EP0660344A1

EP0660344A1 - Hochspannungstransformator sowie Verwendung

Info

Publication number: EP0660344A1
Application number: EP94114268A
Authority: EP
Inventors: Volker Scherb
Original assignee: Robert Bosch GmbH; ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1994-09-10
Publication date: 1995-06-28
Also published as: DE4344183A1

Abstract

Hochspannungstransformatoren insbesondere für Weltraumanwendungen müssen besonderen Anforderungen genügen. Zum Schutz gegen Überschläge sind ihre Wicklungen (W1, W2) in Isoliermasse (IM) eingegossen. Um insbesondere Glimmentladungen in kritischen Druckbereichen zu vermeiden, wird die Isoliermasse (IM) der Sekundärwicklung/en (W2) außen leitfähig beschichtet. Die Anschlußenden (1,2) der Sekundärwicklung/en sind geschirmt (SI) ausgeführt und auf Massepotential gelegt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator mit mindestens einer in einer Isoliermasse eingebetteten Sekundärwicklung.
Ein solcher Hochspannungstransformator ist bekannt aus EP 0 105 942 B1. Um Überschläge an Hochspannungstransformatoren zu vermeiden, werden deren Wicklungen in Isoliermassen eingegossen. Die Lebensdauer dieser Isoliermassen und damit die Funktionsfähigkeit der Hochspannungstransformatoren ist stark abhängig von der elektrischen Beanspruchung, z.B. durch Überschläge und unkontrollierte Entladungen.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, Maßnahmen zu treffen, die die elektrische Beanspruchung dieser Isoliermassen, insbesondere in kritischen Druckbereichen, vermindern. Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche zeigen Weiterbildungen bzw. vorteilhafte Verwendungen auf.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen: Hochspannungstransformatoren für Raumfahrtanwendungen, z.B. zur Versorgung von Wanderfeldröhren, müssen besonderen Anforderungen genügen. Um aus kleinen Spannungen, z.B. aus Solarzellen, hohe Gleichspannungen zu erzeugen, werden Schaltregler mit nachgeschalteten Hochspannungstransformatoren und Gleichrichterelementen sowie gegebenenfalls Spannungsvervielfacherstufen verwendet. Die Schaltregler werden mit relativ hohen Schaltfrequenzen - 10 kHz bis 100 kHz - betrieben, damit Induktivitäten, Kapazitäten sowie das Kernmaterial bezüglich ihres Gewichtes klein gehalten werden können. Bedingt durch die relativ hohen Schaltfrequenzen treten insbesondere im Zwischendruckbereich zwischen Atmosphärendruck und Weltraumbedingungen (Vakuum) bereits bei niedrigen Wechselspannungen (250 V bei 20 kHz Schaltfrequenz) im Paschenminimum Dauerglimmentladungen auf. Wenn in einem solchen Druckbereich von 100 h Pa bis 10 - 2 h Pa ein Betrieb über mehrere Stunden zugelassen sein soll, kann die Isolierung geschädigt und damit die Lebensdauer eines solchen Hochspannungstransformators verringert werden. Durch die Maßnahmen der Erfindung werden solche Glimmentladungen im kritischen Druckbereich vermieden.
Anhand der Zeichnungen werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Hochspannungstransformators nach der Erfindung,
Fig. 2 die Beschaltung des Hochspannungstransformators mit Gleichrichterelementen.

Den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels des Hochfrequenztransformators nach der Erfindung zeigt Fig. 1 in einer Schnittdarstellung. Der zylindrische Transformatorkern KE ist von einer Primärwicklung w1 umgeben, die in Isoliermaterial eingebettet ist. Um diese Primärwicklung w1 ist ein metallischer Schirm S1 gelegt. Er ist mit einem Transformatorgehäuse bzw. -sockel SO leitend verbunden. Über diesem metallischen Schirm befindet sich die Hauptisolationsschicht HW, beispielsweise in Epoxydharz eingegossenes Makrolon. Die Hauptisolationsschicht ist von der oder den Sekundärwicklungen w2 umgeben. In Fig. 1 sind mehrere Sekundärwicklungen vorgesehen, die jeweils in Wicklungskammern K eines Wicklungsträgers WT untergebracht sind. Die einzelnen konzentrisch zum Kern KE angeordneten Lagenwicklungen LW der Sekundärwicklungen w2 sind mitsamt dem Wicklungsträger in die Isoliermasse IM eingebettet, bzw. mit dieser vergossen.
Die Stärke dieser Isoliermasse IM richtet sich nach der vorgegebenen Lebensdauer des Hochspannungstransformators. Sie kann aus einer Lebensdauerkurve für das Material der Isoliermasse IM entnommen werden. Der Transformatorverguß ist außen mit maximaler Feldstärke belastet und muß daher ausreichend dick sein. Der Außenumfang der Sekundärwicklung/en bzw. die noch darüber befindliche Isoliermasse IM trägt eine leitfähige Beschichtung LS, z.B. einen leitfähigen Lack, der auf Massepotential geführt ist, z.B. durch Verbindung mit dem Gehäuse oder Sockel SO. Zu beachten ist, daß die Beschichtung LS keine Kurzschlußwicklung für den Hochfrequenztransformator darstellt. Sie muß also zumindest einen Trennschlitz aufweisen. Die aus der Isoliermasse IM herausgeführten Anschlußenden 1, 2 der Sekundärwicklung sind geschirmt ausgebildet. Die Schirmung SI wird ebenfalls mit Massepotential verbunden und vorzugsweise auch direkt mit der Beschichtung kontaktiert.
Die Schirmung SI kann dadurch realisiert werden, daß die Anschlußenden 1, 2 ab dem Austritt aus den Kammern, bzw. der Isoliermasse IM als Koaxialleitungen ausgebildet sind. Der auf Massepotential gelegte äußere Schirm der Koaxialleitungen 1, 1' und 2, 2' (Fig. 2) ist zum mechanischen Schutz dünn isoliert und vakuumdicht ausgebildet.
Als ein mögliches Ausführungsbeispiel ist der Hochspannungstransformator mit Gleichrichterelementen beschaltet, die auf einer Leiterplatte LP angeordnet sind. Vorzugsweise sind diese Bauelemente mitsamt der Leiterplatte LP in eine isolierende Vergußmasse VM eingegossen. Die Schirmung SI bzw. die Schirmleiter der Koaxialleitungen 1, 1' und 2, 2' sind zumindest bis zur Leiterplatte LP oder der sie umgebenden Vergußmasse VM geführt.
Die Herausführung des Anschlußendes 1, d.h. das Anschlußende der untersten Lagenwicklung LW1, aus der Wicklungskammer K erfolgt in einem von der übrigen Wicklungskammer K getrennten Kammerbereich KB, um ebenfalls Überschläge oder Entladungen zu vermeiden, da dieses Anschlußende gegenüber jeder Wickellage einen Potentialunterschied von beispielsweise bis zu 250 V aufweisen kann. Die Abtrennung des Kammerbereichs KB kann, wie in Fig. 1 dargestellt, durch einen zusätzlichen Steg auf dem Kammerträger WT realisiert werden, der am Kammergrund eine Bohrung für das Anschlußende 1 aufweist.
Fig. 2 zeigt die Beschaltung einer der Sekundärwicklungen w2 mit einer Spannungsverdopplerschaltung, bestehend aus den Dioden D1, D2 und den Kondensatoren C1, C2. Die Primärwicklung w1 wird z.B. über einen Schaltregler von Rechteckpulsen im Bereich von 10 bis 100 kHz mit einer Spannung von 45 V gespeist. Die gleichgerichtete Spannung an der Reihenschaltung der Kondensatoren C1, C2 beträgt je nach Übersetzungsverhältnis z.B. 4 kV. Der Endpunkt der Leitung 1, 1' wird auf Massepotential gelegt. An den Anschlußpunkt 3 kann eine weitere Sekundärwicklung mit Gleichrichterelementen angeschlossen sein. Die Ausgangsgleichspannungen können zur Erhöhung der Gesamtspannung aufgestockt werden oder zu weiteren Hochspannungsabnehmnern, z.B. zu verschiedenen Elektroden einer Wanderfeldröhre führen.

Claims

Hochspannungstransformator mit mindestens einer in einer Isoliermasse (IM) eingebetteten Sekundärwicklung (w2) mit folgenden Merkmalen:
- Die aus der Isoliermasse (IM) herausgeführten Anschlußenden (1, 2) der Sekundärwicklung/en (w2) sind geschirmt (SI) ausgebildet,

- die Isoliermasse (IM) trägt außen eine leitfähige Beschichtung (LS),

- die Schirmung (SI) sowie die leitfähige Beschichtung (LS) sind auf ein niedriges Potential, z.B. Massepotential, gelegt.
Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Isoliermasse (IM) in Abhängigkeit einer vorgegebenen Lebensdauer des Hochspannungstransformators gewählt ist.
Hochspannungstransformator, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußenden (1, 2) der Sekundärwicklung (w2) mit auf einer Leiterplatte (LP) angeordneten Gleichrichterelementen (D1, D2, C1, C2, ...) beschaltet sind, wobei die Schirmung (SI) zumindest bis zur Leiterplatte (LP) oder einer sie umgebenden Vergußmasse (VM) geführt ist.
Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung/en (w2) in einer Wicklungskammer / in Wicklungskammern (K) untergebracht ist/sind, wobei für die Herausführung des Anschlußendes (1) in der untersten Lagenwicklung (LW1) eine von der übrigen Wicklungskammer (K) getrennter Kammerbereich (KB) vorgesehen ist.
Verwendung des Hochspannungstransformators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 im Paschenminimum, insbesondere während der Startphase eines Satelliten.
Verwendung des Hochspannungstransformators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 unter Weltraumbedingungen.
Verwendung des Hochspannungstransformators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für eine insbesondere rechteckförmige Wechselspannung zwischen 10 und 100 kHz.