DE2500034A1 - Hochspannungsisolierter transformator - Google Patents

Description

9489-74 3. Dezember 1974

Dr. ν. B/S

Steigerwald Strahltechnik GmbH., 8000 München 70, Haderunstr.1a Hochspannungsisolierter Transformator

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformator mit zwei durch einen Magnetkreis induktiv miteinander gekoppelten Wicklungen und einem diese gegeneinander isolierenden, hochspannungsfesten Isolierkörper.

Es ist bekannt, Transformatoren zur Übertragung elektrischer Energie oder Signale über hohe Potentialdifferenzen zu verwenden. Transformatoren für diesen Zweck enthalten im allgemeinen zwei induktiv miteinander gekoppelte Wicklungen, die einen möglichst großen Abstand voneinander haben und ausreichend gegeneinander elektrisch isoliert sind.

Um die erforderliche elektrische Isolation zu gewährleisten, ist es bekannt, den Transformator unter Ol zu betreiben und/oder mit einer isolierenden Vergußmasse zu vergießen. Die Verwendung von Ul zur Isolation 1st zumindest unbequem, während vergossene Transformatoren teuer und zeitraubend in der Herstellung sind, sich nicht reparieren lassen und bei Alterung der Vergußmasse unbrauchbar werden können. Bei Verwendung sowohl von öl als auch von Vergußmasse, z.B.

609828/0410

-nor' ii A Ί fi

Gießharz, muß sehr große Sorgfalt aufgewendet werden, um Lufteinschlüsse zu vermeiden, die die Spannungsfestigkeit bekanntlich erheblich beeinträchtigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen TransformatorHir hohe Potentialunterschiede anzugeben, der sich durch ein sehr hohes Isolationsvermögen auszeichnet, einfach und billig in der Herstellung sowie sehr zuverlässig im Betrieb ist und auch gegebenenfalls leicht repariert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Transformator gelöst.

Da der Isolierkörper des vorliegenden Transformators aus einem unabhängig vom Transformator selbst hergestellten und prüfbaren Stück Isoliermaterial besteht, tritt die Gefahr von Isolationsfehlern durch Lufteinschlüsse und dergl. praktisch nicht auf. Die Herstellung erfiLgt durch einfaches Bohren und gegebenenfalls Fräsen, ohne daß dabei besondere Sorgfalt aufgewendet zu werden braucht, um die gewünschte Spannungsfestigkeit zu gewährleisten. Teure Gießformen sind nicht erforderlich. Der Transformator läßt sich leicht montieren und gewünschtenfalls, z.B. zu Reparaturzwecken, wieder demontieren. Für einen vorgegebenen Potentialunterschied können kleinere Transformatorenkerne verwendet werden als bei den bekannten Konstruktionen, oder es läßt sich mit einem vorgegebenen Kern eine wesentlich höhere Spannungsfestigkeit erreichen.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des vorliegenden Transformators sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1a und b eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf einen Transformator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

609828/04 10

Figur 2a, b und c Ansichten eines Isolierkörpers des Trans, formators gemäß Figur 1 von drei verschiedenen Seiten und

Figur 3a, b und c Ansichten entsprechend Figur 2 einer anderen Ausführungsform eines Isolierkörpers für einen Transformator gemäß der Erfindung·

Der in Figur 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Transformator hat eine Primärwicklung 10 und eine auf einem Wickelkörper 11 angeordnete Sekundärwicklung 12, die durch einen Magnetkern 14 induktiv miteinander gekoppelt sind. Zur elektrischen Isolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung dient ein Isolierkörper 16, der an eine Metallschiene 18 angeschraubt ist und außer zur elektrischen Isolation auch zur mechanischen Halterung des Transformators dient.

Der Isolierkörper besteht aus einem isolierenden Werkstoff, z.B. einem polymeren Kunststoff, wie Akrylharz.

Wie aus Figur 2 am deutlichsten ersichtlich ist, hat der Isolierkörper 16 die Form eines Quaders mit zwei parallelen Hauptflächen 20 und 22, zwei senkrecht zu diesen verlaufende lange Schmalseiten 24, 26 sowie zwei senkrecht zu den vorgenannten Flächen bzw. Seiten verlaufende kurze Schmalseiten 28, 30 von der kurzen Schmalseite 28 aus, an der die Metallschiene 18 befestigt ist, erstrecken sich zwei im Abstand voneinander und parallel zueinander verlaufende Sack- oder Blindbohrungen 32, 34 parallel zu den Hauptflächen 22 und 24 sowie den langen Schmalseiten 24 und 26 in den Isolierkörper 16. Diese Blindbohrungen enden im Abstand vor der kurzen Schmalseite 30. Die Enden der Blindbohrungen 32 und 34 sind durch eine dritte Blindbohrung 36 miteinander verbunden, die sich von der langen Schmalseite 26 aus parallel zur kurzen Schmalseite 30 in den Isolierkörper erstreckt und im Abstand vor der langen Schmalseite 24 endet.

,09 ■■ " ^; / fU 1 0

7500034

Die ersten beiden Blindbohrungen 32 und 34 sind in Teilen, die an ihre Mündung, also an die kurze Schmalseite 28 angrenzen, durch eine ausgefräste Ausnehmung 38 miteinander verbunden, die, wie insbesondere Figur 2b zeigt, im Abstand vor der dritten Blindbohrung 36 endet, so daß ein von den Blindbohrungen 32, 34 und 36 sowie der Ausnehmung 38 begrenzter, in Draufsicht vorzugsweise quadratischer Bereich 40 stehenbleibt. Die Mitte des Bereiches wird von einer Bohrung 42 durchsetzt, die die beiden Hauptflächen 20 und 22 miteinander verbindet und bei fertig montiertem Transformator (Figur 1) den Magnetkern 14 aufnimmt.

Die Primärwicklung 10 umschlingt den stehengebliebenen Bereich 40, wie aus Figur 1b und 2b ersichtlichCLst. Ihre Anschlüsse sind durch die Blindbohrungen 32 und 34 bzw. die Ausnehmung 38 zur kurzen Schmalseite 28 herausgeführt.

Zur Herstellung der Primärwicklung wird ein entsprechender, vorzugsweise verlitzter Draht um den stehengebliebenen Bereich 40 gefädelt, was durch die dritte Blindbohrung 36 erleichtert wird.

Der Magnetkern 14 kann ein geteilter Ferrit- oder Schnittbandkern sein, er kann jedoch aus Έ- und I-förmigen Blechen geschichtet sein.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel war angenommen worden, daß sich die Metallschiene 18 und die Primärwicklung 10 im wesentlichen auf Erdpotential befinden, während die Sekundärwicklung 12 auf einer hohen Spannung, z.B. 100 bis 150 k7 liegt* Solche Verhältnisse liegen z.B, bei der Wehnelt-Spannungsvers orgung von Elektronenmikroskopen und technischen Elektronenstrahlgeräten vor.

U 9 <; /0410

Die Isolationsfähigkeit des Transformators wird durch die Größe des Isolierkörpers, das verwendete Material sowie die Lage und den Durchmesser der Bohrungen bestimmt. Zwischen Primär- und Sekundärwicklung und zwischen Primärwicklung und Magnetkern befindet sich lediglich das Isoliermaterial des Isolierkörpers 16. Die Bohrungen des Isolierkörpers sind so angeordnet, daß eine direkte Öffnung weder zur Sekundärwicklung noch zum Magnetkern hin weist. Da der Isolierkörper aus einem vorgefertigten Kunststoffblock oder dergl. hergestellt werden kann, besteht keine Gefahr von Lufteinschlüssen, die die Spannungsfestigkeit beeinträchtigen könnten. Die Isolierkörper enthalten keine Klebestellen, geschichtete Isoliermaterialien oder dergl. zwischen Primär- und Sekundärwicklung.

figur 3 zeigt einen gegenüber figur 2 etwas abgewandelten Isolierkörper 16*, der sich vom Isolierkörper 16 nur dadurch unterscheidet, daß an die Stelle der bis zur kurzen Schmalseite 28 reichenden, gefrästen Ausnehmung 38 eine vierte Blind bohrung 44 tritt, die parallel zur dritten Blindbohrung 36 verläuft und von dieser vorzugsweise den gleichen Abstand hat, wie die Blindbohrungen 32 und 34 voneinander· Es wird also auch hier wieder ein in Draufsicht quadratischer Bereich 40 gebildet, der von der Primärwicklung 10 umfaßt und von der Bohrung 42 für den Magnetkern durchsetzt wird.

Die beschriebenen Transformatoren können in Luft oder gewUnsohtenfalLs auch unter öl betrieben werden. Bei der zusätzlichen Verwendung von öl als Isoliermaterial bestehen jedoch praktisch keine Probleme durch Lufteinschlüsse, und der Transformator kann daher ohne weiteres erst nach der Montage am Verwendungsort mit öl gefüllt «erden.

Die Verwendung von isolierenden Kunststoffen, wie Akrylharzen, Polystyrol, Polytetrafluorethylen und dergl. für den Isolierkörper 16 bzw. 16* erglbt/derVorteil einer billigen

ÜQ9823/(K1O

Fertigung. Für höhere Ansprüche, z.B. einen Betrieb bei höheren Temperaturen, können jedoch auch andere Werkstoffe, z.B. Leramik, verwendet v/erden. Auch keramische Isolierkörper lassen sich preiswert fertigen, da die Formen einfach sind und enge Toleranzen im allgemeinen nicht eingehalten zu werden brauchen.

In Spezialfällen, wie bei Transformatoren für höhere Frequenzen, kann man einen stabförmigen Magnetkern, z.B. aus Ferrit, verwenden oder ganz ohne Magnetkern arbeiten. Man kann in solchen Fällen dann die Wicklung 12 (die vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet wird) koaxial zur Primärwicklung 10 an der einen der Hauptflächen 22 oder 24 des Isolierkörpers anordnen. Die Wicklung 12 kann auch geteilt werden, so daß an beiden Hauptflächen 22 und 24 je eine von zwei in Reihe geschalteten Wicklungshälften angeordnet ist.

Man kann auch zwei Isolierkörper der in Figur 2 oder 3 dargestellten Art mit durchgefädelter Wicklung nebeneinander so anordnen, daß sie sich mit den Hauptflächen berühren und die Wicklungen entsprechend der Wicklung 10, koaxial zueinander liegen. Die Bohrungen 32 und 34 sowie 36 der beiden Isolierkörper weisen vorzugsweise in entgegengesetzte Richtungen. In beiden Fällen können die Wicklungen z.B. durch einen stabförmigen Ferritkern miteinander gekoppelt werden. Gewünschtenfalls kann der Kern ganz entfallen, in diesem Falle ist dann auch die Bohrung 42 nicht nötig.

609828/CK10

Claims (9)

1. Patentansprüche

   ( 1. /Transformator mit zwei durch einen Magnetkreis induktiv miteinander gekoppelten Wicklungen und einem diese gegeneinander isolierenden, hochspannungsfesten Isolierkörper, d adurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (16, 16 ·) zwei im Abstand voneinander verlaufende, in ihm endende Blindbohrungen (32, 34), eine quer zu diesen verlaufende und ihre inneren Enden verbindende dritte Blindbohrung (36), eine im Abstand von der dritten Blindbohrung verlaufende, die ersten beiden Blindbohrungen verbindende Ausnehmung (38, 44) und eine im wesentlichen senkrecht zu den Blindbohrungen verlaufende, durchgehende Bohrung (42), die den durch die Blindbohrungen und die Ausnehmung begrenzten Bereich (40) im Abstand von den Blindbohrungen und der Ausnehmung durchsetzt, hat; daß die eine Wicklung (10) den genannten Bereich (40) umgibt und daß der Hagnetkreis durchfeile durchgehende Bohrung (42) verläuft.
2. 2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (38) die ersten beiden Blindbohrungen (32, 34) von der Oberfläche des Isolierkörpers an bis zu dem genannten Bereich (40) verbindet.
3. 3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung aus einer vierten Blindbohrung (44) besteht, die im Abstand von der dritten Blindbohrung (36) verläuft.
4. 4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch g e -kennzeichnet, daß die dritte und die vierte Blindbohrung parallel zueinander verlaufen.

   G 0 9 R 'J , / 0 U 1 0
5. 5. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste lind die zweite Blindbohrung parallel zueinander verlaufen.
6. 6. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (16, 16') die Form eines länglichen Quaders mit zwei rechteckigen Hauptflächen (20, 22) sowie zwei kurzen und zwei langen Schmalseiten (28, 30 bzw. 24, 26) hat, daß die ersten beiden Blindbohrungen (32, 34) an der einen der beiden kurzen Schmalseiten münden; daß die dritte Blindbohrung in einem der anderen Schmalseite (30) benachbarten Teil der einen langen Schmalseite (26) mündet, und daß die durchgehende Bohrung (42) von der einen zur anderen Hauptfläche (20, 22) verläuft.
7. 7. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (16, 16') an der ersterwähnten Schmalseite (28) mit einer Halterungsvorrichtung (18) versehen ist.
8. 8. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (42) von einem ferromagnetischen Kern (14) durchsetzt ist und daß die zweite Wicklung (12) auf diesem Kern angeordnet ist.
9. 9. Isolierkörper für einen Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

   Ü09B2G/0A10

   Leerseite