CH414007A - Kaskadenspannungswandler - Google Patents

Description

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    Kaskadenspannungswandler   Besteht der Wunsch, bei hohen Spannungen induktive Spannungswandler zu verwenden, so ist hierfür zwecks Vermeidung von    Isolations-   und Transportschwierigkeiten die bekannte    Kaskadenbauweise   üblich, bei der zwei oder mehrere, mit getrennten Eisenkernen ausgerüstete Hochspannungsstufen in Reihe geschaltet sind und nur die unterste Stufe (Fussglied) eine Niederspannungswicklung als    Mess-      wicklung   aufweist. 



  Dadurch werden gegenüber einem einstufigen induktiven Spannungswandler    insofern   Vorteile    erzielt,   als die Stufen nur für die entsprechenden Teilspannungen isoliert zu werden brauchen und auch eine den    Transport      erleichternde   konstruktive Teilung erfolgen kann. 



  Um bei den    Kaskadenspannungswandlem   den Spannungsabfall in den einzelnen Stufen gleichmässig zu halten, werden Koppel- bzw. Ausgleich- oder Schubwicklungen verwendet. Der diese Wicklungen    durch-      fliessende   Koppelstrom soll die    Flussunterschiede   in den Eisenkernen der einzelnen Stufen bei Belastung des Fussgliedes mit der Bürde verringern, also ein gleiches magnetisches Verhalten der einzelnen Stufen    erzwingen.   



  Ein z. B. zweistufiger    Kaskadenwandler   mit Koppelwicklungen und vollständig gleichmässig ausgelegten Hochspannungswicklungen sollte bei Belastung ein Fehlerverhalten zeigen, das dem des Einzelgliedes bei der entsprechenden Spannung gleicht. Tatsächlich ist dieses Fehlerverhalten infolge von Störeinflüssen, die durch unterschiedliches magnetisches Verhalten und durch Kapazitätseinflüsse entstehen, anders. Die Nebenkapazitäten der Stufen sind sehr unterschiedlich und damit ist die Stufenimpedanz und somit auch der Spannungsabfall in den Stufen unterschiedlich. Die Koppelwicklungen führen schon im Leerlauf einen    Ausgleichstrom.   Die Bemessung der Koppelwicklungen hinsichtlich    Windungszahl   und Impedanz zur Erzielung einer gleichmässigen Spannungsverteilung macht jedoch Schwierigkeiten.

   Werden die Koppelwicklungen der Teilstufen gegeneinander geschaltet, so wird durch die Wirkung des Koppelstromes nur dann eine gleichmässige Hochspannungsverteilung erzielt, wenn an den Koppelwicklungen zufällig die notwendige treibende    Differenzspannung   vorhanden ist, die den für die    AW-Gleichheit   in    beiden   Stufen erforderlichen Koppelstrom aufbringt. Eine Vorausberechnung der notwendigen    Koppelwindungszahl   sowie der Impedanz der Koppelwicklung ist nur bei Kenntnis der Störeinflüsse möglich.

   Da diese erst im imprägnierten und zusammengebauten Zustand festgestellt werden können, ist ein nachträglicher Eingriff in den Koppelkreis    erforderlich.   Die Auslegung der Koppelwicklungen ist aus wirtschaftlichen Gründen durch den vorhandenen Wickelraum und die durch die Wickeltechnik gegebenen Drahtquerschnitte begrenzt. Üblicherweise wird der Kupferquerschnitt der Koppelwicklungen dem der Niederspannungswicklung entsprechend gewählt.    In   dem Wickelraum lässt sich demnach nur eine begrenzte    Anzahl   von Windungen unterbringen, so dass bei dem    Abgleich   am Koppelkreis Schwierigkeiten. wie beim    Abgleich   eines    Hoch-      spannungswandlers   im Niederspannungskreis auftreten.

   Das    Fehlerverhalten   eines Kaskadenspannungs- 

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    wandlers   in der üblichen Bauweise ist also wesentlich von der    Abgleichmöglichkeit   des Koppelkreises abhängig. 



  Um solche    Schwierigkeiten   zu vermeiden, weisen gemäss der Erfindung nur die von    Messsekundärwick-      lungen   freien Stufen ausser den Koppelwicklungen unmittelbar oder über eine    Impedanz   geschlossene    Hilfssekundärwicklungen   auf, wobei die Koppelwicklungen nur für den infolge der    Hilfssekundärwicklun-      gen   sich ergebenden, gegenüber dem Fall der Nichtbelastung letzterer geringeren Strom bemessen sind. 



  In der Zeichnung ist zur beispielsweisen Erläuterung der Erfindung ein Schemabild eines zweistufigen    Kaskadenspannungswandlers   mit den Hochspannungswicklungen P1 und P2, den Koppelwicklungen KI und K2 und der Messwicklung S gezeigt, bei dem in der oberen Stufe die zusätzliche Wicklung W vorgesehen ist. Wird diese Wicklung W z. B. mit halber Nennbürde belastet, was durch unmittelbaren Kurzschluss der Wicklung bei geeigneter Impedanz oder durch Kurzschluss über eine Impedanz I erfolgen kann, dann    fliesst   im Leerlauffall ein    Ausgleichkoppelstrom.   Wird nunmehr an die Messwicklung S in der unteren Stufe (Fussglied) eine Bürde B angeschlossen, so wird der Koppelstrom mit steigender Bürde kleiner, bis diese Bürde etwa gleich der Belastung der Wicklung W ist.

   Bei weiterer Steigerung der Bürde bis auf den Wert der Nennbürde wird der Koppelstrom wieder grösser, bis er wieder etwa die gleiche Grösse wie im    Leerlauffall   erreicht hat. Es fliesst also hier nur ein wesentlich geringerer Koppelstrom als bei den bekannten    Kaska-      denspannungswandlern;   bei dem hier gewählten Beispiel ist der Wert halbiert. 



  Man erkennt, dass für die Auslegung der Koppelwicklungen ein geringerer Kupferaufwand und damit ein geringerer Wickelraum als bei den bekannten    Kaskadenwandlern   benötigt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch Widerstandsänderungen an den Zusatzwicklungen    (W)   der oberen Teilstufen nach Betrag und Phase der    Kaskadenspannungswandler   stufenlos und feinfühlig abgeglichen werden kann. Dieser    Abgleich   kann, was besonders vorteilhaft ist, nach der Fertigung und nach dem Zusammenbau ohne Schwierigkeiten von aussen erfolgen, so dass die    Störeinflüsse,   besonders    kapazitiver   Art, abgeglichen werden können.

   Wird der notwendige Widerstand des Zusatzkreises ganz oder zum Teil in die Zusatzwicklung verlegt, so ist auf die thermische Beanspruchung Rücksicht zu nehmen. 



  Der durch die Klassengrenzen gegebene Raum für den Fehlergang in Abhängigkeit von der    Bürdenlei-      stung   kann auf Grund der    Abgleichmöglichkeit   bei dem    Kaskadenspannungswandler   gemäss der Erfindung voll ausgenutzt werden, so dass bei gleichem Aufwand eine grössere Nutzleistung zur    Verfügung   steht. 



  Wenn man durch besondere    Massnahmen   erreicht, dass die Belastung der Zusatzwicklungen W in gleichem Masse steigt wie die Nennbürde B, so vermag der Wandler einen grösseren    Bürdenbereich   zu bestreichen, ohne aus der vorgegebenen Klassengrenze zu fallen. Denn in jedem Belastungszustand besitzt der Koppelstrom und die durch ihn gegebenen Verluste ein Minimum.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Kaskadenspannungswandler mit benachbarte Kas- kadenstufen verkettenden Koppelwicklungen, dadurch gekennzeichnet, dass nur die von Messsekundärwick- lungen freien Stufen ausser den Koppelwicklungen unmittelbar oder über eine Impedanz geschlossene Hilfs- sekundärwicklungen aufweisen, und dass die Koppelwicklungen nur für den infolge der Hilfssekundärwick- lungen sich ergebenden, gegenüber dem Fall der Nichtbelastung letzterer geringeren Strom bemessen sind.

   UNTERANSPRUCH Kaskadenspannungswandler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Zusatzwicklung angeschlossene Impedanz in Abhängigkeit vom Bürdenstrom sich selbsttätig einstellend oder wahlweise einstellbar ausgebildet ist.