книги из ГПНТБ / Казарновский Д.М. Материалы и детали электротехнической аппаратуры

1,5 месяцев. Время отверждения 2 ч при 100° С. Компаунд приме­ няется для изоляции класса Е (до 120° С); его не следует при­ менять для пропитки обмоток из меди без эмальизоляции, так как

■смолы с отвердителями, пластификаторами, а в некоторых слу­

верхний предел может быть повышен. Известны пропиточные и заливочные эпоксидные компаунды. Первые, помимо требуемых общих свойств, должны вдобавок иметь малую начальную вяз­ кость и хорошую цементирующую способность. К заливочным ком­ паундам предъявляются дополнительные требования в отношении температурного коэффициента расширения а1} который должен быть близок к величине а, изолируемого материала, а также в от­ ношении влагостойкости и нагревостойкости при циклических климатических изменениях и в отношении механической прочно­ сти, отвечающей возможным статическим и динамическим нагруз­ кам в условиях эксплуатации. Отверждение эпоксидных компаун­ дов происходит с выделением тепла. Введение наполнителя в виде пылевидного кварца в необходимом количестве позволяет осуще­ ствлять полимеризацию небольшого объема компаунда без за­ метного перегрева. В качестве примера остановимся на двух эпок-

120

сидных компаундах. Для изоляции на напряжение до 2 кв можноиспользовать компаунд на основе эпоксидной смолы ЭД5 (100 ве­ совых частей). Он содержит отвердитель — полиэтилендиамин (10 весовых частей), пластификатор (дибутилфталат, 15 весовых

ции на более высокие напряжения 2—35 кв может быть применен, компаунд на основе смолы ЭД6. Помимо смолы (100 весовых ча­ стей) вводят катализатор (малеиновый ангидрид. 30 весовых ча­ стей), пластификатор (полиэфир № 1 или № 220, 25 весовых ча­ стей) и наполнитель (кварцевая мука., 200 весовых частей). После полимеризации при 120° С в течение 10 час компаунд подвергают термообработке. Компаунды отличаются малой усадкой при от­ верждении— около 0,5%. Эпоксидные компаунды обладают в среднем следующими свойствами: е= 5, у=10~15 ом-1 см~\ tg8 = = 0,02 (50 гц), Е„р =300 кв/см (толщина 1 мм).

Следует учитывать, что электрическая прочность при повыше­ нии температуры заметно снижается и при 180° С составляет около50% от первоначальной; наблюдается также рост tgo (примерно- в 4 раза). Эпоксидные компаунды, применяемые для повышенных температур, порядка 180° С, должны подвергаться высокотемпера­ турному отверждению примерно при 200° С в течение не менее 6 час. Допустимая длительность работы компаундов при указан­ ной температуре и при сниженной напряженности поля составляет ориентировочно несколько сот часов.

Полиуретановые компаунды представляют собой обычно про­ дукты совместной полимеризации одной из полиуретановых смол, стирола и касторового масла. Примером могут служить компаунды- К-30 и К-31. В зависимости от температуры время отверждения составляет: при 80° С 2—3 час, при 25° С 2—3 дня. Компаунды не растрескиваются при заливке деталей сложной конфигурации. Ра­ бочий диапазон температур компаундов от —80 до + 130° С. Отли­ чительной особенностью этих компаундов является их эластич­ ность, что делает их весьма ценными для заливки блоков аппа­ ратуры, подвергающейся действию ударов и вибраций. Крометого, эти материалы характеризуются высокой адгезией к метал­ лам и влагостойкостью. Электрические свойства компаунда КЗ1 Т=10_и ом-1 см-1(после 48час воздействия влажности с ср=98%), tg8 = 0,08 (50 гц); tg 5 = 0,02 (10~6 гц); Епр =290 кв/см. В исход­ ном состоянии эти компаунды токсичны и поэтому их применениетребует особых мер предосторожности.

Кремнийорганические компаунды предназначаются для изо­ ляции с нагревостойкостью 180—200°С (классы Н и С). Приме­ ром может служить компаунд К-43, содержащий полиметилфенилсилоксановую смолу и отвердитель (ленолеат свинца). Пропитку производят при температуре +60°С, после чего применяют сту­

12к

ГЛАВА 8

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ

8-1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

В электрических автоматических устройствах широко исполь­ зуются конденсаторы постоянной емкости. Обычно их подразде­ ляют по материалу диэлектрика; наиболее распространенными являются бумажные, пленочные, слюдяные, керамические и элек­ тролитические конденсаторы. Кроме того, конденсаторы разли­ чают по конструктивному исполнению: герметизированные и негерметизированиые, дисковые и трубчатые( керамические) и т. п. При сопоставлении, выборе и расчете конденсаторов важное зна­ чение имеют их основные параметры.

Рабочая температура tp охватывает диапазон допустимых для конденсатора температур.

Номинальная емкость Сн— значение емкости по ГОСТу, ука­ зываемое на этикетке или на корпусе. Шкала значений Сн по ГОСТу охватывает емкости от 1 пф до 2000 мкф.

Класс точности определяет величину допустимого отклонения емкости (в процентах) от номинальной емкости. На практике применяются различные классы точности; каждому классу соот­

напряжения для таких конденсаторов допускается лишь неболь­ шая переменная составляющая. Так, например, для бумажного герметизированного малогабаритного конденсатора переменное напряжение в процентах от постоянного может составлять от 20 до 2%, резко уменьшаясь с ростом частоты (рис. 8-1). Сумма переменного (амплитуда) и постоянного напряжений не должна превосходить номинального напряжения. Если тот же конденса­ тор с UH=400 в использовать в цепи переменного тока, то при частоте 50 гц напряжение нужно снизить до 250 в, а при

123

(действующее значение) является номинальным при частоте 50 гц. К таким конденсаторам относятся, например, так называемые ча­ стотные и силовые бумажные конденсаторы. При повышении частоты допустимое для них напряжение снижается. Если такие конденсаторы используются в цепях с пульсирующим напряже­ нием, то величина постоянной составляющей ограничивается,

а сумма постоянного и пере­ менного (амплитуда) напря­ жений не должна превышать амплитуды допустимого, пе­ ременного напряжения.

а)

величину несколько тысяч мегом. В случае конденсаторов боль­ шой емкости (С>0,15 мкф) для оценки сопротивления изоляции используют величину постоянной времени

т пз == R a s C \ 0 М 'ф \ .

Электролитические конденсаторы характеризуют не величиной R H3, а допустимым током утечки, который определяется типом конден­ сатора, его емкостью и напряжением.

Добротность конденсатора

124

рям в конденсаторе, в эквивалентной параллель­ ной схеме,

Rn0c> Спос — параметры в эквивалентной последовательной схеме.

Параметры конденсаторов в этих схемах связаны между собой

R = Rnoc(i + Ql).

Зачастую пользуются тангенсом угла потерь конденсатора

Величина добротности составляет от 50 до нескольких тысяч. Реактивная мощность

определяет собой допустимую нагрузку на конденсатор, так как полная мощность

5 = РрК Г Р 5 ч ~ Р .

Для данного конденсатора емкостью Сн номинальная реактив­ ная мощность определяет собой верхний предел допустимого пе­ ременного напряжения при частоте ш

Собственная индуктивность LK конденсатора — индуктивность электродов и соединительных проводников — вызывает появление резонанса при некоторой частоте шрез. Если частота выше резо­ нансной, то конденсатор ведет себя как индуктивность. Когда ча­ стота приближается к резонансной, то полное сопротивление кон­ денсатора резко падает. Величина LK, например, для бумажных конденсаторов небольшой емкости составляет несколько тысячных микрогенри.

Стабильность конденсатора характеризуется изменением его параметров, в основном емкости под влиянием климатических и механических воздействий, а также срока службы. Особое вни­ мание уделяют температурной стабильности; при линейной зави­ симости емкость от температуры стабильность оценивают при по­ мощи температурного коэффициента емкости

Если температурная зависимость емкости имеет нелинейный ха­ рактер, то пользуются вёличиной отклонения емкости (в процен­

125

тах) при крайних значениях рабочей температуры от емкости С0 при 20° С:

электролитических конденсаторов может достигать 50%• Нередко приходится учитывать изменение емкости и под влиянием других факторов — влажности, срока службы, влияния вибрации, ускоре­ ний и др.

Коэффициент абсорбции конденсатора Ка характеризует зна­ чение абсорбционной емкости по отношению к полной емкости конденсатора (стр. 7). Величина Ка обычно не превосходит 0,3.

Срок службы rCJ и срок хранения тгр определяют допустимое время, в течение которого не происходит серьезных изменений основных характеристик (емкости, сопротивления изоляции, доб­ ротности и др.). Длительности xCJ и т,.р зависят от типа конденса­ тора и условий, в которых он находится; например, для электро­

жении) и типом коненсатора, например для металлобумажных герметизированных конденсаторов одного из типов ускорение мо­ жет допускаться до 10 g при вибрации и до 16 g — при линейной нагрузке, где g=9,81 м/сек2— ускорение силы тяжести. Гермети­ зированные конденсаторы, как правило, могут быть1использованы при влажности воздуха до 98% и температуре до +40°С.

8-2. БУМАЖНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

В качестве диэлектрика в конденсаторе этого типа исполь­ зуется пропитанная конденсаторная бумага (стр. 96) в два-три слоя, а электроды выполняются либо из тонкой фольги, либо из осажденного в вакууме металла. В* первом случае конденсаторы называют бумажнофольговыми или просто бумажными, во вто­ ром— металлобумажными конденсаторами. Для защиты от влаги конденсаторы обычно герметизируют.

Бумажные конденсаторы выполняют с электродами из алюми­ ниевой реже из свинцовооловянной фольги. Секции наматывают на специальном станке, контролируя получаемую емкость. Через определенное число витков вставляют полоски медной луженой

126

фольги для выводов. Конденсатор собирают после вакуумной сушки и пропитки секций. В некоторых случаях применяют так называемую безындукционную намотку (рис. 8-1) со смещен­ ной фольгой. Выступающие у секции края фольги сминают и к ним

торы выпускают как в нормальном исполнении, так и малогаба­ ритные. Верхний предел температур ввиду старения ограничивают значением +70° С, иногда до 100° С. Емкость бумажнофольговых конденсаторов общего назначения достигает 50 мкф; классы точ­ ности ±10 и +20%. Номинальные напряжения находятся в пре­ делах от 150 в до 30 кв. Сопротивление изоляции между выво­

Lc = 0,01 мкгн. Однако для различных типов основные характери­ стики могут видоизменяться. Рассмотрим в качестве примера свой­ ства бумажного герметизированного малогабаритного конденса­

снижают при 50 гц до 6% =250 в, а при 500гц до£/_ = 125 в. Сопро­

пускаются конденсаторы с повышенной темплостойкостью (БГТ — до +100° С).

Металлобумажные конденсаторы изготовляют из лакирован­ ной конденсаторной бумаги, на которую после вакуумной сушки наносят электроды из цинка (на тонком подслое из серебра или олова) методом вакуумного испарения; толщина цинкового слоя очень мала порядка 0,1 мк, конденсаторная бумага для низко­ вольтных конденсаторов берется в один слой. После намотки сек­ ций они по торцам металлизируются, затем пропитываются, соби­ раются в корпусе, заливаются диэлектриком, герметизируются и подвергаются тренировке при повышенном импульсном напряже­ нии для выжигания проводящих включений в бумаге. При крат­ ковременном воздействии напряжения в месте включения происхо­ дит пробой; под действием тепла возникает испарение металла электрода на участке вокруг пробитого места, что обусловлено

127

весьма малой толщиной металла (0,1 мкн); канал пробоя оказы­ вается изолированным от электродов. На этом основана трени­ ровка конденсатора — выжигание слабых мест импульсами на­ пряжения.

Металлобумажные конденсаторы имеют значительно меньший объем (в 5—7 раз) по сравнению с бумажно-фольговыми, осо­ бенно при напряжениях до 250 в. Это объясняется использова­ нием одного слоя бумаги вместо двух, меньшей толщиной слоя осажденного металла по сравнению с толщиной фольги и увели­ чением активной площади обкладки вследствие того, что нанесен­ ный слой металла следует за микроочертаниями поверхности бумаги. Удельная емкость таких конденсаторов выше, чем у бу­ мажно-фольговых. Конденсаторы рассчитаны для температур от —60 до +70°С. При условии снижения напряжения на 50% иногда допускают повышение рабочей температуры до 100° С. Конденсаторы выпускают емкостью до 100 мкф на напряжение постоянного тока до 2,5 кв. Имеются конденсаторы с повышенной рабочей температурой (МБГТ — до +100°С). В качестве примера рассмотрим свойства металлобумажного малогабаритного кон­

Сопротивление изоляции при температурах 20, 70 и 100°С ха­

\ э Л О = 4 0 0 М -Ф> Я и э . ш = 5 0 М о м > ZU 3 . m = 5 0 М 'Ф -

128

мажного конденсатора заметно снижаются, а работа возможна лишь при пониженном напряжении.

8-3. ПЛЕНОЧНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

В качестве диэлектрика в таких конденсаторах используется тот или иной полимер в виде пленки; электродами служит фольга или осажденный слой металла. Среди пленочных конденсаторов имеются такие, которые обладают более высокой удельной ем­ костью, чем бумажные; имеются конденсаторы с повышенной ра­ бочей температурой или с пониженными потерями. В конденсато­ рах с пониженными потерями используются неполярные пленки — полистирол, полиэтилен; в конденсаторах с повышенной нагревостойкостыо нашли применение полипропилен, поликарбонаты, фторопласт-4.

При вытягивании линейные молекулы ориентируются в направле­ нии вытяжки, что увеличивает прочность пленки.

Полистирольный конденсатор изготовляют намоткой на станке лент пленки и алюминиевой фольги. Для контактирования встав­ ляются полоски фольги. Имеются также металлополистирольные

теснения воздуха из зазоров между фольгой и пленкой произво­ дят термическую обработку при 90°С (запекание), при этом бла­ годаря сокращению ленты по длине происходит сжатие секции и

ния имеют верхний предел температур+60° С. Напряжение конден­ саторов при пленке в один слой лежит в пределах 160—600 в при 2—3 слоях от 250 до 1000 в. С повышением частоты снижается