CZ9867U1 - Zapojení měničového transformátoru s dvojcestným usměrňovačem - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká nového zapojení transformátoru a dvojcestného usměrňovače u výkonových měničů s polovodičovými spínači, zvláště určených pro získávání vyšších, případně velmi vysokých napětí.

Dosavadní stav techniky

Zapojení a konstrukce obvodů s transformátory a usměrňovači výkonových měničů, pracujících na středních a vyšších frekvencích a transformujících původní napájecí napětí na podstatně vyšší úroveň bývá spojeno s problémy. Zvláště pak tehdy, je-li třeba získávat výstupní napětí velmi vysoké, spolu s poměrně vysokým výstupním proudem. Hlavní potíže způsobují vnitřní vzájemné kapacity a indukčnosti jednotlivých částí vysokonapěťového vinutí, které na vyšších pracovních frekvencích vyvolávají značné místní jalové proudy, které pak na reálném odporu těchto částí vinutí vyvolávají značné výkonové ztráty. To způsobuje značné zahřívání vinutí, zhoršuje účinnost celého měniče a zvyšuje technické nároky na odvádění ztrátového tepla. Tyto potíže se dosud minimalizovaly několika prostředky. Sekundární vysokonapěťové cívky se konstruovaly tak, aby měly co možno nejmenší vlastní kapacity. Takže se vinuly křížově. Používal se poněkud silnější vodič, než bylo z hlediska standardního proudového zatížení třeba. Hlavně se však používala nižší pracovní frekvence měniče. Tím se ovšem úměrně ztrácela hlavní výhoda měniče což je malá velikost jeho výkonového transformátoru.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody dosud známých řešení odstraňuje zapojení podle tohoto technického řešení, spočívající v tom, že sekundární vinutí je provedeno ve dvou větvích. Každá z těchto větví je pak dále rozdělena na sekce se samostatnými vývody, kteréžto sekce jsou vinuty ve stejném smyslu tak, že každá sekce první větve sekundárního vinutí i každá sekce druhé větve sekundárního vinutí tvoří vždy jednu vrstvu sekundárního vinutí začínající vždy na stejné straně sekundární cívky.

Mezi vývody těchto sekcí, vždy konec předchozí a začátek následné, jsou zapojeny ve stejném smyslu napěťově odpovídající dílčí části usměrňovače, s výhodou diody s lavinovou závěrnou charakteristikou dimenzovaného pro součtové napětí celé usměrňovačové větve. Přitom před začátek první a za konec poslední sekce, jsou odpovídající části usměrňovačové větve vřazeny ve stejném smyslu rovněž. Jejich druhé vývody jsou připojeny k výstupním vývodům měniěe, přičemž s nimi mohou být také spojeny stínící fólie koncových sekcí.

Větve sekundárního vinutí jsou umístěny každá na samostatné první části a druhé části primárního vinutí a ty pak každá na svém sloupku transformátorového jádra, přičemž obě části primárního vinutí jsou spojeny paralelně k připojovacím svorkám primárního vinutí, zatímco začátky prvních sekcí sekundárních vinutí, které jsou umístěny nejblíže primárním vinutí, jsou přes usměrňovači koncové diody připojeny jednak ke svorce pro zpětnou vazbu a jednak- přes zpětnovazební rezistor k zemi, když konce vinutí posledních sekcí obou větví sekundárních vinutí jsou přes usměrňovači koncové diody spojeny s výstupní vysokonapěťovou vývodkou.

Navrhovaným rozdělením celé větve částmi usměrňovače se od sebe jednotlivé sekce pro střídavé napětí a proud oddělí a tím se jejich jalové složky minimalizují.

-1 CZ 9867 Ul

Přehled obrázků na výkresech

Zapojení podle technického řešení je schematicky znázorněno na obrázku 1 na připojeném výkresu.

Příklady provedení technického řešení

Zapojení podle technického řešení je v příkladném provedení zhotoveno tak, že na dvou sloupkovém feritovém transformátorovém jádře 4 je na každém jeho sloupku navinuto nejprve na prvním, první část I a na druhém, druhá část 2 primárního vinutí, jejichž vývody jsou spojeny paralelně a přivedeny na připojovací svorky 3 primárního vinutí. Na těchto obou vinutích jsou izolovaně položeny spodní vrstvy stínící fólie 9, které jsou spojeny jednak spolu, jednak se io svorkou 12 pro zpětnou vazbu a ještě přes zpětnovazební rezistor H se zemí. Dále nad těmito vrstvami následují na prvním i druhém sloupku po sobě vinutí jednotlivých sekcí 7 a 8 první i druhé větve sekundárního vinutí. Ta jsou vždy navinuta jen v jedné vrstvě, začínající shodně vždy najedná straně a končící na druhé straně cívky příslušné větve. Všechny sekce 7 i 8 obou větví sekundárního vinutí mají stejné počty závitů. Začátky prvních sekcí 7 i 8, které jsou nejblíže příslušným částem primárních vinutí, jsou připojeny přes jednu z dvojice shodně orientovaných koncových usměrňovačích diod 15 a 16 první i druhé větve sekundárního vinutí jednak ke spodním stínícím fóliím 9, jednak ke svorce 12 pro zpětnou vazbu a přes zpětnovazební rezistor 13 k zemi. Konce vinutí těchto prvních sekcí, první 7 i druhé 8 větví sekundárního vinutí jsou spojeny se začátky dalších následných sekcí 7 a 8 vinutí obou větví sekundárního vinutí přes první usměrňovači diody 5 a 6 první i druhé větve sekundárního vinutí. Konce druhých sekcí 7 a 8 prvních i druhých větví sekundárního vinutí jsou opět přes další usměrňovači diody 5 a 6 první i druhé větve sekundárního vinutí k dalším začátkům následných sekcí, jejichž konce znovu přes další, opět shodně polarizované usměrňovači diody 5 a 6 první i druhé větve sekundárního vinutí. Takto se zapojení začátků a konců jednotlivých dalších následných sekcí 7 a 8 a usměrňovačích diod 5 a 6 obou větví sekundárního vinutí stále za sebou opakuje až po zapojení začátků posledních sekcí. Konce posledních sekcí 7 a 8 jsou pak přes, opět stejným směrem, jako usměrňovači diody 5 a 6 polarizované, koncové usměrňovači diody 15 a 16 připojeny k výstupní vysokonapěťové vývodce JO. Celkově takto zapojené větve sekundárních vinutí musí mýt smysly vinutí sekcí první větve 5 a druhé větve 6 vzájemně zapojeny opačně vůči paralelně spojeným částem primárního vinutí. Paralelně k usměrňovacím diodám 5 a 6 i ke koncovým usměrňovacím diodám Γ5 a 16 první i druhé větve sekundárního vinutí mohou být ještě paralelně připojeny srovnávací rezistory 13.

Zapojení podle technického řešení pracuje následovně. Při připojení napětí jedné polarity na připojovací svorky 3 primárního vinutí se naindukují v každé sekci 7 první větve sekundárního vinutí napětí stejné velikosti i stejného průběhu. Pokud budou mít v této půl periodě právě polaritu takovou, že usměrňovači diody 5 této větve budou vodivými, pak se všechna dílčí napětí sekcí sečtou a na výstupní vysokonapěťové vývodce 10 bude napětí, odpovídající jejich součtu. Ve druhé větvi sekundárního vinutí se v téže době na jejich sekcích 8 naindukují napětí s opačnou polaritou, takže usměrňovači diody 6 této druhé větve budou nevodivými. Napětí jednotlivých sekcí 8 se tedy neseětou a na výstupní vysokonapěťové vývodce se nijak neprojeví. V další půl periodě napětí, přivedeného na připojovací svorky 3 primárního vinutí se jeho polarita oproti předcházející obrátí. Tím se obrátí i vzájemně i funkce obou větví sekundárního vinutí, jejich sekcí, jejich usměrňovačích i koncových diod a součtové napětí na výstupní vysokonapěťovou vývodku 10 dodá druhá větev sekundárního vinutí. Vzhledem k tomu, že u všech jednotlivých sekcí, jak po sobě následují, jsou vždy oproti sousedním na jejich začátcích i koncích, prakticky i ve všech jejich částech, střídavá napětí stejných velikostí a průběhů, neuplatňují se tak také prakticky vůbec na činnost jejich vzájemné kapacity. Výsledná usměrňovaěová činnost tohoto zapojení je takto shodná s činností běžného dvoucestného usměrňovače avšak vytvořeného bez jakýchkoliv parazitních kapacit. To umožňuje funkci tohoto zapojení

-2CZ 9867 Ul s velmi nízkými vlastními ztrátami i na relativně vysokých pracovních frekvencích, jejichž horní hranice jsou pak již omezeny především frekvenčními vlastnostmi dalších zúčastněných obvodových prvků. Pro toto zapojení je samozřejmě výhodné využít pro všechny, v zapojení zúčastněné usměrňovači diody 5, 6, 15, 16, diody s lavinovou, či zenerovou charakteristikou v závěrné oblasti, která zajišťuje jednak vlastní přepěťovou ochranu těchto obvodových prvků a jednak i rovnoměrné rozdělení stejnosměrných potenciálů, které zůstávají na jednotlivých sekcích 7 i 8 vinutí větví sekundárního vinutí v době, kdy připojené diody právě nejsou ve vodivém režimu. Diody v lavinové oblasti však mají dosti omezený ztrátový výkon, kteiý by nemusel být při všech aplikacích dostatečný. V takovém případě je možno ještě paralelně k diodám připojit srovnávací odpory 13, které vyrovnávací funkci závěrných charakteristik diod výkonově podpoří.

Průmyslová využitelnost

Zapojení podle vynálezu, které je příkladně popsáno, lze také analogicky modifikovat i pro jiné případy. Například pro měničový transformátor s jednocestným, nebo i můstkovým dvoucestným usměrňovačem.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zapojení měničového transformátoru s dvojcestným usměrňovačem, vyznačující se t í m , že sekundární vinutí transformátoru je rozděleno na sekce (7) první větve a na sekce (8) druhé větve, které jsou za sebou v sérii propojeny přes shodně řazené usměrňovači diody (5)

   20 v první větvi a přes usměrňovači diody (6) ve druhé větvi.
2. 2. Zapojení podle nároku 1, vyznačující se tím, že každá sekce (7) první větve i každá sekce (8) druhé větve sekundárního vinutí tvoří vždy jednu závitovou vrstvu sekundárního vinutí, začínající vždy na stejné straně sekundární cívky a končící na její druhé straně, když všechny sekce (7) a (8) vinutí jsou vinuty ve stejném smyslu.

   25
3. 3. Zapojení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že za posledními a před prvními sekcemi (7) a (8) sekundárních vinutí v obou větvích jsou ještě připojeny stínící fólie (9) , přičemž první a poslední ze sekcí (7) a (8) jsou k sousedním sekcím (7) a (8) připojeny přes usměrňovači koncové diody (15) a (16), které jsou zapojeny ve stejném smyslu jako usměrňovači diody (5) a (6).

   30
4. 4. Zapojení podle nároků 1, 2 a 3, vyznačující se tím, že k usměrňovacím diodám (5), (6), (15) a (16), jež mají s výhodou lavinovou závěrnou charakteristiku, jsou připojeny paralelně srovnávací rezistory (13).
5. 5. Zapojení podle nároků laž4, vyznačující se tím, že větve sekundárního vinutí jsou umístěny každá na samostatné první části (1) a druhé části (2) primárního vinutí a ty

   35 pak každá na svém sloupku transformátorového jádra (4), přičemž obě části primárního vinutí jsou spojeny paralelně k připojovacím svorkám (3) primárního vinutí, zatímco začátky prvních ze sekcí (7) a (8) sekundárních vinutí, které jsou umístěny nejblíže primárním vinutí, jsou přes usměrňovači koncové diody (15), (16) připojeny jednak ke svorce (12) pro zpětnou vazbu a jednak přes zpětnovazební rezistor (11) kzemi, když konce vinutí posledních sekcí (7) a (8)

   40 obou větví sekundárních vinutí jsou přes koncové usměrňovači diody (15), (16) spojeny s výstupní vysokonapěťovou vývodkou (10).