JPH033365B2 - - Google Patents
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Description
[産業上の利用分野]
この発明は、高電圧及び/又は大電流の短いパ
ルスのための、特に大容量レーザのスイツチング
回路のための大容量パルス変成器に関する。 [従来の技術] それ自体で閉鎖された磁心脚が中央の窓の周り
に配置され、それにより磁心の両正面が窓の軸に
対し軸直角に延びる少なくとも一つの磁心と、こ
の磁心に巻き付き磁心に及び相互に鎖交する少な
くとも各一つの低圧側巻線及び高圧側巻線とを備
え、その際低圧側巻線と高圧側巻線のターンのた
めの電気的に絶縁された金属の導体がほぼ相互に
2本巻きで導かれているかかる大容量パルス変成
器は、「レビユー・オブ・サイエンテイフイツ
ク・インストルーメント(Rev.Sci.Instr.)」第50
巻第9号、1979年9月、第1151ページないし第
1153ページに掲載のV.E.マーチヤント
(Merchant)らの論文により知られている。これ
について詳しく触れる前にまず基本的な方式の
二、三の従来例について述べる。 直接結合の場合には負荷の抵抗をパルス発生回
路の特性抵抗に整合させることが大容量パルス技
術においては成功しないことが多い。用途からあ
らかじめ定められた電圧と電流を開閉できるスイ
ツチング要素も不足していることが多い。 パルストランスとも略称される大容量パルス変
成器の採用はこれらの技術上の制約を回避する可
能性を提供する。この変成器により達成可能な役
割は特に電流整合、電圧整合、インピーダンス整
合、電位分割及び電位反転である。 次に二、三の適用例を詳細に説明しよう。例え
ば大容量パルスレーザにおいて採用されている絶
縁液を有するパルス発生電源回路(欧州特許出願
公開第0024576号公報特に第11図参照)の充電
の際に、サイリスタによりスイツチングする電源
回路から充電を行うことは技術上有利である。サ
イリスタは低い保持電圧で比較的大きい電流を開
閉する。パルス発生回路は数十kVの電圧でマイ
クロ秒の範囲で充電されなければならない。 サイリスタ回路における低い電圧をパルス発生
電源回路における必要な高電圧に整合するため
に、例えば「レビユー・オブ・サイエンテイフイ
ツク・インストルーメント(Rev.Sci.Instr.)」第
54巻第6号、1983年6月、第716ページないし第
718ページに掲載のM.マテラ(Matera)らの論
文に記載されているように共振変圧器を用いるこ
とができる。しかしながらこの特殊な場合におい
てパルス発生回路の充電時間は数ミリ秒である。
少なくともマイクロ秒の充電時間を得るために
は、その漂遊インダクタンスが最小値に低減され
たパルス変成器を使用しなければならない。 従来の高電圧変圧器を用いれば、構造に起因す
るその大きさ漂遊インダクタンスのために要求さ
れたエネルギーは短時間に伝達できない。別の要
求はPRR(pulse repetition rate)の略号で知ら
れたパルス繰り返し数を高めて変成器を運転でき
ることである。その際必然的にコンパクトな構造
において損失熱を効率よく放散するという問題が
生じる。 前記の種類の大容量パルス変成器の問題性と適
用範囲に加えて、強力なまた特に大きい繰り返し
数のサブマイクロ秒範囲におけるX線パルスの発
生のためのX線閃光放電管の給電をも考慮しなけ
ればならない。X線閃光放電管のトリガ回路にお
いてはパルス発生回路とスイツチング要素とがX
線管の必要な加速電圧に基づいて設計できる。こ
れについては「ジヤーナル・オブ・フイジツクス
(J.Physics)」第E巻第12号、1979年、第336ペー
ジないし第350ページに掲載のR.ジヤーマー
(Germer)の論文、「オプテイツクス・コミユニ
ケーシヨンズ(Optics Communications)」第42
巻第2号、第128ページないし第132ページに掲載
のH.シールズ(Shields)の論文及び「レビユ
ー・オブ・サイエンテイフイツク・インストルー
メント(Rev.Sci.Instr.)」第52巻第11号、1981年
11月、第1651ページないし第1654ページに掲載の
J.I.レバツタ(Levatter)らの論文を参照された
い。これら周知の装置の欠点は部品の必要な高い
耐電圧強度にあり、かかる耐電圧強度は特に高い
繰り返し数において高度の技術上の困難をもたら
す。 X線管をトリガする別の可能性は、X線管の給
電のためのパルスをパルス変成器の二次側からタ
ツプで取り出すことにある。このための従来例は
「ジヤーナル・オブ・フイジツクス(J.Physics)」
第E巻第12号、1979年、第336ページないし第350
ページに掲載のR.ジヤーマー(Germer)の論文
及び第4回IEEE国際脈動電力会議、アルバカー
キ会議報告書、第755ページないし第757ページに
掲載のJ.I.レバツタ(Levatter)らの論文に見ら
れる。そしてこれらの方法においては、できるだ
け大きいエネルギーをできるだけ短い時間で伝達
しようとするときに困難が生じる。かかる高電圧
のための変成器の限界周波数を高め同時に内部抵
抗を減らすらために、内部電圧降下の低減のため
の非常に密な結合に努め同時に漂遊インダクタン
スをできるだけ小さくしなければならない。この
ために二次巻線と一次巻線との間の及び磁心と巻
線との間の絶縁距離を必要な値に低減すれば、高
電圧の故に極端に高い電界強さを招く。 この発明の出発点とする前記の種類の大容量パ
ルス変成器は既に所望の短いパルス時間を有する
けれど、比較的大きい負荷抵抗の場合に無負荷時
の変成比に比べて変成比が著しく低下することを
述べておかなければならない。この周知のパルス
変成器の別の技術上の欠点は特に更に高い電圧の
場合にとりわけ連続運転において生じる。必然的
に非常に高い電界強さにおいて短い立ち上がり時
間のパルスの際には、入念に選定され処理された
固体絶縁物の中でさえもコロナ効果が発生し、こ
のコロナ効果が絶縁物の回復不能な破壊をもたら
し、それにより変成器の故障に至るおそれがあ
る。高い繰り返し数と大きい平均容量のときに
は、更に固体絶縁物は弱残磁性の磁心から避けら
れない損失熱の放散を技術的に著しく困難にす
る。 [発明が解決しようとする問題点] この発明は前記の種類の大容量パルス変成器に
おいて発生する困難を克服することを一般的な目
的とし、その際漂遊インダクタンスを周知のもの
より更に減らしコロナ効果を低減し、又は耐電圧
強度を向上し熱放散を改善しようとするものであ
る。 この一般的な目的は第3回IEEE脈動電力会議
報告書、第11.5号、第238ページないし第240ペー
ジに掲載のJ.D.ガルブレイス(Galbraith)の論
文に基づく、絶縁中間層と共に積層された薄板状
のターンの配列から成る別の周知のパルス変成器
に関しても当てはまる。ここでも耐電圧強度の問
題が生じる。なぜならば薄板状の導体の縁に発生
する電界強さが長時間の運転の際に必然的にコロ
ナ効果に基づく破壊を短期間に招くからである。
更に固体絶縁物と導体との間の境界面は電流力に
より大きい機械的な負荷を受けるので、これによ
つても電気的な破壊が促進される。それ故にそれ
自体比較的小さい漂遊インダクタンスが利用でき
ず、電気絶縁は極めて故障し易い。 この発明は上述の一般的な目的に加えて、 −電流整合、電圧整合、インピーダンス整合、電
位分割及び電位反転のために使用可能であり、
すなわち最適な電力伝達において高電圧のパル
スの発生のためのいわゆる昇圧変圧器として
も、また非常に大きい電流の短いパルスの発生
のためのいわゆる降圧変圧器としても使用可能
であり、その際高圧パルスが降圧変成され非常
に低抵抗の負荷に供給でき、一方昇圧変圧器に
おいては鉄損失が銅損失をしのぐが、それに反
して降圧変圧器(変流器)においては巻線断面
積の最適化により導体の中の損失を低く保たな
ければならず、 −特に高い繰り返し数においても強力なサブマイ
クロ秒範囲におけるX線パルスの発生のための
X線閃光放電管の給電に適しており、 −特にX線閃光放電管のトリガのための昇圧変圧
器としての運転において、低い内部抵抗と同時
に十分に高い限界周波数と、同時にできるだけ
小さい漂遊インダクタンスを備えた低圧側線及
び高圧側巻線の非常に密な結合とを有する 高電圧及び/又は大電流の短いパルスのための
前記の種類の大容量パルス変成器を提供すること
を特別の目的とする。 [問題点を解決するための手段] 高電圧及び/又は大電流の短いパルスのための
前記の大容量パルス変成器を出発点として、この
目的はこの発明に基づき、低圧側巻線と高圧側巻
線の巻線導体の表面が絶縁液に関して高い熱伝達
率を有し、低圧側巻線と高圧側巻線のターンがタ
ーン相互間の第1の最小間隔を保ち、巻線を巻き
付けられた磁心に対して第2の最小間隔を保ち、
かつ2本巻きに相互に挟み合つて片持ちに支持し
て配置され、磁心の各側面の内の少なくとも一つ
に隣接し、第2の最小間隔とターンの導体太さと
の和より大きい第3の最小間隔を置いて支持絶縁
体が配置され、その際支持絶縁体の孔の中に低圧
側巻線と高圧側巻線の少なくとも巻線端が把持さ
れ、低圧側巻線及び高圧側巻線と、これら巻線を
巻かれた磁心の部分と、支持絶縁体の巻線が貫通
する部分とが、絶縁冷却する誘電性の液に浸さ
れ、基礎板上に磁心と支持絶縁板とを保持するた
めの手段が誘電性の液を内蔵する容器の内部に設
けられ、また巻線導体の接続端のための高圧ブツ
シングが容器壁上に設けられることにより達成さ
れる。有利な実施態様は特許請求の範囲第2項な
いし第11項に示されている。 [発明の効果] この発明によつて得られる長所は特に、大容量
パルス変成器における耐電圧強度と熱損失放散と
の問題が基本的に解決されることにある。この発
明に基づくパルス変成器は下記の長所により優れ
ている。 (1) 高い耐電圧強度 (2) 特に密な結合 (3) 小さい漂遊インダクタンスと高い限界周波数 (4) 小さい巻線抵抗と大きい電流振幅 (5) 損失熱の問題のない放散 (6) 高い信頼性と長い寿命 この有利な特性を得るためには、特に電界強さ
が高い場所において固体絶縁物から成るいかなる
絶縁も用いていないということが特別に寄与して
いる。すべての巻線は自立又は片持ちの構造を有
する。それは、高圧側巻線と低圧側巻線の個々の
ターンが適当な断面に基づいて十分に強固な又は
剛性のら線を有し、このら線が相互に又は磁心上
に支えられる必要なくその形状を維持し、かつこ
のら線がただ最小巻線単位の接続端上だけで支持
絶縁体に固定又は把持されているということを意
味する。誘電性の液が絶縁を形成する。これに対
しては変圧器油又はフツ化炭化水素が適してい
る。この液の中に巻線と磁心とがそれぞれ別個の
保持機構により支えられて浸つている。誘電性の
つまり絶縁性の液は、例えば自己対流により又は
熱交換器を備えた閉鎖した回路の中の強制循環に
より、磁心、誘電体自体及び巻線からの損失熱の
問題のない放散を可能にする。コンパクトな構造
と同時に高い電圧が、誘電性液の高い絶縁強度の
故に技術的に問題無く達成できる。液は裸の又は
せいぜい薄い酸化被膜又は保護ワニス層を有する
導体を十分によく濡らすから、コロナの発生が避
けられる。それにもかかわらず変成器の中で電圧
フラツシオーバが万一起こつても絶縁液は自己回
復する。片持ちの構造は一次巻線(低圧側巻線)
と二次巻線(高圧側巻線)との2本巻きの配置を
容易にし、従つて最小可能な漂遊インダクタンス
のための前提を満たす。変成器のための磁心材料
としては例えばフエライトが問題となる。いわゆ
るアモルフアス金属の使用により、専門誌「サイ
エンテイフイツク・アメリカン(Scientific
American)」1980年8月、第84ページないし第
94ページに記載のように、この材料の高い飽和磁
束密度に基づき高い電圧のための更にコンパクト
な変成器が構成できる。 [実施例] 次にこの発明に基づくパルス変成器の五つの実
施例を示す図面により、この発明を詳細に説明す
る。 第1図ないし第3図においてパルス変成器の片
持ちの巻線が全体にWの、一次巻線にw1の二次
巻線にw2の符号を付けられている。一次電圧u1
が二次電圧u2より小さいときには、一次巻線w1
は低圧側巻線に等しく、またこの場合には二次巻
線は高圧側巻線に等しい。このことは昇圧変圧器
に対して当てはまるが、これに反して降圧変圧器
(変流器)では一次巻線に供給される高い電圧で
小さい電流が二次側で低い電圧で大きい電流に変
成される。後者の場合には一次電圧が高圧であり
二次電圧が低圧である。 片持ちの巻線w1,w2は、磁心M1、一次巻線
w1及び二次巻線w2に対して、全体をHで表わし
た各一つの保持構造を備えることが必要である。
望ましくはフエライト磁心従つて高透磁率の材料
から成る磁心M1は方形磁心として構成され、そ
れ自体で閉じた四つのその磁心脚m1,m2,m
3,m4は中央の窓5の周りに配置されているの
で、磁心M1の両正面は窓の軸線5.0に対し軸
直角に広がつている。 磁心M1すなわちこの場合にはその両脚m2,
m4は前記の巻線Wを巻き付けられ、その際一次
巻線w1と二次巻線w2とはそれぞれ磁心M1に及
び相互に鎖交し、また一次巻線w1のターンw01の
ための電気的に絶縁された金属の導体l1と、二次
巻線w2のターンw02のための電気的に絶縁された
金属の導体l2とは、ほぼ相互に2本巻きの形で導
かれている。既に詳細に述べたように一次巻線と
二次巻線とは昇圧変圧器の場合はそれぞれ低圧側
巻線と高圧側巻線に同じであり、これら巻線は以
下ではU巻線及びO巻線と略称されている。ここ
で2本巻きとは巻線導体l1,l2又はターンw01,
w02の電流路が、それらの中を流れる電流により
発生する漂遊磁界がほとんど相殺されるように、
密に隣接し相互に平行して延びているという意味
である。 この発明に基づき、一次巻線及び二次巻線すな
わちU巻線及びO巻線w1,w2の特に20℃におい
て 0.016≦ρ[Ω・mm2/m]≦0.029の抵抗率を有す
る良導電性材料から成る巻線導体l1,l2の表面は、
その周りを流れる絶縁液に関して高い熱伝達率
[α]=[W/m2・K]を有し、すなわち金属的に
裸ないし薄い酸化被膜だけ又は薄い保護ワニス層
だけの変動幅の中にある表面構造を有し、その際
薄い金属被膜(アルミニウム導体の場合)又は薄
い保護ワニス層により金属の巻線導体から絶縁液
への熱伝達を著しく低下させることは許されな
い。μm範囲の又はそれ以下の薄いしかしながら
許容範囲にあるこの酸化被膜又は保護ワニス層
は、自ら温度上昇する固体絶縁物としては作用し
得ない。なぜならばそれらの層に加わる電界強さ
の割合は数V程度の大きさだからである。二次巻
線の上端とそこから30mm離れた接地部(例えば接
地されたケースの金属壁)との間に例えば30kV
の高電圧値が発生すると仮定するならば、これは
1kV/mmの電界強さに相当する。変圧器油の破壊
電界強さは約12kV/mmである。そして1μmの厚
さの酸化被膜には約1Vの電圧が加わる。従つて
厚い固体絶縁物に生じ得るコロナなどの問題は起
こらない。薄い酸化被膜又は保護ワニス層の比誘
電率が絶縁液の比誘電率より大きいときには、分
担する電界強さは更に小さくなる。なぜならば誘
電性のすなわち電気絶縁性の層の各境界面では、
電界強さが誘電率(DK)に反比例して段階的に
変化するからである。すなわちDKが低下すれば
電界強さははね上がり、又はその逆となる。 一次巻線又は二次巻線の表面からこれらの巻線
の周囲を流れる絶縁液への熱伝達に関しては、一
般にニュートンによる次の式が成立する。 Q=α・A・t・Δθ ここで Q=境界面を通る熱量[J又はW・s] α=熱伝達率[W/m2・K] A=熱伝達面の大きさ[m2] t=熱伝達の時間[s] Δθ=絶縁液と巻線w1又w2との間の温度差[K] αの値は実験により初めて十分な正確さをもつ
て求めることができる。αは熱力学の複雑な過程
に基づいている。それ故に次におおよそのαの値
の範囲だけを示す。
ルスのための、特に大容量レーザのスイツチング
回路のための大容量パルス変成器に関する。 [従来の技術] それ自体で閉鎖された磁心脚が中央の窓の周り
に配置され、それにより磁心の両正面が窓の軸に
対し軸直角に延びる少なくとも一つの磁心と、こ
の磁心に巻き付き磁心に及び相互に鎖交する少な
くとも各一つの低圧側巻線及び高圧側巻線とを備
え、その際低圧側巻線と高圧側巻線のターンのた
めの電気的に絶縁された金属の導体がほぼ相互に
2本巻きで導かれているかかる大容量パルス変成
器は、「レビユー・オブ・サイエンテイフイツ
ク・インストルーメント(Rev.Sci.Instr.)」第50
巻第9号、1979年9月、第1151ページないし第
1153ページに掲載のV.E.マーチヤント
(Merchant)らの論文により知られている。これ
について詳しく触れる前にまず基本的な方式の
二、三の従来例について述べる。 直接結合の場合には負荷の抵抗をパルス発生回
路の特性抵抗に整合させることが大容量パルス技
術においては成功しないことが多い。用途からあ
らかじめ定められた電圧と電流を開閉できるスイ
ツチング要素も不足していることが多い。 パルストランスとも略称される大容量パルス変
成器の採用はこれらの技術上の制約を回避する可
能性を提供する。この変成器により達成可能な役
割は特に電流整合、電圧整合、インピーダンス整
合、電位分割及び電位反転である。 次に二、三の適用例を詳細に説明しよう。例え
ば大容量パルスレーザにおいて採用されている絶
縁液を有するパルス発生電源回路(欧州特許出願
公開第0024576号公報特に第11図参照)の充電
の際に、サイリスタによりスイツチングする電源
回路から充電を行うことは技術上有利である。サ
イリスタは低い保持電圧で比較的大きい電流を開
閉する。パルス発生回路は数十kVの電圧でマイ
クロ秒の範囲で充電されなければならない。 サイリスタ回路における低い電圧をパルス発生
電源回路における必要な高電圧に整合するため
に、例えば「レビユー・オブ・サイエンテイフイ
ツク・インストルーメント(Rev.Sci.Instr.)」第
54巻第6号、1983年6月、第716ページないし第
718ページに掲載のM.マテラ(Matera)らの論
文に記載されているように共振変圧器を用いるこ
とができる。しかしながらこの特殊な場合におい
てパルス発生回路の充電時間は数ミリ秒である。
少なくともマイクロ秒の充電時間を得るために
は、その漂遊インダクタンスが最小値に低減され
たパルス変成器を使用しなければならない。 従来の高電圧変圧器を用いれば、構造に起因す
るその大きさ漂遊インダクタンスのために要求さ
れたエネルギーは短時間に伝達できない。別の要
求はPRR(pulse repetition rate)の略号で知ら
れたパルス繰り返し数を高めて変成器を運転でき
ることである。その際必然的にコンパクトな構造
において損失熱を効率よく放散するという問題が
生じる。 前記の種類の大容量パルス変成器の問題性と適
用範囲に加えて、強力なまた特に大きい繰り返し
数のサブマイクロ秒範囲におけるX線パルスの発
生のためのX線閃光放電管の給電をも考慮しなけ
ればならない。X線閃光放電管のトリガ回路にお
いてはパルス発生回路とスイツチング要素とがX
線管の必要な加速電圧に基づいて設計できる。こ
れについては「ジヤーナル・オブ・フイジツクス
(J.Physics)」第E巻第12号、1979年、第336ペー
ジないし第350ページに掲載のR.ジヤーマー
(Germer)の論文、「オプテイツクス・コミユニ
ケーシヨンズ(Optics Communications)」第42
巻第2号、第128ページないし第132ページに掲載
のH.シールズ(Shields)の論文及び「レビユ
ー・オブ・サイエンテイフイツク・インストルー
メント(Rev.Sci.Instr.)」第52巻第11号、1981年
11月、第1651ページないし第1654ページに掲載の
J.I.レバツタ(Levatter)らの論文を参照された
い。これら周知の装置の欠点は部品の必要な高い
耐電圧強度にあり、かかる耐電圧強度は特に高い
繰り返し数において高度の技術上の困難をもたら
す。 X線管をトリガする別の可能性は、X線管の給
電のためのパルスをパルス変成器の二次側からタ
ツプで取り出すことにある。このための従来例は
「ジヤーナル・オブ・フイジツクス(J.Physics)」
第E巻第12号、1979年、第336ページないし第350
ページに掲載のR.ジヤーマー(Germer)の論文
及び第4回IEEE国際脈動電力会議、アルバカー
キ会議報告書、第755ページないし第757ページに
掲載のJ.I.レバツタ(Levatter)らの論文に見ら
れる。そしてこれらの方法においては、できるだ
け大きいエネルギーをできるだけ短い時間で伝達
しようとするときに困難が生じる。かかる高電圧
のための変成器の限界周波数を高め同時に内部抵
抗を減らすらために、内部電圧降下の低減のため
の非常に密な結合に努め同時に漂遊インダクタン
スをできるだけ小さくしなければならない。この
ために二次巻線と一次巻線との間の及び磁心と巻
線との間の絶縁距離を必要な値に低減すれば、高
電圧の故に極端に高い電界強さを招く。 この発明の出発点とする前記の種類の大容量パ
ルス変成器は既に所望の短いパルス時間を有する
けれど、比較的大きい負荷抵抗の場合に無負荷時
の変成比に比べて変成比が著しく低下することを
述べておかなければならない。この周知のパルス
変成器の別の技術上の欠点は特に更に高い電圧の
場合にとりわけ連続運転において生じる。必然的
に非常に高い電界強さにおいて短い立ち上がり時
間のパルスの際には、入念に選定され処理された
固体絶縁物の中でさえもコロナ効果が発生し、こ
のコロナ効果が絶縁物の回復不能な破壊をもたら
し、それにより変成器の故障に至るおそれがあ
る。高い繰り返し数と大きい平均容量のときに
は、更に固体絶縁物は弱残磁性の磁心から避けら
れない損失熱の放散を技術的に著しく困難にす
る。 [発明が解決しようとする問題点] この発明は前記の種類の大容量パルス変成器に
おいて発生する困難を克服することを一般的な目
的とし、その際漂遊インダクタンスを周知のもの
より更に減らしコロナ効果を低減し、又は耐電圧
強度を向上し熱放散を改善しようとするものであ
る。 この一般的な目的は第3回IEEE脈動電力会議
報告書、第11.5号、第238ページないし第240ペー
ジに掲載のJ.D.ガルブレイス(Galbraith)の論
文に基づく、絶縁中間層と共に積層された薄板状
のターンの配列から成る別の周知のパルス変成器
に関しても当てはまる。ここでも耐電圧強度の問
題が生じる。なぜならば薄板状の導体の縁に発生
する電界強さが長時間の運転の際に必然的にコロ
ナ効果に基づく破壊を短期間に招くからである。
更に固体絶縁物と導体との間の境界面は電流力に
より大きい機械的な負荷を受けるので、これによ
つても電気的な破壊が促進される。それ故にそれ
自体比較的小さい漂遊インダクタンスが利用でき
ず、電気絶縁は極めて故障し易い。 この発明は上述の一般的な目的に加えて、 −電流整合、電圧整合、インピーダンス整合、電
位分割及び電位反転のために使用可能であり、
すなわち最適な電力伝達において高電圧のパル
スの発生のためのいわゆる昇圧変圧器として
も、また非常に大きい電流の短いパルスの発生
のためのいわゆる降圧変圧器としても使用可能
であり、その際高圧パルスが降圧変成され非常
に低抵抗の負荷に供給でき、一方昇圧変圧器に
おいては鉄損失が銅損失をしのぐが、それに反
して降圧変圧器(変流器)においては巻線断面
積の最適化により導体の中の損失を低く保たな
ければならず、 −特に高い繰り返し数においても強力なサブマイ
クロ秒範囲におけるX線パルスの発生のための
X線閃光放電管の給電に適しており、 −特にX線閃光放電管のトリガのための昇圧変圧
器としての運転において、低い内部抵抗と同時
に十分に高い限界周波数と、同時にできるだけ
小さい漂遊インダクタンスを備えた低圧側線及
び高圧側巻線の非常に密な結合とを有する 高電圧及び/又は大電流の短いパルスのための
前記の種類の大容量パルス変成器を提供すること
を特別の目的とする。 [問題点を解決するための手段] 高電圧及び/又は大電流の短いパルスのための
前記の大容量パルス変成器を出発点として、この
目的はこの発明に基づき、低圧側巻線と高圧側巻
線の巻線導体の表面が絶縁液に関して高い熱伝達
率を有し、低圧側巻線と高圧側巻線のターンがタ
ーン相互間の第1の最小間隔を保ち、巻線を巻き
付けられた磁心に対して第2の最小間隔を保ち、
かつ2本巻きに相互に挟み合つて片持ちに支持し
て配置され、磁心の各側面の内の少なくとも一つ
に隣接し、第2の最小間隔とターンの導体太さと
の和より大きい第3の最小間隔を置いて支持絶縁
体が配置され、その際支持絶縁体の孔の中に低圧
側巻線と高圧側巻線の少なくとも巻線端が把持さ
れ、低圧側巻線及び高圧側巻線と、これら巻線を
巻かれた磁心の部分と、支持絶縁体の巻線が貫通
する部分とが、絶縁冷却する誘電性の液に浸さ
れ、基礎板上に磁心と支持絶縁板とを保持するた
めの手段が誘電性の液を内蔵する容器の内部に設
けられ、また巻線導体の接続端のための高圧ブツ
シングが容器壁上に設けられることにより達成さ
れる。有利な実施態様は特許請求の範囲第2項な
いし第11項に示されている。 [発明の効果] この発明によつて得られる長所は特に、大容量
パルス変成器における耐電圧強度と熱損失放散と
の問題が基本的に解決されることにある。この発
明に基づくパルス変成器は下記の長所により優れ
ている。 (1) 高い耐電圧強度 (2) 特に密な結合 (3) 小さい漂遊インダクタンスと高い限界周波数 (4) 小さい巻線抵抗と大きい電流振幅 (5) 損失熱の問題のない放散 (6) 高い信頼性と長い寿命 この有利な特性を得るためには、特に電界強さ
が高い場所において固体絶縁物から成るいかなる
絶縁も用いていないということが特別に寄与して
いる。すべての巻線は自立又は片持ちの構造を有
する。それは、高圧側巻線と低圧側巻線の個々の
ターンが適当な断面に基づいて十分に強固な又は
剛性のら線を有し、このら線が相互に又は磁心上
に支えられる必要なくその形状を維持し、かつこ
のら線がただ最小巻線単位の接続端上だけで支持
絶縁体に固定又は把持されているということを意
味する。誘電性の液が絶縁を形成する。これに対
しては変圧器油又はフツ化炭化水素が適してい
る。この液の中に巻線と磁心とがそれぞれ別個の
保持機構により支えられて浸つている。誘電性の
つまり絶縁性の液は、例えば自己対流により又は
熱交換器を備えた閉鎖した回路の中の強制循環に
より、磁心、誘電体自体及び巻線からの損失熱の
問題のない放散を可能にする。コンパクトな構造
と同時に高い電圧が、誘電性液の高い絶縁強度の
故に技術的に問題無く達成できる。液は裸の又は
せいぜい薄い酸化被膜又は保護ワニス層を有する
導体を十分によく濡らすから、コロナの発生が避
けられる。それにもかかわらず変成器の中で電圧
フラツシオーバが万一起こつても絶縁液は自己回
復する。片持ちの構造は一次巻線(低圧側巻線)
と二次巻線(高圧側巻線)との2本巻きの配置を
容易にし、従つて最小可能な漂遊インダクタンス
のための前提を満たす。変成器のための磁心材料
としては例えばフエライトが問題となる。いわゆ
るアモルフアス金属の使用により、専門誌「サイ
エンテイフイツク・アメリカン(Scientific
American)」1980年8月、第84ページないし第
94ページに記載のように、この材料の高い飽和磁
束密度に基づき高い電圧のための更にコンパクト
な変成器が構成できる。 [実施例] 次にこの発明に基づくパルス変成器の五つの実
施例を示す図面により、この発明を詳細に説明す
る。 第1図ないし第3図においてパルス変成器の片
持ちの巻線が全体にWの、一次巻線にw1の二次
巻線にw2の符号を付けられている。一次電圧u1
が二次電圧u2より小さいときには、一次巻線w1
は低圧側巻線に等しく、またこの場合には二次巻
線は高圧側巻線に等しい。このことは昇圧変圧器
に対して当てはまるが、これに反して降圧変圧器
(変流器)では一次巻線に供給される高い電圧で
小さい電流が二次側で低い電圧で大きい電流に変
成される。後者の場合には一次電圧が高圧であり
二次電圧が低圧である。 片持ちの巻線w1,w2は、磁心M1、一次巻線
w1及び二次巻線w2に対して、全体をHで表わし
た各一つの保持構造を備えることが必要である。
望ましくはフエライト磁心従つて高透磁率の材料
から成る磁心M1は方形磁心として構成され、そ
れ自体で閉じた四つのその磁心脚m1,m2,m
3,m4は中央の窓5の周りに配置されているの
で、磁心M1の両正面は窓の軸線5.0に対し軸
直角に広がつている。 磁心M1すなわちこの場合にはその両脚m2,
m4は前記の巻線Wを巻き付けられ、その際一次
巻線w1と二次巻線w2とはそれぞれ磁心M1に及
び相互に鎖交し、また一次巻線w1のターンw01の
ための電気的に絶縁された金属の導体l1と、二次
巻線w2のターンw02のための電気的に絶縁された
金属の導体l2とは、ほぼ相互に2本巻きの形で導
かれている。既に詳細に述べたように一次巻線と
二次巻線とは昇圧変圧器の場合はそれぞれ低圧側
巻線と高圧側巻線に同じであり、これら巻線は以
下ではU巻線及びO巻線と略称されている。ここ
で2本巻きとは巻線導体l1,l2又はターンw01,
w02の電流路が、それらの中を流れる電流により
発生する漂遊磁界がほとんど相殺されるように、
密に隣接し相互に平行して延びているという意味
である。 この発明に基づき、一次巻線及び二次巻線すな
わちU巻線及びO巻線w1,w2の特に20℃におい
て 0.016≦ρ[Ω・mm2/m]≦0.029の抵抗率を有す
る良導電性材料から成る巻線導体l1,l2の表面は、
その周りを流れる絶縁液に関して高い熱伝達率
[α]=[W/m2・K]を有し、すなわち金属的に
裸ないし薄い酸化被膜だけ又は薄い保護ワニス層
だけの変動幅の中にある表面構造を有し、その際
薄い金属被膜(アルミニウム導体の場合)又は薄
い保護ワニス層により金属の巻線導体から絶縁液
への熱伝達を著しく低下させることは許されな
い。μm範囲の又はそれ以下の薄いしかしながら
許容範囲にあるこの酸化被膜又は保護ワニス層
は、自ら温度上昇する固体絶縁物としては作用し
得ない。なぜならばそれらの層に加わる電界強さ
の割合は数V程度の大きさだからである。二次巻
線の上端とそこから30mm離れた接地部(例えば接
地されたケースの金属壁)との間に例えば30kV
の高電圧値が発生すると仮定するならば、これは
1kV/mmの電界強さに相当する。変圧器油の破壊
電界強さは約12kV/mmである。そして1μmの厚
さの酸化被膜には約1Vの電圧が加わる。従つて
厚い固体絶縁物に生じ得るコロナなどの問題は起
こらない。薄い酸化被膜又は保護ワニス層の比誘
電率が絶縁液の比誘電率より大きいときには、分
担する電界強さは更に小さくなる。なぜならば誘
電性のすなわち電気絶縁性の層の各境界面では、
電界強さが誘電率(DK)に反比例して段階的に
変化するからである。すなわちDKが低下すれば
電界強さははね上がり、又はその逆となる。 一次巻線又は二次巻線の表面からこれらの巻線
の周囲を流れる絶縁液への熱伝達に関しては、一
般にニュートンによる次の式が成立する。 Q=α・A・t・Δθ ここで Q=境界面を通る熱量[J又はW・s] α=熱伝達率[W/m2・K] A=熱伝達面の大きさ[m2] t=熱伝達の時間[s] Δθ=絶縁液と巻線w1又w2との間の温度差[K] αの値は実験により初めて十分な正確さをもつ
て求めることができる。αは熱力学の複雑な過程
に基づいている。それ故に次におおよそのαの値
の範囲だけを示す。
【表】
前記のようにこのαの値は酸化被膜又は保護ワ
ニス層により著しく低下することは許されない。 図示の実施例において巻線は、丸い又は方形の
断面を有する20℃においてρ=0.017Ω・mm2/m
の銅導体から成り、その際ターンは方形面に巻き
付く(後に詳述する第4図参照)。熱伝達率α及
び/又は破壊電界強さが要求された最小値に達す
る限りでは、巻線導体はその外面上にアルマイト
層、保護ワニスなどを有することもできる。 一次巻線w1の個々のターンw01と二次巻線w2の
個々のターンw02とは既に述べたように、ターン
w01−w02相互間の第1の最小間隔aを保ち(第
3図)かつターンが巻き付いている磁心M1に対
する第2の最小間隔bを保ち(第1図及び第3
図)、片持ちに又は自立して配置されている。図
示の実施例においてはa≒2・bである。これら
の最小間隔a、bは後述する絶縁液の中に起こる
電界強さとこの絶縁液自体の絶縁強度とに関係す
る。更に特に第3図から、一次巻線w1のターン
w01と二次巻線w2のターンw02とが2本巻きに相
互に挟み合つて配列されていることが分かる。こ
れらの構成は、一つの巻線w1のターンw01と他の
巻線w2のターンw02とがら線の軸方向に見て相互
に交替するように、w1とw2とに対する同一の巻
き付け直径の各一つのら線が相互に挟み合つて巻
かれていることによりでき上がると考えることが
できる。 磁心M1の少なくとも一つの側面に隣接して、
この場合には両正面m01、m02に隣接して、磁心
M1から第3の最小間隔cを置いて板状の支持絶
縁体1.1,1.2が配列され、これらの絶縁体
は一般に符号1が付けられている。第3の最小間
隔cはb+dより大きく、ここでdはターン
w01,w02の導体太さである。cに対する実用的
な値は第1図及び第2図から分かるように(b+
d)<c<2×(b+d)の範囲にある。なぜなら
ばこの場合には絶縁液の中の良好な対流又は強制
流が巻線冷却のために両支持絶縁体1.1と1.
2との間の空間の中で発生し得るからである。 第1図及び第3図に示す実施例において方形磁
心M1の両磁心脚m2,m4はそれぞれ各1個の
巻線単位w0を巻かれている。ここで「巻かれて
いる」とは、ターンw01,w02が磁心脚に巻き付
いているが、その上には座つていない又はそれと
接触していないという意味である。両最小巻線単
位w0のおのおのは一次巻線w1の各約2ターンw01
のターン配列A1,A2と二次巻線w2の各約2
ターンw02のターン配列B1,B2とを含み、こ
れらのターン配列は図示のように相互に挟み合つ
ている。これらのターンw01,w02は最小単線単
位の端部に至るまでいわば空間の中に離れて立つ
ており、これらの端部は一次巻線w1の場合は分
岐A1において符号a11,a12を付けられ、
分岐A2においては符号a21,a22を付けら
れ、また二次巻線w2の場合は分岐B1において
符号b11,b12を付けられ,分岐B2におい
て符号b21,b22を付けられている。以下で
はターン配列又は最小巻線単位A1,A2;B
1,B2は分岐と呼ばれる。最小巻線単位w0の
分岐A1,A2(一次巻線w1)の端部a11な
いしa22と、分岐B1,B2(二次巻線w2)
の端部b11ないしb22とは、同時に電気配線
のための接続端である。これらの端部は支持絶縁
体1.1,1.2の孔2を通つて引き出され、こ
れらの孔の中に把持されすなわち隙間無く固定さ
れ、その際第1図ないし第3図に示されていない
接続端子とブツシングとがこれらの固定箇所に付
属している。 第1図ないし第3図に示す実施例において一次
巻線w1の両巻線単位w0の分岐A1,A2は相互
に並列に接続されており、これに反して二次巻線
w2の両巻線単位w0の分岐B1,B2は相互に直
列に接続されているので、一次側ではn1=2のタ
ーンw01が直列に接続され、二次側ではこれに対
してn2=4のターンが直列に接続され、従つて両
最小巻線単位w0のターン数が同一のときu¨=n2/
n1=4/2=2の変成比が生じ、ここでw01とw2
とはそれぞれ1ターンを意味する。 特に第3図に示すように、巻線端a11で始ま
る左側に図示の巻線単位w0における一次巻線w1
の白で示した巻線導体l1は、並列に接続された両
分岐の内の一つA1により磁心脚m4の周りに上
昇する左巻のすなわち反時計方向のら線で巻か
れ、かつこの方向に一次電流i1が貫流する。電流
矢印i1(白抜き矢じり)と、磁心脚m4の中に下
に向きかつ同様に白抜きの矢印により示されてい
る磁束方向Φ1とを参照されたい。接続箇所10
1(第1図におけるろう付け支点又は端子)上で
一次電流2i1による給電が行われ、そしてこの一
次電流が部分電流i1として一次巻線w1の両巻線分
岐A1とA2のおのおのに分割される(第1図)。
第3図の左側の巻線分岐A1の場合には、一次電
流は下側の巻線始端a11から上側の巻線終端a
12に至る経路をとり、一次巻線の第2の巻線分
岐A2の場合には(第3図の右側の磁心脚m2)、
一次電流i1は上側の巻線始端a21から下側の巻
線終端a22に至る経路をとる。それにより一次
巻線の第2の分岐A2は上から見て左巻のすなわ
ち反時計方向のら線で下降しながら磁心脚m2の
周りに巻かれ、かつこの方向に一次電流i1が貫流
する。それによりここでは磁束Φ1の磁束方向が
生じ、この磁束方向は左側の磁心脚m4の磁束方
向と同一の向きである。 二次巻線w2の両分岐B1とB2とは既に述べ
たように相互に直列に接続されている。上側の巻
線始端すなわち接続点b11から始まり、二次巻
線w2の黒塗りの線で示した第1の巻線分岐B1
は上から見て左巻のつまり反時計方向のら線で磁
心脚m4の周りに巻かれ、二次電流i2(黒塗りの
電流矢印)がこの方向に第1の巻線分岐B1の接
続点すなわち終端b12まで貫流し、そしてそこ
から(第1図参照)支持絶縁物1.1の外側で二
次巻線w2の第2の巻線分岐B2のための磁心脚
m2の下側範囲にある巻線固定点つまり巻線始端
b21まで、導体l2の迂回が行われる(第3図参
照)。そしてここから第2の巻線分岐B2が下か
ら見て左巻のつまり反時計方向のら線で上昇しな
がら磁心脚m2の周りに巻かれ、そして二次電流
i2(黒塗りの矢印)がこの方向に巻線終端つまり
接続兼固定点b22まで貫流する。従属する磁束
Φ2の方向は黒塗りの矢印により示されている。
すなわち左側の磁心側m4と右側の磁心脚m2と
における磁束Φ2の方向は一致している。これら
の方向はそれぞれ磁束Φ1の方向と逆向きである。
第3図において接続点a11とa21との間の破
線により、支持絶縁体1.2の外側での巻線導体
l1の導き方が暗示されている(この高さ方向橋絡
は第1図には示されていない)。 磁心M1と両支持絶縁体1.1,1.2とを基
礎板3の上に、誘電性の液を内蔵したしかしなが
ら第1図ないし第3図には示されていない容器、
槽などの内部で保持するための手段は、天井側の
保持横桁4とこの保持横桁4を磁心M1の天井側
に向かつて従つて基礎板3に向かつて押す引張り
棒6とから成り、この引張り棒は特に方形の平面
図を有する基礎板3と幾分狭いしかしながら同様
に方形の平面図を有する保持横桁4とを孔7で貫
通し、ねじを備えたその両端を固定用ナツト8に
より固定されている。固定用ナツト8は座金9を
備えている。引張り棒6は特に延びボルトとして
構成でき、そしてその際には特別の回り止めを省
略できる。更に基礎板3の中の孔7をねじ孔又は
めくらねじ孔として構成することが可能であり、
そしてそのときは下側のナツト8は不必要であ
る。寄生的な副磁束のための通路が生じないよう
に、保持横桁4は反磁性の材料例えば黄銅又は例
えばガラス繊維強化プラスチツクのような適切な
プラスチツクから成る。引張り棒6は耐食鋼から
成ることができる。基礎板3は同様に絶縁性の材
料例えばペルチナツクス(Pertinax)又はアク
リルガラスから成る。 板状の支持絶縁体1.1,1.2は磁心M1か
ら前記の第3の最小間隔cを保つて磁心の正面に
平行に配置され、例えば接着により基礎板3のハ
ツチングを施した側面3.1の範囲で基礎板3上
に固定されている(第3図参照)。更に支持絶縁
体1.1,1.2の上端は図示されていない結合
桟により相互に結合できるので、ほぼ強固な絶縁
体構造が生じる。支持絶縁体1.1,1.2のた
めの材料は高性能の絶縁物例えばペルチナツクス
(Pertinax)又はアクリルガラスである。磁心M
1の一つの側面上又は一つの正面上だけに板状の
又は他の形状の一つの支持絶縁体1を設けようと
すれば、それは基本的に可能であるけれど、その
ときは支持絶縁体は最小巻単位w0の巻線終端又
は巻線始端を固定しなければならない。しかしな
がら磁心M1の各正面に付設された二つの支持絶
縁体を備えた図示の実施例は融通性に富み、個々
の最小巻線単位の接続と結線を容易にし、磁心当
たりの巻線単位の全数が多くなれば、相応に多数
の種々の変成比の形成を可能にする。その際直列
接続と並列接続との混合により一次側でも二次側
でも変成比とターン数が変更できる。従つて巻線
単位の相応の組み合わせにより、多数の巻線を有
する従来の変圧器の場合のように、種々の電圧が
種々の内部抵抗において発生できる。第1図ない
し第3図に示した実施例においては既に述べたよ
うに一次側のターン数はn1=2であり、二次側の
ターン数はn2=4であり、従つて変成比u¨=n2/
n1=2である。 第1図ないし第3図に示す簡略化した実施例か
ら既に最小巻線単位w0の組み合わせの原理が認
識できる。これら巻線単位はそれぞれ分岐A1,
B1又はA2,B2の形の少なくとも各一つの低
圧側ターン配列と高圧側ターン配列とから成る。
一次側ターンw01と二次側ターンw02とを有する
これらの分岐は、ターンら線の軸方向に見て第1
の最小間隔aを保つて相互に隣接しかつ相互に平
行に延びながら、従属する磁心脚m4又はm2に
巻き付く。そのターンw01,w02により平行に巻
かれた多数のかかる最小巻線単位w0の巻線端
(又は巻線始端)a11ないしa22及びb11
ないしb22は、支持絶縁体1.1,1.2上の
支持兼接続点2へ導かれている。支持絶縁体1.
1,1.2の支持兼接続点2上で又は絶縁体の付
近で、所望の変成比u¨を得るために選択可能な数
の単線単位w0の内部結線が行われ、高圧側巻線
w2又は低圧側巻線w1が作られる。 多数の同様な最小巻線単位の配列とこれらの巻
線単位の一次側巻線及び二次側巻線への結線との
今述べた原理を第4図に示す第2の実施例により
次に更に詳細に説明する。ここでも相互に向かい
合つた短い脚m1,m3と相互に向かい合つた長
い脚m2,m4とを有する方形の磁心が、中央の
窓状空所5を備えている。長い両脚m2,m4の
それぞれは三つの最小巻線単位w0を備え、これ
らの巻線単位の一次側ターンw01と二次側ターン
w02とはそれぞれ2本巻に相互の間隔aと磁心脚
への間隔bとを保つて磁心脚の周りに巻き付けら
れている。各巻線単位w0は二つの一次側ターン
w01と二つの二次側ターンw02とを有し、巻線単
位w0当たり相互に直列に接続された一次側ター
ンw01はここでも巻線分岐又は単に分岐と呼ば
れ、一次側の巻線分岐の場合には符号A1ないし
A6が付けられ、二次側巻線分岐の場合には符号
B1ないしB6が付けられている。磁心脚m4の
最小巻線単位w0のうちの二つではターンが図示
されていない。ターンが同様に残りの巻線単位に
対して配置されていることは自明である。一次側
巻線分岐A1は二つの巻線端a11,a12を有
し、この巻線分岐に対し2本巻に配置された二次
側の巻線分岐B1は二つの巻線端(又は巻線始
端)b11,b12を有する。すべての残りの五
つの最小巻線単位w0に対する符号付けは同様に
行われるので、従つて巻線分岐A6とB6が従属
する最小巻線単位w0は一次側の巻線端a61,
a62と二次側の巻線端b61,B62とを有す
る。下側の両巻線単位に対しては一次側ターン
w01の内部に電流矢印i1(白い矢印)と二次側ター
ンw02の内部に電流矢印i2(黒い矢印)とが記入さ
れている。下から見て左側の磁心脚m4の一次側
ターンw01は上昇する右ねじとして敷設され、一
次電流i1もこの方向に貫流するので、右ねじの法
則に従つて磁束方向Φ1(白い矢印)が生じ、これ
に反して二次側のターンw02は上から見て下降す
る右ねじとして敷設され、二次電流i2がこの方向
に貫流するので、磁束方向Φ1と反対向きの黒い
矢印で示された磁束方向Φ2が生じる。右側の磁
心脚m2上では一次側ターンw01と二次側ターン
w02とが、その中を流れる電流i1とi2とに基づいて
生じターンと鎖交する磁束Φ1とΦ2とが磁心M2
の周方向において左側の磁心脚m4の中の磁束と
同方向に向くように、敷設されかつ向きを定めら
れている。このことは第4図の右半分を考えて右
ねじの法則を用いれば容易に分かる。第4図に示
す装置は勿論第1図ないし第3図に示す装置より
も非常に融通性に富む。なぜならば例えば一次側
で分岐A1ないしA6がすべて又は二つのグルー
プに分けて又は三つのグループに分けて相互に並
列に接続できるからである。これに応じて二次側
では分岐B1ないしB6がすべて、又は例えば三
つのグループに分けて二対ごとに、又は二つのグ
ループに分けて三対ごとに相互に直列に接続でき
る。従つて所望の変成比u¨が設定でき、同様にパ
ルス変成器が昇圧器又は降圧変圧器として運転で
きる。巻線端a11ないしa62とb11ないし
b62とはここでも支持絶縁体の第4図に図示さ
れていない空所又は孔を通つて導かれてその中に
固定され、その際必要あればここでも外側に相応
の接続端子が付設できる(図示されていない)。 第5図に示す第3の実施例において、第1図な
いし第3図又は第4図に示す構造のパルス変成器
又は後に説明する第7図及び第8図に示す円環状
磁心構造のパルス変成器が気密の槽10の中に入
れられ、この槽は冷却する誘電液11として変圧
器油又はフツ化炭化水素を満たされている。第5
図に示す現実的な実施例に対しては磁心M3が方
形磁心であると仮定すれば、この磁心は第5図に
おいてはただ四つしか見えない孔を開けた隅桟1
2により、しかも上側の基礎板、下側の基礎板、
図示されていない引張り棒及び磁心M3の各正面
上に置かれた両支持絶縁体1.1,1.2を介し
て、槽10の内部中央に保持されている。図示さ
れた四つの隅桟のほかにパルス変成器の直方形又
はさいころ形の外形に応じて、その12のすべて
の稜に別の隅桟又は支持角材を付設することがで
きる(図示されていない)。それ故に絶縁液11
の熱対流を妨げないように、隅桟12の内部に孔
を設けるべきである。更に損失熱の放散には槽1
0の外周10.1上に配置された図示の冷却フイ
ン13が用いられる。低粘度のフツ化炭化水素を
用いる場合には熱放散に対して一般に自己対流で
十分であり、一方変圧器油を用いる場合には相応
の油供給管と油排出間(図示されていない)を介
して循環ポンプによる強制循環が推奨される。 第5図に示すパルス変成器は全体を符号PU¨に
より示されている。これはパルス発生器PEと共
に一つの構成ユニツトに集積されている。すなわ
ちパルス変成器PU¨の金属槽10はパルス発生器
PEの金属ケース14と金属的に伝導性にかつ機
械的に強固に結合されている。第5図と第6図と
を比べると、一次巻線W1の巻線接続点a11と
a22が槽10の端面壁10.2と金属的に伝導
性に接触され(接触点140)、また二次巻線W2の
高所に置かれた接続点b22が高圧ブツシング1
5により高圧に対して絶縁されて、向かい合つた
端面壁10.3を通つて外に向かつて導出されて
いることが分かる。二次巻線W2の他の巻線端b
11は接地の場合には同様に端面壁10.3と金
属的に伝導性に接触でき、又は二次巻線が接地さ
れないときには、同様に絶縁ブツシング15を通
つて外に向かつて高電圧に耐えるように導かれて
いる。それ故に巻線接続点b11のブツシング1
5は破線で示されている。 第5図と第6図とを比べると更に、パルス発生
器PEがブリユームライン(Bluemlein)回路を
有し、パルス発生器の方形の金属ケース14は既
に述べたように槽10に結合され、金属ケースは
二つの室16aと16bに分割されていることが
分かる。室16aはU字形の金属のコンデンサ板
2/3*とU字形脚の間に配置されたコンデンサ
板4/4*とを内蔵し、その際外側の金属ケース
はコンデンサ箔つまりコンデンサ板1/1*を形
成する。これらの符号1/1*,2/3*と4/4
*は第6図に示す第1の条導体コンデンサCFの箔
1*と2*及び第2の条導体コンデンサCKの箔3*
と4*のための符号に一致する。ブリユームライ
ン(Bluemlein)回路はパルス発生回路としてそ
れ自体公知であり、例えば欧州特許出願公開第
0024576号公報又はドイツ連邦共和国特許出願公
開第3323614号(特開昭60−27183)公報に図示さ
れかつ詳細に記載されている。 高速高圧スイツチング回路としてサイラトロン
THが用いられ、その陽極17は第5図及び第6
図に示すように両条導体コンデンサCKとCFの共
通の箔2/3*に、しかも分離壁16cの中の別
の高圧ブツシング15を介して結合されている。
これに対して陰極は室16bの金属のケース壁1
6dに接触され、この室はここでも図示した接地
電位の接続線Bにより接地されている。高電圧
HVは高圧導体18を介して別のブツシング1
5.1により室16bの金属壁16dを貫通し、
18.1の所で陽極に接続されている。 室16aの中に内蔵されケース壁16により形
成されたパルス発生器PEのパルス発生回路PEN
は水又はエチレングリコール水溶液又は誘電体1
10としての純粋のエチレングリコールにより作
動し、図示されていないパルス充電装置から充電
される。スイツチング要素(サイラトロンTH)
を内蔵する室16bの金属の室壁16dは電流帰
路として働く。 パルス変成器PU¨がサイラトロンの使用に限定
されないことを示すために、第6図にはスイツチ
ング要素THに並列に火花ギヤツプFの形の一般
に高速な高圧極間ギヤツプが破線により示されて
いる。この第6図において接地電位への接続部は
符号Bで示され、高電圧源への接続部は符号HV
で示され、更に通常接地電位にある(下側の)レ
ールは符号19で示され、通常高圧電位にある
(上側の)レールは符号20で示されている。こ
の場合にはパルス変成器PU¨の二次巻線w2の負荷
としてX線閃光放電管RRが設けられ、その際変
成比u¨は例えば3であり、すなわち一次巻線w1に
生じる例えば30kVの高圧パルスはパルス変成器
により約90kVの3倍の値に昇圧変成される。こ
の高圧パルスはX線閃光放電管RRに供給され、
このX線閃光放電管はサブマイクロ秒領域の強力
なX線パルスを発生する。 第7図及び第8図には円環状磁心M4と各二つ
のターンw01とw02に対する三つの最小巻線単位
w0とを有するパルス変成器が図示されている。
円環状磁心M4の窓開口5の投影の中に配置され
た星形の導体21は一次側分岐A1,A2,A3
の始端a11,a21,a31に接続され、外側
の円環状導体22は各一次側分岐の端部にa1
2,a22,a32の所で接続されている。一次
巻線w1の星形中性点は記号a0で示されている。
すべての三つの一次側分岐A1,A2,A3は相
互に並列に接続されていることが分かる。そのタ
ーンw02が一次巻線w1のターンw01に対してここ
でも2本巻に配置されている二次側分岐B1,B
2,B3は、相互に直列に接続されている。二次
巻線w2の巻線始端は符号b11で示され、巻線
終端は符号b32で示されている。それぞれ一次
側巻線分岐と二次側巻線分岐A1,B1:A2,
B2:A3,B3から成る三つの最小巻線単位
w0により3の変成比が実現され、その際巻線分
岐は各二つのターンw01又はw02を含む。 板状の二つの支持絶縁体1.1,1.2がここ
でも円環状磁心M4の正面から間隔cを置いて配
置され、適切な方法で基礎板3にまた相互に結合
されており、その際もこでも第1図ないし第3図
に相応し変圧器槽、誘電液及び高圧ブツシングは
省略されている。これらの部分が第5図に示す方
法で構成できることは自明である。環状磁心M4
と支持絶縁体1.1,1.2との間には絶縁材料
から成る間隔片23が挿入され、この間隔片は第
7図に示すように最小巻線単位w0の間の隙間に
配置されている。間隔片23は第7図では破線に
より略示されているに過ぎない。 第7図及び第8図に示す環状磁心パルス変成器
を用いて回転対称なパルス発生回路を有するパル
ス発生器が構成でき、スイツチング要素TH又は
Fへの円筒形の電流帰路とのできるだけ小さい接
続インダクタンスが実現できる(第5図及び第6
図参照)。 第9図及び第10図に示す5番目の実施例にお
いては、筒略化して図示したこの発明に基づく変
流器が両一次側巻線分岐Ai,Akの端部ai1,ai2又
はak1,ak2を支持絶縁体1,2により支持されて
いる。一次側の個々のターンw01はすべて直列に
接続されている(接続回路は図示されていない)。
ターンw02と二次側の巻線分岐Bi,Bkとを有する
大電流二次巻線w2は支持絶縁体1,1により支
持されている。大電流二次巻線w2は相互にすべ
て並列に接続された、又は少なくともグループご
とに相互に並列に接続された最小巻線単位を含む
ことができる。 第10図と関連して第9図は長円形磁心M5が
長く延びた長円形として構成されていることを示
す。その際スプリツトテープ磁心としての構造の
好ましくは高透磁性材料から成る長く延びた長円
形が推奨される。このスプリツトテープ磁心M5
は丈夫な支持梁24により巻線w1,w2に関して
位置固定して保持されている。この強固な保持部
は大電流力のために重要である。二次側の電流接
続部は第9図において下側の磁心脚m6に対して
符号b12(巻線始端)を付けられ、上側の磁心脚m
5上の二次巻線部分の巻線始端に対して符号bK2
を付けられ、これに対して符号b0は二次巻線w2
の電流供給又は電流導出のための共通の接続部を
示す。電流接続部bi2,bk2とb0は帯導体(図示さ
れていない)を介して主として2本線による負荷
への接続を可能にする。この変流器装置により数
μΩの二次巻線w2のオーム抵抗と数MAの電流パ
ルスが実現できる。 方形の管導体l20から構成された大電流巻線に
は銅損失の放散のための冷却液を貫流でき(第1
0図)、しかも容量に応じて直列に又は直並列に
又は個々のターンの冷却路により相互に並列に貫
流できる。この方式は中空の銅導体を符号l10で
表わした一次側の高圧巻線w1に対しても適宜使
用できる。従つて変流器又は大電流変流器の第9
図及び第10図に示した構造方式の際に、一次側
及び二次側の巻線w1,w2の冷却が冷却液(特に
水)により内側からも絶縁液により外側からも行
われ、この絶縁液は大容量の場合に及び/又は高
粘度の絶縁液の場合にポンプにより循環させるこ
とができる。
ニス層により著しく低下することは許されない。 図示の実施例において巻線は、丸い又は方形の
断面を有する20℃においてρ=0.017Ω・mm2/m
の銅導体から成り、その際ターンは方形面に巻き
付く(後に詳述する第4図参照)。熱伝達率α及
び/又は破壊電界強さが要求された最小値に達す
る限りでは、巻線導体はその外面上にアルマイト
層、保護ワニスなどを有することもできる。 一次巻線w1の個々のターンw01と二次巻線w2の
個々のターンw02とは既に述べたように、ターン
w01−w02相互間の第1の最小間隔aを保ち(第
3図)かつターンが巻き付いている磁心M1に対
する第2の最小間隔bを保ち(第1図及び第3
図)、片持ちに又は自立して配置されている。図
示の実施例においてはa≒2・bである。これら
の最小間隔a、bは後述する絶縁液の中に起こる
電界強さとこの絶縁液自体の絶縁強度とに関係す
る。更に特に第3図から、一次巻線w1のターン
w01と二次巻線w2のターンw02とが2本巻きに相
互に挟み合つて配列されていることが分かる。こ
れらの構成は、一つの巻線w1のターンw01と他の
巻線w2のターンw02とがら線の軸方向に見て相互
に交替するように、w1とw2とに対する同一の巻
き付け直径の各一つのら線が相互に挟み合つて巻
かれていることによりでき上がると考えることが
できる。 磁心M1の少なくとも一つの側面に隣接して、
この場合には両正面m01、m02に隣接して、磁心
M1から第3の最小間隔cを置いて板状の支持絶
縁体1.1,1.2が配列され、これらの絶縁体
は一般に符号1が付けられている。第3の最小間
隔cはb+dより大きく、ここでdはターン
w01,w02の導体太さである。cに対する実用的
な値は第1図及び第2図から分かるように(b+
d)<c<2×(b+d)の範囲にある。なぜなら
ばこの場合には絶縁液の中の良好な対流又は強制
流が巻線冷却のために両支持絶縁体1.1と1.
2との間の空間の中で発生し得るからである。 第1図及び第3図に示す実施例において方形磁
心M1の両磁心脚m2,m4はそれぞれ各1個の
巻線単位w0を巻かれている。ここで「巻かれて
いる」とは、ターンw01,w02が磁心脚に巻き付
いているが、その上には座つていない又はそれと
接触していないという意味である。両最小巻線単
位w0のおのおのは一次巻線w1の各約2ターンw01
のターン配列A1,A2と二次巻線w2の各約2
ターンw02のターン配列B1,B2とを含み、こ
れらのターン配列は図示のように相互に挟み合つ
ている。これらのターンw01,w02は最小単線単
位の端部に至るまでいわば空間の中に離れて立つ
ており、これらの端部は一次巻線w1の場合は分
岐A1において符号a11,a12を付けられ、
分岐A2においては符号a21,a22を付けら
れ、また二次巻線w2の場合は分岐B1において
符号b11,b12を付けられ,分岐B2におい
て符号b21,b22を付けられている。以下で
はターン配列又は最小巻線単位A1,A2;B
1,B2は分岐と呼ばれる。最小巻線単位w0の
分岐A1,A2(一次巻線w1)の端部a11な
いしa22と、分岐B1,B2(二次巻線w2)
の端部b11ないしb22とは、同時に電気配線
のための接続端である。これらの端部は支持絶縁
体1.1,1.2の孔2を通つて引き出され、こ
れらの孔の中に把持されすなわち隙間無く固定さ
れ、その際第1図ないし第3図に示されていない
接続端子とブツシングとがこれらの固定箇所に付
属している。 第1図ないし第3図に示す実施例において一次
巻線w1の両巻線単位w0の分岐A1,A2は相互
に並列に接続されており、これに反して二次巻線
w2の両巻線単位w0の分岐B1,B2は相互に直
列に接続されているので、一次側ではn1=2のタ
ーンw01が直列に接続され、二次側ではこれに対
してn2=4のターンが直列に接続され、従つて両
最小巻線単位w0のターン数が同一のときu¨=n2/
n1=4/2=2の変成比が生じ、ここでw01とw2
とはそれぞれ1ターンを意味する。 特に第3図に示すように、巻線端a11で始ま
る左側に図示の巻線単位w0における一次巻線w1
の白で示した巻線導体l1は、並列に接続された両
分岐の内の一つA1により磁心脚m4の周りに上
昇する左巻のすなわち反時計方向のら線で巻か
れ、かつこの方向に一次電流i1が貫流する。電流
矢印i1(白抜き矢じり)と、磁心脚m4の中に下
に向きかつ同様に白抜きの矢印により示されてい
る磁束方向Φ1とを参照されたい。接続箇所10
1(第1図におけるろう付け支点又は端子)上で
一次電流2i1による給電が行われ、そしてこの一
次電流が部分電流i1として一次巻線w1の両巻線分
岐A1とA2のおのおのに分割される(第1図)。
第3図の左側の巻線分岐A1の場合には、一次電
流は下側の巻線始端a11から上側の巻線終端a
12に至る経路をとり、一次巻線の第2の巻線分
岐A2の場合には(第3図の右側の磁心脚m2)、
一次電流i1は上側の巻線始端a21から下側の巻
線終端a22に至る経路をとる。それにより一次
巻線の第2の分岐A2は上から見て左巻のすなわ
ち反時計方向のら線で下降しながら磁心脚m2の
周りに巻かれ、かつこの方向に一次電流i1が貫流
する。それによりここでは磁束Φ1の磁束方向が
生じ、この磁束方向は左側の磁心脚m4の磁束方
向と同一の向きである。 二次巻線w2の両分岐B1とB2とは既に述べ
たように相互に直列に接続されている。上側の巻
線始端すなわち接続点b11から始まり、二次巻
線w2の黒塗りの線で示した第1の巻線分岐B1
は上から見て左巻のつまり反時計方向のら線で磁
心脚m4の周りに巻かれ、二次電流i2(黒塗りの
電流矢印)がこの方向に第1の巻線分岐B1の接
続点すなわち終端b12まで貫流し、そしてそこ
から(第1図参照)支持絶縁物1.1の外側で二
次巻線w2の第2の巻線分岐B2のための磁心脚
m2の下側範囲にある巻線固定点つまり巻線始端
b21まで、導体l2の迂回が行われる(第3図参
照)。そしてここから第2の巻線分岐B2が下か
ら見て左巻のつまり反時計方向のら線で上昇しな
がら磁心脚m2の周りに巻かれ、そして二次電流
i2(黒塗りの矢印)がこの方向に巻線終端つまり
接続兼固定点b22まで貫流する。従属する磁束
Φ2の方向は黒塗りの矢印により示されている。
すなわち左側の磁心側m4と右側の磁心脚m2と
における磁束Φ2の方向は一致している。これら
の方向はそれぞれ磁束Φ1の方向と逆向きである。
第3図において接続点a11とa21との間の破
線により、支持絶縁体1.2の外側での巻線導体
l1の導き方が暗示されている(この高さ方向橋絡
は第1図には示されていない)。 磁心M1と両支持絶縁体1.1,1.2とを基
礎板3の上に、誘電性の液を内蔵したしかしなが
ら第1図ないし第3図には示されていない容器、
槽などの内部で保持するための手段は、天井側の
保持横桁4とこの保持横桁4を磁心M1の天井側
に向かつて従つて基礎板3に向かつて押す引張り
棒6とから成り、この引張り棒は特に方形の平面
図を有する基礎板3と幾分狭いしかしながら同様
に方形の平面図を有する保持横桁4とを孔7で貫
通し、ねじを備えたその両端を固定用ナツト8に
より固定されている。固定用ナツト8は座金9を
備えている。引張り棒6は特に延びボルトとして
構成でき、そしてその際には特別の回り止めを省
略できる。更に基礎板3の中の孔7をねじ孔又は
めくらねじ孔として構成することが可能であり、
そしてそのときは下側のナツト8は不必要であ
る。寄生的な副磁束のための通路が生じないよう
に、保持横桁4は反磁性の材料例えば黄銅又は例
えばガラス繊維強化プラスチツクのような適切な
プラスチツクから成る。引張り棒6は耐食鋼から
成ることができる。基礎板3は同様に絶縁性の材
料例えばペルチナツクス(Pertinax)又はアク
リルガラスから成る。 板状の支持絶縁体1.1,1.2は磁心M1か
ら前記の第3の最小間隔cを保つて磁心の正面に
平行に配置され、例えば接着により基礎板3のハ
ツチングを施した側面3.1の範囲で基礎板3上
に固定されている(第3図参照)。更に支持絶縁
体1.1,1.2の上端は図示されていない結合
桟により相互に結合できるので、ほぼ強固な絶縁
体構造が生じる。支持絶縁体1.1,1.2のた
めの材料は高性能の絶縁物例えばペルチナツクス
(Pertinax)又はアクリルガラスである。磁心M
1の一つの側面上又は一つの正面上だけに板状の
又は他の形状の一つの支持絶縁体1を設けようと
すれば、それは基本的に可能であるけれど、その
ときは支持絶縁体は最小巻単位w0の巻線終端又
は巻線始端を固定しなければならない。しかしな
がら磁心M1の各正面に付設された二つの支持絶
縁体を備えた図示の実施例は融通性に富み、個々
の最小巻線単位の接続と結線を容易にし、磁心当
たりの巻線単位の全数が多くなれば、相応に多数
の種々の変成比の形成を可能にする。その際直列
接続と並列接続との混合により一次側でも二次側
でも変成比とターン数が変更できる。従つて巻線
単位の相応の組み合わせにより、多数の巻線を有
する従来の変圧器の場合のように、種々の電圧が
種々の内部抵抗において発生できる。第1図ない
し第3図に示した実施例においては既に述べたよ
うに一次側のターン数はn1=2であり、二次側の
ターン数はn2=4であり、従つて変成比u¨=n2/
n1=2である。 第1図ないし第3図に示す簡略化した実施例か
ら既に最小巻線単位w0の組み合わせの原理が認
識できる。これら巻線単位はそれぞれ分岐A1,
B1又はA2,B2の形の少なくとも各一つの低
圧側ターン配列と高圧側ターン配列とから成る。
一次側ターンw01と二次側ターンw02とを有する
これらの分岐は、ターンら線の軸方向に見て第1
の最小間隔aを保つて相互に隣接しかつ相互に平
行に延びながら、従属する磁心脚m4又はm2に
巻き付く。そのターンw01,w02により平行に巻
かれた多数のかかる最小巻線単位w0の巻線端
(又は巻線始端)a11ないしa22及びb11
ないしb22は、支持絶縁体1.1,1.2上の
支持兼接続点2へ導かれている。支持絶縁体1.
1,1.2の支持兼接続点2上で又は絶縁体の付
近で、所望の変成比u¨を得るために選択可能な数
の単線単位w0の内部結線が行われ、高圧側巻線
w2又は低圧側巻線w1が作られる。 多数の同様な最小巻線単位の配列とこれらの巻
線単位の一次側巻線及び二次側巻線への結線との
今述べた原理を第4図に示す第2の実施例により
次に更に詳細に説明する。ここでも相互に向かい
合つた短い脚m1,m3と相互に向かい合つた長
い脚m2,m4とを有する方形の磁心が、中央の
窓状空所5を備えている。長い両脚m2,m4の
それぞれは三つの最小巻線単位w0を備え、これ
らの巻線単位の一次側ターンw01と二次側ターン
w02とはそれぞれ2本巻に相互の間隔aと磁心脚
への間隔bとを保つて磁心脚の周りに巻き付けら
れている。各巻線単位w0は二つの一次側ターン
w01と二つの二次側ターンw02とを有し、巻線単
位w0当たり相互に直列に接続された一次側ター
ンw01はここでも巻線分岐又は単に分岐と呼ば
れ、一次側の巻線分岐の場合には符号A1ないし
A6が付けられ、二次側巻線分岐の場合には符号
B1ないしB6が付けられている。磁心脚m4の
最小巻線単位w0のうちの二つではターンが図示
されていない。ターンが同様に残りの巻線単位に
対して配置されていることは自明である。一次側
巻線分岐A1は二つの巻線端a11,a12を有
し、この巻線分岐に対し2本巻に配置された二次
側の巻線分岐B1は二つの巻線端(又は巻線始
端)b11,b12を有する。すべての残りの五
つの最小巻線単位w0に対する符号付けは同様に
行われるので、従つて巻線分岐A6とB6が従属
する最小巻線単位w0は一次側の巻線端a61,
a62と二次側の巻線端b61,B62とを有す
る。下側の両巻線単位に対しては一次側ターン
w01の内部に電流矢印i1(白い矢印)と二次側ター
ンw02の内部に電流矢印i2(黒い矢印)とが記入さ
れている。下から見て左側の磁心脚m4の一次側
ターンw01は上昇する右ねじとして敷設され、一
次電流i1もこの方向に貫流するので、右ねじの法
則に従つて磁束方向Φ1(白い矢印)が生じ、これ
に反して二次側のターンw02は上から見て下降す
る右ねじとして敷設され、二次電流i2がこの方向
に貫流するので、磁束方向Φ1と反対向きの黒い
矢印で示された磁束方向Φ2が生じる。右側の磁
心脚m2上では一次側ターンw01と二次側ターン
w02とが、その中を流れる電流i1とi2とに基づいて
生じターンと鎖交する磁束Φ1とΦ2とが磁心M2
の周方向において左側の磁心脚m4の中の磁束と
同方向に向くように、敷設されかつ向きを定めら
れている。このことは第4図の右半分を考えて右
ねじの法則を用いれば容易に分かる。第4図に示
す装置は勿論第1図ないし第3図に示す装置より
も非常に融通性に富む。なぜならば例えば一次側
で分岐A1ないしA6がすべて又は二つのグルー
プに分けて又は三つのグループに分けて相互に並
列に接続できるからである。これに応じて二次側
では分岐B1ないしB6がすべて、又は例えば三
つのグループに分けて二対ごとに、又は二つのグ
ループに分けて三対ごとに相互に直列に接続でき
る。従つて所望の変成比u¨が設定でき、同様にパ
ルス変成器が昇圧器又は降圧変圧器として運転で
きる。巻線端a11ないしa62とb11ないし
b62とはここでも支持絶縁体の第4図に図示さ
れていない空所又は孔を通つて導かれてその中に
固定され、その際必要あればここでも外側に相応
の接続端子が付設できる(図示されていない)。 第5図に示す第3の実施例において、第1図な
いし第3図又は第4図に示す構造のパルス変成器
又は後に説明する第7図及び第8図に示す円環状
磁心構造のパルス変成器が気密の槽10の中に入
れられ、この槽は冷却する誘電液11として変圧
器油又はフツ化炭化水素を満たされている。第5
図に示す現実的な実施例に対しては磁心M3が方
形磁心であると仮定すれば、この磁心は第5図に
おいてはただ四つしか見えない孔を開けた隅桟1
2により、しかも上側の基礎板、下側の基礎板、
図示されていない引張り棒及び磁心M3の各正面
上に置かれた両支持絶縁体1.1,1.2を介し
て、槽10の内部中央に保持されている。図示さ
れた四つの隅桟のほかにパルス変成器の直方形又
はさいころ形の外形に応じて、その12のすべて
の稜に別の隅桟又は支持角材を付設することがで
きる(図示されていない)。それ故に絶縁液11
の熱対流を妨げないように、隅桟12の内部に孔
を設けるべきである。更に損失熱の放散には槽1
0の外周10.1上に配置された図示の冷却フイ
ン13が用いられる。低粘度のフツ化炭化水素を
用いる場合には熱放散に対して一般に自己対流で
十分であり、一方変圧器油を用いる場合には相応
の油供給管と油排出間(図示されていない)を介
して循環ポンプによる強制循環が推奨される。 第5図に示すパルス変成器は全体を符号PU¨に
より示されている。これはパルス発生器PEと共
に一つの構成ユニツトに集積されている。すなわ
ちパルス変成器PU¨の金属槽10はパルス発生器
PEの金属ケース14と金属的に伝導性にかつ機
械的に強固に結合されている。第5図と第6図と
を比べると、一次巻線W1の巻線接続点a11と
a22が槽10の端面壁10.2と金属的に伝導
性に接触され(接触点140)、また二次巻線W2の
高所に置かれた接続点b22が高圧ブツシング1
5により高圧に対して絶縁されて、向かい合つた
端面壁10.3を通つて外に向かつて導出されて
いることが分かる。二次巻線W2の他の巻線端b
11は接地の場合には同様に端面壁10.3と金
属的に伝導性に接触でき、又は二次巻線が接地さ
れないときには、同様に絶縁ブツシング15を通
つて外に向かつて高電圧に耐えるように導かれて
いる。それ故に巻線接続点b11のブツシング1
5は破線で示されている。 第5図と第6図とを比べると更に、パルス発生
器PEがブリユームライン(Bluemlein)回路を
有し、パルス発生器の方形の金属ケース14は既
に述べたように槽10に結合され、金属ケースは
二つの室16aと16bに分割されていることが
分かる。室16aはU字形の金属のコンデンサ板
2/3*とU字形脚の間に配置されたコンデンサ
板4/4*とを内蔵し、その際外側の金属ケース
はコンデンサ箔つまりコンデンサ板1/1*を形
成する。これらの符号1/1*,2/3*と4/4
*は第6図に示す第1の条導体コンデンサCFの箔
1*と2*及び第2の条導体コンデンサCKの箔3*
と4*のための符号に一致する。ブリユームライ
ン(Bluemlein)回路はパルス発生回路としてそ
れ自体公知であり、例えば欧州特許出願公開第
0024576号公報又はドイツ連邦共和国特許出願公
開第3323614号(特開昭60−27183)公報に図示さ
れかつ詳細に記載されている。 高速高圧スイツチング回路としてサイラトロン
THが用いられ、その陽極17は第5図及び第6
図に示すように両条導体コンデンサCKとCFの共
通の箔2/3*に、しかも分離壁16cの中の別
の高圧ブツシング15を介して結合されている。
これに対して陰極は室16bの金属のケース壁1
6dに接触され、この室はここでも図示した接地
電位の接続線Bにより接地されている。高電圧
HVは高圧導体18を介して別のブツシング1
5.1により室16bの金属壁16dを貫通し、
18.1の所で陽極に接続されている。 室16aの中に内蔵されケース壁16により形
成されたパルス発生器PEのパルス発生回路PEN
は水又はエチレングリコール水溶液又は誘電体1
10としての純粋のエチレングリコールにより作
動し、図示されていないパルス充電装置から充電
される。スイツチング要素(サイラトロンTH)
を内蔵する室16bの金属の室壁16dは電流帰
路として働く。 パルス変成器PU¨がサイラトロンの使用に限定
されないことを示すために、第6図にはスイツチ
ング要素THに並列に火花ギヤツプFの形の一般
に高速な高圧極間ギヤツプが破線により示されて
いる。この第6図において接地電位への接続部は
符号Bで示され、高電圧源への接続部は符号HV
で示され、更に通常接地電位にある(下側の)レ
ールは符号19で示され、通常高圧電位にある
(上側の)レールは符号20で示されている。こ
の場合にはパルス変成器PU¨の二次巻線w2の負荷
としてX線閃光放電管RRが設けられ、その際変
成比u¨は例えば3であり、すなわち一次巻線w1に
生じる例えば30kVの高圧パルスはパルス変成器
により約90kVの3倍の値に昇圧変成される。こ
の高圧パルスはX線閃光放電管RRに供給され、
このX線閃光放電管はサブマイクロ秒領域の強力
なX線パルスを発生する。 第7図及び第8図には円環状磁心M4と各二つ
のターンw01とw02に対する三つの最小巻線単位
w0とを有するパルス変成器が図示されている。
円環状磁心M4の窓開口5の投影の中に配置され
た星形の導体21は一次側分岐A1,A2,A3
の始端a11,a21,a31に接続され、外側
の円環状導体22は各一次側分岐の端部にa1
2,a22,a32の所で接続されている。一次
巻線w1の星形中性点は記号a0で示されている。
すべての三つの一次側分岐A1,A2,A3は相
互に並列に接続されていることが分かる。そのタ
ーンw02が一次巻線w1のターンw01に対してここ
でも2本巻に配置されている二次側分岐B1,B
2,B3は、相互に直列に接続されている。二次
巻線w2の巻線始端は符号b11で示され、巻線
終端は符号b32で示されている。それぞれ一次
側巻線分岐と二次側巻線分岐A1,B1:A2,
B2:A3,B3から成る三つの最小巻線単位
w0により3の変成比が実現され、その際巻線分
岐は各二つのターンw01又はw02を含む。 板状の二つの支持絶縁体1.1,1.2がここ
でも円環状磁心M4の正面から間隔cを置いて配
置され、適切な方法で基礎板3にまた相互に結合
されており、その際もこでも第1図ないし第3図
に相応し変圧器槽、誘電液及び高圧ブツシングは
省略されている。これらの部分が第5図に示す方
法で構成できることは自明である。環状磁心M4
と支持絶縁体1.1,1.2との間には絶縁材料
から成る間隔片23が挿入され、この間隔片は第
7図に示すように最小巻線単位w0の間の隙間に
配置されている。間隔片23は第7図では破線に
より略示されているに過ぎない。 第7図及び第8図に示す環状磁心パルス変成器
を用いて回転対称なパルス発生回路を有するパル
ス発生器が構成でき、スイツチング要素TH又は
Fへの円筒形の電流帰路とのできるだけ小さい接
続インダクタンスが実現できる(第5図及び第6
図参照)。 第9図及び第10図に示す5番目の実施例にお
いては、筒略化して図示したこの発明に基づく変
流器が両一次側巻線分岐Ai,Akの端部ai1,ai2又
はak1,ak2を支持絶縁体1,2により支持されて
いる。一次側の個々のターンw01はすべて直列に
接続されている(接続回路は図示されていない)。
ターンw02と二次側の巻線分岐Bi,Bkとを有する
大電流二次巻線w2は支持絶縁体1,1により支
持されている。大電流二次巻線w2は相互にすべ
て並列に接続された、又は少なくともグループご
とに相互に並列に接続された最小巻線単位を含む
ことができる。 第10図と関連して第9図は長円形磁心M5が
長く延びた長円形として構成されていることを示
す。その際スプリツトテープ磁心としての構造の
好ましくは高透磁性材料から成る長く延びた長円
形が推奨される。このスプリツトテープ磁心M5
は丈夫な支持梁24により巻線w1,w2に関して
位置固定して保持されている。この強固な保持部
は大電流力のために重要である。二次側の電流接
続部は第9図において下側の磁心脚m6に対して
符号b12(巻線始端)を付けられ、上側の磁心脚m
5上の二次巻線部分の巻線始端に対して符号bK2
を付けられ、これに対して符号b0は二次巻線w2
の電流供給又は電流導出のための共通の接続部を
示す。電流接続部bi2,bk2とb0は帯導体(図示さ
れていない)を介して主として2本線による負荷
への接続を可能にする。この変流器装置により数
μΩの二次巻線w2のオーム抵抗と数MAの電流パ
ルスが実現できる。 方形の管導体l20から構成された大電流巻線に
は銅損失の放散のための冷却液を貫流でき(第1
0図)、しかも容量に応じて直列に又は直並列に
又は個々のターンの冷却路により相互に並列に貫
流できる。この方式は中空の銅導体を符号l10で
表わした一次側の高圧巻線w1に対しても適宜使
用できる。従つて変流器又は大電流変流器の第9
図及び第10図に示した構造方式の際に、一次側
及び二次側の巻線w1,w2の冷却が冷却液(特に
水)により内側からも絶縁液により外側からも行
われ、この絶縁液は大容量の場合に及び/又は高
粘度の絶縁液の場合にポンプにより循環させるこ
とができる。
第1図はこの発明に基づくパルス変成器の第1
の実施例の第2図に記入の切断線−による断
面図、第2図は第1図に示すパルス変成器の縦断
面図、第3図は第1図に示すパルス変成器の一部
分を第2図に記入の切断線−により切断した
側面図、第4図はパルス変成器の第2の実施例の
要部正面図、第5図はパルス発生器と組み合わせ
たパルス変成器の第3の実施例の水平断面図、第
6図は第5図に示す装置をX線閃光放電管に接続
した回路図、第7図はパルス変成器の第4の実施
例の正面図、第8図は第7図に示すパルス変成器
の切断線−による断面図、第9図はパルス変
成器の第5の実施例の水平断面図、第10図は第
9図に示すパルス変成器の切断線−による断
面図である。 1.1,1.2……支持絶縁体、2……孔(支
持兼接続点)、3……基礎板、4,6ないし9…
…保持手段、5……窓、5.0……窓の軸、10
……容器、10.2,10.3……容器壁、11
……誘電性の液、15……高圧ブツシング、a,
b,c……最小間隔、a11ないしa26,b1
1ないしb26,ai1ないしak2,bi1ないしbk2……
巻線端、d……導体の太さ、l1,l2,l10,l20……
導体、m2,m4,m5,m6……磁心脚、w0
……最小巻線単位、w01,w02……ターン、w1,
w2……巻線、A1ないしA6,B1ないしB6,
Ai,Ak,Bi,Bk……巻線分岐、M1ないしM5
……磁心。
の実施例の第2図に記入の切断線−による断
面図、第2図は第1図に示すパルス変成器の縦断
面図、第3図は第1図に示すパルス変成器の一部
分を第2図に記入の切断線−により切断した
側面図、第4図はパルス変成器の第2の実施例の
要部正面図、第5図はパルス発生器と組み合わせ
たパルス変成器の第3の実施例の水平断面図、第
6図は第5図に示す装置をX線閃光放電管に接続
した回路図、第7図はパルス変成器の第4の実施
例の正面図、第8図は第7図に示すパルス変成器
の切断線−による断面図、第9図はパルス変
成器の第5の実施例の水平断面図、第10図は第
9図に示すパルス変成器の切断線−による断
面図である。 1.1,1.2……支持絶縁体、2……孔(支
持兼接続点)、3……基礎板、4,6ないし9…
…保持手段、5……窓、5.0……窓の軸、10
……容器、10.2,10.3……容器壁、11
……誘電性の液、15……高圧ブツシング、a,
b,c……最小間隔、a11ないしa26,b1
1ないしb26,ai1ないしak2,bi1ないしbk2……
巻線端、d……導体の太さ、l1,l2,l10,l20……
導体、m2,m4,m5,m6……磁心脚、w0
……最小巻線単位、w01,w02……ターン、w1,
w2……巻線、A1ないしA6,B1ないしB6,
Ai,Ak,Bi,Bk……巻線分岐、M1ないしM5
……磁心。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 それ自体で閉鎖された磁心脚が中央の窓5の
周りに配置され、それにより磁心の両正面が窓の
軸5.0に対し軸直角に延びる少なくとも一つの
磁心M1ないしM5と、この磁心M1ないしM5
に巻き付き磁心に及び相互に鎖交する少なくとも
各一つの低圧側巻線及び高圧側巻線w1,w2とを
備え、その際低圧側巻線と高圧側巻線のターン
w01,w02のための電気的に絶縁された金属の導
体l1,l2;l10,l20がほぼ相互に2本巻きで導かれ
ている、高電圧及び/又は大電流の短いパルスの
ための大容量パルス変成器において、 −低圧側巻線と高圧側巻線w1,w2の巻線導体l1,
l2;l10,l20の表面が絶縁液に関して高い熱伝達
率αを有し、 −低圧側巻線と高圧側巻線w1,w2のターンw01,
w02がターン相互間の第1の最小間隔aを保
ち、巻線を巻き付けられた磁心M1ないしM5
に対して第2の最小間隔bを保ち、かつ2本巻
きに相互に挟み合つて片持ちに支持して配置さ
れ、 −磁心の各側面の内の少なくとも一つに隣接し、
第2の最小間隔bと巻線w1,w2の導体太さd
との和より大きい第3の最小間隔(c>b+
c)を置いて支持絶縁体1.1,1.2が配置
され、その際支持絶縁体1.1,1.2の孔2
の中に低圧側巻線と高圧側巻線の少なくとも巻
線端a11ないしa26;b11ないしb2
6;ai1ないしak2,bilないしbk2が把持され、 −低圧側巻線及び高圧側巻線w1,w2と、これら
巻線を巻かれた磁心M1ないしM5の部分m
2,m4,m5,m6と、支持絶縁体1.1,
1.2の巻線が貫通する部分とが、絶縁冷却す
る誘電性の液11に浸され、 −基礎板3上に磁心M1ないしM5と支持絶縁板
1.1,1.2とを保持するための手段4,
6,7,8,9が誘電性の液11を内蔵する容
器10の内部に設けられ、また巻線導体l1,
l2;l10,l20の接続端のための高圧ブツシング1
5が容器壁10.2,10.3上に設けられる ことを特徴とする大容量パルス変成器。 2 最小巻線単位w0が巻線分岐A1ないしA6,
B1ないしB6;Ai,Ak;Bi,Bkの形の少なく
とも各一つの低圧側ターン配列と高圧側ターン配
列とから成り、両巻線分岐の相互に隣接するター
ンw01,w02がターンら線の軸方向に見て第1の
最小間隔aを保つて、相互に隣接しかつ相互に平
行に延びて従属する磁心脚に巻き付き、 −多数の並列に巻かれたかかる最小巻線単位w0
の巻線端が支持絶縁体1.1,1.2上の支持
兼接続点2へ導かれ、 −支持絶縁体1.1,1.2の接続点2上では選
択可能な数の巻線単位w0の低圧側巻線と高圧
側巻線w1,w2への内部結線が、所望の変成比u¨
を得るために行われていることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のパルス変成器。 3 磁心M1ないしM5の巻線を施された各磁心
脚に、又は巻線を施された磁心の両正面のおのお
のに各一つの支持絶縁体1.1,1.2が付設さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
又は第2項記載のパルス変成器。 4 支持絶縁体1.1,1.2が板状であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項
のいずれか1項に記載のパルス変成器。 5 低圧側巻線w1の巻線分岐A1,A2の形の
最小巻線単位の巻線端a11,a12,a21,
a22が一つの支持絶縁体1.2上に支持されて
結線され、また高圧側巻線w2の分岐B1,B2
の形の最小巻線単位の巻線端b11,b12,b
21,b22が他の支持絶縁体1.1上に支持さ
れて結線されていることを特徴とする特許請求の
範囲第3項記載のパルス変成器。 6 少なくとも大電流を導く巻線w2又はw1が中
空導体l20を用いた中空導体ターンから構成され、
この中空導体が冷却液により内部からも冷却可能
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項な
いし第5項のいずれか1項に記載のパルス変成
器。 7 大電流を導き並列に接続された巻線単位Bi,
Bkから成る二次巻線w2も、高電圧を導き相互に
直列に接続された巻線単位Ai,Akから成る一次
巻線w1も、中空導体l20,l10を用いた中空導体タ
ーンから構成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第6項記載のパルス変成器。 8 方形磁心を有する変成器として構成されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
第7項のいずれか1項に記載のパルス変成器。 9 円環状磁心を有する変成器として構成されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
し第7項のいずれか1項に記載のパルス変成器。 10 長円形磁心を有する変成器として構成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項な
いし第7項のいずれか1項に記載のパルス変成
器。 11 20℃において 0.016≦ρ[Ω・mm2/m]≦0.029の抵抗率を有す
る良導電性材料から成る巻線導体が、その表面上
に金属的に裸ないし薄い酸化被膜又はうすい保護
ワニスの変動幅の中にある構造を有することを特
徴とする特許請求の範囲第1項ないし第10項の
いずれか1項に記載のパルス変成器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3529915 | 1985-08-21 | ||
| DE3529915.0 | 1985-08-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6254412A JPS6254412A (ja) | 1987-03-10 |
| JPH033365B2 true JPH033365B2 (ja) | 1991-01-18 |
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ID=6279023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61195142A Granted JPS6254412A (ja) | 1985-08-21 | 1986-08-20 | 大容量パルス変成器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4763093A (ja) |
| EP (1) | EP0215286B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JPH03504429A (ja) * | 1988-04-20 | 1991-09-26 | シーメンス アクチェンゲゼルシヤフト | 特にteガスレーザー用の高出力の高電圧パルス発生装置および方法 |
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| KR970011191B1 (ko) * | 1988-11-17 | 1997-07-08 | 가부시끼가이샤 무라다세이사꾸쇼 | 코몬 모우드 초우크코일 |
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