Обкладки конденсаторов

При постоянном напряжении конденсаторы практически не нагружены током и служат лишь для создания электрического поля в диэлектрике (не считая моменты зарядки и разряда конденсатора).

При переменном напряжении обкладки должны нести значительный ток

[90]

В этом случае необходимо рассчитывать толщину обкладок и величину удельного сопротивления металла из которого они изготовлены, а так же теплоемкость, теплопроводность металла; плотность – при расчете веса обкладок и конденсатора; температурный коэффициент линейного расширения TKl и температуру плавления – при оценке нагревостойкости.

При изготовлении обкладок из металлической фольги в производстве конденсаторов намотанного типа учитывают и механическую прочность металла, так как тонкая фольга должна выдерживать без обрыва натяжение намоточного станка.

Большое значение имеет правильный расчет обкладок для импульсных накопительных енсаторов иконденсаторов, при разряде которых по обкладкам кратковременно протекают очень большие токи.

Для изготовления обкладок конденсаторов применяют большое число различных металлов: медь, алюминий, серебро, золото, бронза, вольфрам, молибден, цинк, никель, платина, свинец, олово, титан и др.

Кроме металлических обкладок в ряде типов конденсаторов применяют также обкладки в виде слоя жидкого или вязкого электролита или в виде слоя полупроводника.

В случае конденсаторов с газообразным или жидким диэлектриком, которые не могут служить конструктивной опорой для обкладок, используют массивные обкладки с толщиной примерно 0.25÷0.5 мм и выше из алюминия, меди или их сплавов.

При изготовлении конденсаторов с твердым диэлектриком используется тонкая металлическая фольга примерно 5÷6 мкм или выше (алюминиевая, медная, свинцово-оловянная) или тонкие слои металла нанесенные металлизацией (цинк, алюминий, серебро и др.), толщина слоя от нескольких микрон до 0.01÷0.1 мкм.

При изготовлении электролитических конденсаторов в качестве одной из обкладок применяется фольга из вентильного металла, способного образовывать оксидные диэлектрические слои при электролитическом окислении (алюминий, тантал, ниобий, титан)

Тугоплавкие благородные металлы: золото, платина, палладий применяются в виде тонких слоев в конструкции конденсаторов, при изготовлении которых предусматривается воздействие высокой температуры, способной вызывать окисление или расплавление обкладок.

Обкладки из фольги

Обкладки из фольги широко применяются в производстве конденсаторов намотанного типа с органическим диэлектриком (бумажным, пленочным), а так же в производстве некоторых типов слюдяных и стеклопленочных конденсаторов.

Основным типом металлической фольги, применяемой в конденсаторостроении, является алюминиевая фольга. Алюминий обладает небольшим удельным сопротивлением, высокой теплопроводностью, легко прокатывается до малых толщин и относительно дешев.

В производстве бумажных и пленочных конденсаторов применяется алюминиевая фольга с содержанием алюминия 99.5÷99.7 % толщиной 7÷8 мкм. Временное сопротивление разрыву для этой фольги должно быть не менее 7.5 кг/мм² при удлинении не менее 0.5 %; такая фольга называется жесткой.

Для мягкой отожженной фольги удлинение до 2 %, но прочность на разрыв понижена.

В производстве электролитических конденсаторов применяют для изготовления анодов алюминиевую фольгу с содержанием алюминия 99.95÷99.99% толщиной 50÷100 мкм.

Некоторые зарубежные фирмы вместо алюминиевой фольги применяют оловянную, а точнее оловянно-свинцовую, так как материал легко поддается пайке, мягок, плотно прилегает к диэлектрику. У нас такую фольгу изготовляют небольшими партиями с толщиной до 7 мкм, но она имеет худшую теплопроводность, повышенный удельный вес, повышенную стоимость и увеличенное удельное сопротивление.

Красномедная фольга – содержит не менее 99.7 % меди, применяется в производстве намотанных конденсаторов небольшой емкости, когда требуется увеличенная прочность обкладок. Толщина фольги 15÷50 мкм. Ее также применяют и в производстве слюдяных конденсаторов. При использовании фольги, ввиду ее большой жесткости для обеспечения хорошего прилегания обкладок к слюде надо увеличить степень сжатия конденсаторных секций. Наличие заусенцев на краях медной фольги опасно, так как может приводить к проколам диэлектрика и снижению электрической прочности конденсатора. Поэтому для устранения этой опасности ленты фольги пропускают между вальцами, разглаживая заусенцы. Луженая медная фольга применяется так же для изготовления вкладных контактов в намотанных конденсаторах с обкладками из алюминия или оловянно-свинцовой фольги.

Латунная или бронзовая фольга отличаются повышенной упругостью и находят ограниченное применение при изготовлении воздушно-слюдяных подстроечных конденсаторов.

Тонкая танталовая фольга толщиной 10÷15 мкм является носителем оксидного слоя и применяется в производстве электролитических конденсаторов.

При выборе материала для обкладок, кроме оценки его электрической прочности и механических свойств, надо учитывать так же его влияние на процессы старения пропитывающих составов.

Алюминий при постоянном напряжении и повышенной температуре вызывает быстрое разложение хлорированных пропиточных масс, сопровождающееся увеличением проводимости и резким сокращением срока службы бумажных конденсаторов пропитанных этими массами. При этом на поверхности фольги с положительным потенциалом наблюдается коррозионное разрушение.

При пропитке неполярными углеводородными массами и при постоянном напряжении бумажные конденсаторы с алюминиевыми обкладками, наоборот, оказываются более устойчивыми, чем конденсаторы с обкладками из оловянно-свинцовой фольги. При переменном напряжении, когда электролитические процессы не имеют места, отмечено так же преимущество алюминиевой фольги перед оловянно-свинцовой фольгой в отношении большей стабильности электрических характеристик конденсаторов и большого срока службы.

При использовании металлической фольги для обкладок, даже при сильном сжатии конденсаторных секций, неизбежно появление зазоров между диэлектриком и обкладкой, которые заполнены воздухом в непропитанном конденсаторе и пропиточной массой в пропитанном (рис. 32). Эти зазоры образуют емкость, включенную последовательно емкости слоев диэлектрика и снижающую эффективное значение диэлектрической проницаемости диэлектрика. Результирующая емкость будет равна:

[91]

Наличие емкости зазоров снижает результирующую емкость в сравнении с емкостью диэлектрика, и тем больше, чем меньше емкость зазоров, то есть чем толщина зазора больше. Это приводит к уменьшению эффективной диэлектрической проницаемости, так как всякая пропиточная масса имеет диэлектрическую проницаемость большую, чем у воздуха.

Наличие зазоров, заполненных пропиточными массами приводит к появлению междуслойной поляризации и увеличению коэффициента абсорбции конденсатора. Наличие междуслойной поляризации вызывает появление зависимости емкости от частоты в области низких частот. Наличие зазоров приводит к увеличению потерь энергии в конденсаторе. Изменения размеров зазоров при расширении и сжатии конденсатора, вызванных колебаниями температуры, приводят к дополнительным изменениям емкости с температурой.

В металлических фольговых обкладках может возникать вибрация при воздействии переменного электрического поля, что увеличивает потери энергии в конденсаторе и требует применения сильного сжатия конденсаторных секций. Сильное сжатие секций позволяет уменьшать величину зазоров, увеличивать емкость зазоров и ослаблять вредное влияние зазора на величину и стабильность емкости.