FI94475B - Vaihtojännitelähteeseen, esimerkiksi muuntajan toisioon, liitettävä jännitteenkertoja - Google Patents

Description

1 94475

Vaihtojännitelähteeseen, esimerkiksi muuntajan toisioon, liitettävä jännitteenkertoja - Spänningsmängdubblare avsedd att kopplas tili en växelspänningskälla, exempelvis sekundären hos en transformator 5

Esillä oleva keksintö koskee vaihtojännitelähteeseen, esimerkiksi muuntajan toisioon, liitettävää jännitteenkertojaa, joka käsittää joukon peräkkäin kytkettyjä diodeja sekä diodien 10 välisiin yhdyspisteisiin toisesta navastaan liitetyt kondensaattorit, jolloin kondensaattorien toiset navat ovat kertojan ketjussa liitetyt vuorotellen toiseen kahdesta yhteispo-tentiaalista.

15 Oheisessa kuvassa 1 on esitetty erään tunnetun, etenkin jau-hepäällystystä varten tarkoitetun, jännitteenkertojan kytkentäkaavio. Muuntajalla la nostetaan ensiöjännite U, suunnilleen arvoon U2pp noin 10 kV ja sen jälkeen moninkertaistetaan jännite kondensaattoreista ja diodeista 3 muodostuvalla kaska-20 dilla noin 100 kV:n korkeajännitteeseen (EHT = Electrical ‘ High Tension).

Komponenttiryhmä, joka kulloinkin muodostuu kahdesta vierekkäisestä diodista ja kahdesta näihin liittyvästä kondensaat-25 torista, aikaansaa huipusta huippuun tasasuuntauksen. Jotta päästäisiin vaihtojännitteestä U2pp = 10 kV tasajännitteeseen 100 kV) tarvitaan näin ollen 10 x 2 = 20 diodia samoin 10 x 2 = 20 kondensaattoria, tarkemmin sanottuna vähintään tällainen määrä komponentteja.

30

Johtuen kondensaattorien sarjakytkennästä on resultoiva kapasitanssi suhteellisen pieni, minkä vuoksi toisaalta konden-·* saattorien ja toisaalta diodien väliset hajakapasitanssit aiheuttavat kapasitiivisen jännitteen jakamisen. Tämän vuoksi 35 saattaa käydä niin, että esimerkiksi 25 ryhmästä muodostuvan kaskadin jännitteen kertausluku on vain 10. Tätä tulosta voidaan luonnollisesti parantaa siten, että kaskadissa ensimmäi- 2 - 94475 sille, ts. lähempänä muuntajaa sijaitseville, kondensaattoreille annetaan suurempi kapasitanssiarvo niin, että kaikkien kondensaattorien vaihto- ja tasajännitekuormitus on suunnilleen sama.

5

Jos kuitenkin halutaan rakentaa kaskadi niin, että kaikilla kondensaattoreilla on sama kapasitanssiarvo, voidaan kytkentä toteuttaa esimerkiksi kuvan 2 osoittamalla tavalla. Haittapuolena tässä on kuitenkin se, että korkeajännitteen puolella 10 olevilla kondensaattoreilla täytyy olla erittäin suuri jännitteen kesto. Esitetyssä esimerkissä täytyy viimeisen kondensaattorin tasajännitekestoisuuden olla 100 kV. Tällaisen kaskadin rakentaminen diskreeteistä korkeajännitekondensaat-toreista tulisi erittäin kalliiksi. Tämä pätee myöskin kuvan 15 3 osoittamassa tunnetussa kytkennässä, jossa sähköisen häi- riösäteilyn kompensoimiseksi maadoitus on tehty symmetriseksi muuntajan Ib keskiulosoton avulla.

Edelleen patenttijulkaisuista US-3 593 107 ja 3 902 108 on 20 tunnettua käyttää tasomaisia yhteispotentiaaleja. Tässä ratkaisussa diodit on liitetty eristysainekappaleiden sisäpinnoissa oleviin johdinliuskoihin, jolloin eristysainekappaleiden ulkosivuilla on yhtenäiset johtavat metallikerrokset.

Näin johdinliuskojen ja metallikerrosten väliin muodostuu ka-?5 pasitanssi. Tämän ratkaisun epäkohtana on, että rakenne on hankala ja kallis valmistaa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on nyt poistaa edellä mainitut ongelmat sekä aikaansaada jännitteenkertoja eli kas-30 kadi, joka on rakenteeltaan yksinkertainen ja jossa rakenteessa väistämättä syntyviä hajakapasitansseja käytetään hyö-dyks i.

i Tämän saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle jännitteenker-35 tojalle tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

3 - 94475

Keksinnön mukaisessa jännitteenkertojassa kukin kondensaattori koostuu tasomaisesta yhteispotentiaalista sekä tämän läheisyyteen sijoitetusta diodin kytkentälangasta. Diodit kytketään edullisesti peräkkäin taittoviivakierteeksi, jolloin 5 yhteispotentiaalitasot ulottuvat pitkin kierteen kahta vastakkaista sivua, jotka sivut muodostuvat mainituista kytken-tälangoista. Kytkentälankojen ja yhteispotentiaalitasojen väliin järjestetään sopivimmin eristysainetta, jolloin tasot voidaan suoraan kiinnittää tähän.

10

Keksintöä ja sen muita piirteitä ja etuja selostetaan seuraa-vassa lähemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvat 1-3 esittävät jo selostettuja tunnettuja jännitteenker-tojan kytkentöjä, ja 15 kuva 4 esittää keksinnön mukaisen jännitteenkertojan erästä suoritusmuotoa.

Kuva 4 vastaa sähköiseltä kytkennältään kuvaa 3 eli maadoitus on symmetrisesti toteutettu.

20

Muuntajan Ib toision kumpaankin päähän on liitetty johtavat tasot 5a ja 5b, ja diodit on kytketty taittoviivakierteen muotoisesti peräkkäin sekä sijoitettu tasojen 5a ja 5b väliin siten, että diodien kytkentälangat 6a ja 6b vuorotellen ulot-25 tuvat vastaavan tason 5a ja 5b sisäpintaa pitkin tämän läheisyydessä .

Tällä järjestelyllä tarvittavat kapasitanssit muodostavat kulloinkin kytkentälangat yhdessä niiden läheisyydessä olevan 30 referenssitason eli yhteispotentiaalitason kanssa.

Tarvittavan korkeajännitekestoisuuden aikaansaamiseksi diodien kytkentälankojen 6a ja 6b ja kondensaattoritasojen 5a ja 5b välillä voidaan diodirakenteen ympäri kiertää useita ker-35 roksia eristefoliota (esimerkiksi paksuudeltaan noin 100 μπΐ:η makrofoliota). Vaihtoehtoisesti voidaan esimerkiksi polykar- 4 94475 bonaattia oleva eristyssukka tai -lieriö sijoittaa diodira-kennelman ympäri.

Tällöin voivat kapasitanssitasot 5a ja 5b esimerkiksi muodos-5 tua kuparifoliosta, joka liimataan eristefolion tai eriste-lieriön päälle tai kuparipinnoitteista.

Eräässä toteutetussa suoritusmuodossa oli taittoviivan yhdessä kierroksessa diodien 3 välinen etäisyys 20 mm ja kytkentä-10 lankojen 6a ja 6b välinen etäisyys 23 mm, kun taas kierrosten välimatka eli kierteen "nousu" oli noin 5 mm. Kaskadipituu-delle, joka oli 7 cm, sijoitettiin 2x15 diodia, jotka olivat tyyppiä BY 707 (9 kV estojännite). Tämän diodirakenteen ympäri kierrettiin noin 15 kerrosta 100 μιη paksua makrofol-folio-15 ta. Tämän päälle kiinniliimatun kuparifolion eli kondensaat-toritason leveys oli 50 mm.

Lopuksi koko laite sijoitettiin sisähalkaisijaltaan 41 mm:n eristeputkeen sekä valettiin epoksihartsiin CW 1116 BD 20 (100 %) käyttäen kovettimena HY 2123 (31 %). Tällaisen hart sin dielektrisyysvakio on suunnilleen 3.

Hartsi parantaa jännitelujuutta sekä suuren dielektrisyysva-kion ansiosta suurentaa hajakapasitansseja.

25

Kuvatulla rakenteella saavutettiin riittävän suuri sisäinen vastus (noin 600 ΜΩ) pienillä, muutaman mikroampeerin virroilla. Nämä arvot ovat sopivia esimerkiksi edellä mainittua sähköstaattista jauhekerrostusta varten.

30

On selvää, että liittämällä yhteispotentiaalitasot sekä dio-diketju eri tavalla muuntajaan voidaan toteuttaa esim. myös . kuvan 2 kytkentä keksinnön mukaisesti.

35 Jännitteenkertojan kerroin on erilaisista hajakapasitansseis-ta johtuen luonnollisesti pienempi kuin puolet diodien luku- s 94475 määrästä, siis pienempi kuin 15. Edellä selostetussa tapauksessa mitattiin jännitteenkertojan kertoimeksi 5,7.

Kerrointa voitaisiin luonnollisesti suurentaa esimerkiksi le-5 vittämällä diodien kytkentälankoja sekä vähentämällä makrofo-lion kerrosten lukumäärää.

Eräs tämän erittäin pienillä kapasitansseilla toteutetun kas-kadin etu on siinä, että kyetään pienentämään esimerkin mu-10 kaisessa sovellutuksessa muutoin tarvittavaa korkeaohmista vastusketjua. Kooltaan pienten vastusten jännitteenkestoisuus on nimittäin yleensä kriittinen ja myöskin tämä heikkous eliminoidaan esillä olevalla keksinnöllä.

* ·

Claims (9)

1. Vaihtojännitelähteeseen, esimerkiksi muuntajan toisioon liitettävä jännitteenkertoja, joka käsittää joukon peräkkäin kytkettyjä diodeja (3) sekä diodien välisiin yhdyspisteisiin 5 toisesta navastaan liitetyt kondensaattorit, jolloin kondensaattorien toiset navat ovat kertojan ketjussa liitetyt vuorotellen toiseen kahdesta välimatkan päässä toisistaan olevasta yhteispotentiaalitasosta (5a; 5b), tunnettu siitä, että kukin kondensaattori muodostuu kulloinkin yhdestä mainituista 10 tasoista (5a; 5b) sekä tämän läheisyyteen sijoitetusta diodin (3) kytkentälangasta (6a; 6b), ja että diodit on järjestetty • kytkentälankoineen taittoviivakierteen muotoon tasojen (5a, 5b) väliseen tilaan niin, että diodit (3) kulkevat aina toisen tason läheisyydestä vastakkaisen tason läheisyyteen, vuo-15 rotellen eri suuntaan tasojen välisen tilan ylä- vastaavasti alaosassa, jolloin diodien kytkentälangat (6a; 6b) ulottuvat taittoviivakierteen kahdella vastakkaisella puolella kulloinkin tasoja pitkin lähellä näitä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jännitteenkertoja, tun nettu siitä, että kytkentälankojen (6a; 6b) ja tasojen (5a; 5b) väliin on järjestetty eristysainetta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jännitteenkertoja, tun-25 nettu siitä, että eristysaine muodostuu kytkentälankojen (6a; 6b) päälle sovitetusta useampikerroksisesta eristeainefolios-ta.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jännitteenkertoja, tun-30 nettu siitä, että eristysaine muodostuu koko diodirakenteen ympäri sovitetusta eristeainesukasta tai -lieriöstä.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jännitteenkertoja, tunnettu siitä, että yhteispotentiaalitaso on sovitettu suoraan 35 eristysaineen päälle sekä kiinnitetty tähän, esimerkiksi liimaamalla. I · 7 94475

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jännitteenkertoja, tunnettu siitä, että yhteispotentiaalitaso muodostuu kuparifo-liosta tai johtavasta pinnoitteesta.

6 94475

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen jän nitteenkertoja, tunnettu siitä, että diodeista (3) ja tasoista (5a; 5b) muodostuva rakenne on ympäröity eristeaineputkel-la sekä valettu hartsiin.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen jännitteenkertoja, tun nettu siitä, että myöskin muuntaja on valettu hartsiin.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen jännitteenkertoja, tunnettu siitä, että diodien (3) kytkentälan-15 gat (6a; 6b) ovat levennetyt.