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EP0660344A1 - Hochspannungstransformator sowie Verwendung - Google Patents

Hochspannungstransformator sowie Verwendung Download PDF

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Publication number
EP0660344A1
EP0660344A1 EP94114268A EP94114268A EP0660344A1 EP 0660344 A1 EP0660344 A1 EP 0660344A1 EP 94114268 A EP94114268 A EP 94114268A EP 94114268 A EP94114268 A EP 94114268A EP 0660344 A1 EP0660344 A1 EP 0660344A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage transformer
winding
secondary winding
insulating compound
transformer according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP94114268A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Scherb
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
ANT Nachrichtentechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH, ANT Nachrichtentechnik GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0660344A1 publication Critical patent/EP0660344A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage transformer with at least one secondary winding embedded in an insulating compound.
  • Such a high-voltage transformer is known from EP 0 105 942 B1.
  • their windings are cast in insulating materials.
  • the service life of these insulating materials and thus the functionality of the high-voltage transformers is heavily dependent on the electrical load, e.g. through flashovers and uncontrolled discharges.
  • the object of the present invention is therefore to take measures which reduce the electrical stress on these insulating materials, in particular in critical pressure ranges. This object is achieved by the measures according to claim 1.
  • the further claims show further developments or advantageous uses.
  • High-voltage transformers for space applications must meet special requirements.
  • switching regulators with downstream high-voltage transformers and rectifier elements and, if appropriate, voltage multiplier stages are used.
  • the switching regulators are operated with relatively high switching frequencies - 10 kHz to 100 kHz - so that inductors, capacitors and that Core material can be kept small in terms of their weight. Due to the relatively high switching frequencies, permanent glow discharges occur in the Paschen minimum, especially in the intermediate pressure range between atmospheric pressure and space conditions (vacuum) at low AC voltages (250 V at 20 kHz switching frequency).
  • FIG. 1 shows the basic structure of an embodiment of the high-frequency transformer according to the invention in a sectional view.
  • the cylindrical transformer core KE is surrounded by a primary winding w1, which is embedded in insulating material.
  • a metallic screen S1 is placed around this primary winding w1. It is conductively connected to a transformer housing or base SO.
  • the main insulation layer HW for example Makrolon cast in epoxy resin, is located above this metallic screen.
  • the main insulation layer is surrounded by the secondary winding or w2.
  • several secondary windings are provided, each in winding chambers K of a winding support WT are housed.
  • the individual layer windings LW of the secondary windings w2, which are arranged concentrically to the core KE, are embedded together with the winding carrier in the insulating compound IM, or are potted therewith.
  • this insulating compound IM depends on the specified service life of the high-voltage transformer. It can be taken from a service life curve for the material of the insulating compound IM.
  • the transformer encapsulation is loaded with maximum field strength on the outside and must therefore be sufficiently thick.
  • the outer circumference of the secondary winding (s) or the insulating compound IM still above it carries a conductive coating LS, e.g. a conductive lacquer that is grounded, e.g. by connection to the housing or base SO. It should be noted that the coating LS is not a short-circuit winding for the high-frequency transformer. So you must have at least one separation slot.
  • the connection ends 1, 2 of the secondary winding which are led out of the insulating compound IM are shielded.
  • the shield SI is also connected to ground potential and is preferably also contacted directly with the coating.
  • the shielding SI can be realized in that the connection ends 1, 2 are designed as coaxial lines from the exit from the chambers or the insulating compound IM.
  • the outer shield of the coaxial lines 1, 1 'and 2, 2' (FIG. 2), which is connected to ground potential, is thinly insulated and vacuum-tight for mechanical protection.
  • the high-voltage transformer is connected to rectifier elements which are arranged on a printed circuit board LP. These components are preferably together with the printed circuit board LP poured into an insulating potting compound VM.
  • the shield SI or the shield conductor of the coaxial lines 1, 1 'and 2, 2' are at least up to the circuit board LP or the encapsulating compound VM surrounding them.
  • connection end 1 i.e. the connection end of the lowest layer winding LW1
  • a chamber area KB which is separate from the rest of the winding chamber K, in order also to avoid flashovers or discharges, since this connection end can have a potential difference of, for example, up to 250 V with respect to each winding position.
  • the separation of the chamber area KB can, as shown in Fig. 1, be realized by an additional web on the chamber support WT, which has a hole for the connection end 1 at the chamber bottom.
  • the secondary winding w2 shows the wiring of one of the secondary windings w2 with a voltage doubler circuit, consisting of the diodes D1, D2 and the capacitors C1, C2.
  • the primary winding w1 is e.g. supplied with a voltage of 45 V via a switching regulator of rectangular pulses in the range from 10 to 100 kHz.
  • the rectified voltage at the series connection of the capacitors C1, C2 is e.g. 4 kV.
  • the end point of line 1, 1 ' is set to ground potential.
  • a further secondary winding with rectifier elements can be connected to the connection point 3.
  • the DC output voltages can be increased to increase the total voltage or to other high voltage consumers, e.g. lead to different electrodes of a traveling wave tube.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Hochspannungstransformatoren insbesondere für Weltraumanwendungen müssen besonderen Anforderungen genügen. Zum Schutz gegen Überschläge sind ihre Wicklungen (W1, W2) in Isoliermasse (IM) eingegossen. Um insbesondere Glimmentladungen in kritischen Druckbereichen zu vermeiden, wird die Isoliermasse (IM) der Sekundärwicklung/en (W2) außen leitfähig beschichtet. Die Anschlußenden (1,2) der Sekundärwicklung/en sind geschirmt (SI) ausgeführt und auf Massepotential gelegt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator mit mindestens einer in einer Isoliermasse eingebetteten Sekundärwicklung.
  • Ein solcher Hochspannungstransformator ist bekannt aus EP 0 105 942 B1. Um Überschläge an Hochspannungstransformatoren zu vermeiden, werden deren Wicklungen in Isoliermassen eingegossen. Die Lebensdauer dieser Isoliermassen und damit die Funktionsfähigkeit der Hochspannungstransformatoren ist stark abhängig von der elektrischen Beanspruchung, z.B. durch Überschläge und unkontrollierte Entladungen.
  • Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, Maßnahmen zu treffen, die die elektrische Beanspruchung dieser Isoliermassen, insbesondere in kritischen Druckbereichen, vermindern. Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche zeigen Weiterbildungen bzw. vorteilhafte Verwendungen auf.
  • Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen: Hochspannungstransformatoren für Raumfahrtanwendungen, z.B. zur Versorgung von Wanderfeldröhren, müssen besonderen Anforderungen genügen. Um aus kleinen Spannungen, z.B. aus Solarzellen, hohe Gleichspannungen zu erzeugen, werden Schaltregler mit nachgeschalteten Hochspannungstransformatoren und Gleichrichterelementen sowie gegebenenfalls Spannungsvervielfacherstufen verwendet. Die Schaltregler werden mit relativ hohen Schaltfrequenzen - 10 kHz bis 100 kHz - betrieben, damit Induktivitäten, Kapazitäten sowie das Kernmaterial bezüglich ihres Gewichtes klein gehalten werden können. Bedingt durch die relativ hohen Schaltfrequenzen treten insbesondere im Zwischendruckbereich zwischen Atmosphärendruck und Weltraumbedingungen (Vakuum) bereits bei niedrigen Wechselspannungen (250 V bei 20 kHz Schaltfrequenz) im Paschenminimum Dauerglimmentladungen auf. Wenn in einem solchen Druckbereich von 100 h Pa bis 10 - 2 h Pa ein Betrieb über mehrere Stunden zugelassen sein soll, kann die Isolierung geschädigt und damit die Lebensdauer eines solchen Hochspannungstransformators verringert werden. Durch die Maßnahmen der Erfindung werden solche Glimmentladungen im kritischen Druckbereich vermieden.
  • Anhand der Zeichnungen werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Hochspannungstransformators nach der Erfindung,
    • Fig. 2 die Beschaltung des Hochspannungstransformators mit Gleichrichterelementen.
  • Den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels des Hochfrequenztransformators nach der Erfindung zeigt Fig. 1 in einer Schnittdarstellung. Der zylindrische Transformatorkern KE ist von einer Primärwicklung w1 umgeben, die in Isoliermaterial eingebettet ist. Um diese Primärwicklung w1 ist ein metallischer Schirm S1 gelegt. Er ist mit einem Transformatorgehäuse bzw. -sockel SO leitend verbunden. Über diesem metallischen Schirm befindet sich die Hauptisolationsschicht HW, beispielsweise in Epoxydharz eingegossenes Makrolon. Die Hauptisolationsschicht ist von der oder den Sekundärwicklungen w2 umgeben. In Fig. 1 sind mehrere Sekundärwicklungen vorgesehen, die jeweils in Wicklungskammern K eines Wicklungsträgers WT untergebracht sind. Die einzelnen konzentrisch zum Kern KE angeordneten Lagenwicklungen LW der Sekundärwicklungen w2 sind mitsamt dem Wicklungsträger in die Isoliermasse IM eingebettet, bzw. mit dieser vergossen.
  • Die Stärke dieser Isoliermasse IM richtet sich nach der vorgegebenen Lebensdauer des Hochspannungstransformators. Sie kann aus einer Lebensdauerkurve für das Material der Isoliermasse IM entnommen werden. Der Transformatorverguß ist außen mit maximaler Feldstärke belastet und muß daher ausreichend dick sein. Der Außenumfang der Sekundärwicklung/en bzw. die noch darüber befindliche Isoliermasse IM trägt eine leitfähige Beschichtung LS, z.B. einen leitfähigen Lack, der auf Massepotential geführt ist, z.B. durch Verbindung mit dem Gehäuse oder Sockel SO. Zu beachten ist, daß die Beschichtung LS keine Kurzschlußwicklung für den Hochfrequenztransformator darstellt. Sie muß also zumindest einen Trennschlitz aufweisen. Die aus der Isoliermasse IM herausgeführten Anschlußenden 1, 2 der Sekundärwicklung sind geschirmt ausgebildet. Die Schirmung SI wird ebenfalls mit Massepotential verbunden und vorzugsweise auch direkt mit der Beschichtung kontaktiert.
  • Die Schirmung SI kann dadurch realisiert werden, daß die Anschlußenden 1, 2 ab dem Austritt aus den Kammern, bzw. der Isoliermasse IM als Koaxialleitungen ausgebildet sind. Der auf Massepotential gelegte äußere Schirm der Koaxialleitungen 1, 1' und 2, 2' (Fig. 2) ist zum mechanischen Schutz dünn isoliert und vakuumdicht ausgebildet.
  • Als ein mögliches Ausführungsbeispiel ist der Hochspannungstransformator mit Gleichrichterelementen beschaltet, die auf einer Leiterplatte LP angeordnet sind. Vorzugsweise sind diese Bauelemente mitsamt der Leiterplatte LP in eine isolierende Vergußmasse VM eingegossen. Die Schirmung SI bzw. die Schirmleiter der Koaxialleitungen 1, 1' und 2, 2' sind zumindest bis zur Leiterplatte LP oder der sie umgebenden Vergußmasse VM geführt.
  • Die Herausführung des Anschlußendes 1, d.h. das Anschlußende der untersten Lagenwicklung LW1, aus der Wicklungskammer K erfolgt in einem von der übrigen Wicklungskammer K getrennten Kammerbereich KB, um ebenfalls Überschläge oder Entladungen zu vermeiden, da dieses Anschlußende gegenüber jeder Wickellage einen Potentialunterschied von beispielsweise bis zu 250 V aufweisen kann. Die Abtrennung des Kammerbereichs KB kann, wie in Fig. 1 dargestellt, durch einen zusätzlichen Steg auf dem Kammerträger WT realisiert werden, der am Kammergrund eine Bohrung für das Anschlußende 1 aufweist.
  • Fig. 2 zeigt die Beschaltung einer der Sekundärwicklungen w2 mit einer Spannungsverdopplerschaltung, bestehend aus den Dioden D1, D2 und den Kondensatoren C1, C2. Die Primärwicklung w1 wird z.B. über einen Schaltregler von Rechteckpulsen im Bereich von 10 bis 100 kHz mit einer Spannung von 45 V gespeist. Die gleichgerichtete Spannung an der Reihenschaltung der Kondensatoren C1, C2 beträgt je nach Übersetzungsverhältnis z.B. 4 kV. Der Endpunkt der Leitung 1, 1' wird auf Massepotential gelegt. An den Anschlußpunkt 3 kann eine weitere Sekundärwicklung mit Gleichrichterelementen angeschlossen sein. Die Ausgangsgleichspannungen können zur Erhöhung der Gesamtspannung aufgestockt werden oder zu weiteren Hochspannungsabnehmnern, z.B. zu verschiedenen Elektroden einer Wanderfeldröhre führen.

Claims (7)

  1. Hochspannungstransformator mit mindestens einer in einer Isoliermasse (IM) eingebetteten Sekundärwicklung (w2) mit folgenden Merkmalen:
    - Die aus der Isoliermasse (IM) herausgeführten Anschlußenden (1, 2) der Sekundärwicklung/en (w2) sind geschirmt (SI) ausgebildet,
    - die Isoliermasse (IM) trägt außen eine leitfähige Beschichtung (LS),
    - die Schirmung (SI) sowie die leitfähige Beschichtung (LS) sind auf ein niedriges Potential, z.B. Massepotential, gelegt.
  2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Isoliermasse (IM) in Abhängigkeit einer vorgegebenen Lebensdauer des Hochspannungstransformators gewählt ist.
  3. Hochspannungstransformator, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußenden (1, 2) der Sekundärwicklung (w2) mit auf einer Leiterplatte (LP) angeordneten Gleichrichterelementen (D1, D2, C1, C2, ...) beschaltet sind, wobei die Schirmung (SI) zumindest bis zur Leiterplatte (LP) oder einer sie umgebenden Vergußmasse (VM) geführt ist.
  4. Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung/en (w2) in einer Wicklungskammer / in Wicklungskammern (K) untergebracht ist/sind, wobei für die Herausführung des Anschlußendes (1) in der untersten Lagenwicklung (LW1) eine von der übrigen Wicklungskammer (K) getrennter Kammerbereich (KB) vorgesehen ist.
  5. Verwendung des Hochspannungstransformators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 im Paschenminimum, insbesondere während der Startphase eines Satelliten.
  6. Verwendung des Hochspannungstransformators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 unter Weltraumbedingungen.
  7. Verwendung des Hochspannungstransformators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für eine insbesondere rechteckförmige Wechselspannung zwischen 10 und 100 kHz.
EP94114268A 1993-12-23 1994-09-10 Hochspannungstransformator sowie Verwendung Ceased EP0660344A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4344183 1993-12-23
DE4344183A DE4344183A1 (de) 1993-12-23 1993-12-23 Hochspannungstransformator sowie Verwendung

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Publication Number Publication Date
EP0660344A1 true EP0660344A1 (de) 1995-06-28

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ID=6506017

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EP94114268A Ceased EP0660344A1 (de) 1993-12-23 1994-09-10 Hochspannungstransformator sowie Verwendung

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EP (1) EP0660344A1 (de)
DE (1) DE4344183A1 (de)

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DE4344183A1 (de) 1995-06-29

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