Конденсатор

КОНДЕНСАТОР, содержащий комбинированные электроды, каждый из которых состоит из слоя металла и алюминиевой фольговой обкладки, и размещенный между ними пропитанный пленочный диэлектрик, отличающийся тем, что, с целью повышения напряженности пробоя, он снабжен дополнительными слоями металла, при этом каждый из слоев металла размещен непосредственно на алюминиевой фольговой обкладке, а каждый из дополнительных слоев металла размещен на ее противоположной стороне соответственно, при этом все слои металла выполнены из металла с работой выхода, превышающей работу выхода алюминия, причем толщина комбинированного электрода и толщина пленочного диэлектрика связаны следующим соотношением:
d₀ = (0,255 - 0,35)d,
где d₀ - толщина комбинированного электрода, м,
d - толщина пленочного диэлектрика, м.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим конденсаторам, и может быть использовано при создании высоковольтных импульсных конденсаторов для емкостных накопителей электрической энергии генераторов импульсных токов.
Целью изобретения является повышение напряжения пробоя конденсатора.
На фиг. 1 изображен предлагаемый конденсатор, поперечный разрез; на фиг. 2 - край конденсатора в начале и конце намотки, поперечный разрез; на фиг. 3 - край конденсатора в середине намотки, поперечный разрез; на фиг. 4 - график зависимости удельной запасаемой энергии конденсатора от отношения толщины комбинированного электрода к толщине пропитанного диэлектрика для случая, приведенного на фиг. 2; на фиг. 5 - график зависимости удельной запасаемой энергии конденсатора от отношения толщины комбинированного электрода к толщине пропитанного диэлектрика для случая, приведенного на фиг. 3.
Предлагаемый конденсатор содержит пропитанный пленочный диэлектрик 1 и комбинированные электроды, включающие фольговые алюминиевые обкладки 2, на обеих сторонах которых размещены слои металла 3.
Увеличение напряжения начала пробоя конденсатора достигается тем, что слои металла 3 размещены непосредственно на обеих сторонах фольговых обкладок 2, что, с одной стороны, автоматически исключает сдвиг краев с слоев металла относительно краев фольговых обкладок, а с другой стороны, значительно улучшает качество поверхности фольговых обкладок, так как уменьшается общее количество и высота отдельных микровыступов, являющихся центрами усиления напряженности электрического поля и возникновения частичных разрядов.
Исключение сдвига краев слоев металла относительно краев фольговых обкладок приводит к тому, что напряженность электрического поля у краев слоев металла автоматически принимает значение напряженности электрического поля у краев фольговых обкладок, которое значительно меньше напряженности электрического поля у краев слоев металла.
Уменьшение напряженности электрического поля у краев обкладок приводит к тому, что интенсивность частичных разрядов разрушающих диэлектрик конденсатора, уменьшается, а напряжение начала пробоя увеличивается.
Выполнение слоев металла (например, вольфрама, никеля, платины) с более высокой работой выхода электронов, чем у алюминия, существенно увеличивает напряжение начала пробоя конденсатора, которое находится в прямой зависимости от величины работы выхода электронов из металла обкладок.
Увеличение отношения толщины обкладки к толщине диэлектрика приводит, с одной стороны, к неуклонному увеличению напряженности (напряжения) начала возникновения разрядов в конденсаторе, а, с другой стороны, к увеличению расхода металла на обкладки, т.е., увеличение отношения толщины обкладки к толщине диэлектрика технико-экономически оправдано лишь до некоторого оптимального значения, лежащего в пределах 0,225-0,35.
Сущность изобретения поясняется следующими выкладками.
Напряжение начала частичных разрядов в конденсаторе
V_н = Е_н d, (1) где Е_н - напряженность начала частичных разрядов,
d - толщина пропитанного диэлектрика.
Зависимости напряженности начала частичных разрядов от величины параметров n₁ и n₂, равных отношению толщины обкладки (d_o) к толщине диэлектрика (d), для двух возможных случаев (фиг. 2-3) имеют вид
E ~ ; a = [(1+n₁) + (2)
E ~ (3)
В табл. 1 приведены результаты расчетов по зависимостям (2) и (3).
Для слоев металла величина параметров n₁(n₂) составляет порядка 10^-3, а у фольговых обкладок порядка 10^-1. Из табл. 1 следует, что напряженность (напряжение) начала пробоя конденсатора с фольговыми обкладками в 1,9-2,1 раза выше напряженности (напряжения) начала пробоя конденсатора со слоями металла.
Удельная запасаемая энергия активного объема конденсатора
W_УД~ E²_p , (4) где n - отношение толщины обкладки (d_o) к толщине диэлектрика (d) для случая на фиг. 2 n = n₁, а для случая на фиг. 3 n = n₂;
Е_р - допустимая рабочая напряженность, пропорциональная в первом приближении напряженности начала разрядов (Е_н).
С учетом (2), (3) зависимости (4) удельной запасаемой энергии активного объема конденсатора от величины n₁ и n₂ имеют вид
W ~ ; (5)
W ~ (6)
Результаты расчетов по формулам (5) и (6) приведены в табл. 2 и представлены на фиг. 4 и 5.
Анализ табл. 2 (фиг. 4 и 5) показывает, что существуют такие значения n₁^опт = 0,225 и n₂^опт = 0,35, при которых удельная запасаемая энергия активного объема конденсатора максимальна.
Из табл. 1 следует, что предлагаемый конденсатор (n = 0,255) по сравнению с прототипом (n = 10^-3) имеет более, чем в 1,9 раза, выше напряжение (напряженность) начала пробоя. Кроме того, в случае применения в предлагаемом конденсаторе слоев металла из вольфрама, никеля или платины, работа выхода электронов у которых составляет 5-6 эВ, напряжение начала пробоя конденсатора увеличивается по сравнению с прототипом (у алюминия работа выхода электронов - 4,25 эВ) на 17-41%.
С увеличением напряжения начала пробоя (ионизации) конденсатора интенсивность ионизационных процессов (частичных разрядов) и скорость разрушения пленочного диэлектрика уменьшаются, а срок службы конденсатора, следовательно, увеличивается.
Изобретение относится к области электротехники. Цель - повышение напряжения пробоя конденсатора. Конденсатор имеет пропитанный пленочный диэлектрик (ППД) 1 и комбинированные электроды (КЭ) в виде алюминиевых фольговых обкладок (АФО) 2 и слоев металла 3. Для достижения цели слои металла 3 размещены непосредственно на обеих сторонах АФО 2, причем толщина КЭ d_o и толщина ППД 1 d связаны соотношением d_o= (0,225 - 0,350)d . Изобретение может быть использовано при создании высоковольтных импульсных конденсаторов для емкостных накопителей электрической энергии генераторов импульсных токов. 2 табл. 5 ил.