NO157237B - Hoeyspenningsomformer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en høyspenningsomformer

av den art som er angitt i patentkrav 1. Nærmere bestemt tilsiktes en omformer, i hvilken likeretteranordningen på

den inngående høyspenningstransformatorens sekundærside er gitt en spesiell utførelse. En slik omformer anvendes f.eks. til effektmatning i radarutstyr.

Høyspenningsomformere for fra en pulsformet spenning å frembringe en likespenning, hvis nivå kan varieres ved å pulsbredderegulere innkommende spenningspulser, er ål-

ment kjent i flere utførelser. Svensk patentpublikasjon 7707182-7 beskriver f.eks. et taktstyrt nettilslutnings-aggregat, hvilket er beregnet for lavere spenninger, men i hvilket den inngående transformatorens primærside er koblet til styrbare omkoblingselementer og sekundærsiden er koblet til et utjevningsfilter. Transformatoren i den kjente omformeren har flere sekundærviklinger, over hvilke dels den spenningsstabiliserte utgangsspenningen,

dels en ustabilisert utgangsspenning fåes.

Ved transformering i høyspenningsomformere der omsetning-

en i den inngående transformatoren er høy (>1:20) oppstår problemer når transformatoren mates med pul.sbredderegu-

lert firkantspenning, hvis frekvens er større enn 10 kHz. Problemet skyldes i stor grad at transformatorens sekundær-vikling har en viss egenkapasitans, som innvirker på effektoverføringen ved høye spenningsnivåer over sekundærviklingen. Dette kan til en viss grad nøytraliseres ved å utnytte en kapasitiv spenningsmultipliseringskobling. Anvendelse av en slik kobling medfører imidlertid den ulem-

pe at primærstrømmen vokser lineært under omkoblingselementets ledende periode (sagtannform) istedenfor å være konstant, hvilket hardt belaster omkoblingselementet.

Ifølge oppfinnelsen er høyspenningsomformeren karakteri-

sert ved at likeretteranordningen utgjøres av dels en spenningsmultipliseringskobling inneholdende kapasitanser

tilkoblet i parallell med nevnte ene sekundærviklingsdel og dels en helbølgelikeretter inneholdende et utjevningsfilter koblet til den andre sekundærviklingsdelen, hvorved den ene utgangsterminalen hos utjevningsfilteret er koblet til spenningsmultipliseringskoblingens ene utgangsterminal og de to øvrige utgangsterminalene hos multipliseringskoblingen og utjevningsfilteret danner høyspenningsomformerens utgang.

Innvirkning av sekundærsidens kapasitans blir da vesent-lig redusert gjennom spenningsmultipliseringskoblingen samtidig som primærstrømmens sagtannform ved anvendelse av bare en spenningsmultipliseringskobling kan reduser-

es gjennom helbølgelikeretteren samt utjevningsfilteret.

Oppfinnelsen skal nærmere beskrives under henvisning til vedlagte tegninger i hvilke

Fig. 1 viser det ekvivalente skjemaet for en transformator. Fig. 2 og 3 viser skjematisk koblingsskjerna over kjente spenningsomformere med spenningsfordoblere respektive helbølgelikerettere, Fig. 4 viser skjematisk koblingsskjemaet for en omformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 viser kurveformer for visse størrelser, hvilke opp-trer i det ekvivalente skjemaet ifølge fig. 1. Fig. 6 og 7 viser tilsvarende størrelser i spenningsom-formerne ifølge fig. 2 respektive 3. Fig. 8 og 9 viser tilsvarende størrelser i spenningsomform-eren ifølge fig. 4.

Innen oppfinnelsen nærmere beskrives under henvisning til figurene 1 - 3 og 5 - 7 skal kortfattet redegjøres for pro-blemstillingen og noen kjente utførelser av spenningsomformere .

Det ekvivalente skjemaet for en høyspenningstransformator fremgår av fig. 1, der inngående betegnelser har følgende

betydning:

n = Omsetning sekundær-primærvikling

E = Tilkoblet spenning

Ri = Spenningskildens og omkoblingselementets resistans K = Omkoblingselement

Lp = Transformatorens primærinduktans (primær shunt-induktans)

RT = Resistans i transformatorens primær- og sekundærviklinger

= Transformatorens lekkinduktans sett fra primærsiden C s ' = Sekundærviklingens egenkap2asitans transformert til

primærsiden ifølge Cg ' n

Lf 1 = Filterinduktorens induktans transformert til pri-

1

mærsiden L-. • —2

f n

Cf ' = Filterkondensatorens kapasitans transformert til

2

primærsiden * n

RT' = Lastresistans transformert til primærside RT • 1

L L

Før innkobling av K (ved foregående halvperiodes slutt) er Cg ' uladet. Ved innkobling av K må Cg <1> lades opp gjennom L-^ til en spenning som er større enn UD(_, for at strøm skal flyte gjennom L^' og effekt overføres til RL'-

og C ' utgjør en svingningskrets med en resonansfrekvens

Ved en omformereffekt av 2 kw er følgende parametre realist-iske med en normalt viklet høyspenningstransformator med omsetning 1:100.

På grunn av den dårlige dempning som fåes via induktansen 1 svinger primærstrømmen kraftig og bare lite effekt over-føres til sekundærbelastningen se fig. 5.

En måte å eliminere ringningene er å belaste transformatorens sekundærside med en spenningsmultipliserer ifølge fig. 2. Med tilstrekkelig stor kondensator C, fåes topplikeretning. Kondensatoren C er parallellkoblet med kondensatoren C, og innvirkning av Cg kan ignoreres. Denne kobling har som ulempe at såvel primærstrøm som sekundærutspenning er belastnings-avhengige og primærstrømmens sagtannform gjør at styring med pulsbredderegulering belaster omkoblingselementet K meget hardt, se fig. 6 og 7.

Hvis transformatorens sekundærside istedenfor belastes med en helbølgeretter RL og et utjevningsfilter L^, C f som vises i fig. 3 kan belastningsavhengigheten hos primærstrømmen og sekundærstrømmen minskes, men problemet med innvirkning av sekundærkapasi,tansen Cg gjenstår.

Fig. 4 viser koblingsskjemaet over en utførelsesform av oppfinnelsen. Til primærsiden hos en høyspenningstransformator T er tilkoblet dels en pulsspenningskilde U som avgir et pulstog ifølge fig. 5 og dels en omkobler K, f.eks. et par antiparallellkoblede effekttransistorer. Omkobleren K styres av en ikke vist styrekrets for omvekslende å slutte og bryte strømmen i prirnærviklingen. Spenningsfallet U over primær-viklingen er vist i fig. 8 og 9. Høyspenningstransformatoren T har forholdsvis lav egenkapasistans og lave magnetiske tap og effekttap. Eksempel på en slik transformator er beskrevet i svensk patentpublikasjon 8102611-4. Sekundærsiden hos transformatoren T er oppdelt i to sekundærviklinger eller sekundær-viklingsseksjoner s1 og s2. Den ene sekundærviklingen s£ er koblet til en spenningsdobblerkobling som består av diodene Dl og D2 samt kondensatorene Cdl og Cd2. Den andre sekundærviklingen s2 er koblet til en helbølgelikeretter i form av en brokobling av diodene D3, D4, D5 og D6. Et utjevningsfilter utgjøres av induktansen L f og kondensatoren Cf/ og er koblet til diodebroens ene diagonal, mens sekundærviklingen er koblet til den andre diagonalen. Sammenbindingspunktet av induktansen Lf og kondensatoren C, er koblet til kondensatoren C,- °9 dioden . Videre er omformerens utgang dannet av sammenbindingspunktet av dioden Dl og kondensatoren Cdl i fordobblerkoblingen og den andre terminalen hos kondensatoren Cp i utjevningsfilteret, hvorved utgangsspenningene Ul og U2 fra fordobblerkoblingen respektive utjevningsfilteret ligger i serie over den tilkoblede lasten R .

Den foreslåtte høyspenningsomformeren inneholder således en transformator, hvis sekundærside er oppdelt i to sekundær-viklingsdeler s^ og s^. Den ene viklingen s^ er belastet med en spenningsmultiplikatorkobling og den andre s_ med en hel-bølgelikeretter og etterfølgende utjevningsfilter. Disse to kretser er seriekoblet og koblet til omformerens belastning.

Ved dette koblingsprinsipp utnyttes fordelene med både spenningsmultipliseringskoblingen og brokoblingen.

Kondensatorene Cdl, Cd2 belaster spenningsmultipliseringsdelen og forhindrer ringning-i vikling s^ Spenningsmultipliseringskoblingen er magnetisk parallelloppkoblet med like-retterbroen, hvorved også vikling s^ blir belastet og sving-ningene over minsker betraktelig.

Resultatet blir at både god effektoverføringsevne og mulig-het for pulsbredderegulering tilveiebringes, kurveformer ifølge fig. 9.

Ved minskning av pulsbredden vil spenningsmultipliseringsdelen i det nærmeste bibeholde spenningen over kondensatorene Cdl og Cd2, nesten heler utspenningsminskningen ligger over brodelen, d.v.s. over kondensatoren C^.

Spenningsmultipliseringsdelen behøver ikke nødvendigvis være en fordobblerkobling som vist i fig. 4, men kan utgjøres av en kobling som multipliserer sekundærspenningen med høyere tall enn 2. Eneste vilkåret er at koblingen inneholder kapasistanser, hvilke parallellkobles til sekundærviklingen slik at innvirkning av sekundærviklingskapasistansen er ubetydelig.

Claims (3)

1. Høyspenningsomformer som inneholder en spenningskilde (U), som avgir omvekslende positive og negative pulser, i det minste et styrbart omkoblingselement (k) for pulsbredderegulering av nevnte pulser fra spenningskilden, en høyspenn-ingstransformator (T) med en primærvikling (p) og to sekundær-viklingsdeler (sl, s2), samt en likeretteranordning koblet til de to sekundærviklingsdelene, idet transformatorens primærvikling (p) er koblet til nevnte-omkoblingselement (K) for opptransformering av de pulsbredderegulerte pulsene, karakterisert ved at likeretteranordningen utgjøres av dels en spenningsmultipliseringskobling inneholdende kapasi;tanser (Cdl, Cd2) tilkoblet i parallell med nevnte ene sekundærviklingsdel (sl) og dels en helbølgelike-retter (B3-D6) inneholdende et utjevningsfilter (L, C) koblet til den andre sekundærviklingsdelen (s2), hvorved den ene utgangsterminalen hos utjevningsfilteret er koblet til spenningsmultipliseringskoblingens ene utgangsterminal og de to øvrige utgangsterminalene hos multipliseringskoblingen og utjevningsfilteret danner høyspenningsomformerens utgang.

2. Høyspenningsomformer som angitt i krav 1, karakterisert ved at spenningsmultipliseringskoblingen er en fordob.lerkobling, som på kjent måte er opp-bygget av to motsatt rettede dioder (Dl, D2) koblet til to kondensatorer (Cdl, Cd2) hvilke danner nevnte kapasitanser i parallell med den ene sekundærviklingsdelen (sl).

3. Høyspenningsomformer som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at helbølgelikeretteren utgjøres av en diodebro (D3-D6), hvis utgang er koblet i serie med en induktans (L^) og parallelt med en kondensator (C^), hvilke danner utjevningsfilteret.