DE3650581T2 - Transformatorwicklungsanordnung, insbesondere für Videoanzeige - Google Patents
Transformatorwicklungsanordnung, insbesondere für VideoanzeigeInfo
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf das Wickeln oder die Wicklung von Transformator- Spulen, speziell auf Wicklungstechniken für Transformatoren mit Hochspannungs- Beanspruchung, wie sie in Fernseh- oder anderen Video-Darstellungseinrichtungen auftreten können.
- Die FR-A 2,404,358 offenbart einen Hochspannungs-Übertrager oder Transformator, enthaltend eine Tertiär-Spulenform mit einer Tertiär-Hochspannungs-Wicklung, die darauf gewickelt ist; ein magnetisch permeabler Kern ist im Inneren der Tertiär- Spulenform angebracht; und zwischen der Tertiär-Spulenform und dem Kern ist ein Primär-Wicklungsaufbau vorgesehen, enthaltend: eine Primär-Spulenform; eine Primär-Wicklung, die auf der Primär-Spulenform über einen vorbestimmten Windungsoder Wicklungsbereich gewickelt ist; und zumindest eine zusätzliche Wicklung, die auf die Primär-Spulenform gewickelt ist und über der Primär-Wicklung liegt.
- Ein Hochspannungs-Transformator für ein Video-Darstellungsgerät, wie ein Fernsehempfänger oder ein Computer-Monitor, beinhaltet allgemein einen oder mehrere primäre oder Hilfs-Wicklungen, die auf einen Spulenkörper oder Wicklungsträger gewickelt sind. Ein zweiter Spulenträger umgibt den primären oder ersten Spulenträger und erhält dritte Wicklungen oder Windungen (Tertiär-Windungen), die eine Spannung oder ein Anodenpotential für eine Kathodenstrahlröhre erzeugen.
- Während des Betriebs des Transformators werden über jeder der Wicklungen auf der primären Spulenform (Wicklungsträger) Spannungspotentiale erzeugt. Die Differenz zwischen den Spannungspotentialen an verschiedenen Wicklungen erzeugt eine Spannungsbeanspruchung zwischen den Wicklungen, so daß Isolationsmaterial, wie Mylar, zwischen die Wicklungsschichten oder -lagen auf der Spulenform eingebracht werden muß. Das Anbringen der individuellen Windungen oder Schleifen der Hilfs- Spulen bezüglich der Primär-Wicklung kann in lokalen Spannungsbeanspruchungen zwischen den Wicklungen resultieren, welche unerwünscht hoch sind, speziell dann, wenn die Hilfs-Wicklungen stark belastet werden, z.B. wenn der Hochspannungs- Übertrager mit einem Resonanz-Rücklauf-Ablenkkreis verwendet wird. Zusätzlich beeinflußt die Belastung der Primärwicklung durch die Hilfs-Wicklungen die Belastung der Tertiär-Wicklung durch die Primär-Wicklung, was in Folge zur Beeinflussung der harmonischen Abstimmung des Transformators führen kann. Die Abstimmung des Transformators kann den Hochspannungs-Pegel und die Hochspannungs- Ausgangsschaltungs-Impedanz beeinflussen. Wenn die räumliche Beziehung der Wicklungen nicht genau gesteuert oder kontrolliert wird, können zusätzliche Transformator-Abstimm-Komponenten erforderlich sein, um die gewünschte Betriebs- Charakteristik fiir den Transformator zu erhalten.
- Gemäß der Erfindung wird ein Hochspannungs-Übertrager bereitgestellt, der umfaßt: einen Tertiär-Spulenkörper mit einer tertiären Hochspannungs-Wicklung, die darauf gewickelt ist; einen magnetisch permeablen Kern, der im Inneren des Tertiär- Spulenkörpers angeordnet ist; zwischen dem Tertiär-Spulenkörper und dem Kern ist ein Primär-Wicklungsaufbau angeordnet, welcher beinhaltet: einen Primär- Wicklungsträger; eine Primär-Wicklung, die auf dem primären Wicklungsträger über einen vorbestimmten Wicklungsbereich gewickelt ist; und zumindest eine zusätzliche Wicklung, die auf den Primär-Wicklungsträger (coil form) gewickelt ist und die Primär- Wicklung überlagert, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär-Wicklung und die zusätzliche Wicklung jeweils mehrere Windungen oder Schleifen aufweisen, die gleich oder gleichmäßig über den vorbestimmten Windungs- oder Wicklungsbereich verteilt sind.
- In den beigefügten Zeichnungen werden gezeigt:
- Figur 1 ist eine schematische Blockschaltbild-Darstellung eines Teils eines Video- Darstellungsgerätes.
- Figur 2 ist eine Querschnitts-Ansicht einer Transformator-Spule und eines Spulenoder Wicklungsaufbaus, der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
- Figur 3 ist eine Schnittansicht eines Hochspannungs-Übertragers, der in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gestaltet ist.
- Figur 4 ist ein Querschnitt eines Drahtes, wie er zum Wickeln der Transformatorwicklung in Figur 3 verwendet werden kann.
- Figur 1 veranschaulicht in schematischer Form einen Teil eines Video- Darstellungsgeräts, in dem eine ungeregelte DC-Spannung der Regelschaltung 5 zugeführt wird, die veranschaulichend als ein SCR-Typ oder ein Schaltreg 1er-Aufbau gestaltet sein kann, um eine geregelte B+ Spannung zu erzeugen, die an einen Anschluß einer Primär-Wicklung 201 des Hochspannungs-Transformators 21 gelegt wird. Der andere Anschluß der Primär-Wicklung 201 wird an eine Horizontal- Äblenkschaltung 6 gekoppelt, die z.B. vom Resonanz-Rücklauftyp sein kann. Ein Hochspannungs-Übertrager 21 erzeugt über eine Hochspannungs- oder Tertiär- Wicklung 23 einen Hochspannungspegel an einem Anschluß U, welcher dem Ultoroder Anoden-Anschluß einer Kathodenstrahlröhre (die nicht dargestellt ist) zugeführt wird. Der Übertrager 21 ist veranschaulichend von dem Typ, der mehrere Versorgungs- Spannungen für einige der anderen Lastschaltungen (die nicht dargestellt sind) des Video-Darstellungsgerätes erzeugt. Hilfs-Transformator-Wicklungen 202, 203 und 204, zusammen mit Netzteil-Schaltungen 7, 8, bzw. 9 erzeugen die gewünschten Spannungspegel für ihre zugehörigen Lastschaltungen. Der Aufbau des Transformators 21 wird später detailliert in Verbindung mit der Beschreibung der Figur 3 erläutert.
- Die Figur 2 zeigt eine Transformator-Wicklungs-Spulenform oder Wicklungs-träger 10, der z.B. aus einem Plastikmaterial, wie einem unter dem Namen Noryl oder Valox vertriebenen Kunststoff gefertigt sein kann. Der Wicklungsträger oder die Spulenform 10 beinhaltet eine Basis 11 und einen zylindrischen Körper 12, um den Transformator-Wicklungen gewickelt werden. Der Spulenträger 10 beinhaltet auch eine obere Wicklungsbegrenzung 13 und eine untere Wicklungsgrenze 14, welche die Transformator-Windungen innerhalb einer Wicklungsregion 15 aufnehmen. Die Basis 11 beinhaltet eine Mehrzahl von radialen Elementen 16, von denen jedes veranschaulichend einen elektrischen Anschluß aufweist, der mit 17a bis 17h bezeichnet ist. Das Innere der Spule 10 ist so geformt, daß es einen magnetisch permeablen Kern (der nicht dargestellt ist) aufnehmen kann.
- Mehrere Transformator-Wicklungen 20 sind auf dem Spulenträger 10 gewickelt dargestellt. Jede Wicklung umfaßt mehrere Schleifen oder Windungen mit zwei Anschlüssen zum Koppeln der Wicklung an eine Lastschaltung. Ein Anschluß wird an jeweils einen der Spulenträger-Anschlüsse 17a bis 17h gekoppelt. Die Wicklungsschleifen, die jede der Wicklungen auf der Spule 10 aufweist, sind in einer übersteigerten Form zu Veranschaulichungs-Zwecken dargestellt. Die tatsächliche Anzahl der Wicklungsschleifen in jeder Wicklung wird unter Verwendung konventioneller Transformator-Entwurfskriterien bestimmt. Jede der Transformator- Wicklungen 20 ist in einer Lagenart oder Schichtart innerhalb der Wicklungsregion 15 auf dem Spulenträger 10 gewickelt. Die individuelle Wicklung kann jeweils eine oder mehrere Lagen oder Schichten von Drahtwindungen beinhalten, jedoch ist im Wicklungsaufbau in Figur 1 aus Veranschaulichungs-Zwecken jede Wicklung nur mit einer Schicht oder Lage von Drahtwindungen vereinfachend dargestellt. Zusätzliche Wicklungen können auch auf den Wicklungsträger 10 aufgebracht werden.
- Die Drahtwindungen, die in Figur 2 mit der Identifizierungs-Nummer "1" bezeichnet sind, umfassen die Drahtschleifen der Primärwicklung 201. Die Drahtwicklungen, die in Figur 2 mit der ldentiflzierungs-Zahl "2"," 3" und "4" bezeichnet sind, beinhalten die Drahtwindungen der Hilfs-Wicklung 202, 203 bzw. 204. Die Wicklungen 201, 202, 203 und 204 werden mit dem Anschluß 17f, 17c, 17b bzw. 17a über Leiterstücke 201c, 202c, 203c bzw. 204c verbunden. Entsprechend einem Merkmal der Erfindung sind die Primär-Wicklung 201 und die Hilfs-Wicklungen 202, 203 und 204 gleichmäßig über den Wicklungsbereich 15 verteilt, sodaß der Abstand zwischen den individuellen Windungsschleifen im wesentlichen konstant für eine gegebene Wicklung ist. In
- Figur 2 erstreckt sich jede der Wicklungen 203, 202 bzw. 204 über die gesamte Quere (d.h. den Wicklungsbereich 15) der Primär-Wicklung 201. Dieses erlaubt ein gleichmäßigeres konstantes Maß der magnetischen Kopplung zwischen jeder der Wicklungen 202, 203 bzw. 204 und der Primär-Wicklung 201 über die gesamte Länge der Wicklungen. Dadurch wird die Primär-Wicklung 201 gleichmäßig belastet von jeder der Wicklungen 202, 203 bzw. 204. Wenn der Spulenträger 10 einen Teil eines TV- Empfänger- oder Video-Monitor-Hochspannungs-Transformators beinhaltet, wie in Figur 3 dargestellt, ergibt die gleichmäßige Belastung der Primär-Wicklung durch die Hilfs-Wicklungen eine gleichmäßige Belastung der Tertiär- oder Hochspannungs- Wicklung 23 durch die Primär-Wicklung 201, da die Aktivierung der Hufs-Wicklungen die Primär-Wicklung belastet, was sich auf die Tertiär-Wicklung 23 auswirkt. Eine konstante Netzwerk-Resonanz von der Primär-Wicklung zu jeder Spule der Transformator-Tertiär-Wicklung wird beibehalten oder Aufrechterhalten, was vorteilhaft das Abstimmen der Tertiär-Wicklung auf einen einzelnen harmonischen Pol erlaubt, der veranschaulichend eine hohe Harmonische in der Größenordnung der 9. Harmonischen oder darüber sein kann.
- Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wird jede der Wicklungen 202, 203 und 204 über die vorhergehenden Windungen direkt gelegt oder überlagert, ohne Einbringen eines isoliermatenals zwischen die Wind ungslagen oder -schichten. Figur 4 veranschaulicht einen typischen isolierten Draht 35, der zum Wickeln jeder der Wicklungen 201, 202, 203 oder 204 verwendbar ist. Der Draht 35 beinhaltet einen leitenden Drahtkern 36, umgeben von einem Isoliermantel oder einer Beschichtung 37. Aufgrund der hohen AC-Belastung (Wechselspannungs-Belastung) zwischen den Drahtwindungen von unterschiedlichen Wicklungen ist es wichtig, daß die Dicke und die Anforderungen an die elektrischen Eigenschaften des Isoliermantels 37 genau bestimmt wird. Das Verwenden von Draht mit mehr Isolation als notwendig, erhöht die Größe und die Kosten des Transformators und kann die Kopplung zwischen den Wicklungen herabsetzen. Eine zu geringe Isolation erhöht die Möglichkeit von Funkenschlag und einem Fehler im Transformator.
- Eine Analyse der Drahtisolation auf molekularer Ebene gibt Informationen bezüglich der Spannungsbeanspruchungs-Toleranz und der Zeitspanne, bevor die Isolation ausfällt. Die Kopplungs-Energie zwischen den Molekülen des Materials ist eine Funktion der Material-Zusammensetzung und des Verfahrens, das bei seiner Herstellung verwendet wurde. Es kann eine oder mehrere Kopplungs-Pole zwischen Molekülen geben, jeder beinhaltet einen diskreten Betrag von Kopplungsenergie. Sind die Moleküle der Drahtisolation mit all ihren Kopplungs-Polen gekoppelt, wird ein sehr hoher Widerstand erreicht.
- Es gibt auch Beanspruchungen, die auf die Molekular-Bindungen des Isolators während jeder Periode einer Wechselspannungs-Feldänderung aufgebracht wird. Diese Beanspruchungen reduzieren die Kopplungsenergie während jedem Belastungszyklus. Je größer die Spannungs-Beanspruchung ist, desto größer ist der Betrag der während jedes AC-Zyklusses verlorenen Kopplungsenergie. Dieses verursacht ggf. das Aufbrechen der Kopplungsbindung der Moleküle. Zu diesem Zeitpunkt werden die Moleküle zu Quellen, wie in einem Leiter, wobei sie in der Lage sind, elektrischen Strom kontinuierlich, bei einigem Widerstandspegel zu leiten. Eine Analyse der durch Spannungs-Beanspruchung beeinflußten Bindungs- Zerstörungsreaktion für die Isolation des Transformator-Drahts ergibt die Beziehung
- wobei tf die Isolationszeit ist, bis zu einem Fehler, gemessen in Stunden; wobei K eine Konstante ist, die von Isolations-Eigenschaftsdaten bestimmt wird, die von dem Drahthersteller vorgegeben sind;
- wobei s eine Funktion der Wechselspannungs-Signalform ist, die für eine Signalform mit einem nicht ausgeglichenen (unbalanced) Tastverhältnis, wie der Sperrwandleroder Rücklauf-Impulsspannung,im wesentlichen dem Einheitswert entspricht; wobei e der angelegte Spannungswert im Vrms/mil ist; und wobei T die Betriebstemperatur in Kelvin ist.
- Unter Verwendung der zuvor beschriebenen Analyse ist es möglich, für eine bestimmte Drahtstärke die optimale Draht-Isolationscharakteristik zu bestimmen, wie die Dicke und die Art des Materials, die notwendig sind, um zuverlässigen Transformator-Betrieb zu ermöglichen. Durch Verwenden der Analyse ist es möglich, die Transformator- Wicklungen ohne des Einfügen von Isolationsschichten, wie Mylar, zwischen den individuellen Wicklungsschichten oder -lagen zu wickeln, wobei ein zuverlässiger Betrieb ohne ein wesentliches Risiko eines Transformator-Fehlers oder -Ausfalls aufrechterhalten wird. Das Fortlassen der Isolation zwischen den Lagen der Wicklungen verbessert die magnetische Kopplung zwischen den Wicklungen, welche die Leistungs-Übertragung und die Lastschaltungs-Ausgangsimpedanz-Charakteristika verbessert.
- Ein Transformator 21, der die zuvor beschriebene Wicklungstechnik realisiert, ist in Figur 3 gezeigt. Transformator 21 beinhaltet einen Wicklungsträger 10 mit Wicklungen 201, 202, 203 und 204, die darauf gewickelt sind. Um den Wicklungsträger 10 ist ein Tertiär-Wicklungsträger 22 vorgesehen, auf den die Hochspannungs- oder Tertiär-Wicklung 23 gewickelt ist. Ein magnetisch permeabler Kern 24, der obere und untere Kernsegmente 25 bzw. 26 aufweist, mit einem dazwischen liegenden Kern-Abstandshalter 27, ist im inneren des Wicklungsträgers 10 angeordnet. Die Wicklungsaufbauten werden innerhalb eines Transformator- Gehäuses 30 angeordnet und werden bevorzugt innerhalb des Gehäuses 30 mit einem Epoxyd-Compound 40 vergossen. Eine Hochspannungs- oder Anoden-Leitung 31 wird an das Hochspannungs-Ende der Tertiär-Wicklung 23 gekoppelt und liefert den Hochspannungs-Pegel zu dem Anodenanschluß einer Kathodenstrahlröhre (nicht dargestellt).
- Der zuvor beschriebene Transformator beinhaltet daher vorteilhafte Wicklungstechniken, bei denen aufeinanderfolgende Wicklungslagen auf dem Primär- Wicklungsträger direkt über die vorherigen Lagen ohne Isolations-Zwischenlagen gewickelt werden, wodurch Leistungsübertragung und Ausgangs-Impedanz- Charakterisitika verbessert werden. Die Wicklungsschleifen der Hilfs-Wicklungen werden gleichmäßig über die gesamte Quere der Primär-Wicklung verteilt, was ein Abstimmen des Transformators auf eine einzelne Harmonische erlaubt, z.B. eine hohe Harmonische, wie die 9. Harmonische. Diese Techniken vereinfachen daher die Abstimmung des Transformators und stellen einen zuverlässigen Aufbau zur Verfügung, wobei sie helfen, die Größe und die Kosten des Transformators reduzieren.
Claims (6)
1. Hochspannungs-Transformator (21), enthaltend
- eine Tertiär-Spulenform (22) mit einer Tertiär-Hochspannungswicklung (23),
die drauf gewickelt ist;
- einen magnetisch permeablen Kern (24), der im Inneren der Tertiär-
Spulenform (22) angeordnet ist; und
- einen Primär-Wicklungsaufbau zwischen der Tertiär-Spulenform (22) und
dem Kern (24), welcher Wicklungsaufbau enthält:
- eine Primär-Spulenform (10);
- eine Primär-Wicklung (201), die auf die Primär-Spulenform (10) über einen
vorbestimmten Wicklungsbereich oder -region (15) gewickelt ist; und
- zumindest eine zusätzliche Wicklung (202), die auf die Primär-
Spulenform (10) gewickelt ist und der Primär-Wicklung (201) überlagert ist,
- dadurch gekennzeichnet, daß die Primär-Wicklung (201) und die
zusätzliche Wicklung (202) jeweils mehrere Windungen (1,2) enthalten, die
über die vorbestimmte Wicklungsregion oder -bereich (15) gleich oder
gleichmäßig verteilt ist.
2. Transformator nach Anspruch 1, ausgestaltet zur Verbindung (einer) der
zusätzlichen Wicklung (202) zu einer Lastschaltung (7), welche die zusätzliche
Wicklung (202) stark belasten wird, wobei die gleichmäßige Verteilung der
zusätzlichen Wicklung (202) die Verschlechterung der harmonischen Abstimmung
des Transformators (21) aufgrund der starken Belastung der zusätzlichen
Wicklung (202) verhindert oder vermeidet.
3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zusätzliche Wicklung (202)
direkt über die Primär-Wicklung (201) ohne jede Isolation zwischen der Primär-
Wicklung (201) und der zusätzlichen Wicklung (202) - mit Ausnahme der
Isolierschicht (37) auf dem Draht der Wicklungen (201,202) - gewickelt ist.
4. Transformator nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Transformator (21) auf einen
einzelnen harmonischen Pol abgestimmt ist.
5. Transformator nach Anspruch 4, bei dem der signal-harmonische Pol (der einzige
harmonische Pol) eine hohe Harmonische der Größenordnung der neunten oder
größeren Harmonischen ist.
6. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine (die)
zusätzliche Wicklung (203) mehrere Schleifen oder Wicklungen (3) hat, die mit
den Wicklungen oder Schleifen (4) einer anderen (der) zusätzlichen
Wicklung (204) verschachtelt sind, wobei die Wicklungen oder Schleifen (3) der
einen zusätzlichen Wicklung (203) und die Wicklungen oder Schleifen (4) der
anderen zusätzlichen Wicklung (204) gleichmäßig verteilt sind, unabhängig von
anderen (der) zusätzlichen Wicklungen.
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