Мощный высоковольтный импульсный трансформатор

(19) ( 3(51) Н 01 Г 19/О Е ИЗОБРЕТЕНИВИДЕТЕЛЬСТВУ САН АВТОРСК выполненный в виде двух усеченных конусов, состыкованных по большим основаниям, внутри бака расположен стержень, образующий с баком виток первичной обмотки и выполненный из двух частей, имеющих форму усеченных конусов, состыкованных малыми основаниями, внутри бака поверх стержня размещены отдельные тороидальные магнитопроводы с расположенными на них катушками вторичной обмотки, соединенными последовательно, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения его мощности путем уменьшения ийдуктивности рассеяния, вторичная обмотка разделена на две параллельно соединенные секции и распределена вС равномерно по длине стержня первич. ной обмотки, усеченные конусы бака трансформатора выполнены одинакового размера. ордена Трудогосударствен 0-летия воссоией ктирование орматоров. ковол - При 197 9,С. Мощный высотрансформаторэксперимента,3. Авторское 89696, кл. Н видетельст 1 Р 19/08,54)(57)МОЦНЫЙ ВЫЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСсодержащий бак,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Днепропетровскийвого Красного Знамениный университет им. 30динения Украины с РоссИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано вразличных устройствах импульснойэлектроэнергии: импульсных источникахэлектропитания генераторных приборовсверхвысоких частот, мощных газовыхлазерах, ускорителях заряженных частиц и других устройствах современнойприкладной физики и техники, где требуется получение мощных электрических импульсов высокого напряжения.Одна из главных проблем проектирования и применения мощных и весьма мощных импульсных трансформаторовсостоит в получении конструкций импульсных трансформаторов, имеющих 15 минимальную индуктивность рассеяния. Это связано с тем, что при заданныхтребованиях к допустимым искажениям формы фронта трансформированных импульсов, выполнение которых является 29безусловным функциональным требованием, предъявляемым к импульсному трансформатору, произведение мощности импульса на индуктивность рассеяния должно оставаться постоянным. 5 При увеличении мощности в таком же отношении необходимо уменьшать индуктивность рассеяния импульсного трансформатора и возможность уменьшения индуктивности рассеяния являет- ЗО ся главным фактором, определяющим воэможность реализации импульсного трансформатора требуемой мощности,Известны конструкции мощных импульсных трансформаторов на высокие и весьма высокие напряжения 11.Известен трансформатор, мощность которого 10 ГВт и напряжение до 1 МВ, имеющий тороидальную магнитную систему с наложенными на ней четырьмя па О раллельно соединенными секциями вторичной обмотки, помещенными в масляный или элегазовый бак, выполняющий функции одновитковой первичной обмотки, Применение однбвитковой первичной обмотки позволило в этом импульсном трансформаторе существенно уменьшить индуктивность рассеяния и благодаря этому реализовать импульсный трансформатор на указанную весьма большую мощность 121.50Однако дальнейшее увеличение мощности требует еще большего уменьшения индуктивности рассеяния, которое уменьшением числа витков уже не может быть достигнуто. 55Для дальнейшего уменьшения индуктивности рассеяния необходимо уменьщить эффективную толщину изоляции между обмотками, что является. фактически единственной возможностью увели чения мощности импульсного трансформатора. Однако это уменьшение толщины изоляции должно производиться так, чтобы сохранялась досточно высокая электрическая прочность конструкции. 65 Для этого имеется две возможности: применять конические обмотки, позволяющие примерно в два раза уменьшить эффективную толщину изоляции, и устранять краевые эффекты обмоток.Наиболее близким к изобретению является импульсный трансформатор, который содержит соосно установленные магнитную систему из нескольких одинаковых соосно установленных тороидальных магнитопроводов с наложенными на них одинаковыми изолированными низковольтными ц.линдрическ ими секциями в торич ной обмотк и, к оторые соединены последовательно, конический масляный или элегазовый бак, выполненный из двух частей, состыкованных большими основаниями, и проходящий внутри бака конический стержень, представляющий собой внутреннюю часть витка первичной обмотки импульсного трансформатора, конический стержень выполнен из двух частей, состыкованных меньшими основаниями 3.Недостатком известной конструкции является наличие значительйых неоднородностей электрического поля в районе верхнего магнитопровода, на котором напряжение вторичной обмотки достигает наибольшей величины. Это вынуждает для получения достаточной электрической прочности главной междуобмоточной изоляции до трех раз увеличить толщину этой изоляции, что во столько же раз увеличивает индуктивность рассеяния импульсного трансформатора и во столько же раз уменьшает максимально возможную мощность, Таким образом, потенциальные возможности увеличения мощности импульсного трансформатора остаются в значительной мере недоиспользованными,Цель изобретения - увеличение мощности импульсного трансформатора путем уменьшения индуктивности рассеяния.Эта цель достигается тем, что в мощном высоковольтном импульсном трансформаторе, содержащем бак, выполненный в виде двух усеченных конусов, состыкованных по большим основаниям, внутри бака расположен стержень,образующий с баком виток первичной обмотки и выполненный из двух частей, имеющих форму усеченных конусов, состыкованных малыми основаниями, внутри бака поверх стержня размещены отдельные тороидальные магнитопроводы с расположенными на них катушками вторичной обмотки, соединенными последовательно, вторичная обмотка разделена на две параллельно соединенные секции и распределена равномерно по длине стержня первичной обмотки, усеченные конусы бака трансформатора выполнены одинакового размера.На чертеже изображена схематическая конструкция импульсного трансформатора.Конструктивной основой импульсного трансформатора является внутренняя часть витка первичной обмотки в виде стержня 1, имеющая вид двух одинаковых усеченных конусов, состыко" ванных меньшими основаниями. Внутренняя часть витка помещается внутри четного числа одинаковых тороидальных магнитопроводов 2 с наложенными на них одинаковыми низковольтными секциями вторичной обмотки 3. Магнитопроводы с внутренней частью витка. первичной обмотки помещены в герме- . 15 тичный бак из двух одинаковых полубаков 4 иэ проводникового материала, Каждый полубак имеет фланец 5, Фланцы являются началом и концом единственного витка первично Об.;отки, ;10 образованного стержнем .: .,:; полубаками Вследствие симметрии верхней и нижней частей витка - бака не имеет значения, какой из фланцев является началом, а какой концом первичной 7.5 обмотки. Секции вторичной обмотки изолированы между собой и относительно полубаков изоляционными прокладками б. Фланцы полубаков изолированы между собой прокладкой 10, Прок 30 ладки б и 10 являются одноьременно уплотняющими.В узкОм секторе на периф;. Ни флан - цев сделан разъемный патрубок .1 для ввода во внутреннюю полост" бака вь: -5 сокОВОльтнОГО ка.беля 12, Пр 1;,;енение кабеля, а не обычного масляного ввода обусловлено значительно меньшим диаметром кабеля, что поза:ляет иметь , занятый им сектор на периферии фланги цев значительно меньшим;чем длина"О окружнссти фланцев. По этой причине практически не нарушается осевая симетрия конструкции и все краевые эффекты Оказываюся локализованными в небольшой области в раионе вь. - соковольтного кабельного взода, Бак заполняется трансформаторным или конденсаторным маслом или элегазом под давлением необходимые расширительный бак и другие элементы конструкции 50 не показаны). В верхнем и нижнем полубаках размещено одинаковое число магнитопроводов. Низк ов ольт ные секции вторичной обмотки на магнитопроводах,. располо женных внутри каждого полубака, соединены последовательно и образуют две высоковольтные секции вторичной обмотки, которые соединены между собою параллельно и образуют вторичную обмот- бО ку импульсного трансформатора. Конец вторичной обмотки подсоединен к высоковольтному кабелю, представляющему собой вывод высокого напряжения. Начала высоковольтных секций вторичной бу обмотки подсоединены к верхнему инижнему концам стержня 1, Точка подсоединения начала вторичной обмоткивыбирается на том полубаке, фланецкоторого является началом первичнойобмотки,Импульсный трансформатор работаетследующим образом.При подаче на фланцы 5 верхнегои нижнего полубаков 4 импульсногонапряжения зто импульсное напряжние оказывается приложенным к виткупервичной обмотки, образов:нномустержнем 1, полубаками 4 и фланцами5, Это первичное напряжение вызывает появление тока в витке, который,в свою очередь, приводит к возникно -вению магнитного потока в магнитопроводах 2, Вследствие этого в соответствии с законом электромагнитной инпукцпн в секциях вторичной обмотки 3и на кОнцах вторичной ОбмОтки ВОзни -кает вьсокое напряжение. Величинаэтого напряжения в 6 К раз больше первичного напряжения, где К - коэффициент трансформации импуиьсноготрансформатора, равный числу витковна каждом отдельном магнитопроводе,Э то напряже нис пос редств ом вы ок овольтного кабеля 12 через патрубок 11подводится к потребителю. Прокладкиб - 10 выполняют функ Ции упл Отняющих иизолирующих. Преимущества предлагаемой конструкции по сравнению с известными состоят в том, что вторичная обмотка состоит из двух параллельно соединенных высоковольтных секций, напряжение по высоте секций равномерно нарастает от начала секций к их концам и поэтому в пространстве между псрвич - ной и вторичной обмотками не имеется резких скачков потенциала. Поэтому краевые эффекты в виде искоивлений линий электрического поля и увеличения напояженности поля практически Отсутствуют, Незначительные краевые эффекты имеются только в небольшой области, находящейся в непосредственной близости от высоковольтного кабельного ввода. Однако их влияние незначительно и они практически не приводят к увеличению средней толщины изоляции, т,е. практически не увеличивают объема магнитного поля рассеяния, энергией которого и определяется величина индуктивности рассеяния импульсного трансформатора. В необходимых случаях эти незначительные краевые эффекты могут быть дополнительно уменьшены уменьшением диаметра высоковольтного кабеля или увеличением ра,диуса закругления патрубка. Их роль существенно уменьшается с увеличением мощности импульсного трансформатора, так как при прочих равных условиях диаметр магнитной системы пропориал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,ционален мощности трансформированного импульса. При этом относительное влияние остающегося при постоянном напряжении неизменным объема с неоднородным электрическим полем в районе высоковольтного вывода уменьшается.В конечном итоге толщина изоляции может быть сделана минимальной,аказ 5765/37 Тираж 683 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Жчто позволяет получить минимальную индуктивность рассеяния и максимальную мощность.В предлагаемой конструкции трансформатора может быть также достигнута цель уменьшения искажений формы трансформированных импульсов в 2,5 ра" за. Подписноета СССРтийнаб д, 4/5