专利名称：用于功率电容器的电容器元件和金属化膜以及包含该元件的功率电容器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于功率电容器的电容器元件，其中，此电容器元件包括至少一个拉长的介电材料膜层以及布置在所述膜层的每个平面上的金属材料电极层，其中，两个电极层划分成至少三个相互隔开的金属化区域，以便形成用于传导负荷电流的内部串联连接。所述三个区域在所述膜层的纵向上延伸，并且，所述至少三个区域中的至少一个区域划分成被非金属化部分分隔开的段以及至少一个设置得把两个所述段电连接在一起的桥。
本发明还涉及一种包含此种电容器元件的功率电容器以及一种用于此种功率电容器的金属化带。
在本文中，功率电容器指在电压超过1kV、优选至少5kV的交流或直流应用中的电容器。
例如，在结合图4的文献GB 2 298 962A中，描述以上类型的用于电容器元件的分段金属化带。所述带包括其上布置有两个分段的金属化区域的膜。每个段通过桥连接到它的两个相邻段。在此情况下，金属膜用于具有一个内部串联的电容器元件。
在操作过程中，卷形电容器元件在其两个端面电连接，并且，以下称作负荷电流的电流连续地在这些表面之间流动并且在电容器元件中产生焦耳损失。负荷电流沿着端面之间的最小电阻通路流动。在交流情况下，交流电流本身就造成相当大比例的焦耳损失；而在直流情况下，波纹电流导致大部分的焦耳损失。包含上述类型的已知金属化带的电容器元件的一个问题是，在正常操作过程中在所述桥中产生焦耳损失。在涉及高电流的应用中这个问题尤其严重。在具有上述类型的金属化带的已知电容器元件中，所产生的热是如此巨大，以致于它决定元件设计的尺寸。
根据本发明的电容器元件和功率电容器的特征在于所述桥如此布置，以便在分成段的区域内，负荷电流首先出现在所述段中。
根据本发明的金属化带的特征在于至少一个桥布置在非金属化部分的区段内，所述非金属化部分与介电膜的长边正交或基本正交。
根据本发明，所述桥的布置使得在电容器元件中出现的负荷电流很大部分不通过所述桥。然而，所述桥如此布置，使得例如在自愈合过程中或为了补偿电势之间的小差别，在相邻段之间允许一定的电流交换。与负荷电流相反，在这些电流交换中的电流是如此小或如此短暂，以致于它们不造成任何大的焦耳损失。
根据本发明的一个实施例，所述桥布置在与电容器元件的连接表面正交或基本正交的非金属化部分的区段内。由于负荷电流尽可能地流经“直”的电流通路，即尽量流经与电容器元件的连接表面正交的电路，其中此电路形成连接表面之间的最短通路，因此，连接两个与此电路正交的段的桥将不包括在负荷电流的电路中。本发明的此实施例还有助于与负荷电流方向正交的高电阻，这是有利的。
根据本发明的另一实施例，通过所述桥连接在一起的所述段是一致的。
根据本发明功率电容器的一个实施例，此种功率电容器包含多个基本为圆柱形的电容器元件，所述电容器元件布置得相互靠近以便它们的轴向一致，并且所述电容器元件相互连接以便形成串联的电容器堆。在此种用于高压的功率电容器中，在电容器元件内使用内部串联的技术显然是有利的，因为可减少串联电容器元件的数量。若结合以上自愈合技术，本技术尤其有利。由于成功的自愈合特别要求薄的金属涂层并且流经所述金属的电流产生有效功率损耗(热)，因此，更薄的层导致更高的损失。一种减少所述损失而不牺牲对薄金属涂层的要求的方法是选择金属膜的形状以及电容器元件的形状，从而，金属涂层在与卷绕方向正交的方向上的尺寸减小，而卷绕的长度增加。除非使用内部串联连接，否则这样做的结果是与它们的直径相比，圆柱形电容器元件要求相对较低的高度。高电压要求串联许多这样的元件，而这从成本上考虑变得有害。因此，若采用内部串联连接，几个串联连接的部分电容器可自动地插入到圆柱形电容器元件中，并且从制造方面考虑具有最佳的高度-直径关系，而且具有良好的自愈合特性。
以下结合附图更详细地描述本发明，在附图中
图1示出用于本发明电容器元件的两个金属化带的第一实施例；图2示出用于图1所示带的等效电路图；图3示出根据本发明的电容器元件的第一实施例；图4示出用于本发明电容器元件的两个金属化带的第二实施例；图5示出用于图4所示带的等效电路图；图6示出根据本发明的功率电容器的第一实施例；图7示出根据本发明的功率电容器的第二实施例；图8示出根据本发明的分段金属化带的第三实施例；图9示出本发明功率电容器的替代实施例的纵向截面；图10举例说明图9所示电容器元件的串联；图11还示出根据本发明的两个金属化带的另一实施例；图12示出图11所示金属化带的等效电路图；以及图13示出图1所示金属化带的横截面，在这，所述带布置得以有利的方式互相靠近。
在制造本发明电容器元件的第一实施例时，上述金属化带1、2缠绕到辊子上，以便膜3、8和涂敷到膜3、8上的金属电极材料形成膜和电极的交替层。此种电容器元件在图3中示出，其中，电容器元件20中的金属化带1、2已部分展开，以便显示电容器元件20的结构。金属化区域9和10在所述卷的各个端面连接，所述端面平行且形成电容器元件20的连接表面18、19。电容器元件20具有内部串联，其中，金属化区域9与金属化区域4的段5电容性地耦合，并且段5又与金属化区域10电容性地耦合。在电容器元件20中，金属化带1在每个平面上被金属化带2包围，而金属化带2在每个平面上被金属化带1包围(除了金属化带1形成电容器元件20内表面21的第一匝和金属化带2形成电容器元件20外围表面22的最后一匝以外)。在电容器元件20中，所述电容性耦合发生在两个膜3、8中。
图2示出上述金属化带1、2的示意性等效电路图。由于金属化区域4、9、10的配置，金属化带1、2形成多个并联电路并且在每个电路中有两个串联的分电容器24、25。一个分电容器24包括金属化区域9和一个段5，它们通过介电膜3而电容性地耦合在一起。另一分电容器25包括相同的段5和金属化区域10，它们通过相同膜3而电容性地耦合在一起。在分电容器24、25之间，每个电路23通过电阻器26与其最近的相邻电路连接。电阻器26包括桥7。
图2中示出的等效电路图还适用于图3中所示电容器元件20，另外，电容性耦合还发生在膜8中。在正常操作条件下，由于负荷电流的流动方向基本与电容器元件20的连接表面18、19正交，因此在电路23之间存在电压平衡。由于分隔段5的非金属化部分6还与连接表面18、19正交，因此，没有负荷电流会流过桥7即电阻器26。换而言之，在正常操作过程中，桥7不产生焦耳损失，因为它们不设置在负荷电流的电路中。然而，在任何段内的自愈合过程中，当在膜3、8中任一个中发生电击穿时，在发生击穿的电路/段之间以及在其相邻的电路/段中会发生电压失衡。储存在缺陷段内的能量通常不足以汽化故障点周围的金属电极材料来实现自愈合。然而，由于电压失衡，电流会从相邻的电路/段通过电阻器26/桥7流向缺陷电路/段，从而获得足够的能量以实现自愈合。在自愈合过程中流经电阻器26/桥7的电流暂时相对较高，但持续时间如此之短，并不会在它们中产生任何巨大的焦耳损失。
从制造技术方向考虑，难以涂敷结合图1和3所描述的金属化带1以使非金属化部分6准确地与膜3的长边16、17正交。如果非金属化部分6允许在长边16、17之间偏离正交方向，那么就有利于金属化带1的制造，尽管这在损失方面是不利的。从以上看到，此种金属化带1是已知的，在图8中，段5为平行四边形的形式。然而，只要非金属化部分6只是稍微偏离长边16、17之间的正交方向，小于约10°，那么负荷电流基本上只会在段5中出现，并且通过桥7的负荷电流可以忽略不计。因此负荷电流不会在其中产生任何巨大的焦耳损失。
图4示出根据本发明的拉长金属化带1、2的第二实施例的俯视图，所述金属化带1、2一个叠一个地放置，图5简略示出其等效电路图。带1包括在两个平行长边16、17之间延伸的介电膜3。膜3的可见上表面局部涂敷有金属电极材料薄层，所述薄层形成两个相同的具有预定宽度的金属化区域4，所述区域相互电绝缘。膜3的不可见下表面未涂敷。每个区域4包括多个平行的、矩形的且一致的段5，段5与膜3的长边16、17正交或基本正交并且横跨区域4的整个宽度。段5被走廊形的非金属化部分6分隔开，非金属化部分6与段5平行并且在段5之间延伸，即与膜3的长边16、17正交或基本成正交。每个区域4还包括为金属化部分形式的桥7，桥7布置在非金属化部分6内以便使每个段5与其最近的相邻段电连接。在此实施例中，每个段5通过两个桥7连接到每个相邻的段。两个金属化区域4被沿膜3纵向延伸的非金属化部分33分隔开。两个拉长的非金属化部分14、15把金属化区域4从膜3的长边16、17分隔开。第二金属化带2与结合图1描述的金属化带1相似，不同地是它有三个金属化区域9、10、36。两个拉长的非金属化部分11分隔开金属化区域9、10和36。
由于金属化区域4、9、10和36的配置，金属化带1、2形成多个如图5所示的并联电路23。这些电路基本与膜3、8的长边16、17、12、13正交。每个电路23具有四个串联的分电容器24、25、34、35，分别对应于三个内部串联。分电容器24包括金属化区域9和在金属化区域4中的一个段5，它们通过介电膜8而电容性地耦合在一起；分电容器25包括相同的段5和金属化区域36，它们通过相同膜8而电容性地耦合在一起。相似地，分电容器34和35分别包括金属化区域36、10以及在另一金属化区域4中的一个段5。每个电路23在分电容器24和25之间以及在分电容器34和35之间通过电阻器26耦合到其最近的相邻电路。电阻器26包括桥7。每个电路23还在分电容器25和34之间通过金属化区域36耦合到其每个最近的相邻电路。
图11还示出根据本发明的两个金属化带1、2的另一实施例，而图12示出其等效电路图。在此实施例中，每个带1、2都具有包括段5和桥7的金属化区域4以及不分段的金属化区域9、10。在此情况下得到的电路23包括三个串联的分电容器24、25、34。分电容器24包括带1的金属化区域9，区域9电容性地连接到带2的一个段5。分电容器25包括相同的段5，所述段5电容性地耦合到带1的一个段5，后一个段5电容性地耦合到带2的金属化区域10，形成分电容器34。电阻器26包括桥7。
在结合图1所描述的金属化带1、2的情况完全相同，在与膜3、8的长边16、17、12、13正交或基本正交的非金属化部分6中，或者，当通过卷绕制造电容器元件时，在与电容器元件的连接表面正交或基本正交的非金属化部分6中，桥7把段5互相连接起来。换句话说，桥7在基本与负荷电流成正交的方向上把段5互相连接起来，而且，在正常操作过程中，基本上没有负荷电流流经桥7/电阻器26，即，负荷电流主要出现在段5中。因桥的设置而避免出现与分段的常规金属化带相关的焦耳损失。
图13示出图1中金属化带1、2的横截面，带1、2布置得有利地相互靠近。此图示出膜3以及涂敷在膜3上的一个段5。此图还示出膜8以及涂敷在膜8上的金属化区域9和10。在此实施例中，膜3、8在金属化区域9和10之间的区域内优选通过熔合膜3、8而在介电材料永久连接55中结合。所述永久连接优选沿着膜3、8的整个长度上延伸，以便在所述结合区域内获得增加的电气强度。
图6示出根据本发明的功率电容器37的第一实施例，功率电容器37包含多个相连的上述类型电容器元件20，在此，负荷电流不出现在桥中。功率电容器37在其它方面用常规方式构造，具有金属容器以及瓷的或聚合物的衬套。电容器元件20一般绕成卷并辗平。
图7示出根据本发明的功率电容器37的第二实施例。功率电容器37包含多个上述类型的电容器元件20，在此情形中为4个电容器元件20，在此，负荷电流不出现在桥中。电容器元件20基本为圆柱形并且一个叠一个地布置，以使它们的轴向一致。相邻的电容器元件20在它们的端面电连接，以便电容器元件20形成串联的堆。功率电容器37还包括基本为圆柱形的容器38，在容器38中，电容器元件20的堆被封闭，以使电容器元件20与容器38的轴向一致。在所述堆端部的电容器元件分别通过端部41、42而电连接到接头39、40。接头39、40形成功率电容器的接线端。容器38优选由电绝缘材料制成。
图9示出包含上述金属化带的电容器元件20的替代实施例的纵向截面。电容器元件20分成同心布置且具有公共轴的三个子元件45、46、47。最外面的子元件45基本为管状，并且环绕中间子元件46，在它们之间有小的间隙。中间子元件46以相似的方式环绕最里面的子元件47。最里面的子元件47具有贯穿它的中央槽48。各个子元件具有不同的径向厚度，具有最小厚度的是最外面的子元件。因而它们具有基本相同的电容。绝缘49布置在子元件45、46、47之间。子元件45、46、47串联。两个径向相邻的子元件在相同端具有一个连接点。因而，最外面的子元件45在电容器元件20的一端通过耦合器50连接到中间子元件46，而中间子元件46在电容器元件20的另一端通过耦合器51连接到最里面的子元件47。因而，电容器元件20的连接52、53在元件20的每一端都各有一个。如果子元件的数量大于3，如为5或7，那么在子元件端部的耦合点的连接就应该交替地继续。
图10举例说明图9所示类型的多个电容器元件如何串联在一起。此图示出两个这样的元件20a、20b。下部电容器元件20b在内部子元件47上端的连接53耦合到上部电容器元件20a在外部子元件45下端的连接52。绝缘54布置在电容器元件20a、20b之间，以承受在此种类型电容器中产生的电势差。
在根据本发明的电容器元件中，介电膜优选为丙烯，而金属电极材料优选使用丝网印刷或汽化技术以已知方式适当地涂敷在介电膜上的铝锌合金。若采用汽化技术，就用旋转辊子在介电膜的表面上涂敷油掩膜，随后使所述介电膜在开孔前经过，汽化金属通过此开孔而淀积到由掩膜所规定的表面上。若采用丝网印刷技术，导电电极材料就从具有适当图案的辊子直接涂敷到膜上。所述膜具有优选在5-15微米范围内的厚度。除了它们的长边以外，金属化区域具有优选在5-40Ω/□范围内的表面电阻率，金属化区域在长边处的厚度增加并因而降低电阻率。
卷形电容器元件的典型尺寸为直径100-300mm；镗孔直径20-90mm，优选为至少30mm；并且高度为50-800mm。此种电容器元件用于大约1-15kV的电压中。例如，直径200mm、镗孔直径50mm且高度150mm的电容器元件用于大约4-10kV的电压中。因而，高达约40kV的电压可作用到4个串联的此种电容器元件的两端，如图7所示。
本发明对于浸渍的和未浸渍的电容器元件都是适用的。
权利要求
1.一种用于功率电容器的电容器元件(20)，其中包括至少一个拉长的介电材料的膜层(3)以及布置在膜层(3)的每个平面上的金属材料电极层，其中，两个电极层划分成至少三个相互分隔开的金属化区域(4、9、10)，以便形成用于传导负荷电流的内部串联连接，至少三个区域(4、9、10)在膜层(3)的纵向上延伸；在至少三个区域(4、9、10)中，至少一个区域(4)划分成被非金属化部分(6)分隔开的段(5)以及至少一个设置成电连接两个段(5)的桥(7)；所述电容器元件的特征在于，桥(7)如此布置，使得在划分成段的区域(4)中，负荷电流基本上仅出现在段(5)中。
2.如权利要求1所述的电容器元件(20)，其中特征在于电容器元件(20)为卷形并具有两个形成电容器元件(20)的连接表面(18、19)的平行端面；非金属化部分(6)具有至少一个与连接表面(18、19)正交或基本正交的区段；而且，桥(7)布置在此区段中。
3.如权利要求1或2所述的电容器元件(20)，其中特征在于段(5)是一致的。
4.如权利要求1-3中任一项所述的电容器元件(20)，其中特征在于区域(4)划分成具有预定宽度的段；并且段(5)基本横跨整个所述宽度。
5.如权利要求1-4中任一项所述的电容器元件(20)，其中特征在于它具有至少三个内部串联连接。
6.一种功率电容器(37)，其中特征在于，它包含至少一个如权利要求1-5中任一项所述的电容器元件(20)。
7.如权利要求6所述的功率电容器(37)，其中特征在于电容器元件(20)包括多个布置得相互同心布置的子元件(45、46、47)，在径向相邻的子元件中最外面的子元件具有贯穿其中央的基本为圆柱形的槽，最外面的子元件与内部子元件紧密接触。
8.如权利要求7所述的功率电容器(37)，其中特征在于电容器元件(20)中子元件(45、46、47)的数量为奇数；并且，这些子元件互相串联。
9.如权利要求6-8中任一项所述的功率电容器(37)，其中特征在于它包括多个基本为圆柱形的所述电容器元件(20、20a、20b)，所述子元件布置得使它们的轴向一致并且相互连接以使它们形成串联的电容器堆。
10.用于功率电容器的金属化带(1)，其中包括具有两个平行长边(16、17)的拉长的介电膜(3)以及至少一个在介电膜(3)上的金属化区域(4)；所述区域(4)包括多个被非金属化部分(6)分隔开的段(5)以及多个桥(7)，桥(7)设置在非金属化部分(6)内以便把段(5)互相电连接起来；非金属化部分(6)具有至少一个与所述长边(16、17)正交或基本正交的区段；所述金属化带(1)的特征在于至少一个桥(7)布置在所述区段内；所述金属化带(1)布置在包含介电膜(8)的第二金属化带(2)上，以便第一金属化带(1)的介电膜(3)至少与第二金属化带(2)的介电膜(8)部分接触；而且，介电材料的永久连接(55)沿着膜(3、8)的至少部分接触表面把膜(3、8)互相结合在一起。
11.如权利要求10所述的金属化带(1)，其中特征在于所有的桥(7)布置在所述区段内。
12.如权利要求10-11中任一项所述的金属化带(1)，其中特征在于，在所述区段内的非金属化部分(6)与长边(16、17)之间的正交方向的偏离小于10°。
13.如权利要求10-12中任一项所述的金属化带(1)，其中特征在于段(5)是一致的。
14.如权利要求10-13中任一项所述的金属化带(1)，其中特征在于永久连接(55)通过熔合膜(3、8)而形成。
全文摘要
本发明涉及一种用于功率电容器的电容器元件(20)和金属化膜以及包含该元件的功率电容器，所述元件具有介电膜层(3)和布置在膜层的每个平面上的电极层，其中，电极层划分成至少三个相互分隔开的金属化区域(4、9、10)，以便形成用于传导负荷电流的内部串联；在三个区域中，至少一个区域划分成被非金属化部分(6)分隔开的段(5)以及至少一个设置成电连接两个段(5)的桥(7)。根据本发明，所述桥如此布置，使得在划分成段的所述区域中，负荷电流基本上仅出现在所述段中。
文档编号H01G4/18GK1395735SQ01803680
公开日2003年2月5日 申请日期2001年1月11日 优先权日2000年1月14日
发明者埃斯伯恩·埃里克森, 托米·霍尔姆格林 申请人:Abb股份公司