SE426121B - Hogspenningsomvandlare - Google Patents

Description

15 20 8102674-2 Enligt uppfinningen belastas högspänningstransformatorns sekundärsida med tvâ olika slag av likriktare, dels en spänningsmultiplicerarkopp~ ling innehållande kapacitanser i parallell med sekundärlindningen och dels en helvâgslikriktare med ett glâttningsfilter.Inverkan av sekun- därsidans kapacitans blir då väsentligt reducerad genom spänningsmul- tiplicerarkopplingen samtidigt som primärströmmens rampning vid använd- ning av enbart en spänningsmultiplicerarkoppling kan reduceras genom helvâgslikriktaren jämte glättningsfiltret.

Uppfinningen är kännetecknad så som det framgår av kännetecknande delen av patentkravet 1.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogade rit- ningar i vilka figur 1 visar ekvivalenta schemat för en transformator, figur 2 och 3 visar schematiskt kopplingsschena över kända spänningsom- Vafldlârê meö Sßënfiingsfördubblare respektive helvâgslikriktare. figur Å visar schematiskt kopplingsschemat för en omvandlare enligt upp- finningen, figur 5 visar kurvformer för vissa storheter, vilka uppträder i ekviva- lenta schemat enligt figur 1, figur 6 och 7 visar motsvarande storheter i spänningsonvandlarna enligt figurerna 2 resp 3, figur 8 och 9 visar motsvarande storheter i spänningsomvandlaren enligt figur 4. ur röR1NssFoRr1 Innan uppfinningen närmare beskrives skall med hänvisning till figurerna 10 15 20 25 8102674-2 1-3 och 5-7 kortfattat redogöras för problemställningen och nâgra kända utföranden av spânningsomvandlare.

Ekvivalenta schemat för en högspänningstransformator framgår av figur 1, där ingående beteckningen har följande betydelse: n = Omsättning sekundär'PPimärlindning = Ansluten spänning Ri = Spänningskällans och omkopplingselementets resistans K = Omkopplingselement Lp = Transformatorns primärinduktans (primär shuntinduktans) RT = Resistans i transformatorns primär- och sekundärlindningar LL = Transformatorns läckínduktans sedd från prinärsidan CS' = Sekundärlindningens självkapacitans överreducerad till primär- sidan enligt CS ° n Lf' = Filteçinduktorns induktans överreducerad till primärsidan Lf - ng Cf' = Filterkondensatorns kapacitans överreducerad till primärsidan _ 2 Cf n RL' = Lastresistans överreducerad till prinärsida RL - ši Före tillslag av K (vid föregående halvperiods slut) är Cs' oladdad. Vid tillslag av K mäste CS' laddas upp genom LL till en spänning pom är stör- re än UDC för att ström skall flyta genom Lf' och effekt överföras till I RL .

LL och CS' utgör en svängningskrets med en resonansfrekvens ____1____ = f Zfíl/LL CX" 0 Vid en omvandlareffekt av 2 kw är följande parametrar realistiska med en normalt lindad högspänningstransfornator red omsättning 1:10D.

LL = s_ H cs = 300 pr varvid cs' = 300 - 10"” - 1002 = 3 - 10-6 fo = 41 kHz zfnirs - 10 - -10° 8102674-2 10 15 20 25 30 Pâ grund av den dåliga dämpning, som erhålles via induktansen Lf' svänger primärströmmen kraftigt och endast lite effekt överföres till sekundärbelastningen se figur 5.

Ett sätt-att eliminera ringningarna är att belasta transformatorns sekundärsida med en spänningsmultiplicerare enligt figur 2. Med till- räckligt stor kondensator Cd erhålles topplikriktning. Kondensatorn Cs är parallellkopplad med kondensatorn Cd och inverkan av Cs kan för- summas. Denna koppling har som nackdel att såväl primårström som sekun- dârutspänning år belastningsberoende och primärströmmens rampning gör att styrning med pulsbreddsreglering belastar omkopplingselementet K mycket hârt, se figur 6 och 7.

Om transformatorns sekundärsida istället belastas med en helvâgslik- riktare RL och ett glättningsfilter Lf, Cf som visas i figur 3 kan be- lastningsberoendet hos primärströmmen och sekundärspänningen minskas, men problemet med inverkan av sekundärkapacitansen CS kvarstår.

Figur 4 visar kopplingsschemat över en utföringsform av uppfinningen.

Till primärsidan hos en högspänningstransformator T är anslutet dels en pulsspänningskälla U som avger ett pulstâg enligt figur 5 och dels en omkopplare K, exempelvis ett par antiparallellkopplade eifekttran- sistorer. Omkopplaren K styrs av en icke visad styrkrets för att om- växlande sluta och bryta strömmen i primärlindingen. Spänningsfallet Up över prímärlindingen är visat i figur 8 och 9. Högspänningstrans- formatorn T har förhållandevis lâg självkapacitans och lâga magnetis- ka förluster och effektförluster. Exempel på en sådan transformator är beskriven i svenska patentansökan 3102611_4. Sekundärsidan hos transformatorn T är uppdelad i tvâ sekundärlindningar eller sekun- därlindningssektioner s1 och sz. Ena sekundärlindingen s1 är anslut- en till en spänningsdubblarkoppling som består av dioderna D1 och D2 jämte kondensatorerna Cd1 och Cd2. Den andra sekundärlindningen 52 år ansluten till en helvâgslikriktare i form av en bryggkoppling av dioderna D3, D4, DS och D6. Ett glättningsfilter utgörs av induktan- sen_Lf och kondensatorn Cf, och år anslutet till diodbryggans ena diagonal, medan sekundärlindningen sz âr ansluten till den andra dia- gonalen. Sammanbindningspunkten av induktansen L, och kondensatorn Cf 10 15 20 25 30 8102674-2 är ansluten till kondensatorn Cd? och dioden D2. Vidare är omvandlarens utgång bildad av sammanbindningspunkten av dioden D1 och kondensatorn Cd1 i fördubblarkopplingen och den andra terminalen hos kondensatorn Cf i glättningsfiltret, varigenom utgângsspänningarna U1 och U2 frân fördubblarkopplingen respektive glättningsiiltret ligger i serie över den anslutna lasten RL.

Den föreslagna högspänningsomvandlaren innehåller således en trans- formator, vars sekundärsida är uppdelad i tvâ sekundärlindningsdelar s1och sz. Den ena lindningen S1 är belastad med en spänningsmultipli~ katorkoppling och den andra sz med en helvâgslikriktare och efterfölj- jande glättningsfilter. Dessa båda kretsar är serieanslutna och an- slutna till omvandlarens belastning.

Med denna kopplingsprincip utnyttjas fördelarna med både spänningsmul- tiplicerarkopplingen och bryggkopplingen.

Kondensatorerna Cd1, Cd2 belastar spänningsmultiplicerardelen och för- hindrar ringning i lindning s1. Spänningsmultiplicerarkopplingen är magnetiskt parallelluppkopplad med likriktarbryggan, varvid även lind- ning sz blir belastad och svängningarna över sz minskar avsevärt.

Resultatet blir att bâde god effektöverföringsförmâga och möjlighet till pulsbreddsreglering âstadkommits, kurvformer enligt figur 9.

Vid minskning av pulsbredden kommer spänningsmultiplicerardelen att i det närmaste bibehålla spänningen över kondensatorerna Cd1 och Cd2, nästan hela utspänningsminskningen ligger över bryggdelen, dvs över kondensatorn Cf.

Spänningsmultiplicerardelen behöver ej nödvändigtvis vara en fördubb- larkoppling som visat i figur 4 utan kan utgöras av en koppling som multiplicerar sekundärspänningen med högre tal än 2. Enda villkoret är att kopplingen innehåller kapacitanser, vilka parallelansluts till sekundärlindingen så att inverkan av sekundärlindningskapacitansen är försumbar.

Claims (2)

1. 8102674-2 10 15 20 25 P A T E N T K R A V 1 Högspänningsomvandlare innehållande en spänningskälla (U), som avger omväxlande positiva och negativa pulser, åtminstone ett styrbart omkopplingselement (K) för pulsbreddsreglering av nämnda pulser från spänningskällan, en högspänningstransformator (T) med en primårlind- ning (p) och två sekundärlindningsdelar (s1, s2), samt en likriktar- anordning ansluten till de båda sekundärlindningsdelarna, varvid trans- formatorns primärlindning (p) är ansluten till nämnda omkopplingsele- ment (K) för upptransformering av de pulsbreddsreglerade pulserna, k ä n n e tie c k n a d av att likriktaranordningen utgörs av dels en spänningsmultiplicerarkoppling innehållande kapacitanser (Cd1, Cd2) anslutna i parallell med nämnda ena sekundärlindningsdel (s1) och dels en helvågslikriktare (D3-D6) innehållande ett glättningsfilter (L, C) ansluten till den andra sekundärlindingsdelen (s2), varvid ena utgångs- terminalen hos glättningsfiltret är ansluten till spänningsmultipli- cerarkopplingens ena utgângsterminal och de båda övriga utgângstermi- nalerna hos multiplicerarkopplingen och glättningsfiltret bildar hög- spänningsomvandlarens utgång.

2. Högspänningsomvandlare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att spänningsmultiplicerarkopplingen är en fördubblarkopp- ling, som på känt sätt är uppbyggd av tvâ motsatt riktade dioder (D1, D2) anslutna till tvâ kondensatorer (Cd1, Cd2) vilka bildar nämnda kapacitanser i parallell med den ena sekundärlindningsdelen (s1). 3 _Högspänningsomvandlare enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att helvågslikriktaren utgörs av en diodbrygga (D3- D6), vars utgång är ansluten i serie med en induktans (Lf) och pa- rallellt med en kondensator (Cf), vilka bildar glättningsfiltret.