JPS6222351B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 電気的に絶縁性の流体で満たされて、夫々内
側および外側導体を有する２個のコイルとこれら
コイルを直列接続する金属シールドとを夫々備え
た複数のセクシヨンからなるセクシヨン化された
２次巻線を有する変圧器と、高電圧電極と、高電
圧導体と、支持絶縁体上に装着された整流器とを
受け入れる容器から成り、上記変圧器の上記２次
巻線の各セクシヨンが上記外側導体の１個により
上記整流器の１個に接続して１個の整流段を形成
するごとくなつており、上記変圧器２の上記２次
巻線６の各セクシヨン７の上記金属シールドが開
放金属リング１０として形成されていること、こ
れら金属リング１０が絶縁リング１８により分離
されていること、上記２次巻線６の上記各セクシ
ヨン７の各コイル９が上記金属リング１０の夫々
の外側表面に固定され且つその内側導体により上
記金属リング１０に接続されること、および上記
リング１０と１８のすべてが一緒に結合されて単
一の構造を形成することを特徴とする高電圧単位
整流器装置。

２ 前記金属リング１０と前記絶縁リング１８は
夫々の突出部１６を受ける溝１７により互いにリ
ンクされることを特徴とする請求の範囲第１項記
載の高電圧単位整流器装置。

発明の分野 本発明は高電圧電源、詳細には高電圧単位整流
器装置に関する。

発明の背景 高電圧単位整流器装置は低電圧交流を高電圧直
流に変換するための装置である。交流電圧を直流
電圧に変換するための装置は周知であり電気およ
び電子製造、モーターその他に給電するために
種々の技術分野で広く用いられている。変圧器お
よび整流手段はその基本構成要素である。高電圧
単位整流器装置の応用およびパラメータにもとづ
き、これら単位整流器装置は種々の出力および型
式の変圧器を使用し、単方向性の真空管および半
導体が整流器として使用される。或る種の高電圧
単位整流器装置は、直列または並列接続されて整
流器である集積構造要素を形成する複数の整流手
段を使用する。高電圧単位整流器装置は次のよう
に動作する。

所望の値の直流電圧に変換されるべき交流電圧
が変圧器の１次巻線に加えられ、その２次巻線
が、相互接続され且つこの２次巻線に接続される
整流器の整流手段に交流電圧を供給する。

負荷はこの整流器の出力に直列接続されてそれ
を流れる電流が整流器におけるように一方向性す
なわち直流となるようにする。

整流された電圧の値は変圧器の形成と印加電圧
とによりきまる。この整流電圧値は変圧器の１次
巻線に加えられる電圧を変化させることにより調
整出来る。この整流された電圧に不可避的に含ま
れるリツプルは特殊なフイルタの使用および適正
な整流回路の選択により減少または消滅させるこ
とが出来る。

高電圧および超高圧単位整流器装置の構造には
重要な問題が生じる。これらの場合には単位整流
器装置の所望の誘電強度を絶縁ギヤツプを増すこ
とにより与えるための特別な目安を用いるべきで
あり、このため単位整流器装置の総合寸法が異常
に大になる。これによれば或る目的に対してこれ
らを開放構造で使用することが不可能となる。特
に数十および数百キロボルト用の高電圧単位整流
器装置をつくることは困難である。この場合には
高電圧単位整流器装置の基本要素、すなわち変圧
器と整流器は例えば変圧器油または絶縁ガスのよ
うな電気的絶縁流体で満された密閉容器内に入れ
られる。このガスの誘電強度を増加するためには
一般に数気圧の圧力のもとでそれが使用される。
整流された高電圧はこの容器の壁を通して単位整
流器装置からとり出された高電圧導体を用いて容
器の外側にある負荷に与えられる。

３相変圧器、支持絶縁体に装着された整流器、
高電圧電極、および高電圧導体のすべてを電気的
絶縁流体で満された容器に収納した高電圧単位整
流器装置は周知である（ソ連邦発明者証第546128
号、1976年参照）。

しかしながら上記の高電圧単位整流器装置の構
造的特徴は、その軸方向寸法がこの整流回路の動
作に特別の条件を与えるために使用される３個の
絶縁ギヤツプにより増大するからその総合寸法を
大にし且つその重量を増加させる。この単位整流
器装置の正常動作には異つた電位を有する回路要
素間に高電圧絶縁を必要とする。３相ブリツジ回
路を使用する問題の高電圧単位整流器装置では整
流器に接続した変圧器の２次巻線の巻始めの部分
は変圧器の磁心の接地される部分から絶縁される
べきであり、これは夫々の絶縁ギヤツプにより行
われる。１つの共通点で相互に接続される２次巻
線の巻終り部分は２次巻線の上に配置される高電
圧電極から絶縁されるべきである。これは更に１
個の絶縁ギヤツプにより行われる。高電圧電極は
また変圧器の磁心の接地部分からも絶縁されるべ
きである。これは夫々の絶縁ギヤツプにより行わ
れる。これら３個の高電圧絶縁ギヤツプは容器の
外形寸法と重量を増加させるばかりでなく、磁心
の長さ、すなわち使用される電気的な鉄鋼の量も
増加させる。このため電気的な損失が増加しそし
て高電圧単位整流器装置の技術的および経済的特
性を劣化させる。

更に、このように多数の高電圧ギヤツプは電気
的破壊の可能性の増大により高電圧単位整流器装
置の信頼性を低下させる。

上述の高電圧単位整流器装置では整流器は整流
された高電圧を越える逆電圧のもとで動作するよ
うに使用される。現在ではそのような高電圧用の
整流器は商業的には得られない。従つてそのよう
な高電圧単位整流器装置の実現には直列接続され
た複数の標準整流器からなる特別の構造をもつ整
流装置が必要である。これはまたその整流装置の
整流器内での非均一電圧分布により高電圧単位整
流器装置の信頼性を低下させる。後者の現象は主
として整流装置の整流器の高電圧単位整流器装置
の構造要素との間に流れる容量性の電流により生
じる。

例えば負荷内の短絡または絶縁ギヤツプの破壊
により生じる過渡条件はそのような整流器装置に
おける整流装置内に特に望ましくない電圧分布を
生じさせる。或る整流手段にまたがる電圧がその
整流手段を故障させる許容範囲を越える値になる
ことがある。同様の情況は非常に多数の巻回数を
有する単一の円筒コイルとしてつくられる変圧器
の２次巻線にも生じうる。この場合、過渡現象が
巻回間絶縁を損傷する過電圧が隣接する巻回間に
生じうる。その結果２次巻線全体の交換が必要と
なる。高電圧整流ユニツトの信頼性は２次巻線と
整流器とを装着するために用いられる支持絶縁体
の使用によつても損われる。この絶縁体の長さの
増加は破壊電圧の減少をもたらすから電圧が増加
すると直接的にではないことは知られている。高
電圧での破壊の可能性は絶縁体表面における不均
一の電荷分布による絶縁体の局部的電界強度にも
とづき長い支持絶縁体について増加する。

同じく高電圧単位整流器装置（IJaF AN
SSSR、1974年号稿第74−11号）が知られてお
り、これは電気的絶縁流体で満された容器内に配
置された、夫々金属シールドを備え且つこのシー
ルドにより直列に接続されると共に夫々内、外導
線をもつ２個のコイルを有する複数のセクシヨン
とされた２次巻線を有する電圧器と、高電圧電極
と、高電圧導線と、支持絶縁体上に配置された整
流器とから成り、この変圧器の２次巻線の各セク
シヨンが外導線の１個により整流装置の１個と接
続して整流段をつくるようになつている。直流電
圧整流段はそれら段の電圧が加算されるように直
列に接続され、それにより高電圧電極に接続する
最終段の出力に所要の高電圧が生じる。この電圧
は容器に装着された絶縁体を通して高電圧導線に
より高電圧として容器の外側に配置された負荷に
加えられる。

上述の高電圧単位整流器装置は１個の高電圧ギ
ヤツプ、すなわち高電圧電極と変圧器磁心と容量
の接地部分との間のギヤツプのみを有する。２次
巻線がセクシヨン化されているので第１段のコイ
ル巻線の巻始めと変圧器の磁心および容器の接地
部分との間の絶縁ギヤツプおよび最終段のコイル
巻線の巻取りと高電圧電極との間の絶縁ギヤツプ
は最少となり、そして１段のみの電圧に対して設
計すればよい。その結果この高電圧単位整流器装
置の軸方向寸法は減少しそして変圧器の磁心の長
さは従来の単位整流器装置と比較して短縮され
る。このようにして、この高電圧単位整流器装置
の総合寸法と重量は減少する。これと同時にこの
高電圧単位整流器装置の信頼性は全整流電圧用に
設計される高電圧絶縁ギヤツプの数の減少により
改善される。変圧器の磁心が短くされたことによ
り変圧器の製造に必要な金属の量の減少が可能と
なり、それによりその電気的損失も減少される。
これによりこの単位装置の技術的および経済的特
性が改善される。セクシヨン化された２次巻線の
採用により市販の整流器、すなわち高出力電圧よ
り低く且つ段数によりきまる各段における整流さ
れた電圧用に設計された整流器の使用が可能にな
る。段数は所要の高電圧よび各整流器の許容電圧
により選ぶことが出来る。それ故その段の整流に
ある直列接続された整流手段の数は最少となり、
かくして高電圧単位整流器装置の信頼性が改善さ
れる。

各セクシヨンのコイルの巻回数もセクシヨン化
された２次巻線の使用により減少され、従つて過
渡状態におけるセクシヨンコイルの故障の可能性
も減少するのであり、すなわち高電圧単位整流器
装置の信頼性も改善される。

これと同時に、２次巻線の損傷の場合には損傷
したセクシヨンのみを取換えればよく、２次巻線
全体を交換する必要はない。

上述の高電圧単位整流器装置では１つの段の電
圧用に設計された個々の支持絶縁体が全高電圧用
の設計された支持絶縁体の代りに用いられる。高
さ全体にわたり強制された均一電位分布を有する
セクシヨン化された絶縁体がより高い誘電強度を
有することは知られている。これにより高電圧単
位整流器装置の信頼がより高くなる。

しかしながら、この高電圧単位整流器装置は分
離した部品を相互接続する多数の要素および多数
の整流手段を含むからむしろ複雑なものである。
実際には３個の絶縁プレートが各段に用いられて
この高電圧単位整流器装置内に整流器を設置する
ようになつており、これらプレートは３個の支持
絶縁体に設置される。２次巻線の各セクシヨンは
夫々の絶縁プレートに固定される。

このようにこれらセクシヨンと整流器の組立体
全体が多数の絶縁要素を含む積重ね体を形成す
る。そのような積重ね体では絶縁プレートへのセ
クシヨンの固定によつて多数の接続要素を用い変
圧器の１次巻線に対する２次巻線の同心配置を行
うことは出来ないのであり、これが１次巻線と２
次巻線の間のギヤツプに局部的な不均一電界をも
たらし、その結果この絶縁ギヤツプの誘電強度が
低下し、従つて信頼性が低下する。

更にそのような高電圧単位整流器装置の信頼性
は絶縁要素の数が増加しても損われる。

上述の高電圧単位整流器装置の構成では損傷し
た整流手段の取換えには整流段の完全な分解が必
要である。

更に絶縁プレートへのセクシヨンの固定により
コイルに損傷を与えることがあり、これによつて
も高電圧単位整流器装置の信頼性が損われる。

このように、従来の高電圧単位整流器装置はそ
の設計が複雑であり比較的に信頼性が低い。本発
明の目的は高電圧単位整流器装置の信頼性を改善
しその設計を単純なものにすることである。

発明の要約 本発明の主目的はセクシヨン化された２次巻線
が最少数の絶縁および接続要素を有するようにさ
れた高電圧単位整流器装置を提供することであ
る。

この主目的に鑑み、電気的絶縁流体で満され、
且つ金属シールドと、夫々内側および外側導体を
有しこの金属シールドにより相互に接続された２
個のコイルとを夫々有する複数のセクシヨンとし
て形成されるセクシヨン化された２次巻線を有す
る変圧器と、高電圧電極と、高電圧導線と、支持
絶縁体に設置された整流器とを内蔵した容器から
成り、上記変圧器の２次巻線の各セクシヨンが外
側導線の１つにより整流器の１個に接続して整流
段を形成するごとくになつており、そして本発明
によりこの変圧器の２次巻線の各セクシヨンの金
属シールドが開放金属リングとしてつくられてお
り、これらのリングが絶縁リングにより分離され
ており、２次巻線の各セクシヨンの各コイルがこ
れら金属リングの夫々の外側表面に固定されると
共にその内側導体により金属リングと接続し、す
べての上記リングが一緒になつて単一の堅固な構
造を形成するようにされた高電圧単位整流器装置
が提案される。

変圧器の２次巻線の各セクシヨンの金属シール
ドが間に絶縁リングを挾んだ開放金属リングとし
て形成されそして２次巻線のセクシヨンの１つの
コイルがこれら金属リングの夫々の外側表面に固
定されると共に内部導体により金属リングと接続
するようになつた高電圧単位整流器装置のセクシ
ヨン化された２次巻線のこのような構成はこの単
位装置の信頼性の改善と構成の単純化をもたらす
ものである。

本発明によれば金属シールドと絶縁リングを
夫々の突出部を受け入れる溝により互いにリンク
させるようにするとよい。

このような金属リングと絶縁リングの接続は２
次巻線のセクシヨンの製造時に精度の高い組立を
可能にすると共に信頼性を更に改善するものであ
る。

これらのおよび他の本発明の目的および利点は
図面に示す実施例の説明から明らかとなるであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高電圧単位整流器装置の
上面図である。

第２図は本発明による、第１図の線−にお
ける断面図である。

添附する図面は図式的なものであり、高電圧単
位整流器装置に組込まれる部品の寸法、要素の寸
法比、整流段の数およびその簡略図については何
ら限界的なものでなく本発明の精神とその実現の
可能性を例示することを目的としたものである。
本発明によるこの高電圧単位整流器装置は次のご
とくにすると最も良好である。

発明の最良の実施態様 本高電圧単位整流器装置は圧縮ガスSF₆である
電気的に絶縁性の流体で満された容器１とそれに
組込まれた３相変圧器２からなる。変圧器２はバ
ー４を備えた３−バー閉磁心３を有する。バー４
に装着されているのは１次巻線５と２次巻線６で
ある。２次巻線６は個々のセクシヨン７（第２
図）として形成される。１次巻線５（第１図）は
開放金属シールド８で囲まれる。２次巻線６の各
セクシヨン７（第２図）は２個のコイル９と開放
金属リング１０として形成された金属シールドを
有し、コイル９がこのシールドに固定される。コ
イル９の夫々の内側導体１１は、各セクシヨン７
においてコイル９が直列となるように金属リング
１０と接続する。コイル９（第１図）の巻始め部
分は外側導体１２とばね接点１３により整流器１
５の夫々の導体１４に接続する。コイル９の端部
は外側導体１２とばね接点１３により２個の他の
セクシヨン７（第２図）のコイル９の同様の端部
に接続する。このようにして変圧器２（第１図）
の２次巻線の３個づつのセクシヨン７と夫々の整
流器１５とが１つの整流段を形成する。そのよう
な整流段の数は30である。２次巻線６の各相のセ
クシヨン７（第２図）はその金属シールド上の環
形の突出部１６（第２図）と絶縁リング１８の
夫々の溝１７とにより１次巻線５（第１図）と同
心に単一の構造体として結合される。２次巻線６
の組立精度およびこの構造体の機械的堅固さを与
えるために、金属リング１０と絶縁リング１８は
圧力ばね２０によりフランジ１９で圧縮される。
この圧縮力はプレート２２にねじ込まれるボルト
２１により調節される。短絡した巻回の形成を防
止するために金属リング１０は半径方向のスロツ
ト２３（第１図）を設けて不完全な形で形成し、
このスロツト２３にエポキシ化合物を充填してあ
る。整流器１５は２本のアームを有しそして支持
絶縁体２５に配置された金属リング２４（第２
図）にその中点で固定される。各整流段において
支持絶縁体２５の金属リング２４は外側リング２
６により相互に接続される。リング２４と２６の
数はそれ故整流段の数に等しい。

上述の機能に加えてリング２４は支持絶縁体２
５の表面に電位分布をつくるように作用し、そし
て、リング２６は高電圧組立体と容器１（第１
図）の壁との間の電界を等化させて高電圧単位整
流器装置の信頼性を改善する。整流器１５は、そ
の一方の導体１４が１相の磁心に装着されたセク
シヨン７の導体１２と等電位面内に置かれ整流器
１５の他方の導体１４（第１図）が他の相の磁心
に装着された隣接する整流段のセクシヨン７の導
体１２と等電位面内になるように支持絶縁体２５
上に配置される。セクシヨン７（第２図）への整
流器１５（第１図）のこのような接続の特徴は、
整流器１５の一方のアームが１つの整流段の整流
手段であり他方のアームが第１のものの上に装着
された１つの整流段の整流手段であるといる事実
によるものである。支持絶縁体２５の１つの内側
には高電圧ケーブル２８からなる高電圧導体２７
が配置され、それに金属リング２９が固定され
る。ピン３０が高電圧ケーブル２８のリング２９
を支持絶縁体２５の夫々のリング２４に電気的に
接続する。高電圧導体２７のケーブル接続部長さ
は支持絶縁体２５のそれに対応し、それ故高電圧
単位整流器装置の外径寸法を増加させることはな
い。

高電圧ケーブル２８は高電圧電極３１が配置さ
れているプレート２２と接続する。高電圧ケーブ
ル２８は容器１（第１図）から引き出されて負荷
に接続する。本発明による高電圧単位整流器装置
の動作は３相変圧器からなる従来の３相ブリツジ
回路を使用する単位整流器装置と同様である。
夫々の整流器により直流電圧用に直列に接続され
た全部で30個の整流段がこの回路を使用する。こ
のように最終の整流段の出力はすべての段の整流
された電圧の和となる。高い整流された電圧の値
は変圧器の１次巻線に加えられる交流電圧の値を
調整することにより調整される。

産業上の応用 本発明は、異つた材料をそれに新しい有用な特
性を与えるためまたは新しい物質をつくるために
処理するための、加速された電子を用いる放射線
化学の種々な設備用の直接作用形高出力加速器用
加速電圧源として加速装置に実用するに極めて適
している。

本発明はまた例えば異つた高電圧装置のテスト
を必要とする種々の装置に高直流電圧を供給する
にも使用出来る。

本発明による高電圧単位整流器装置は保守時間
を短縮させ、材料（鋼、絶縁材料）の節約を可能
にし、そして高い信頼性と設計の簡潔さを特徴と
するものである。