DE913322C

DE913322C - Kapazitiver Spannungswandler

Info

Publication number: DE913322C
Application number: DES10347D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Bauer; Dr-Ing Hans Poleck
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1942-10-24
Filing date: 1942-10-24
Publication date: 1954-06-10

Description

Kapazitiver Spannungswandler Bei kapazitiven Spannungswandlern, bestehend aus einem kapazitiven Spannungsteiler und einem an diesen angeschlossenen induktiven Mittelspannungskreis, der seinerseits wieder aus Drossel und Spannungswandler besteht, sind die Kapazitäten des Spannungsteilerkreises einerseits und die Induktivitäten der Drossel und des Wandlers andererseits auf Grundwellenresonanz (Nennfrequenz) abgestimmt, um den inneren Widerstand des Spannungsteilers klein, damit aber die Meßleistung möglichst groß zu halten. Bei höheren Frequenzen kann nun zwischen der Eigenkapazität des Zwischenwandlers und der Induktivität der Drosselspule oder umgekehrt zwischen der Kapazi tät der Drossel und der Induktivität des Zwischenwandlers Resonanz entsbehen, die zu gefährlichen Überspannungen an diesen Teilen führt, welche nur für den auf sie entfallenden Spannungsanteil an der gesamten Betriebsspannung isoliert sind. Die gleiche Gefahr besteht auch, wenn im Betrieb Stoß spannungen, Wanderwellen sowie Schwingungsvorgänge infolge Netzoberwellen oder Abschaltschwingungen auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wandler gegen solche Überspannungen spannungssicher auszubilden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man durch entsprechende Bemessung sbutlicher Teile dafür sorgt, daß die Spannungsverteilung längs des gesamten Wandlers bei allen Frequenzen und d beim Auftreffen von Stoß- und Wandenvellen praktisch stets der betriebsfrequenten Spannungsverteilung entspricht. Auf diese Weise wird jeder Teil, insbesondere diejenigen, die nur für betriebsmäßig kleine Spannung isoliert sind, vor gefährlichen Überspannungen geschützt. Nach der Erfindung wird dies im Mittelspannungskreis dadurch erreicht, daß zu der den Mittelspannungskreis bildenden Drossel und dem Zwischenwandler Kapazitäten parallel geschaltet sind, die so bemessen werden, daß die Spannungsverteilung an den beiden Schaltgliedern praktisch stets der betriebsfrequenten Spannungsverteilung entspricht.
Fig. I zeigt einen kapazitiven Spannungswandler ohne die erfindungsgemäße Ausbildung des Mittelspannungskreises. Mit Sp ist der kapazitive Spannungsteiler bezeichnet, welcher der Einfachheit halber nur die beiden Kapazitäten C1 und Co enthaltend dargestellt ist. Der aus der Drossel Dr und dem Zwischenwandler W bestehende Mittelspannungskreis ist an den Kondensator C2 angeschlossen. Punktiert sind die dabei auftretenden Kapazitäten angedeutet. C5 stellt die Eingangskapazität, C4 die Durchgangskapazität, C5 die .Äusgangskapazität der Drossel Dr dar. C6 verkörpert die Eingangs- und Durchgangskapazität des Wandlers W. Dlie angedeutete Kapazitätsverteilung ist die Ursache, daß bei Resonanzerscheinungen infolge zunehmender Frequenz an den beiden Teilgliedern unzulässig hohe Überspannungen auftreten können.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei welcher dieser Nachteil vermieden ist. Hier sind parallel zu der Drossel Dr und zur Hochspannungswicklung des Wandlers W die Kondensatoren C7 und C8 geschaltet. Der Kondensator C7 wird bei den in der Regel vorliegenden elektrischen Werten der Kapazität und Induktivität der beiden Schaltglieder groß sein im Verhältnis zum Kondensator C5. Häufig wird es daher auch genügen, nur einen zusätzlichen Kondensator C7 parallel zur Drossel Dr zu legen, während als Parallelkapazität zum Wandler W dessen Eigenkapazität dient. Im übrigen wird man den Wandler hinsichtlich seiner Eigenkapazität (Durchgangskapazität) nach Möglichkeit kapazitätsarm ausbilden, um den zusätzlichen Aufwand zu verringern. Im Sinne der Erfindung liegt es weiterhin, die beiden jeweils aus einer Induktivität und einer Parallelkapazität bestehenden Schwingungskreise auf gleiche Eigenfrequenz und gleichen Dämpfungsgrad abzustimmen, wodurch sich auch bei Resonanz an beiden Gliedern die gewünschte Spannungsverteilung ergibt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 3. In dieser sind die Wicklungen der DrosselspuleDr und des Wandlers W als Lagenwicklungen angedeutet. Damit der parallel zur Drosselspule Dr zu schaltende zusätzliche Kondensator C7 noch kleiner gehalten werden kann, sind an den Hochlspannungswicklungen der Drossel, des Wandlers und an der dazwischenliegenden Leitung Metallschirme S vorgesehen, welche die Kapazitäten dieser Teile gegen Erde abfangen und durch entsprechenden Anschluß am Anfang der Drossel parallel zu dieser schalten.
Um die Ausbildung von Resonanzerscheinungen zu verhindern, wird man zweckmäßigerweilse sämtliche Kondensatoren des gesamten kapazitiven Spanaungswandlers in sich durch entsprechende Bemessung der Folien und durch Wahl des Folienmaterials sowie des Aufbaues schwingungsfrei (aperiodisch gedämpft) ausbilden. Soweit dies beispielsweise für die durch Schirme gebildeten Kapazitäten praktisch nicht möglich ist, werden diese durch zusätzliche Widerstände aperiodisch gedämpft.
PATETANSPROCHE: I. Kapazitiver Spannungswandler, bestehend aus kapazitivem Spannungsteiler und angeschlossenem induktivem Mittelspannungskreis, der seinerseits aus Drossel und Spannungswandler besteht, wobei die Kapazität des Spannungsteilers einerseits und die Induktivitäten der Drossel und des Wandlers andererseits auf Grundwellenresonanz (Nennfrequenz) abgestimmt sind, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung sämtlicher Teile des gesamten Spannungswandlers, daß die Spannungsverteilung an diesen bei allen Frequenzen und beim Auftreffen von Stoß- und Wanderwellen praktisch stets der betriebsfrequenten Spannungsverteilung entspricht.
2. Kapazitiver Spannungswandler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Drossel und dem Zwischenwandler Kapazitäten parallel geschaltet sind, die so bemessen werden, daß die Spannungsverteilung an den beiden Schaltgliedern des Mittelspannungsteiles praktisch stets der betriebsfrequenten Spannungsverteilung entspricht.

Claims

3. Spannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Parallelkapazität zu dem Wandler dessen Eigenkapazität verwendet wird.

4. Spannungswandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aus je einer Induktivität und einer Parallelkapazität bestehenden Schwingungskreise auf die gleiche Eigenfrequenz und gleichen Dämpfungsgrad abgestimmt sind.

5. Spannungswandler nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch zusätzliche Metallschirme an den Hochspannungswicklungen der Drossel und des Zwischenwandlers die nach außen (Erde) wirksamen Kapazitäten abgefangen und durch entsprechende Schaltung der Schirme zu Parallelkapazitäten zur Drossel gemacht werden.

6. Spannungswandler nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwandler hinsichtlich seiner Durch gangskapazität kapazitätsarm aufgebaut ist.

7. Spannungswandler nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kondensatoren in sich durch entsprechende Bemessung der Folien und durch Wahl des Folienmaterials sowie des Aufbaues schwingungsfrei (aperiodisch gedämpft) ausgebildet sind.

8. Spannungswandler nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente, deren Kapazitäten praktisch nicht durch Bemessung in sich aperiodisch ausgebildet werden können, durch zusätzliche Widerstände aperiodisch gedämpft werden.