DE3444979A1

DE3444979A1 - Stirnkontaktierter elektrischer wickelkondensator

Info

Publication number: DE3444979A1
Application number: DE19843444979
Authority: DE
Inventors: Friedewald 7924 Steinheim Schreiber; Harald 8400 Regensburg Vetter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1984-12-10
Publication date: 1986-06-12
Anticipated expiration: 2004-12-11
Also published as: DE3444979C2

Description

Stirnkontaktierter elektrischer Wickelkondensator
Die Erfindung betrifft einen stirnkontaktierten elektrischen Wickelkondensator, dessen Dielektrikum aus Kunststoffolien besteht, bei dem als Elektroden regenerierfähig dünne Metallschichten auf beiden Seiten der Kunststoffolien versetzt angeordnet sind, und bei dem zwischen den Kunststoffolien eine nichtmetallisierte Stützfolie verwickelt ist, deren Rand bereich einen Wellen- oder Stufenschnitt aufweist.
Derartige Kondensatoren sind aus der DE-A-32 24 194 bekannt. Der bekannte Kondensator weist eine gesteigerte Formstabilität im Bereich der Wickelrandzonen auf, ohne daß eine Verschlechterung der Kontaktierung damit verbunden wäre. Allerdings sind dort die Stützfolien einerseits im elektrischen Feld angeordnet und bestehen andererseits aus dem gleichen Material wie die Dielektrikumsfolien, d.h. beispielsweise aus Polypropylen oder Polykarbonat. Es hat sich herausgestellt, daß mit dem geschilderten Kondensatoraufbau die Formstabilität und damit die Kontaktqualität des in den stirnseitigen Randbereichen des Kondensatorwickels stark temperaturabhängigen ist. Der Elastizitätsmodul der genannten Kunststoffe nimmt nämlich derart ab, daß ein Umklappen der Folien in den Randzonen auftreten kann, dies ist nur durch eine sehr genaue Temperaturführung des Schoopprozesses zu vermeiden, bei der die zul. Grenztemperatur nicht überschritten wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen stirnkontaktierten elektrischen Wickelkondensator der eingangs genannten Art anzugeben, der einerseits temperaturunempfindliche Randzonen besitzt ist und der sich andererseits durch gute elektrische Werte während des Betriebes auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stützfolie feldfrei angeordnet ist, daß die Stützfolie aus einem Material mit hohem Elastizitätsmodul besteht, der bis 2000C näherungsweise konstant bleibt.
Damit wird der Vorteil erzielt, daß der Kondensatorwickel auch während des Schoopprozesses, bei dem Temperaturen bis ca. 2000C auftreten können, in seinen Randbereichen formstabil bleibt. Weiterhin wird durch die Anordnung der Stützfolie im feldfreien Raum erreicht, daß für die Stützfolie auch Materialien verwendet werden können, deren dielektrische Eigenschaften weniger gut sind, und die bei Anordnung im elektrischen Feld zur Verschlechterung der dielektrischen Werte des Kondensators, z.B.
zu erhöhten Verlustfaktoren, führen würden.
Bevorzugte Materialien für die Stützfolie sind z.B. Papier oder Polyimid, die, im auftretenden Temperaturbereich beim 0 Schoopen bis ca. 200 C mechanisch stabil sind.
Der Wellenschnitt wird vorzugsweise mit einer Amplitude A von ca. 0,5 bis 2 mm und einer Wellenlänge 3 von ca. 0,5 bis 5 mm ausgeführt, wobei die Stützfolie mit einem Versatz v von ca. -0,2 mm bis + 0,2 mm gegenüber den Dielektrikumsfolien verwickelt ist.
Es ist auch möglich, daß die Stützfolien nur an dem Rand mit einem Wellen- oder Stufenschnitt versehen sind, der an der Kontaktierungsseite der Metallschichten angeordnet ist.
Die Dielektrikumsfolien bestehen bevorzugt aus Polypropylen, Polykarbonat oder Polyester.
Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der dazugehörenden Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Schnittbild eines Kondensatorwickels, Fig. 2 eine Aufsicht der Stützfolie und Dielektrikumsfolie Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines Randbereiches nach Fig. 1.
Fig. 4 den Verlauf der Kapazitätsänderung und Fig. 5 den Verlauf des Verlustfaktors im Dauerversuch.
Fig. 1 zeigt einen Kondensatoraufbau, bei dem zwei dielektrische Kunststoffolien 1,2 auf ihren Oberflächen mit Metallisierungen 3 bis 6 versehen sind. Die Metallisierungen 3, 5 auf der einen Folienseite sind dabei gegenüber den Metallisierungen 4, 6 auf der anderen Folienseite versetzt, so daß sich metallfreie Randstreifen auf jeweils einer Folienseite ergeben. Die Kunststoffolien 1, 2 sind derart gewickelt, daß die Metallisierungen 3, 6 zu der einen Seite und die Metallisierungen 4, 5 zur anderen Seite geführt sind und dort mit in der Figur nicht dargestellten Schoopschichten kontaktiert werden. Zwischen den Dielektrikumsfolien 1, 2 sind Stützfolien 7, 8 verwickelt, die in ihren Randbereichen 9 bis 12 mit einem Wellen- oder Stufenschnitt versehen sind. Die Dielektrikumsfolien 1, 2 und die Stützfolien 7, 8 sind dabei derart verwickelt, daß die Stützfolien 7, 8 zwischen zwei gleichpoligen Metallisierungen angeordnet sind, so daß sich die Stützfolien 7, 8 im feldfreien Raum befinden.
In der Fig. 2 ist eine Aufsicht der Stützfolie 8 und die Dielektrikumsfolie dargestellt. Dort ist zu erkennen, daß in den Randbereichen der Stützfolie 8 ein Wellenschnitt der Amplitude A und der Wellenlänge /2 angeordnet ist.
Ferner ist zu erkennen, daß die Stützfolie 8 einen Versatz v (an den Maxima gemessen) gegenüber den Dielektrikumsfolien besitzt. Dieser Versatz v kann bei einer Amplitude A von ca. 0,5 bis ca. 2 mm und einer Wellenlänge J von ca.
0,5 bis ca. 5 mm ca. -0,2 bis +0,2 mm betragen. Ein Versatz von -0,2 mm bedeutet dabei, daß die "Spitzen" des Wellenschnitts über die Kante der metallisierten Dielektrikumsfolie geringfügig hinausragen.
Die Stützfolien können ferner mit einem Wellen- bzw.
Stufenschnitt nur an den Rändern versehen werden, die an der Kontaktierungsseite der Metallschichten angeordnet sind. D.h., daß beispielsweise die Stützfolie 7 in Fig. 1 nur im Randbereich 9 und die Stützfolie 8 nur im Randbereich 12 einen Stufenschnitt aufweisen.
Der andere Rand, der im Freirandbereich der Metallschichten angeordnet ist, weist dann einen Glattschnitt auf.
Durch die Verwendung von Stützfolien aus einem Material mit hohem Elastizitätmodul, der bis ca. 2000C näherungsweise konstant bleibt (d.h. in diesem Bereich einen geringen Temperaturkoeffizienten besitzt) und dem geschilderten Wellen- bzw. Stufenschnitt im Rand bereich wird somit ein Umklappen der Folienrandzonen der metallisierten Dielektrikumsfolien auch beim Schoopprozeß verhindert. Somit ergibt sich eine bessere Kontaktierung, die den hohen Anforderungen an die Spitzenstrombelastbarkeit gefügt, wie sie bei Anwendung in der Leistungselektronik auftritt.
Die bessere Kontaktierung wird darauf zurückgeführt, daß die Formstabilität und damit das Umklappen der Folienrandzonen dem Elastizitätsmodul proportional ist. Durch einen hohen Elastizitätsmodul der bis ca. 2000 C näherungsweise erhalten bleibt,wird gewährleistet, daß die geforderte Formstabilität auch beim Metallspritzen erhalten bleibt.
Durch die geschilderten Maßnahmen wird erreicht, daß die elektrisch wirksame Kontaktfläche zwischen den gleichpoligen Metallisierungen auf den Dielektrikumsfolien und der aufgespritzten Metallschicht im Bereich des Wellenschnitts der unbedampften Stützfolie soweit vergrößert wird, daß die Werte der Spitzenstrombelastbarkeit von bekannten Kondensatoraufbauten mit metallisiertem Papier gleicher Metallschichtdicke erreicht werden.
Der erfindungsgemäße Kondensatorbau kann sowohl für unimprägnierte als auch für imprägnierte Kondensatoren verwendet werden, wobei gleich hohe Werte der Spitzenstrombelastbarkeit erzielt werden.
Weiterhin weisen die erfindungsgemäßen Kondensatoren gute Selbstheileigenschaften, insbesondere mit Papier als nichtmetallisierter Stütz folie, eine hohe Sprüheinsatzspannung und eine Reduzierung der Feldstärke an den Belagkanten auf. Bei Verwendung in imprägnierten Kondensatoraufbauten ist ferner eine gute Imprägnierbarkeit gewährleistet. Das Verhalten bei starken und schnellen Temperaturänderungen im Betrieb wird entscheidend verbessert, da sich kein Spalt im elektrischen Feld zwischen Dielektrikum und Metallisierung befindet.
In der Fig. 3 ist ein vergrößerter Randausschnitt der Fig. 1 gezeigt. Dort ist ein Schnitt durch die Kontaktzone angegeben. Die Schoopschicht 13 dringt bis zum tiefsten Punkt des Wellenschnitts ein. Der übertrieben breit dargestellte Spalt zwischen den Dielektrikumsfolien 1 bzw. 2 und der Stützfolie 8 ist in Wirklichkeit so eng, daß kein Schoopmaterial eindringen kann.
In der Fig. 4 ist der Verlauf der Kapazitätsänderung d C/C und in der Fig. 5 der Verlauf des Verlustfaktors tan d in Abhängigkeit von der Dauerversuchszeit dargestellt Gemessen wurden die Werte bei der tiefen Temperatur von Temperaturwechsel- Dauerversuchen unter Spannung ( - 25 OC 75 V/p). Die Kurven I beziehen sich auf mit So6 und die Kurven II auf mit Mineralöl imprägnierte Kondensatoren gemäß dem erfindungsgemäßen Auf-bau mit feldfrei angeordneter Stützfolie. Die Kurven III und IV beziehen sich auf herkömmliche Kondensatoren mit Spalt im elektrischen Feld und einer Imprägnierung mit Mineralöl bzw. DTE (Ditolyläther). Den Fig. 4 und 5 ist zu entnehmen, daß die Werte des erfindungsgemäßen Kondensatoraufbaus (Spalt im feldfreien Raum) sowohl bei Imprägnierung mit Mineralöl als auch bei Füllung mit SF6 günstiger als bei herkömmlichen Aufbauten mit dem Spalt im elektrischen Feld sind, auch wenn bei den bekannten Kondensatoren stark gasaufnehmende Imprägniermittel, z.B. PXE, DTE bzw. deren Mischungen mit Mineralöl, zur Verbesserung angewendet werden.
Bevorzugt werden Oberflächenrauhigkeit und Porosität der nichtmetallisierten Stützfolie abhängig von Dielektrikumsbeschaffenheit, Wickelbreite und Wickelhärte so gewählt, daß Imprägnierung und/oder Trocknung der Kondensatorwickel möglichst kurze Zeit beanspruchen.
Insbesondere kann damit bei erfindungsgemäß aufgebauten unimprägnierten Kondensatoren die notwendige Trocknung wesentlich leichter als bei Vollkunststoff-Wickeln realisiert werden, womit die Wickelbreite besser wirtschaftlichen Erfordernissen, z.B.
bei Anwendung der inneren Reihenschaltung, angepaßt werden kann.
5 Patentansprüche 5 Figuren

Claims

Patentansprüche Stirnkontaktierter elektrischer Wickelkondensator, dessen Dielektrikum aus Kunststoffolien besteht, bei dem als Elektroden regenerierfähig dünne Metallschichten auf beiden Seiten der Kunststoffolien versetzt angeordnet sind, und bei dem zwischen den Kunststoffolien eine nichtmetallisierte Stützfolie verwickelt ist, deren Randbereich einen Wellen- oder Stufenschnitt aufweist, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Stützfolie (7, 8) feldfrei angeordnet ist, daß die Stützfolie (7, 8) aus einem Material mit hohem Elastizitätsmodul besteht, und daß der Elastizitätsmodul bis ca. 2000C näherungsweise konstant bleibt.
2. Wickelkondensator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Amplitude A des Wellenschnittes ca. 0,5 bis 2 mm und die Wellenlänge ca. 0,5 bis 5 mm betragen und daß die Stützfolie (7, 8) mit einem Versatz v von ca. -0,2 bis +0,2 mm gegenüber den Dielektrikumsfolien (1, 2) verwickelt ist.
3. Wickelkondensator nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stützfolie (7, 8) nur an dem Rand mit einem Wellen-oder Stufenschnitt versehen ist, der an der Kontaktierungsseite der Metallschichten (3, 4, 5, 6) angeordnet ist.
4. Wickelkondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Stütz folie (7, 8) z.B. aus Papier oder Polyimid besteht.
5. Wickelkondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Dielektrikumsfolien (1, 2) aus Polypropylen, Polykarbonat oder Polyester bestehen.