое удельное сопротивление;

2. Высокая теплопроводность;

3. Легко прокатывается до малых толщин и относительно дешев.

Недостатком алюминия являлась трудность пайки, но теперь разработаны  специальные припои, позволяющие  успешно преодолевать эту трудность. За рубежом применяют также фольгу толщиной 5—6 мкм; у нас такая фольга используется в производстве некоторых типов малогабаритных конденсаторов.

Некоторые зарубежные фирмы вместо тонкой алюминиевой фольги применяют иногда также оловянную (точнее оловянно-свинцовую с добавкой сурьмы) как материал, легко поддающийся пайке и, благодаря своей мягкости, плотнее прилегающий к диэлектрику. Удельное сопротивление — не выше 25 мком см. Недостатком этой фольги, кроме повышенной стоимости и увеличенного удельного сопротивления, является худшая теплопроводность и повышенный удельный вес.

Также в производстве в качестве обкладок используют красномедную фольгу. Эта фольга применяется в  производстве намотанных конденсаторов  небольшой емкости, когда требуется  увеличенная прочность обкладок (например, при намотке конденсаторов  с применением заранее нарезанных обкладок небольшой длины). Наличие заусенцев на краях красномедной фольги опасно, так как может приводить к проколам диэлектрика и снижению электрической прочности конденсатора. Для устранения этой опасности ленты фольги часто пропускают между вальцами, разглаживающими заусенцы. Луженая красномедная фольга применяется также для изготовления вкладных контактов в намотанных конденсаторах с обкладками из алюминиевой или оловянно-свинцовой фольги при намотке со скрытой фольгой.