DE913322C

DE913322C - Capacitive voltage converter

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.Capacitive voltage converter In the case of capacitive voltage converters, existing from a capacitive voltage divider and an inductive one connected to it Medium-voltage circuit, which in turn consists of a choke and voltage converter, are the capacities of the voltage divider circuit on the one hand and the inductances the choke and the converter on the other hand to fundamental wave resonance (nominal frequency) matched to the internal resistance of the voltage divider small, but thus the To keep the measurement performance as large as possible. At higher frequencies you can now choose between the Self-capacitance of the intermediate transformer and the inductance of the choke coil or vice versa between the capacity of the choke and the inductance of the intermediate converter resonance which leads to dangerous overvoltages on these parts, which only insulated for the voltage portion of the total operating voltage that is allotted to them are. The same risk exists if surge voltages or traveling waves occur during operation as well as oscillation processes as a result of mains harmonics or switch-off oscillations.

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. The object of the invention is to protect the converter against such overvoltages to be trained in a voltage-proof manner. This object is achieved in that one by appropriate Dimensioning necessary parts ensures that the stress distribution along of the entire transducer at all frequencies and d when shock waves and wall waves hit practically always corresponds to the voltage distribution at the operating frequency. To this Every part becomes wise, especially those that are only operationally small Voltage isolated, protected from dangerous overvoltages. According to the invention this is achieved in the medium-voltage circuit by adding the medium-voltage circuit forming choke and the intermediate converter capacitances are connected in parallel, which are dimensioned so that the voltage distribution on the two switching elements practically always corresponds to the voltage distribution at the operating frequency.

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. I shows a capacitive voltage converter without the inventive Training of the medium voltage circuit. With Sp is the capacitive voltage divider denotes which, for the sake of simplicity, only has the two capacitances C1 and Co containing is shown. The one consisting of the reactor Dr and the intermediate converter W. Medium voltage circuit is connected to capacitor C2. They are dotted occurring capacities indicated. C5 represents the input capacitance, C4 the Through capacity, C5 embodies the output capacity of the choke Dr. C6 the input and throughput capacitance of the converter W. Dlie indicated capacity distribution is the reason that in the case of resonance phenomena as a result of increasing frequency at the inadmissibly high overvoltages can occur in both sub-elements.

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. Fig. 2 shows a circuit arrangement in which this disadvantage is avoided. Here are parallel to the choke Dr and to the high voltage winding of the converter W, the capacitors C7 and C8 are switched. The capacitor C7 is at the electrical capacitance and inductance values that are usually present of the two switching elements must be large in relation to the capacitor C5. Frequently becomes It is therefore sufficient to just add an additional capacitor C7 in parallel to the choke To put Dr, while the self-capacitance of the converter W serves as a parallel capacitance. In addition, the converter will be used in terms of its own capacitance (throughput capacitance) If possible, train with low capacity in order to reduce the additional effort. It is also within the meaning of the invention that the two each consist of an inductance and a parallel capacitance existing oscillation circuits at the same natural frequency and to match the same degree of damping, which also results in resonance at both Break down the desired stress distribution.

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. Another embodiment of the invention is shown in FIG the windings of the choke coil Dr and of the transducer W are indicated as layer windings. So that the additional capacitor C7 to be connected in parallel with the choke coil Dr can be kept even smaller, are on the high-voltage windings of the choke, of the converter and metal shields S provided on the cable in between, which intercept the capacities of these parts against earth and through corresponding Connect the connection at the beginning of the choke in parallel to it.

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. In order to prevent the formation of resonance phenomena, one will expediently all capacitors of the entire capacitive voltage converter in itself by appropriate dimensioning of the foils and by choosing the foil material as well as the structure vibration-free (aperiodically damped). As far as this for example, practically not possible for the capacities formed by umbrellas is, they are aperiodically attenuated by additional resistors.

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. PATETAN APPROACH: I. Capacitive voltage converter, consisting of capacitive Voltage divider and connected inductive medium-voltage circuit, which in turn consists of choke and voltage converter, with the capacity of the voltage divider on the one hand and the inductances of the choke and the converter on the other hand Fundamental wave resonance (nominal frequency) are tuned, characterized by such Dimensioning of all parts of the entire voltage transformer that the voltage distribution practical at these at all frequencies and when shock and traveling waves hit always corresponds to the operating-frequency voltage distribution.

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. 2. Capacitive voltage converter according to claim I, characterized in that that the choke and the intermediate converter capacitances are connected in parallel, the be dimensioned so that the voltage distribution on the two switching elements of the Medium-voltage part practically always the operating-frequency voltage distribution is equivalent to.

Claims

3. Voltage converter according to claim 2, characterized in that as a parallel capacitance to the converter whose own capacitance is used.

4. Voltage converter according to claim 2 or 3, characterized in that that the two each consist of an inductance and a parallel capacitance Oscillation circuits matched to the same natural frequency and the same degree of damping are.

5. Voltage converter according to claim I or 2, characterized in that that by additional metal screens on the high-voltage windings of the choke and of the intermediate transformer intercepts the capacities effective to the outside (earth) and made parallel capacitances to the choke by switching the screens accordingly will.

6. Voltage converter according to Claims I to 4, characterized in that that the intermediate converter built low capacitance in terms of its throughput capacity is.

7. Voltage converter according to claims I to 4, characterized in that that all capacitors in themselves by appropriate dimensioning of the foils and vibration-free (aperiodically damped) due to the choice of the film material and the structure are trained.

8. Voltage converter according to claims 5 and 6, characterized in that that the switching elements, their capacities practically not by dimensioning in itself can be formed aperiodically, aperiodically by additional resistors be dampened.