Brevet FR2571540A1 — publié le 19860411

CONDENSATEURS ELECTRIQUES BOBINES La présente invention concerne des condensateurs électriques bobinés. Pour réaliser de tels condensateurs bobinés, il est connu de bobiner simultanément au moins-un premier et un deuxième film isolants et au moins un premier et un deuxième films métalliques de manière à réaliser deux électrodes, les films étant disposés de manière à ce que deux films isolants successifs soient séparés sur une partie au moins de leur longueur par un film métallique tandis que deux films métalliques successifs sont séparés par un film isolant, les contacts électriques étant placés en cours de bobinage aux endroits voulus, de manière à obtenir après bobinage un condensateur avec ses deux broches de connexion. Il est connu de fabriquer des bobines composées de deux capacités mises en série. En cours d'enroulement dentelles bobines, l'électrode du premier niveau est interrompue par coupure. Une longueur prédéterminée des nappes de films isolants et de l'électrode du second niveau est enroulée en l'absence de cette électrode du premier niveau. L'électrode du premier niveau est réengagée et les enroulements se poursuivent avec les nappes de films isolants et avec deux électrodes. L'électrode du premier niveau reste toujours positionnée de la même façon transversalement. Ces deux électrodes sont interrompues puis les deux nappes de films isolants sont enroulées d'une longueur prédéterminée pour réaliser l'isolation électrique. Les connexions électriques sont établies entre un bord des nappes de films isolants et une électrode du premier niveau respectivement par des languettes déposées lors de l'interruption de l'électrode et lors de la réinsertion de celle-ci. Les distances entre les bords des nappes de films isolants et les électrodes ainsi qu'entre les deux bords de l'électrode du premier niveau sont prédéterminées pour soutenir les tensions électriques dppfiqnées entre les Xlanguettes et entre celles-ci et I'environnement extérieur. Ce procédé présente des facilités de bobinage du fait que l'électrode du premier niveau reste identique et conserve sa position dans le sens transversal tout au long des enroulements. Cependant, lorsque Pénergie volumique à inclure dans le même volume dépasse 30 joules/litre ou lorsque des tensions plus élevées doivent être réalisées (jusqu'a' 60 kVolt continu par exemple), cette disposition s'avère ne plus satisfaire au but fixé pour deux raisons essentielles: - avec deux capacités disposées en série, une perte de surface capacitive utile existe puisque les différentes distances entre élec trodes et entre électrodes et bord de nappe sont prédéterminées; - lorsque le potentiel électrique augmente, ce n'est plus deux mais trois capacités ou plus qu'il faut réaliser dans le même enroulement. La présente invention a pour but de résoudre ce problème et permet d'optimiser la capacité volumique incluse dans un enrou lement. Dans le dispositif de l'invention, les bords d'électrodes sont décalés les uns par rapport aux autres de - manière à ce que le potentiel électrique appliqué entre les languettes, donc entre les bords et des nappes de films, se répartisse selon un gradient électrique homogène entre le bord des nappes de films isolants et les électrodes tout au long de l'enroulement. Cette invention concerne donc des condensateurs dont l'enrou lement de nappes de film mixé avec deux niveaux d'électrodes sur un cylindre tel que les électrodes sous forme de film épais de l'ordre de 5 à 8 microns sont interrompues, puis décalées dans le sens transversal au fur et à mesure de l'avancement des enroulements, donc lorsque le diamètre augmente sur ce cylindre. L'invention a pour objet un condensateur électrique bobiné comprenant deux niveaux d'électrodes et deux nappes de films enroulés pour former un cylindre et deux connexions électriques établies à partir de chacun des deux bords desdites nappes de film vers l'une des électrodes d'un desdits niveaux de maniere à ce que plusieurs capacités soient réalisées dans un même enroulement pour permettre l'obtention de tension de service plus élevée par la mise en série de ces dites capacités internes, caractérisé en ce que dans le sens longitudinal de l'enroulement, une desdites électrodes d'au moins un desdits niveaux est interrompue au moins une fois, puis décalée dans le sens transversal de l'enroulement. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent: - les figures la, lb, 2a, 2b, des vues de dessus et des vues en coupe de condensateurs selon l'art antérieur débobinés et remis à plat; - les figures 3a, 3b, 4a, 4b, Sa, 5b, des vues de dessus et des vues en coupe de condensateurs selon l'invention débobinés et remis à plat. Les figures indicées a représentent les vues de dessus et les figures indicées b les vues en coupe. Jusqutà maintenant, il est connu de fabriquer des bobines composées de deux capacités mises en série selon le processus suivant schématisé en figure la et lb: - Les deux nappes de films 1 et 2 sont engagées sur le cylindre central puis positionnées et fixées. - Les deux électrodes 3 et 5 sont engagées après enroulement d'une première longueur appropriée de ces deux nappes 1 et 2 - En cours d'enroulement, une électrode 3 d'un niveau est interrompue par coupure, ce qui nécessite l'arrêt de la machine ou au moins son ralentissement. - Une longueur prédéterminée des nappes 1 et 2 et de l'électrode 5 est enroulée en labsence de cette électrode 3- pour réaliser l'isolation électrique sur ce niveau entre les électrodes 3 et 4. - L'électrode 4 est réengagée et les enroulements se poursuivent avec les nappes de film 1 et 2 et avec les électrodes 4 et 5. Cette électrode 4 est positionnée transversalement de manière identique à l'électrode 3. - Ces deux électrodes 4 et 5 sont interrompues puis les deux nappes 1 et 2 sont enroulées d'une longueur prédéterminée pour réaliser l'isolation électrique. - Les connexions électriques sont établies entre un bord des nappes 1 et 2 et une électrode 3 et 4 respectivement par les languettes 6 et 7 déposées lors de l'interruption de l'électrode 3 et de la réinsertion de l'électrode 4. Les distances entre les bords 8 et 9 des nappes 1 et 2 et les électrodes 3, 4, 5 ainsi qu'entre les électrodes 3 et 4 sont prédéterminées pour soutenir les tensions électriques appliquées entre les languettes 6 et 7 et entre celles-ci et l'environnement extérieur. Ce procédé présente des facilités de bobinage du fait que les électrodes 3 et 4 sont identiques et conservant leurs positions dans le sens transversal tout au long des enroulements. Ainsi, deux capacités sont disposées en série; une capacité entre électrodes 3 et 5 et une entre électrodes 5 et 4. Ceci permet d'appliquer aux connexions électriques de la bobine des tensions élevées (jusqu'à 6 kVolt pour une tension continue permanente). Cependant, lorsque Pénergie volumique à inclure dans le même volume dépasse 30 joulès/litre ou lorsque des tensions plus élevées doivent être réalisées (jusqu'à 60 kVolt continu par exemple), cette disposition s'avère ne plus satisfaire au but fixé pour deux raisons essentielles: - Avec deux capacités disposées en série comme représenté en figure 1, une perte de surface capacitive utile existe puisque les distances entre les électrodes 3 et 4 et entre les électrodes et les bords 8 et 9 des nappes 1 et 2 sont identiques. La distance entre l'électrode 3 et le bord 8 pourrait être nulle ainsi qu'entre l'élec- trode 4 et le bord 9. Les distances entre les électrodes 3 et 4 et les bords 9 et 8 respectivement doivent être égales.Les distances entre l'électrode 5 et les bords 8 et 9 sont égales mais pourraient être moitié plus petite que les distances entre les électrodes 3 et 4 et bords 9 et 8 respectivement puisque cette électrode 5 voit un potentiel électrique moitié de celui appliqué entre les languettes 6 et 7. - Lorsque le potentiel électrique augmente, ce n'est plus deux mais trois capacités ou plus qu'il faut réaliser dans le même enroulement. Les figures 2a et 2b schématisent trois capacités mises en série selon l'art connu. La totalité de la différence de potentiel électrique doit être tenue entre l'électrode 14 et le bord 8 de nappe et respectivement entre 12 et le bord 9. Les autres gradients électriques sont plus faibles sur ces marges: électrodes 15 et 13 par rapport aux bords 9 et 8. 1l en résulte une perte capacitive de surface pouvant atteindre 30 à 40% pour des nappes 1 et 2 identiques en largeur et épaisseur dans une réalisation en deux condensateurs série. La présente invention a pour but de résoudre ce problème et permet d'optimiser la capacité volumique incluse dans un enroulement comme schématisé en figure 3a et 3b. Les bords d'électrodes 10, 5 et 1 1 sont décalés les uns par rapport aux autres de manière à ce que le potentiel électrique appliqué entre les languettes 6 et 7, donc entre les bords 8 et 9 des nappes de films 1 et 2, se répartisse selon un gradient électrique homogène entre le bord 8 des nappes 1 et 2 et les électrodes 5 et 11, et entre le bord 9 des nappes 1 et 2 et les électrodes 5 et 10. Le gain de surface capacitive utile est d'autant plus grand que la largeur transverse des nappes 1 et 2 est petite. Ainsi pour des nappes de largeur 50 mm, une différence de potentiel électrique entre les languettes 6 et 7 de 10 000 Volts et un gradient sur les marges (distance entre les électrodes 10 et 11 et les bords 9 et 8 respectivement et l'électrode 5 et les bords 8 et 9 de 1 000 Volts par mm; les enroulements actuellement réalisés présentent une largeur capacitive utile de 30 mm; un enroulement selon la présente invention présente une largeur capacitive utile de 35 mm soit un gain de I6,6%. Pour une largeur de nappe de 40 mm, le gain serait de 25%. La réalisation suivante peut être faite de manière avantageuse. L'enroulement étant fini, un autre enroulement est commencé avec une position identique dans le sens transverse de l'électrode 10 par rapport à celle de l'électrode 11 de l'enroulement précédent. Un gain de temps appréciable est ainsi obtenu. Un gain en courant efficace est obtenu selon la description ciaprès. Les électrodes 10 et 11 peuvent être plus larges dans le sens transverse du c8té où sortent les connexions électriques ayant le même potentiel électrique : soit vers le bord 8 de nappe pour électrode 10 et vers le bord 9 de nappe pour l'électrode 11. Ces électrodes 10 et 11 peuvent donc dépasser en sens transverse des nappes de films 1 et 2 permettant un établissement des contacts extérieurs par soudure d'un câble sur ces débords d'électrodes. Le courant efficace ou instantané traversant le condensateur électrique, comme décrit par la présente invention s'en trouve accru considérablement : au lieu de 1 Aeff, 10 à 50 Aeff peuvent transiter au travers du condensateur. La principale limitation des condensateurs comme décrit en figures 1 et 3 étant la section des languettes 6 et 7 déposées sur les électrodes 10 et 11. Cependant, le principe de la figure 3 est plus avantageux que celui de la figure 1, tous autres paramètres étant identiques que celui de la largeur de l'électrode 5, puisque la section de cette électrode 5 dans le sens longitudinal est plus grande donc admet un courant plus élevé pour les mêmes effets physicochimiques et électriques sur les matériaux. Les figures 4a et 4b schématisent trois capacités mises en série selon la présente invention. On constate que les électrodes sont décalées alternativement entre les deux niveaux : l'électrode 16 étant interrompue puis décalée, soit l'électrode 18; électrode 17 étant interrompue puis décalée, soit l'électrode 19. Ainsi, la distance dans le sens transversal entre un bord d'une desdites nappes de films et les électrodes successives d'un des niveaux 4 varie dans le même sens au fur et à mesure des interruptions. Ce montage permet donc d'appliquer des différences de potentiel entre les connexions extrêmes 6 et 7 jusqu'à 30 kV-/40 kV-. Le même principe a été réalisé pour réaliser des enroulements à cinq capacités séries sur des nappes de film de largeur 125 mm. Les électrodes sont en ce cas interrompues puis décalées deux fois par niveau. Cet enroulement supporte un potentiel électrique de service de 40 kVolt permanent pour une énergie volumique de 100 joules par dm3. Le test de rigidité électrique de cette technologie a donné lieu à la rupture diélectrique située entre 75 et 95 kVolt selon les enroulements testés au cours d'une montée en tension électrique par palier de 30 secondes de 5 en 5 kiloVolt. Ce test signifie que la répartition des potentiels électriques est satisfaisant entre les multiples capacités internes. L'autopsie de ces enroulements montre que les ruptures diélectriques se sont produites pour la majorité sur les bords des électrodes et qu'un même enroulement comprend plusieurs ruptures: ce site de rupture se rencontre lorsque la combinaison gradient électrique sur l'épaisseur inter-électrode et sur les marges se trouve optimisé. La contrainte électrique doit être homogène sur les marges entre électrodes et bord des nappes de film. Ceci signifie que le gradient électrique doit diminuer lorsque la distance augmente. La présente invention permet donc une réalisation que schématisent les figures Sa et 5b. Le niveau d'électrode inférieur comprend deux électrodes 24 et 25 de largeur constante du début à la fin de l'enroulement. Le niveau supérieur comprend sur une partie de l'enroulement deux électrodes 22 et 23 dans le sens transverse, puis après interruption de celles-ci, une des deux électrodes 23 ou 22 est décalée, ou bien, une autre électrode est insérée pour constituer l'électrode 26. Ainsi, quatre capacités sont réalisées dans le même enrou lement avec un minimum de coupes et de décalages d'électrodes. REVENDICATIONS 1. Condensateur électrique bobiné comprenant deux niveaux d'électrodes et deux nappes de films (1, 2) enroulés pour former un cylindre et deux connexions électriques (6, 7) établies à partir de chacun des deux bords (8, 9) desdites nappes de films (1, 2) vers l'une des électrodes (10, 11) d'un desdits niveaux de manière à ce que plusieurs capacités soient réalisées dans un même enroulement pour permettre l'obtention de tension de service plus élevée par la mise en série de ces dites capacités internes, caractérisé en ce que dans le sens longitudinal de l'enroulement, une desdites électrodes (10) d'au moins un desdits niveaux est interrompue au moins une fois, puis décalée dans le sens transversal de l'enroulement. 2. Condensateur électrique bobiné selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une autre électrode (11) insérée sur le niveau de ladite électrode interrompue. 3. Condensateur électrique bobiné selon la revendication 2, caractérisé en ce que cette autre électrode (11) est de dimension différente à celle de l'électrode interrompue (10). 4. Condensateur électrique bobiné selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la distance dans le sens transversal entre un bord d'une desdites nappes de films et les électrodes successives d'un desdits niveaux varie dans le même sens au fur et à mesure des interruptions. 5. Condensateur électrique bobiné selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que plusieurs électrodes continues sont disposées sur une ligne transversale à l'enroulement pour chacun desdits niveaux d'électrodes. 6. Condensateur électrique bobiné selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque connexion est établie entre le bord de l'électrode la plus rapprochée de ce bord de nappe de film et ce dit bord.