Пленочный конденсатор

Является наиболее широко применяемой полярной пленкой в  конденсаторостроении. Особенностью пленки является высокая механическая прочность, превышающая прочность бумаги, при  удлинении порядка 50-100 %. Поэтому  нижний предел толщины может быть ниже, чем для бумаги. Можно получить толщины до 6 мкм и даже до 3,5 мкм. Электрическая прочность пленки также высокая и достигает  при электродах малой площади 350-400 . Поэтому, хотя диэлектрическая проницаемость меньше, чем у пропиточной бумаги, удельные характеристики могут быть получены лучшими, чем у бумажных конденсаторов. Пленки имеют высокое удельное сопротивление. Учитывая малую толщину того же порядка, как и конденсаторной бумаги, эти пленки можно применять как в конденсаторах низкого, так и высокого напряжения. Без сильного напряжения лавсановые конденсаторы могут работать до температуры порядка 125. В отличие от бумаги, пленка ПЭТФ не содержит токопроводящих включений, а потому может применяться в один слой с обкладками из фольги. Пленка также легко поддается металлизации. Постоянная времени у конденсаторов из ПТФЭ может достигать сек при 20, т.е. лежит между соответствующими значениями для полистирольного и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бумажного конденсаторов. Относительно малая гигроскопичность позволяет изготовлять конденсаторы открытого типа (как полистирольные) для работы при нормальной влажности. При расчете на повышенную или высокую влажность применяют уплотненные конструкции с заливкой эпоксидной смолой или герметизированные корпуса, как в случае бумажных конденсаторов.

2. Поликарбонат.

       Является  еще более новым материалом, чем  лавсан. По нагревостойкости она  близка к ПЭТФ, но отличается  сниженными потерями и более  высоким удельным сопротивлением. Преимуществом этой пленки, обеспечивающей  ей применение в современном  конденсаторостроении, является возможность  получать из неё конденсаторы  с малым ТКε, меньшим, чем  у полистирольных и близким  к слюдяным. Пленка имеет толщину  порядка 10 мкм, однако при использовании  её в лакопленочных конденсаторах  толщина пленки может быть  получена до 2 мкм. Верхний предел  рабочей температуры поликарбонатных  конденсаторов обычно указывается  равным 100-125 . По удельным характеристикам эти конденсаторы уступают лавсановым конденсаторам. Также поликарбонатные конденсаторы отличаются от лавсановых несколько повышенной постоянной времени и резко улучшенной стабильностью емкости.

Также в качестве материалов для изготовления полярных пленок используют полипиромеллитимид, полириат, эфиры целлюлозы.

 

 

 

 

 

 

     5 Расчет пленочного конденсатора

В данной работе необходимо рассчитать пленочный конденсатор  на рабочее напряжение 50В, емкостью 500 пФ и учесть при расчетах, что  тангенс угла диэлектрических потерь может быть не более .

В качестве материала диэлектрика  выбираем неполярный синтетический  материал – полистирол. Полистирол является самым распространенным материалом для изготовления диэлектрических пленок в конденсаторах и позволяет изготовлять конденсаторы с малым углом потерь, стабильной емкостью и высокой постоянной времени. Также полистирол является недорогим материалом.  Кратковременная электрическая прочность полистирольной пленки высока, но в ней имеются слабые места, которые заставляют принимать большой коэффициент запаса по электрической прочности, порядка 10-20 раз. Примем значение коэффициента запаса k равным 15. Тогда напряжение пробоя определится выражением:

 

Выберем цилиндрическую конструкцию (т.е. секция не подвергается прессовке) с безындукционной намоткой (намотка  с выступающей фольгой). На цилиндрическую оправу наматываем четырехслойную структуру, состоящую из 2 слоев диэлектрической  пленки и 2 слоев фольги (рисунок 5.1).

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5.1 - Намотка спирального конденсатора. 1, 2 – обкладки конденсатора; d – толщина диэлектрика; – диаметр цилиндрической оправки;  – диаметр намотки

Значение электрической  прочности примем равным . Определим толщину диэлектрика из выражения для электрической прочности:

 

     В качестве  обкладок конденсатора выбираем  алюминиевую фольгу. Алюминий также  является недорогим материалом, который легко прокатывается  до малых толщин.  Толщину фольги  примем равной 8 мкм, а ширину 12 мм. Края фольги выступают за торцы секции на 3 мм, закраину выбираем равной также 3 мм. Тогда активная ширина фольги определится из соотношения:

 

где – фактическая ширина фольги; – ширина закраины; – ширина выступающего края фольги.

 

Диаметр намоточной оправки  принимаем равным 2 мм. Для определения наружного диаметра секции необходимо вычислить коэффициент намотки, который вычисляется по формуле:

 

где  , – толщина фольги и пленки соответственно; – диэлектрическая проницаемость полистирола (). Из наличия воздуха в зазорах между пленкой и обкладками, диэлектрическую проницаемость снижаем на 10%, следовательно, . 

 

Тогда наружный диаметр секции равен (в формуле конденсатора C подставляем в микрофарадах, ):

 

Количество витков секции определим по формуле:

 

     Если развернуть  конденсатор, то только один  слой диэлектрика будет работать-между  обкладками. Когда лента намотана  в спираль, то обе ленты диэлектрика  попадают в электрическое поле  между обкладками, поэтому емкость  будет в 2 раза большей, чем  в развернутом состоянии. 

Рассчитаем площадь обкладок исходя из формулы для определения  емкости конденсатора:

 

где – электрическая постоянная.  

При активной ширине фольги 0,6 см, длина лент алюминиевой фольги составляет:

 

Длина диэлектрической пленки будет несколько длиннее лент фольги, за счет 2-3 защитных («холостых») витков в конце и начале намотки. Определим длину витка в конце  намотки :

 

Длина витка в начале намотки :

 

Примем удлинение пленки в сравнении с длиной лент фольги:

 

Таким образом, длина лент полистирольной пленки составит:

Холостые витки увеличивают  диаметр секции на 0,1 мм. Такое увеличение диаметра несущественно. Чертеж спроектированного  конденсатора приведен на рисунке 5.2:

 

 

а)

 

 

 

 

 

 

б)

Рисунок 5.2 - К расчету цилиндрического пленочного конденсатора: а) – общий вид; б) – схема развертки намотанной секции

 

Конденсатор, рассчитанный в данной работе близок к полистирольному  конденсатору К71-8 по габаритам и  электрическим характеристикам. Эти  конденсаторы выпускаются в алюминиевых  уплотненных корпусах с заливкой торцов эпоксидным компаундом. Предназначены  для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов и в импульсных режимах. Диапазон рабочих температур: , диапазон номинальных емкостей: 100..1000 пФ, допускаемые отклонения: , номинальное напряжение: 63 В.

В качестве корпуса выбираем металлическую трубку с изоляционными  шайбами. Торцы заливаем эпоксидным компаундом. С учетом выступающих  с торцов фольги и припайки вывода принимаем длину секции на 2 мм более ширины пленки, т.е. 14 мм. Заливка торцов и изоляционные шайбы добавляют еще по 3 мм с каждого конца. Таким образом, получаем длину секции, равной 20 мм. Внешний диаметр корпуса составляет 5 мм. Таким образом, объем конденсатора равен:

 

Удельный объем составляет:

 

Удельная емкость составит:

 

Общий вид конденсатора представлен  на рисунке5.3.

Рисунок 5.3 - Общий вид конденсатора

Рассчитаем вес конденсатора. В таблице 5.1 приведены значения удельного веса  материалов, применяемых для изготовления данного конденсатора:

Таблица5.1 -  Удельный вес  некоторых материалов

Материал
Полистирол	1,06
Алюминий	2,7
Эпоксидная смола	1,25
Медь	8,9
Фторопласт	2,25

 

Вес обкладок из алюминия составляет:

 

Вес полистирольной пленки составляет:

 

Принимаем длину медных выводных проводников с учетом их припайки к торцу секции, по 30 мм, при диаметре 0,5 мм. Тогда вес выводных проводников составит:

 

Считая на заливку торцов по 1,5 мм с каждого торца, определим объем на заливку компаундом:

 

Несколько увеличим объем  за счет затекания смолы в щель между секцией и корпусом. В  этом случае вес заливочной массы  в конденсаторе:

 

Толщина алюминиевого корпуса . Рассчитаем вес корпуса:

 

В качестве материала изоляционных шайб выбираем фторопласт. Ширину каждой  шайбы примем равной Вес шайб составит:

 

Суммарный вес конденсатора:

;

 

 

 

 

 

 

Заключение

    В данной курсовой работе были  подробно рассмотрены особенности конструктивного исполнения пленочных конденсаторов, область применения и основные параметры. Также был сделан обзор свойств материалов, применяемых в современном конденсаторостроении для изготовления обкладок пленочного конденсатора и материалов, применяемых в качестве диэлектрика.    Произведен расчет конденсатора. Получены следующие значения геометрических размеров:

     Толщина лент пленки – 25 мкм.

Толщина металлических обкладок – 8 мкм.

Площадь обкладок – 

Длина лент пленки – 8,2 см.

Длина лент обкладок – 5,2 см.

Количество витков секции – 7

Наружный диаметр секции – 3мм.

Также был выбран влагозащитный  корпус и рассчитаны  удельные характеристики. Габариты пленочного конденсатора с  учетом корпуса:

Длина секции – 20 мм.

Наружный диаметр – 5 мм.

Длина выводных проводников  с каждой стороны – 30 мм.

Объем конденсатора -

Удельная емкость - пФ/

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1 Ренне В.Т. Электрические  конденсаторы. – М.: Энергия, 1969.-592 с.

2 Ренне В.Т., Багалей Ю.В., Фридберг И.Д. Расчет и конструирование конденсаторов. – Киев: Техника,1966.-326 с.

3 Битнер. Л.Р., Капилевич Р.М.  Конденсаторы и резисторы: Методические  указания. – Томск: Томский государственный  университет систем управления  и радиоэлектроники, 2005. – 49 с.

4 Михайлов И.В., Пропашин  А.И. Конденсаторы. – М.: Энергия, 1973. – 54 с.

5 Гусев В.Н., Смирнов В.Ф. Электрические конденсаторы постоянной емкости. – М.: Сов. радио, 1968 – 88 с.

6 Онещук. В.Е., Аверкин Е.И. Технология производства радиоконденсаторов: Учеб. для сред. ПТУ. – М.: Высш.шк., 1986. – 192 с.