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Transformator für hohe, insbesondere impulsartige Sekundärspannung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator für hohe, insbesondere impulsartige
Sekundärspannung mit mindestens einer in axialer Richtung mit gleichmäßigem Schritt
gewickelten Sekundärspule, innerhalb welcher ein Kernstab aus elektrisch nahezu
nicht leitendem ferromagnetischem Mischkristallmaterial (Ferrit) von angenähert
gleicher axialer Länge wie die Spule angeordnet ist, und einer Primärspule, die
in der Nähe eines der Enden der Sekundärspule konzentriert ist.
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Es hat sich bei Transformatoren dieser Art herausgestellt, daß sich
bei sehr hohen Sekundärspannungen von beispielsweise 50 oder 100 kV Schwierigkeiten
ergeben infolge Funkenüberschlages von der Sekundärwicklung zum Kern. Die Erfindung
bezweckt, Maßnahmen anzugeben, durch die dieser Nachteil vermieden wird.
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Gemäß der Erfindung stehen die beiden Enden des Stabkernes wenigstens
nahezu über die ganze Stirnfläche mit einem elektrisch verhältnismäßig gut leitenden
Körper in Berührung, der mit dem benachbarten Ende der Sekundärspule elektrisch
verbunden ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
daß zwei gleiche, parallel zueinander angeordnete Kernstäbe zum Aufbau eines rechteckigen
geschlossenen Kernes verwendet werden und daß diese an den Enden über zwei elektrisch
verhältnismäßig gut leitende Jochkörper verbunden sind.
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Es ist bereits ein Stumpfkern für Drosselspulen od. dgl. bekannt,
der aus einem Ferritpulver durch Pressen mit einem geeigneten dielektrischen Bindemittel
hergestellt ist. Beim Pressen des Kernes sind mehrere Verbindungsstücke in den Kern
eingelegt worden, mit deren Hilfe die Kernwicklung erfaßt und mit dem Kern verbunden
werden kann. Dieses Verfahren ist aber umständlich und teuer und außerdem nur bei
Preßkernen anwendbar. Außerdem geben die Verbindungsstücke einen schlechten Kontakt
mit der sie umgebenden Ferritmasse, so daß eine lineare Spannungsverteilung längs
des gesamten Kernes mit dieser bekannten Anordnung nicht mit Sicherheit erzielbar
ist.
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Demgegenüber besteht der Transformatorkern nach der Erfindung aus
elektrisch nahezu nicht leitendem ferromagnetischem Mischkristallmaterial. Ein solcher
Kern wird in der Regel aus einem stranggepreßten Rohkern hergestellt, der anschließend
einer Sinterbehandlung unterworfen wird. Das Einlegen von Verbindungsstücken od.
dgl. in einen solchen Kern ist praktisch nicht möglich. Die vorliegende Erfindung
zeigt einen Weg, wie auch bei gesinterten Transformatorkernen eine gleichmäßige
Spannungsverteilung über die gesamte Kernlänge erzielt werden kann. Die Erfindung
wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Der dargestellte Transformator hat einen rechteckigen geschlossenen
ferromagnetischen Kern 1, der im vorliegenden Fall aus zwei parallelen, vorzugsweise
senkrecht angeordneten Kernstäben 3 und 5 mit vorzugsweise rundem Querschnitt und
zwei waagerechten Jochstücken 7 und 9 mit beispielsweise quadratischem Querschnitt
besteht, welche die Enden der Stäbe 3 und 5 miteinander verbinden, Die Stäbe 3 und
5 sind mit je einer zylindrischen, einlagig gewickelten Sekundärspule 11 bzw. 13
umgeben. .die von einer zylindrischen Primärspule 15 bzw. 17 umgeben werden. Die
Primärspule 15 bzw. 17 ist in der Nähe eines der Enden der Sekundärspule konzentriert,
d. h., sie umgibt diese nur auf einem kleinen, in der Nähe eines der Enden, im vorliegenden
Fall des unteren Endes liegenden Teil der axialen Länge der Sekundärspule.
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Die Sekundärspulen 11 und 13 und gegebenenfalls auch die Primärspule
sind parallel geschaltet. Das übersetzungsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Windungszahl
der Primärspule zur Windungszahl der Sekundärspule, ist verhältnismäßig hoch, beispielsweise
1 :50; beim Zuführen einer beispielsweise impulsartigen Spannung an die Primärwicklung
15, 17 von beispielsweise 2000 V ergibt sich sekundärseitig eine sehr hohe Spannung
von beispielsweise angenähert 80 kV.
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Die Kernstäbe 3 und 5 bestehen aus einem ferromagnetischen kubischen
Mischkristallmaterial aus
Eisenoxyd und weiteren Metalloxyden (Ferrit)
mit einem sehr hohen spizifischen Widerstand, wie beispielsweise iNickel-Zink-Ferrit.
Der spezifische Widerstand dieses Materials kann 108 Qcm betragen. Der Widerstand
der Stäbe ist so hoch, daß die Stäbe gewissermaßen als Isolator betrachtet werden
können, d. h. daß zwischen den Windungen der Spule 11 bzw. 13 und dem Kernstab 3
bzw. 5 keine große Isolierung erforderlich ist; die Windungen können sogar unmittelbar
auf die Stäbe gewickelt sein. Dennoch können sich ohne besondere Maßnahmen infolge
der sehr hohen Sekundärspannung zwischen einigen Windungen und den benachbarten
Stellen des zugehörigen Kernstabes solche Poteniasdifferenzen ergeben, daß Funkenüberschlag
und damit örtliches Verbrennen von Windungen und Kern auftritt.
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Dies kann dadurch vermieden werden, daß man dafür sorgt, daß jedes
Ende eines durch eine Sekundärspule umgebenen Kernstabes mit einem verhältnismäßig
gut leitenden Körper in Berührung steht, der mit dem benachbarten Ende der Sekundärspule
verbunden ist. Der verhältnismäßig gut leitende Körper kann beispielsweise aus einer
auf die Stirnfläche des Kernstabes oder einen Teil dieser Fläche aufgebrachten sehr
dünnen Metallschicht bestehen, deren Widerstand hinreichend hoch ist, um praktisch
keine Wirbelstromverluste herbeizuführen. Mit Rücksicht auf die hohe Sekundärspannung
bildet diese Schicht eine Äquipotentialfläche. Infolge der beiden mit den Enden
der Sekundärwicklung verbundenen Äquipotentialflächen an den Enden des Kernstabes
ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Sekundärspannung über dessen Länge.
Das gleiche gilt naturgemäß für die Sekundärspule, weil diese in axialer Richtung
mit gleichmäßigem Schritt gewickelt ist. Weil außerdem die axialen Längen der Spule
und des Kernstabes gleich groß sind, weisen somit alle gleich hoch liegenden, d.
h. benachbarten Punkte dieser beiden Teile die gleiche Spannung auf oder wenigstens
eine so geringe Potentialdifferenz, daß kein Überschlag auftreten kann.
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Bei dem dargestelltenAusführungsbeispiel bestehen die leitenden Körper
aus den Jochstücken 7 und 9; diese sind aus verhältnismäßig gut leitendem Material
hergestellt, vorzugsweise aus einem etwas leitenden Ferrit, wie beispielsweise Mangan-Zink-Ferrit.
Der spezifische Widerstand dieses Materials beträgt 50 bis 100 9 cm. Auf
die Jochstücke 7 und 9 können leitende, beispielsweise aufgedampfte Metallschichten
19 und 21 aufgebracht sein, an welche die Enden der Sekundärspulen 11 und 13 angelötet
sind.
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Die beschriebene Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Herauftransforinieren
impulsartiger Spannungen, d. h. Spannungen, in denen Harmonische sehr hoher Frequenz
vorkommen. Die parallel zu jeder Sekundärspule liegende (Streu-) Impedanz ist nämlich,
wenn man von der geringen Eigenkapazität der Spule absieht, nahezu rein olunisch,
so daß nur wenige Harmonische der Sekundärspannung infolge der Streuparallelimpedanz
verlorengehen und die Impulsform somit tunlichst aufrechterhalten bleibt.
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Selbstverständlich ist es in Abweichung von der Vorrichtung gemäß
der Figur möglich, nur auf einem der Schenkel 3 und 5 eine Sekundär- und bzw. oder
Primärspule unterzubringen oder einen aus nur einem einzigen Kernstab bestehenden
offenen Kern. anzuwenden. Zwei Sekundärspulen geben bei Speisung des Transformators
mit sinusförmigem Strom die Möglichkeit, eine der Spulen mit einer etwas geringeren
Windungszahl als die andere auszubilden und zwischen die oberen Enden der Spulen
einen Verbraucher, insbesondere die Primärwicklung eines an sich üblichen Heizstromtransformators
23 zu schalten, wobei beispielsweise die Mittelanzapfung dieser Primärwicklung mit
der leitenden Schicht 19 anstatt mit den- Enden der Spulen 11 und 13 verbunden wird.
Der Transformator 23 wird sodann durch eine Spannung gespeist ist, die gleich der
Differenz der beiden Sekundärspannungen ist, die beispielsweise einige hundert Volt
betragen kann und mit Rücksicht auf die gleichmäßige Spannungsverteilung über die
Kernstäbe vernachlässigbar ist. Die Sekundärwicklung des Transformators 23 kann
beispielsweise den Glühdraht einer nicht dargestellten Gleichrichterröhre speisen.