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CONDENSATEUR POUR COURANTS DE DECHARGE ELEVES.
La présente invention concerne les condensateurs et plus spécia- lement un condensateur à résistance interne faible et spécialement conçu pour la décharge répétée de courants très intenses.
Les condensateurs de puissance ordinaires consistent en plusieurs éléments de condensateur séparés connectés entre eux de façon convenable à l'intérieur d'un boîtier. Chaque élément de condensateur est constitué par deux rubans métalliques séparés par une matière diélectrique, habituellement du papier, et enroulés en une bobine à couches multiples. La liaison élec- trique avec le condensateur est réalisée au moyen de pattes ou de lamelles métalliques insérées, durant le bobinage, en contact avec les feuilles de métal.
La résistance de contact entre ces pattes ou lamelles formant bornes et les rubans métalliques est nécessairement relativement élevée et comme ces pattes ne sont en contact avec les rubans qu'en un point de la longueur de ceux-ci, le courant circule longitudinalement dans le ruban et le grand développement de celui-ci introduit une résistance considérable dans le cir- cuit. Il est donc clair qu'un condensateur de ce genre a une résistance in- terne relativement élevée.
Dans de nombreuses applications, le condensateur sert à emmaga- siner de l'énergie et à la décharger ensuite rapidement, de sorte qu'il se charge et se décharge de façon répétée. Dans un grand nombre de ces applica- tions, les courants de décharge sont-relativement élevés; de l'ordre de plu- sieurs milliers d'ampères, et la fréquence de décharge peut aussi être assez grande, par exemple une fois par seconde. Des condensateurs construits de la façon classique décrite ci-dessus ne conviennent pas pour de,telles applica- tions, à cause de leur résistance interne élevée. La résistance série équi- valente d'un condensateur ordinaire lors de décharges oscillantes à fort cou- rant peut être égale ou même supérieure à la résistance du circuit extérieur dans lequel il se décharge.
Si la résistance équivalente du condensateur est
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égale à la résistance du circuit extérieur, la moitié de l'énergie de chaque décharge est convertie en chaleur à l'intérieur du condensateur, et si la ca- dence des décharges répétées est élevée, il est clair que la chaleur produite ainsi dans le condensateur ne peut pas être dissipée assez rapidement et le condensateur sera surchauffé. C'est pourquoi le rendement des appareils de ce genre utilisant des condensateurs ordinaires est faible et leur prix est éle- vé parce qu'il faut utiliser un grand nombre de condensateurs, afin de pou- voir réduire suffisamment la fréquence de décharge de chaque condensateur pour que la chaleur se dissipe entre les décharges de manière à éviter que la température du condensateur ne dépasse les limites admissibles.
La présente invention a principalement pour but de procurer un condensateur à faible résistance interne convenant spécialement pour la dé- charge répétée de courants intenses, ainsi qu'un condensateur constitué par plusieurs éléments consistant en condensateurs non-inductifs à faible résis- tance interne reliés entre eux par des connexions de faible résistance, de manière que le condensateur composé, formé par ces éléments, ait une faible résistance interne.
Suivant l'invention, les rubans métalliques de chaque condensa- teur élémentaire dépassent la matière diélectrique de chaque côté et sont pincés dans des pinces formant bornes qui ont une résistance de contact fai- ble et qui font circuler le courant dans le sens transversal du ruban au lieu du sens longitudinal, de sorte que la résistance du condensateur est très faible.
On réunit plusieurs condensateurs élémentaires de ce genre dans un bottier et les connexions intérieures sont réalisées au moyen de bandes con- ductrices à faible résistance, de façon que la résistance interne du conden- sateur entier soit très faible; ce genre de condensateur convient très bien pour des fortes décharges répétées sans échauffement sérieux, ce qui permet de déterminer le nombre de condensateurs nécessaires à une application dé- terminée en tenant compte des besoins d'emmagasinage d'énergie et non pas des limites d'échauffement.
Une forme d'exécution préférée de l'invention est représentée, à titre d'exemple,aux dessins annexés.
La Fig. 1 est une vue perspective à grande échelle, quelque peu schématique, d'un condensateur élémentaire partiellement enroulé.
La Fig. 2 est une vue de face d'un condensateur élémentaire ter- miné.
La Fig. 3 est une vue en bout d'un condensateur élémentaire.
La Fig. 4 est une vue en plan, en coupe approximativement sui- vant la ligne IV-IV de la Fig. 5, d'un condensateur composé; et
La Fig. 5 est une coupe verticale d'un condensateur composé, ap- proximativement suivant la ligne V-V de la Fig. 4.
L'invention est représentée dans son application à un condensateur composé, formé de plusieurs condensateurs élémentaires 1. Comme le montrent les Figs. 1, 2 et 3, chaque condensateur élémentaire 1 est constitué par deux rubans métalliques 2 et 3 séparés par des couches de matière diélectrique 4, chaque couche étant composée de préférence de plusieurs épaisseurs de papier mince de haute qualité. Les rubans 2 et 3 et la matière diélectrique 4 sont intercalés et enroulés de la manière habituelle sur un mandrin, et.le cylindre obtenu est aplati après bobinage en un condensateur élémentaire aplati, à spi- res multiples, de forme générale rectangulaire semblable aux condensateurs ha- bituels.
Les condensateurs élémentaires 1 diffèrent des condensateurs ordinai- res en ce que les rubans 2 et 3 sont décalés dans le sens transversal par rap- port à la matière diélectrique 4, de façon que le bord du ruban 2 dépasse la matière diélectrique d'un côté, et le bord du ruban 3 dépasse la matière diélec- trique de l'autre côté du condensateur, comme la Fig. 1 le montre-clairement.
L'élément 1 diffère aussi du condensateur ordinaire, en ce qu'il ne comporte pas les pattes habituelles formant bornes.
La liaison électrique de l'élément 1 est réalisée au moyen de pin-
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ces en cuivre 5 l'ormant bornes. Ces pilucs sent failes d'une pièce de tôle de cuivre repliée sur elle-même dont les bords sont replies une,seconde fois, comme le montre la Fig. 3, de façon à constituer' une pince-borne à faible résistance. Les bords dépassant de chaque côté du condensateur des rubans 2 et 3 sont comprimés et insérés dans les pinces-bornes qui sont attachées aux rubans au moyen d'agrafes métalliques 6, ou par tout autre moyen approprié, de manière à pincer les bords des rubans qui dépassent.
Quand les pinces-5 sont attachées, les coins de ces bords dépassants peuvent être découpés ou échan- crés, comme indiqué en 7, de façon que les pinces 5 s'étendent sensiblement sur toute la longueur de la partie dépassante de'rubans, afin d'obtenir une faible résistance de contact. Il faut remarquer qu'avec cette construction, le courant circule dans le sens transversal des rubans 2 et 3, plutôt que dans le sens longitudinal comme dans les condensateurs ordinaires, de sorte que la résistance du condensateur élémentaire est beaucoup plus faible que celle d' un condensateur ordinaire, et, de plus l'élément est non-inductif à cause du sens du courant.
Le condensateur composé représenté aux Figs. 4 et 5 est consti- tué par un nombre voulu d'éléments 1 réunis dans un boîtier métallique 8, en acier de préférence, dont le fond 9 et le couvercle 10 sont soudés au boî- tier ou fixés d'une autre manière pour le rendre étanche. Des passages conve- nables en porcelaine 11 sont soudés, ou scellés d'une autre manière dans le couvercle 10. Le condensateur représenté aux dessins à titre d'exemple, com- prend seize éléments 1, en huit groupes de deux condensateurs en parallèle, connectés en série.
Comme la Fig. 5 le montre clairement, les pinces-bornes 5 et les bords dépassants des rubans dechaque condensateur élémentaire sont rabattus de chaque côté sur la pince-borne du côté correspondant d'un élément voisin, et les pinces d'éléments voisins mis ainsi en contact sont soudées, comme en 12, de manière à établir des connexions électriques définitives. Dans - l'exemple donné, les éléments sont donc réunis par paires, ces paires étant placées côte à côte dans le bottier 8, séparées par des intercalaires isolants 13 en carton ou une autre matière isolante. On place de préférence aussi des bandes isolantes 14 sous les pinces réunies des éléments voisins.
Les paires d'éléments 1 sont réunies par des bandes conductrices en cuivre 15 qui ont la largeur des pinces-borne des éléments et qui sont soudées à ces dernières de manière à connecter les paires de condensateurs en série, comme la Fig. 5 le montre clairement. Il est évident que les éléments peuvent être connectés de toute autre façon désirée. Par exemple tous les éléments 1 peuvent être connectés en série en soudant les pinces-bornes de chaque élément aux pinces des éléments voisins, de chaque côté. De même, les éléments peuvent être réunis de toute autre manière, en série ou en série-pa- rallèle, en connectant les pinces-bornes des éléments voisins et en dispo- sant convenablement les bandes de connexion 15 pour obtenir le circuit voulu.
Les éléments assemblés sont disposés dans un cadre isolant en U rigide 16 à l'intérieur du boîtier 8, et des pièces isolantes convenables 17 sont prévues pour obturer les extrémités du cadre. Des plaques isolantes 18 de tout type convenable peuvent être prévues pour fermer le dessus du cadre 16. Le condensateur est pourvu de tiges-bornes 19 qui traversent les passages 11 pour être connectées à l'extérieur et qui sont soudées à l'intérieur du boîtier à des lames de connexion en cuivre 20 qui sont soudées à leur tour aux pinces-bornes 5 des éléments 1 situés aux extrémités, comme indiqué en 21, de manière à connecter les éléments aux tiges-bornes 19. Des isolants convenables 22 sont placés entre les connexions 20 et le dessus des éléments 1, et les ti- ges 19 traversent des ouvertures désirées dans les plaques isolantes 18.
Quand le condensateur est entièrement monté, il est séché sous vide de la manière ha- bituelle, et rempli ensuite avec un liquide diélectrique convenable 23 qui im- prègne les éléments 1 et remplit le boîtier 8.
La description ci-dessus montre que l'invention procure un conden- sateur dont la résistance interne est très faible, puisque les pinces-bornes 5 des éléments 1 ont une résistance de contact très faible et font circuler le courant dans les rubans dans le sens transversal, plutôt que dans le sens longitudinal, de sorte que la résistance de l'élément est extrêmement faible.
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Les connexions internes entre les divers éléments sont réalisées par des sou- dures entre pinces-bornes 5 de grande surface qui ont ainsi une résistance faible, et les bandes de connexion 15 en cuivre ont aussi une faible résis- tance. Ainsi, la résistance interne du condensateur est très faible et même si le condensateur est utilisé dans un circuit à faible résistance, la résis- tance du condensateur sera beaucoup plus faible que celle du circuit exté- rieur, de sorte que la plus grande partie de l'énergie emmagasinée qui se dé- charge sera dissipée dans le circuit extérieur et non dans le condensateur qui ne s'échauffe donc pas excessivement.
Le nouveau condensateur a aussi de faibles pertes, non seulement à 60 périodes, mais aussi lors de décharges à front raide, et il y a ainsi peu d'échauffement interne. Ce condensateur convient donc parfaitement dans les applications d'emmagasinage d'énergie avec décharges répétées de courant 'très intenses, puisque le condensateur ne subit pas de surchauffe même avec des courants de décharge de plusieurs milliers d'ampères à une fréquence de déchar- ge d'une fois par seconde ou même plus. Dans une application donnée, le nombre de condensateurs sera donc déterminé uniquement par la quantité d'énergie à emmagasiner, et non par les limites d'échauffement qui limitent la fréquence de décharge avec les condensateurs ordinaires et font qu'il était souvent né- cessaire, dans le cas de ces derniers, d'utiliser un nombre de condensateurs relativement élevé.
L'emploi du nouveau condensateur permet donc de réaliser des installations de prix inférieur et de meilleur rendement qu'auparavant.
REVENDICATIONS
1. - Condensateur convenant pour la décharge répétée de courants de décharge intenses, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier, plusieurs condensateurs élémentaires placés dans le bottier, chacun de ces éléments étant formé de deux rubans métalliques séparés par une matière diélectrique et façonnés en un condensateur de forme générale rectangulaire, aplatie, à spi- res multiples, un des rubans dépassant la matière diélectrique d'un côté de l'élément et l'autre ruban dépassant la matière diélectrique de l'autre côté de l'élément, des bornes conductrices à faible résistance pinçant ensemble les bords des rubans de chaque côté de chaque condensateur élémentaire,
et des dispositifs à faible résistance connectant électriquement les bornes des éléments à l'intérieur du boîtier.
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CONDENSER FOR HIGH DISCHARGE CURRENTS.
The present invention relates to capacitors and more especially to a capacitor with low internal resistance and specially designed for the repeated discharge of very high currents.
Ordinary power capacitors consist of several separate capacitor elements suitably connected together within a housing. Each capacitor element consists of two metallic ribbons separated by dielectric material, usually paper, and wound into a multilayer coil. The electrical connection with the capacitor is made by means of metal tabs or strips inserted, during winding, in contact with the metal sheets.
The contact resistance between these tabs or strips forming terminals and the metal strips is necessarily relatively high and as these tabs are in contact with the strips only at a point along the length of the latter, the current flows longitudinally in the strip. and the great development of this introduces considerable resistance into the circuit. It is therefore clear that such a capacitor has a relatively high internal resistance.
In many applications, the capacitor is used to store energy and then discharge it quickly, so that it repeatedly charges and discharges. In many of these applications the discharge currents are relatively high; of the order of several thousand amperes, and the discharge frequency can also be quite large, for example once per second. Capacitors constructed in the conventional manner described above are not suitable for such applications because of their high internal resistance. The equivalent series resistance of an ordinary capacitor during high current oscillating discharges may be equal to or even greater than the resistance of the external circuit in which it discharges.
If the equivalent resistance of the capacitor is
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equal to the resistance of the outer circuit, half the energy of each discharge is converted into heat inside the capacitor, and if the rate of repeated discharges is high, it is clear that the heat thus produced in the capacitor cannot be dissipated quickly enough and the capacitor will be overheated. This is why the efficiency of such devices using ordinary capacitors is low and their price is high because a large number of capacitors must be used, in order to be able to sufficiently reduce the discharge frequency of each capacitor. so that the heat is dissipated between discharges so as to prevent the temperature of the condenser from exceeding the allowable limits.
The main object of the present invention is to provide a capacitor with low internal resistance especially suitable for the repeated discharge of intense currents, as well as a capacitor consisting of several elements consisting of non-inductive capacitors with low internal resistance connected between one another. them by connections of low resistance, so that the compound capacitor, formed by these elements, has a low internal resistance.
According to the invention, the metal strips of each elementary capacitor protrude from the dielectric material on each side and are clamped in terminal clamps which have a low contact resistance and which circulate the current in the transverse direction of the strip. instead of the longitudinal direction, so that the resistance of the capacitor is very small.
Several elementary capacitors of this type are brought together in a housing and the internal connections are made by means of low resistance conductive strips, so that the internal resistance of the entire capacitor is very low; this type of capacitor is very suitable for repeated strong discharges without serious heating, which makes it possible to determine the number of capacitors necessary for a given application taking into account the energy storage needs and not the limits of warming up.
A preferred embodiment of the invention is shown, by way of example, in the accompanying drawings.
Fig. 1 is a somewhat schematic, large-scale perspective view of a partially wound elementary capacitor.
Fig. 2 is a front view of a finished elementary capacitor.
Fig. 3 is an end view of an elementary capacitor.
Fig. 4 is a plan view, in section taken approximately along the line IV-IV of FIG. 5, a compound capacitor; and
Fig. 5 is a vertical section of a compound capacitor, taken approximately along the line V-V of FIG. 4.
The invention is shown in its application to a compound capacitor, formed of several elementary capacitors 1. As shown in Figs. 1, 2 and 3, each elementary capacitor 1 is formed by two metal strips 2 and 3 separated by layers of dielectric material 4, each layer preferably being composed of several layers of high quality thin paper. The tapes 2 and 3 and the dielectric material 4 are interposed and wound in the usual manner on a mandrel, and the cylinder obtained is flattened after winding into a flattened elementary capacitor, with multiple turns, of generally rectangular shape similar to capacitors. habitual.
Elementary capacitors 1 differ from ordinary capacitors in that the strips 2 and 3 are offset transversely with respect to the dielectric material 4, so that the edge of the strip 2 protrudes from the dielectric material on one side. , and the edge of the strip 3 protrudes over the dielectric material on the other side of the capacitor, as in FIG. 1 shows it clearly.
Element 1 also differs from the ordinary capacitor, in that it does not have the usual lugs forming terminals.
The electrical connection of element 1 is made by means of pin-
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these copper 5 the dormant terminals. These pilucs feel made from a piece of sheet copper folded back on itself, the edges of which are folded a second time, as shown in FIG. 3, so as to constitute a low resistance terminal clamp. The edges protruding from each side of the capacitor of the ribbons 2 and 3 are compressed and inserted into the terminal clamps which are attached to the ribbons by means of metal clips 6, or by any other suitable means, so as to pinch the edges of the ribbons that protrude.
When the clamps-5 are attached, the corners of these protruding edges may be cut or indented, as shown at 7, so that the clamps 5 extend substantially the entire length of the protruding portion of the tapes, in order to obtain a low contact resistance. It should be noted that with this construction, the current flows in the transverse direction of the ribbons 2 and 3, rather than in the longitudinal direction as in ordinary capacitors, so that the resistance of the elementary capacitor is much lower than that of an ordinary capacitor, and in addition the element is non-inductive because of the direction of the current.
The compound capacitor shown in Figs. 4 and 5 is made up of a desired number of elements 1 united in a metal housing 8, preferably of steel, the bottom 9 and cover 10 of which are welded to the housing or otherwise fixed for the make it waterproof. Suitable porcelain passages 11 are welded, or otherwise sealed in the cover 10. The capacitor shown in the drawings by way of example, comprises sixteen elements 1, in eight groups of two capacitors in parallel, connected in series.
As in Fig. 5 clearly shows, the terminal clamps 5 and the projecting edges of the ribbons of each elementary capacitor are folded on each side over the terminal clamp of the corresponding side of a neighboring element, and the clamps of neighboring elements thus brought into contact are welded, as in 12, so as to establish final electrical connections. In the example given, the elements are therefore brought together in pairs, these pairs being placed side by side in the housing 8, separated by insulating spacers 13 made of cardboard or another insulating material. Insulating strips 14 are also preferably placed under the joined clamps of neighboring elements.
The pairs of elements 1 are joined by conductive copper strips 15 which have the width of the terminal clamps of the elements and which are soldered to the latter so as to connect the pairs of capacitors in series, as in FIG. 5 shows this clearly. It is obvious that the elements can be connected in any other way desired. For example all the elements 1 can be connected in series by soldering the terminal clamps of each element to the clamps of the neighboring elements, on each side. Likewise, the elements can be joined in any other way, in series or in series-parallel, by connecting the terminal clamps of the neighboring elements and by suitably arranging the connection strips 15 to obtain the desired circuit.
The assembled elements are arranged in a rigid U-shaped insulating frame 16 inside the housing 8, and suitable insulating pieces 17 are provided to seal the ends of the frame. Insulating plates 18 of any suitable type may be provided to close the top of the frame 16. The capacitor is provided with terminal rods 19 which pass through the passages 11 to be connected to the outside and which are welded inside the housing. to copper connecting strips 20 which are in turn soldered to the terminal clamps 5 of the elements 1 located at the ends, as indicated at 21, so as to connect the elements to the terminal rods 19. Suitable insulators 22 are placed between the connections 20 and the top of the elements 1, and the rods 19 pass through desired openings in the insulating plates 18.
When the capacitor is fully assembled, it is vacuum dried in the usual manner, and then filled with a suitable dielectric liquid 23 which permeates the elements 1 and fills the housing 8.
The above description shows that the invention provides a capacitor whose internal resistance is very low, since the terminal clamps 5 of the elements 1 have a very low contact resistance and cause the current to flow in the ribbons in the direction transverse, rather than in the longitudinal direction, so that the resistance of the element is extremely low.
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The internal connections between the various elements are made by welds between clamps 5 with a large area which thus have a low resistance, and the copper connection strips 15 also have a low resistance. Thus, the internal resistance of the capacitor is very low and even if the capacitor is used in a low resistance circuit, the resistance of the capacitor will be much lower than that of the external circuit, so that most of the the stored energy which is discharged will be dissipated in the external circuit and not in the capacitor which therefore does not heat up excessively.
The new capacitor also has low losses, not only at 60 periods, but also at steep-front discharges, and there is thus little internal heating. This capacitor is therefore ideally suited for energy storage applications with repeated discharges of very intense current, since the capacitor does not overheat even with discharge currents of several thousand amperes at a discharge frequency. once per second or even more. In a given application, the number of capacitors will therefore be determined only by the quantity of energy to be stored, and not by the temperature rise limits which limit the discharge frequency with ordinary capacitors and make it often necessary. , in the case of the latter, to use a relatively high number of capacitors.
The use of the new capacitor therefore makes it possible to realize installations of lower cost and better efficiency than before.
CLAIMS
1. - Capacitor suitable for the repeated discharge of intense discharge currents, characterized in that it comprises a housing, several elementary capacitors placed in the casing, each of these elements being formed of two metal strips separated by a dielectric material and shaped a capacitor of generally rectangular, flattened, multi-coil shape, one of the strips projecting the dielectric material on one side of the element and the other strip projecting the dielectric material on the other side of the element, low resistance conductive terminals clamping together the edges of the ribbons on each side of each elementary capacitor,
and low resistance devices electrically connecting the terminals of the elements within the housing.