NL8902474A - Pulstransformator. - Google Patents

Description

Pulstransformator

De uitvinding heeft betrekking op een pulstransformator voor het transformeren van laagspanningspulsen naar hoogspanningspulsen, waarbij de pulstransformator is voorzien van een, op een laagspanningspulsen genererende pulsgenerator aansluitbare primaire wikkeling; van een van hoogspanningsaansluitpunten voorziene secundaire wikkeling en van een transformatorkern welke althans voor een deel door de primaire en secundaire wikkeling is omgeven.

Een dergelijke pulstransformator kan worden toegepast in een radarzender t.b.v. het genereren van radarzendpulsen. De transformator is dan geplaatst tussen een pulsvormend netwerk en een hoogvermogenoscillator zoals bijvoorbeeld een magnetron of een klystron. De transformator moet dan door het pulsvormend netwerk gegenereerde spanningspulsen van bijvoorbeeld enkele honderden Volts, duizenden Ampères en met een tijdsduur in de grootte orde van microseconden, transformeren naar spanningspulsen van tientallen kVolts en tientallen Ampères. De getransformeerde pulsen worden toegevoerd aan het klystron c.q. magnetron voor opwekking van pulsen met radargolflengtes.

Deze pulsen moeten met een zekere herhalingsfrequentie worden gegenereerd waarbij de tijd tussen opeenvolgende pulsen wordt gebruikt door een radarontvanger om echo's van uitgezonden pulsen te ontvangen. Om echter meteen na uitzending van een puls een echo te kunnen ontvangen moeten de pulsen steile flanken bezitten.

Pulsen met minder steile flanken kunnen ontstaan ten gevolge van de zogenaamde spreidingszelfinductie van de pulstransformator. Dit treedt op als de koppeling tussen een primaire en secundaire wikkeling van de transformator niet optimaal is. Het door de primaire wikkeling gegenereerde elektro-magnetische veld wordt dan vaak niet volledig omvat door de secundaire wikkeling.

Ook toevoerleidingen kunnen een bijdrage geven tot de spreidingszelfinductie evenals tussen de wikkelingen en kern aanwezige niet-geleidende ruimtes ten gevolge van noodzakelijke isolatie.

Uit GB-A 2.103.426 is een uitvoering bekend van een dergelijke pulstransformator voorzien van een ringkem waarbij de ringkern wordt omgeven door een secundaire toroïde wikkeling en de primaire wikkeling door veel isolatiemateriaal van de secundaire wikkeling gescheiden is en deze volledig omvat.

Bij gebruik van een ringkern met toroïde wikkelingen om de kern wordt bevorderd dat het veld hoofdzakelijk binnen de kern opgesloten blijft. Echter hierbij is veel tussenruimte nodig voor isolatie tussen de primaire en secundaire wikkeling. Deze isolatieruimte geeft weer aanleiding tot een minder optimale koppeling tussen de wikkelingen.

De pulstransformator overeenkomstig de uitvinding beoogt een transformator met weinig spreidingszelfinductie te verschaffen door tussenruimtes tussen de wikkelingen onderling en met de kern zoveel mogelijk te beperken. De pulstransformator is daartoe voorzien van verbindingsmiddelen tussen de secundaire wikkeling en de transformatorkern voor het op hoogspanning brengen van de transformatorkern en waarbij de secundaire wikkeling voor althans een deel over zijn breedte is omgeven door de gehele primaire wikkeling.

Doordat de transformatorkern in spanning met de secundaire wikkeling meeloopt, is nu geen of weinig isolatie nodig tussen de secundaire wikkeling en de kern. Hierdoor wordt een betere koppeling verkregen en de spreidingszelfinductie tegengegaan.

Bij een uitvoering van de pulstransformator waarbij de primaire wikkeling is uitgevoerd als een folie met geleidend materiaal gewikkeld om de eveneens als een folie met geleidend materiaal uitgevoerde secundaire wikkeling is het spanningsverschil tussen opeenvolgende lagen beperkt. Hierdoor is de benodigde isolatieruimte tussen deze wikkelingen minimaal, hetgeen eveneens de spreidingszelfinductie verder reduceert.

Een verdere beperking van de spreidingszelfinductie wordt bereikt bij een uitvoering waarbij de transformatorkern door middel van de primaire wikkeling is vastgeklemd aan een elektrisch geleidend ondersteuningslichaam en het ondersteuningslichaam onderling geisoleerde delen omvat waarvan een stroomtoevoerend deel en een stroomafvoerend deel respectievelijk een contactvlak hebben met de geleidende zijde van een stroomtoevoerend uiteinde en een stroomafvoerend uiteinde van de primaire wikkeling.

Hierdoor kan de tussenruimte tussen de primaire en secundaire wikkelingen tot een minimum worden beperkt en wordt een goed gedefinieerde elektrische aansluiting verkregen.

De uitvinding zal worden verduidelijkt aan de hand van de volgende figuren, waarvan

Fig. 1 een deel van een elektrisch principeschema van een radarzender met een pulstransformator weergeeft;

Fig. 2 een schematische uitvoeringsvorm van een pulstransformator met ondersteuningslichaam weergeeft; en Fig. 3 schematisch een zijaanzicht van de wikkelingen en kern van de pulstransformator in fig. 2 in de richting van de lijn Α-Δ weergeeft.

De pulstransformator volgens de uitvinding kan op een in fig. 1 schematisch weergegeven wijze in een radarzendketen worden toegepast. Hierin genereert een, op een voeding 1 aangesloten pulsgenerator 2 pulsen met een voor radar geschikte tijdsduur en frequentie. De pulsgenerator 2 bevat daartoe bekende pulsvormende middelen, zoals netwerken met vertragingslijnen en schakelmiddelen met bijvoorbeeld thyristoren. De gegenereerde pulsen worden op bekende wijze via een snel verzadigbare spoel 3 aan de pulstransformator 4 toegevoerd. De spoel 3 blokkeert de pulsen totdat de schakelmiddelen in de pulsgenerator 2 volledig in geleiding zijn gekomen om vermogensverlies over de schakelmiddelen te voorkomen.

De aan de pulstransformator 4 toegevoerde pulsen hebben karakteristieke pulslengtes rond 1 με, karakteristieke piek-spanningen rond 400 V en karakteristieke piekstromen rond 8000 A.

De pulstransformator 4 transformeert deze laagspanningspulsen tot hoogspanningspulsen met karakteristieke piekspanningen van 80 kV en piekstromen van 40A. De bereikte transformatieverhouding is in dit geval dus 1 : 200 hetgeen aanzienlijk hoger is dan gebruikelijk voor pulstransformatoren. De hoogspanningspulsen worden vervolgens weer toegevoerd aan een radarzender 5, zoals een magnetron of klystron, welke op basis van de toegevoerde pulsen radargolven opwekt met overeenkomstige pulslengte. De radargolven worden tenslotte via een antenne 6 uitgestraald.

De in fig. 2 weergegeven uitvoeringsvorm van de pulstransformator volgens de uitvinding omvat een transformatorkem 7, primaire wikkelingen 8 en secundaire wikkelingen 9. De, uit gebruikelijk materiaal bestaande transformatorkem 7 is opgebouwd uit twee aaneengesloten en een magnetisch circuit vormende U-vormige delen waarvan op twee tegenoverliggende delen de wikkelingen 8 en 9 zijn aangebracht. De kern kan echter ook E-vormig zijn met om drie kerndelen een primaire en secundaire wikkeling of U-vormig zijn met maar op één deel een primaire en secundaire wikkeling. Van belang is echter dat ten behoeve van een goede koppeling, de primaire wikkeling 8 de secundaire wikkeling 9 zo nauw mogelijk aansluit.

De, in dit geval als een folie uitgevoerde, primaire wikkeling 8 is daartoe met behulp van bevestigingsmiddelen 13, 14 en 15 vastgeklemd op een uit drie delen 10, 11 en 12 bestaand ondersteuningslichaam.

De delen 10, 11 en 12 van het ondersteuningslichaam zijn van elektrisch geleidend materiaal waarbij het deel 12 door een isolatielaag 16 elektrisch is geisoleerd van de delen 10 en 11. Deel 12 maakt elektrisch contakt met een door het bevestigingsmiddel 14 vastgeklemd deel van de elektrisch geleidende zijde van de primaire wikkeling 8. Hierbij is de naast de transformatorkern 7 liggende zijde van de primaire wikkeling 8 niet van een isolerende laag voorzien.

De delen 10 en 11 maken elektrisch contakt met, door de bevestigingsmiddelen 13 en 15 vastgeklemde uiteinden van de primaire wikkeling 8. De delen 10 en 11 zijn vervolgens door bevestigingsmiddelen 17 elektrisch verbonden met een geleidende plaat 18.

Het deel 12 steekt door een opening van de plaat 18 en is door bevestigingsmiddelen 19 en 20 aan de andere zijde hierop vastgeklemd. Tussen het deel 12 en de plaat 18 is een tweezijdig geleidende folie 21 aangebracht waarvan de zijden door een isolatielaag onderling zijn gescheiden. De folie 21 is via de verzadigbare spoel 3 verbonden met de pulsgenerator 2. De primaire stroomweg loopt dan via de met het deel 12 contact makende zijde van de folie 21, het deel 12, de primaire wikkeling 8, de delen 10 en 11, de plaat 18 en de met de plaat 18 contact makende zijde van de folie 21. Tussen de plaat 18 en deel 12 bevindt zich verder nog de spoel 3,

De primaire wikkeling 8 is bij voorkeur uitgevoerd als een folie met aan één zijde een geleidende laag. Dit heeft het voordeel dat de spanningsverschillen tussen lagen onderling beperkt blijven tot, in dit geval, 400 V per laag. Hierdoor is weinig ruimte nodig voor isolatie tussen de lagen en wordt een compacte opbouw verkregen wat weer gunstig is voor de spreidingszelfinductie en koppeling.

De delen van de secundaire wikkeling 9 welke het dichtst bij de primaire wikkeling 8, respectievelijk transformatorkem 9 liggen, zijn via laagspanningsleidingen 22, respectievelijk hoogspannings-leidingen 23 extern aansluitbaar uitgevoerd. Hierbij zijn de hoogspanningsleidingen 23 door middel van een, de kern omgevende klemring 24 elektrisch verbonden met de transformatorkem 7.

De secundaire wikkeling 9 is gewikkeld op een, niet in de figuur weergegeven wikkellichaam welke de transformatorkem 7 vrij omgeeft. Eén van de hoogspanningsleidingen 23 is via een als condensator 25 uitgevoérde wisselstroomkoppeling met de kern 7 verbonden, waarbij de condensator 25 nagenoeg geen weerstand vormt voor de gegenereerde pulsen maar daarentegen een hoge weerstand vormt voor een, op bekende wijze over de secundaire wikkeling 9 aangelegd laagfrequente wisselspanning ten behoeve van een gloeidraad van een aan te sluiten magnetron.

Hierbij wordt opgemerkt dat er verschillende wijzen zijn waarop de kern 7 elektrisch met de secundaire wikkeling kan worden gekoppeld. In een andere uitvoering wordt bijvoorbeeld een deel van de secundaire wikkeling 9 rechtstreeks op de kem 7 gewikkeld en ontbreekt het wikkellichaam.

De secundaire wikkeling 9 kan in. een-andere uitvoeringsvorm uitgevoerd zijn als een draadwikkeling, alhoewel dan meer ruimte voor isolatie nodig zal zijn.

In fig. 3 is een zijaanzicht van de pulstransformator volgens de lijn A-A in fig. 2 weergegeven. De laagspanningsleidingen 22 worden zover mogelijk van de transformatorkem 7 gehouden. De verhouding van de breedte van de primaire wikkeling 8 met de breedte van de secundaire wikkeling 9 bepaalt in belangrijke mate de transforma-toreigenschappen. Bij voorkeur is de secundaire wikkeling 9 breder uitgevoerd dan de primaire wikkeling 8.

Claims (6)

1. Pulstransformator voor het transformeren van laagspanningspulsen naar hoogspanningspulsen waarbij de pulstransformator is voorzien van een, op een laagspanningspulsen genererende pulsgenerator aansluitbare primaire wikkeling; van een van hoogspanningsaansluit-punten voorziene secundaire wikkeling; van een tranformatorkern welke althans voor een deel door de primaire en secundaire wikkeling is omgeven; van verbindingsmiddelen tussen de secundaire wikkeling en de transformatorkern voor het op hoogspanning brengen van de transformatorkern en waarbij de secundaire wikkeling voor althans een deel over zijn breedte is omgeven door de gehele primaire wikkeling.

2. Pulstransformator volgens conclusie 1, waarbij de verbindingsmiddelen een tussen de transformatorkern en een hoogspannings-aansluitpunt aangebrachte flexibele geleider omvatten.

3. Pulstransformator volgens conclusie 1, waarbij de verbindingsmiddelen een de transformatorkern rakend deel van de secundaire wikkeling omvatten.

4. Pulstransformator volgens één van de conclusies 1 tot en met 3, waarbij de primaire wikkeling is uitgevoerd als een folie met geleidend materiaal gewikkeld om de eveneens als een folie met geleidend materiaal uitgevoerde secundaire wikkeling.

5. Pulstransformator volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de transformatorkern twee U-vormige kerndelen omvat welke elkaar op uiteinden raken en waarbij twee tegenover elkaar liggende kernstukken van de transformatorkern elk worden omgeven door een primaire en een secundaire wikkeling en de primaire respectievelijk secundaire wikkeling om het ene kernstuk verbonden is met de primaire respectievelijk secundaire wikkeling van het andere kernstuk.

6. Pulstransformator volgens conclusie 4 of 5, waarbij de transformatorkern door middel van de primaire wikkeling is vastgeklemd aan een elektrisch geleidend ondersteuningslichaam en het ondersteuningslichaam onderling geïsoleerde delen omvat waarvan een stroomtoevoerend deel en een stroomafvoerend deel respectievelijk een contactvlak hebben met de geleidende zijde van een stroomtoevoerend uiteinde en een stroomafvoerend uiteinde van de primaire wikkeling.