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Condensateur .électrolytique à courant alternatif.
L'invention concerne un condensateur électrolytique à courant alternatif, qui comporte une ou plusieurs électrodes, revêtues d'une pellicule d'oxyde diélectrique, recouverte d'une autre pellicule d'oxyde, amorphe, perméable à 1'électrolyte.
Les condensateurs électrolytiques qui comportent une électrode revêtue d'une pellicule d'oxyde diélectrique doivent être considérés comme des systèmes d'électrodes à conductibilité non symétrique, de sorte qu'ils ne sont utilisables que dans les circuits parcourus par du courant continu. Pour les applications avec du courant alternatif, on a proposé de monter deux de ces .électrodes en opposition, les pôles de même nom étant intercon- nects, et les autres électrodes étant branchées sur le réseau.
Bien que, du point de vue théorique, un tel montage doive donner satisfaction, la Demanderesse a constaté que, pratiquement, il est inutilisable. En effet, après un temps de fonctionnement assez court,la température du condensateur atteint une valeur inadmis- sible. La cause est la suivante : la demi-période où l'une des .électrodes est conductrice, la couche d'oxyde diélectrique cristalline de cette électrode est détériorée: la pellicule d'oxyde perd partiellement ses propri,étés de blocage, lorsque l'aluminium est porté à un potentiel négatif par rapport à l'électrolyte.
Il est vrai que, pendant la demi-période suivante, la pellicule se reforme, mais l'intensité du courant est alors beaucoup plus faible que pendant la phase précédente, bonne conductrice, de sorte que la partie reformée est notablement inférieure à la partie détériorée. De plus, la durée d'une demi-période du courant alternatif est insuffisante pour permettre une formation satisfaisante. Il en résulte que le courant de fuite devient de plus en plus intense, ce qui provoque un dégagement de chaleur excessif et un accroissement inadmissible de la température du condensateur, ce qui favorise encore la détérioration de ce dernier.
Aussi, en pratique, les condensateurs électrolytiques à courant alternatif ne sont-ils utilis,ées que dans les montages où ils ne subissent de charge que pendant un temps très court.
Lorsqu'on utilise des .électrodes dont la pellicule d'oxyde diélectriques est recouverte d'une pellicule d'oxyde amorphe, donc poreuse, qui, lorsqu'elle est imprégnée d'électrolyte, comme c'est le cas pour une cellule ,électrolytique, ne possède pas de propriétés diélectriques, la pellicule extérieure constitue une protection contre la détérioration spécifiée. Bien que l'on prit toutes les précautions possibles dans le choix des matières des
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électrodes et de l'électrolyte, usuelles dans les condensateurs clectrolytiques, ceci ne permit pas de remédier au mal.
Après un temps de fonctionnement plus long, mais néanmoins de loin inférieur au temps de fonctionnement minimum prescrit de 1000 heures, ce condensateur à courant alternatif se detériorait, ce qui se manifestait par un accroissement de l'intensité du courant de fuite, accompagné des inconvénients spécifiés ci-dessus. Il est vrai que, par formation, l'intensité du courant de fuite peut être ramenée à sa faible valeur initiale. Cependant, lorsqu'un condensateur reformé est de nouveau inséré dans un circuit à courant alternatif, la détérioration, c'est-à-dire l'ac- croissement du courant de fuite se produit après un temps beaucoup plus court, de l'orare de grandeur de quelques heures. La pellicule d'oxyde cristalline a donc apparemment subi une transformation permanente sous l'influence du courant alternatif.
Les électrodes étaient constituées par de l'aluminium normal pour condensateurs électrolytiques, aluminium de grande pureté, à savoir de l'ordre de 99,85$, ce qui, lors de la formation, assurait au courant de fuite sa faible intensité nominale requise.
L'invention est basée sur l'idée que l'on peut obvier aux inconvénients mentionnés par l'emploi d'aluminium plus pur ehcorc que celui utilisé jusqu'à présent.
L'invention est caractérisée par le fait que les électrodes sont constituées par de l'aluminium dont le degré de pureté atteint au moins 99,90%.
L'emploi d'aluminium d'un tel degré de ptreté a déjà été proposé dans un autre cas spécial, à savoir lorsqu'on désirait appliquer un laminage spécial suivi d'un décapage de l'aluminium pour assurer un facteur d'augmentation de surface particulièrement élevé (16 fois).
La littérature fait d'ailleurs mention d'un emploi de tels degrés de pureté pour des experiences scientifiques réalisées à l'aide de cellules électrolytiques.
Cependant, en pratique, on utilisait, pour la fabrication des condensateurs électrolytiques, de l'aluminium dont le degré de pureté était ce 99,85% environ, parce que cette matière est notablement moins coûteuse que l'aluminium à degré ae pureté plus élevé.
Suivant l'invention, l'emploi d'aluminium très pur est combine avec l'utilisation a'une double pellicule d'oxyde et ceci assure, particulièrement pour les condensateurs électrolytiques à courant alternatif, un effet si important que ces derniers peuvent être fabriques pour l'emploi pratique et avoir une longue durée de vie.
Pour obtenir les meilleurs résultats, on utilise, con- formement à l'invention, de l'aluminium dont le degré de pureté est d'au moins 99,99%.
Il s'est prouvé que, seulement dans un condensateur construit suivant l'invention, en fonctionnement, le courant de fuite conserve sa faible intensité lorsque la tension alternative reste appliquée pendant un temps très long;
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De préférence, l'électrolyte est constituée par une solu- tion d'acide borique et d'ammoniaque dans du glycol.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de la dite invention.
La fig. 1 montre schématiquement un condensateur électro- lytique à courant alternatif, du type bobiné, tandis que la fig.2 donne, pour un condensateur a électrode en aluminium à degré de pu- reté de 99,85%, les variations de la résistance en fonction du temps de fonctionnement exprimé en jours. La fig.S donne une courbe analogue pour un condensateur fabrique de la même manière que celui dont la caractéristique est représentée sur la fig.2, mais avec cette différence cependant que les électrodes sont en aluminium à degré de pureté de 99,99%.
La fig.4 montre le montage à l'aide duquel on relève la résistance du condensateur. Voici quelques considérations relatives à ces mesures.
Pour les électrodes 1 etde la fig.l, on part d'un ru- ban d'aluminium à degré de pureté de 99,99% et on le découpe en feuilles de 35 x 5 cm2 d'une épaisseur de 200 microns. Les feuilles sont nettoyées superficiellement et éventuellement, pour augmenter la surface active, elles sont traitées dans un bain de décapage.
Ensuite, on y applique la pellicule d'oxyde poreuse amorphe par un traitement électrochimique dans une solution de 100 grammes d'oxyde de chrome et de 100 cm3 d'acide sulfurique dans 4 litres d'eau distillée. Le courant continu a une intensité telle que les feuilles des dimensions spécifiées sont parcourues par un courant de 4 ampères. Ce traitement est effectué à la température ambiante normale, pendant 10 minutes environ, ce qui assure à la pellicule une épaisseur de 4 microns environ.
Les feuilles sont ensuite minutieusement rincées pour éliminer les traces du bain d'oxydation spécifié.
Ensuite, on forme, sous la couche d'oxyde amorphe, la pel- licule d'oxyde diélectrique cristalline; ce résultat est obtenu en plongeant les feuilles dans un bain composé de 40 grammes de B20e et de 1,5 cm3 d'ammoniaque dissous dans un litre d'eau distillée et en procédant à la. formation à l'aide de courant continu.
Pour un condensateur, prévu pour une tension de fonctionnement de 220 V.eff, la formations est poussée jusqu'à une tension continue de 350 V. L'oxydation est prolongée jusqu'au moment où., à une ten- sion de 350V., le courant de fuite par feuille atteint une in- tensité de 0,25 mA environ. Cette formation est aussi effectuée à la température ambiante normale.
Les feuilles sont ensuite enroulées avec les rubans 3 et 4, en matière poreuse telle que du papier, de façon à consti- tuer une bobine. Enfin, l'enroulement est imprégné de,électrolyte qui consiste en une solution de 3 kg. d'acide borique et de 1200 cm3 d'ammoniaque dans 10 kg. de glycol.
Les figs. 2 et 3 donnent la résistance des condensateurs à courant alternatif en fonction du temps de fonctionnement. La suite de l'exposé explique clairement ce que désigne la résistance spécifiée sur les figures.
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La résistance d'un condensateur électrolytique à courant alternatif est relevée dans un pont de Wheatstone tel que repré- senté sur la fig.4. La tension appliquée est de 3 V.eff; la fré- quence est de 100 Hz. Le condensateur à mesurer est inséré dans la branche A, tandis que la branche B comporte un condensateur étalon 5 et une resistance variable 6. Les branches C et D sont formées par une résistance 7, sur laquelle glisse un curseur 8, relié à l'indicateur 9.
Lorsque la branche du pont n'est pas parcourue par du courant, ceci implique que les tensions aux extrémités ae ces branches sont egales tant en amplitude qu'en phase. L'angle des pertes (tg @ de la resistance du condensateur à mesurer est aonc égal à l'angle des pertes de la résistance 6. Comme il est beaucoup plus facile de mesurer la résistance série du condensa- teur électrolytique que la résistance parallèle, on se contente de relever la première. La résistance parallèle qui donne la relation directe,avec le courant de fuite peut être facilement déterminée.
En effet, dans le cas d'une capacité shuntée par une résistance r', tg @= 1 . fanais que dans le cas de montage wr'c en série tg = w rC comme, ainsi que nous l'avons déjà mentionne, tg est égal dans les deux cas, 1 =wrc de sorte que wr'c r r'= 1 =! constante. w2c2
Pendant les essais, on a mesuré les resistances séries r.
Lorsque, sur le graphique, r augmente, ceci implique que le courant de fuite dans le condensateur augmente aussi.
Pour effectuer des essais comparatifs un certain nombre de feuilles, des dimensions spécifiées, sont plongées, par paire, dans des cuves remplies de l'électrolyte de fonctionnenent déjà mentionné et l'on applique à ces plaques une tension alternative de 220 V.
La fig.2 prouve que la valeur initiale de la résistance r est de 5,5 ohms environ et, qu'après 165 heures de fonctionnement, elle atteint 40 ohms, ce qui requiert la mise hors service du con- densateur. La durée de vie pratique d'un tel condensateur est donc inférieure à 7 jours.
Par contre, dans le cas d'un condensateur conforme à l'invention, dont les électrodes sont en aluminium à degré de pu- reté de 99, 995, les variations de la résistance série sont toutes autres. Il est remarquable que la valeur initiale de la résistance r est de 10 ohms environ, de sorte que le courant de fuite est plus intense que dans les condensateurs usuels. Cependant, cette valeur se maintient après un fonctionnement de 20 jours. Après ce temps, la résistance augmente lentement et après 42 jours, c'est-à-dire après 1000 heures, elle est de 12,5 ohms environ. Cet accroissement de résistance dépend de plusieurs facteurs, par exemple du moyen d'absorption de l'électrolyte, août la résistance augmente légère- ment.
Il va de soi que, contrairement aux condensateurs dont la caractéristique est représentée sur la fig.2, le condensateur conforme à l'invention n'acquiert pas une température de régime élevée, de sorte que sa durée ae vie est très longue.
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