CN1037733C - 单相高压整流设备 - Google Patents

Abstract

一种单相高压整流设备，由2n个高压饼和4n个高压硅堆构成n个整流单元串联而成。本发明在于2n个高压饼按其工作电压高低依次从变压器铁芯柱中间沿铁芯柱向变压器铁轭方向排列，4n个高压硅堆也按其整流工作电压的高低依次由油箱中间向油箱壁排列。因此具有体积较小，重量较轻，节省材料的特点。

Description

单相高压整流设备

本发明属整流设备，特别是对单相高压整流设备的一种改进。这种设备在静电沉积、激光、X光及高压试验技术领域有广泛应用。

目前国内市场上供应的单相高压整流设备的电路连接如图1、图2所示。其结构一般包括低压输入瓷瓶、油箱、箱内放绝缘油、浸入油中的变压器、变压器铁芯柱上缠线初级低压绕组，由若干高压饼串接而成的高压绕组，高压硅堆整流桥，在初级低压绕组与高压绕组之间有绝缘套，高压瓷瓶(输出)组成。图1是单桥四饼结构，即由四个高压饼(线圈)串联组成高压绕组，口型变压器两个铁芯柱上各套两个高压饼，图中标明相应点的电压。由图可见，如果输出电压为2E，则下方两个高压饼对变压器下铁轭须按照2E考虑绝缘距离，上方两个高压饼对上铁轭须按1.5E考虑绝缘距离，四个高压饼对两根铁柱须按1.5E考虑，上下饼之间按E考虑。

图2是由多组整流桥串联的单相高压整流设备的电连接示意图。由两只高压饼和一介单相整流桥组成整流单元，然后将整流单元顺次串联起来形成高压整流电路。各高压饼上的电压如图所示。显然，第一组高压饼和单相整流桥处于最高电压nE，对上铁轭和左铁柱均须按最高输出电压nE来考虑绝缘距离。

总之，上述现有技术有一共同的缺点，即高压饼对铁轭的绝缘均须接最高输出电压采设计，电压最高的整流桥也偏在一侧，对油箱等构件的绝缘距离也需较大，因此整个设备较大，材料耗费较多，成本较高，使用也不方便。

本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺点，提供一种体积小、重量轻、安全可靠的单相高压整流设备。

本发明的单相高压整流设备的结构包括：输入低压瓷瓶、输出高压瓷瓶，高压瓷瓶安装在油箱顶部(即直出)或油箱侧面(即横出)，油箱内充满绝缘油，变压器浸没在绝缘油中，铁芯可以是ED型也可以是口型，绕在铁芯柱上的初级低压绕组和高压绕组，初级低压绕组和高压绕组之间被绝缘套隔离，高压绕组由2n(n＞1)个高压饼组成，还有4n个高压硅堆，每两个高压饼连接后与四个高压硅堆接成整流单元，即共形成n个整流单元，这n个整流单元串联组成高压整流电路。本发明的本质特点是：所说的高压绕组的2n个高压饼按其工作电压高低依次从铁芯柱中间沿铁心柱向两铁轭排列，所说的高压硅堆也按其整流工作电压的高低依次由油箱中间向两侧油箱壁排列。n个整流单元排布的结果是：电压最高的整流单元处于中心位置，电压最低的整流单元处于两侧位置。

这种结构排布的优点是：靠近铁轭最近的高压饼对铁轭的电压仅为高压整流设备输出电压的1/n，例如整流设备要求输出电压为120千伏并当n＝4时，按已有技术的结构，则高压饼对铁轭的绝缘距离要按120千伏考虑，而按本发明的结构排布则只须按30千伏考虑，绝缘距离可大大缩小，绝缘结构可大大简化，设备明显缩小，节省材料，降低成本，而且安全可靠。

每个整流单元中两个高压饼之间可用导线直接连接，已有技术都如此，但为了改善高压绕组对初级低压绕组的电场，最好采用与初级低压绕组同轴的筒式绕组作连接件。

本发明的变压器既可采用口型铁芯，也可采用由两付CD型铁芯拼成的ED型铁芯，后者可以进一步节约材料，降低成本。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为已有技术中单桥四饼单相高压整流设备电原理图。

图2为已有技术中多桥串联单相高压整流设备电原理图。

图3为本发明结构排布及接线原理图。

图4本发明高压硅堆排布直流侧视图(正视图)。

图5本发明高压硅堆排布交流侧视图(后视图)。

图6为本发明的实施例n＝4的高压饼排布和高压硅堆电路图。

图7为实施例的结构剖视图。

本发明由下列部分组成(参见图7)；低压瓷瓶1、油箱2、绝缘油3、高压硅堆连成的整流桥4、由多个高压饼组成的高压绕组5、初级低压绕组6、变压器铁芯7、初级低压绕组和高压绕组之间的绝缘套8、高压瓷瓶9。

在图3中，n2、(n-1)2、……22、12、11、21、……n1为高压饼，D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄、D₂₁、D₂₂……D_n1、D_n2、D_n3、D_n4为高压硅堆，L₁₁、L₁₂、L₂₁、L₂₂……L_n1、L_n2为高压饼与高压硅堆之间的连线，S₁、S₂、S_n为高压饼之间的连接线或与初级低压绕组同轴的筒式绕组。该设备共由n个整流单元构成，每两个高压饼和四只高压硅堆形成一个整流单元，例如，高压饼11和12与高压硅堆D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄构成第一个整流单元，高压饼21和22与高压硅堆₂₁、D₂₂、D₂₃、D₂₄构成第二个整流单元，依此类推，高压饼n1、n2与高压硅堆D_n1、D_n2、D_n3、D_n4构成第n个整流单元。上述所有n个整流单元再串联起来，便组成高压整流回路。处于中间位置的第一整流单元为高压输出单元，其工作电压最高，在D₁₃和D₁₄的节点上引出至负载R_L。

图中nE/(n-1)E、(n-1)E/nE……E/O表示各点的最高电压，由图可见，本发明的特点是电压最高的高压饼处于铁芯柱中间位置，电压最低的高压饼在铁芯柱上靠铁轭的位置。当设备输出电压为nE时，最靠近铁轭的高压饼对铁轭的电压仅为E，即输出电压的1/n。高压硅堆也是依整流工作电压高低依次由油箱中间向油箱壁排列的，详见图4、图5，相邻两个高压硅堆之间及相邻两条连接线之间的电压均输出电压的1/n。

图6是本发明的实施例n＝4时高压饼排布和高压硅堆接线图(铁芯和初级绕组均未画出)，图中符号如前所述。现在我们以此来说明电路工作原理。

图6中电流流向，涂黑的高压硅堆在同一半波内导电，其电流从高压饼11流出经L₁₁-D₁₁-D₂₂-L₂₂-高压饼22-S₂-高压饼21-L₂₁-D₂₄-D₃₃-L₃₂-高压饼32-S₃-高压饼31-L₃₁-D₃₁-D₄₂-L₄₂-高压饼42-S₄-高压饼41-L₄₁-D₄₄-R_L-D₁₃-L₁₂-高压饼12-S₁-高压饼11，至此完成一个回路。在另一半波内，不涂黑高压硅堆导电，其电流从高压饼12流出，经L₁₂-D₁₂-D₂₁-L₂₁-高压饼21-S₂-高压饼22-L₂₂-D₂₃-D₃₄-L₃₁-高压饼31-S₃-高压饼32-L₃₂-D₃₂-D₄₁-L₄₁-高压饼41-S₄-高压饼42-L₄₂-D₄₃-R_L-D₁₄-L₁₁-高压饼11-S₁-高压饼12，至此完成一个回路。

各点电压分布情况如图6所示。输出电压为4E，各高压饼外圆周及其与高压硅堆的连线上的最高电压，在涂黑硅堆导电时，为斜线上方数字，在不涂黑硅堆导电时，为斜线下方的数字。饼11、12的最高电压为4E，饼21、22的最高电压为3E，饼31、32的最高电压为2E，饼41、42的最高电压为E。由此可见，高压饼对铁轭的绝缘水平可以降低4倍。

小功率高压整流器，当输出电压在100千伏以上时，要做到既能长期连续安全运行，又要结构紧凑，重量轻，体积小，节省材料是一件很困难的工作。本发明的意义在于能解决上述困难。优点表现在：

1.大幅度降低绝缘水平。例如输出电压为100千伏，输出电流为50毫安，n＝4时，对普通多桥结构(图2)，高压饼对一端铁轭的绝缘距离须按100千伏采考虑，一般取6～8厘米，而采用本发明的高压居中排布法，只须按25千伏来考虑绝缘距离，取2厘米即可，这样铁芯窗口高度可降15％，用油可节省9％。

2.如果保持铁芯和油箱的尺寸不变，则可以提高输出功率，例如原来100千伏/50毫安，可提高到120千伏/50毫米，或100千伏/80毫安，单位体积的输出功率明显升高。

3.本发明的高压硅堆排列，同样使高压硅堆对油箱一个侧壁的距离缩短。例如对100千伏输出电压来说，普通结构至少取12厘米，而采用高压元件居中的排列后，取4厘米即可。

在此声明，本发明的实质是对高压硅堆和高压饼排列的改进，因此对已有技术的变通例如由4n个高压硅堆变成8n个高压硅堆之类似的改变技术特征，仍然是对本发明的侵权。

Claims (3)

1.一种单相高压整流设备，由低压瓷瓶、油箱、绝缘油、变压器铁芯、初级低压绕组、高压绕组、高压硅堆、绝缘套、高压瓷瓶组成，所说的低压瓷瓶、高压瓷瓶安装在油箱上，箱内充满绝缘油，变压器浸没在绝缘油中，高压绕组中2n(n＞1)个高压饼和4n个高压硅堆，每两个高压饼连接后与四个高压硅堆接成整流单元，共构成n个整流单元，这几个整流单元串联组成高压整流电路，所说的绝缘套在初级低压绕组与高压绕组之间，其特征在于：

(1).所说的2n个高压饼按其工作电压高低依次从铁芯柱中间沿铁芯柱向变压器铁轭方向排列；

(2).所说的4n个高压硅堆也按其整流工作电压的高低依次由油箱中间向油箱壁排列。

2.按照权利要求1的单相高压整流设备，其特征在于所说的高压绕组同一整流单元中的两个高压饼之间的连接件为筒式绕组，且与初级低压筒式绕组同轴。

3.按照权利要求1或2的单相高压整流设备，其特征在于所说的变压器铁芯是由两付CD型铁芯拼成的ED型铁芯。

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