книги / Справочник по расчету режимов работы электрических конденсаторов

нению с полярным диэлектриком меньшие значения е, дает выигрыш в удельных характеристиках в связи с более низким значением потерь.

являются показательными. При таких формах напряжения сопоставлять конденсаторы по массогабаритным характеристикам целесообразно по их установленной мощности. Установленная мощность конденсато­ ров при несинусоидальной форме напряжения, так же как и при сину­ соидальной, определяются но формуле

Фуст ^ном^ном^ном»

где (оном— номинальная (или базовая) частота, на которой известна удельная реактивная мощность конденсатора рассматриваемого типа.

5. ТЕПЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ

ИХАРАКТЕРИСТИКИ КОНДЕНСАТОРОВ

Внастоящее время особенно актуальна оценка и регламентация тепловых режимов конденсаторов в связи с усиливающейся тенден­ цией к сокращению габаритов, с одной стороны, ,и резким возраста­

нием удельных тепловыделений, — с другой. Отсутствие же в НТД необходимых тепловых параметров не позволяет потребителю правиль­ но оценить тепловой режим конденсатора в конкретных условиях при­ менения, а следовательно, и сделать вывод о его допустимости с точ­ ки зрения того или иного электрического режима,. Рассмотрим тепло­ вую модель конденсатора и характеризующие ее тепловые параметры.

Тепловая модель и электротепловая аналогия

При исследовании стационарных и нестационарных температур­ ных полей весьма распространен принцип электротепловой аналогии -[12, 22), широко применяемый при математическом моделировании задач и основанный на изомор­ физме исследуемых уравнений,"'т. е. их способ­ ности описывать различные по своей природе (электрической и тепловой) явления. Практиче­ ская реализация указанного принципа основана на аналогии между физическими, свойственными

Рис. 1,32. Эквивалентная тепловая схема конден­ сатора

электрическим цепям, и тепловыми величинами. Соотношение величин при электротепловой аналогии представлено в табл. 1.16.

Воспользуемся указанным принципом для исследования теплово­ го режима работы конденсатора.

На рис. 1.32 показана эквивалентная тепловая схема конденсато­ ра, составленная при следующих допущениях.

41

Й 1.16. Таблица соответствия электрических и тепловых параметров

1. Тепловые параметры (Rv Ст) предполагаются независящими от

ние вполне оправдано и согласуется с работами, посвященными тепло­

вому расчету конденсаторов [35, 39, 41].

Оценивая влияние температурных перепадов в конденсаторе на значение мощности тепловыделения Рп, отметим следующее. Значение

Рп зависит от температурного перепада в активной области конден­

сатора (пакете), поскольку отдельные объемы нагреты больше (цен­ тральные), другие же (периферийные) — меньше. Это, в свою очередь, сказывается на значении tg о диэлектрика (при синусоидальном на­ пряжении) или на значении коэффициента потерь (при импульсном напряжении). Для конденсаторов на основе неполярного! и слабопо­ лярного диэлектриков, когда температурная зависимость tg б выраже­ на слабо, значение Рп во всем рабочем диапазоне температур можно

считать постоянным. В конденсаторах с полярном диэлектриком на­ блюдается температурная зависимость tg 6, однако для реальных рабо­ чих температур конденсаторов значение Рп можно считать неизмен­

ным и рассчитывать Рп для предельных рабочих темперагур.

43

Тепловые сопротивления и тепловые постоянные времени конденсаторов

Для характеристики теплового режима конденсаторов используют­ ся различные варианты параметров: допустимое превышение темпера­ туры корпуса конденсатора относительно температуры окружающей среды; допустимая максимальная температура конденсатора; допу­ стимая реактивная мощность: допустимая активная мощность, рас­ сеиваемая конденсатором. Однако эти параметры не удовлетворяют таким требованиям, как:

0,000*7 0,0015 0,0047 0,015 0,0*7 0,15 СН,МКФ

г

44

Рис. 1.33. Тепловые сопротивления конденсаторов: К40У-9 (а), К42У-2 (б), К71-4, К71-5 (в), К72П-6 (г), К72-11(б), К73-9 (е), К73-11 (ж), К73-15 (з), К73-16 («), К75-10 (к), К75-12 (л), К75-24 (м), К76П-1 («), К77-1 (о), К77-2 (л)

О,OOW 0,022 0,22 1,0 СИ,МНФ

О

Рис. 1.34. Тепловые постоянные времени конденсаторов К42У-2 (я), К40У-9 (б), К7М, К71-5 (в), К72П-6 (г), К72-11 (<3), К73-9, (е), К73-11 (ж)> К73-15 <з), К73-16 (и), К75-10 (к), К75-12(л), К75-24 (м), К76П-1 («), К77-1 (о), К77-2 (п)

независимость от вида и продолжительности воздействия электри­ ческой нагрузки;

независимость от активной мощности, рассеиваемой конденсато­

ром;

возможность экспериментального определения.

47

теплового режима конденсатора параметром является тепловое сопро­ тивление — коэффициент пропорциональности между разностью тем­ ператур двух изотермических поверхностей и тепловым потоком. Стро­ гое определение теплового сопротивления справедливо для постоян­ ного теплового потока, протекающего.между двумя изотермическими

превышением температуры и тепловым потоком в различных случаях

ние», принятий применительно к конденсаторам, со следующими до­

пущениями:

тепловое сопротивление конденсатора линейно, т. е. не зависит от температуры в диапазоне, соответствующем рабочему перепаду темпе­

нием:

t

О (0 = Рп (0) Rr (0 + S р п W Rг V - 0

где RT (t) -—переходное полное тепловое сопротивление конденсатора.

48

Данное уравнение описывает нестационарный тепловой режим. Эквивалентная тепловая схема конденсатора (рисЛ .32) является наибо­ лее приемлемой для применения и регламентирования тепловых пара­ метров в технической документации. Выражение для переходного пол­ ного теплового сопротивления конденсатора имеет вид

ного распределения источников энергии по объему регуляция темпера­ турного поля наступает быстро, т. е. можно рассматривать только ре­ гулярный тепловой режим.

Различают максимальное RT м = 9макс/Р п, и среднее RT ср = = 0ср/Рп полные тепловые сопротивления конденсатора.

Тепловой поток, выделяющийся в активном объеме конденсатора, распространяется через изоляцию, корпус и уходит в окружающую среду с наружной поверхности конденсатора. Таким образом, полное тепловое сопротивление конденсатора можно разделить на составляю­ щие. Для стационарного режима работы

Я, = Ят. в + #т. д|

где R T в, RT н — внутреннее и наружное тепловые сопротивления кон­

денсатора.

; На практике, в случае естественных условий охлаждения конден­ саторов, целесообразно задавать величины полных тепловых сопро­ тивлений, как, например, для конденсаторов, выпускаемых фирмой «Siemens» (ФРП [43] Для отечественных конденсаторов эти величины вводятся в техническую документацию.

На рис. 1.33—1.38 показаны значения полных средних тепловых сопротивлений и тепловых постоянных времени массовых типов кон­ денсаторов, определенные экспериментально и уточненные расчетным

активной части, изоляционных прокладок, воздушных зазоров, мас­ ляных прослоек и т. д. На тего значение разработчик конденсаторов может влиять на стадии конструирования, выбирая материалы с боль­ шим коэффициентом теплопроводности и не допуская больших, чем нужно с точки зрения электрической и механической прочности, тол­ щин корпуса и изоляции.

В табл. 1.18—1.22 приведены данные по тепловым сопротивлениям некоторых конденсаторов намотанного типа, в частности, составляющие

49

о1-18. Тепловые сопротивления конденсаторов

Конденсаторы К72-11 (эпоксидный корпус , ЭК-23)