Высоковольтный высокочастотный трансформатор

(57) Из технике бретение может бь состав мощных зар иках питан оров Цель надежности в источи ких приб эшен эффекти ный маг ности о с е Сл СЛ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4347000/24-27 (22) 21. 12.87 (46) 07.04.90. Вюл. У 13 (71) Всесоюзный электротехнический институт им.В.И.Ленина (72) С.С.Подоскин и В.Н.Лисин (53) 621.314.212 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР У 862249, кл,. Н 01 Г 27/18, 1981,Авторское свидетельство СССРМф 1447181, кл. Н 01 Г 27/32 1986 носится к электроь использовано в дных устройств и я электрофизичесизобретения - по- путем повышения аждения. Тороидальохвачен полым ох1555713 ладителем, состоящим из внешнего 2 и внутреннего 3 полых цилиндров иМторцовых медных шайб 4 и 5, изолиро" ванных от торцов магнитопровода диэлектрическими кольцами 6. Фольговые стенки цилиндров 7 охватывают магни- топровод и дистанциируются между собой кольцевыми элементами 8, Каждый Изобретение относится к электротехнике, в частности к высокочастотным трансформаторам с твердой изоляцией и интенсивным охлаждением, кото"рые могут использоваться в составемощных зарядных устройств и в источниках питания электрофизических приборов,Цель изобретения - повышение надежности трансформатора путем повышенияэффективности охлаждения.На фиг.1 показан высоковольтныйвысокочастотный трансформаторф нафиг.2 - схема расположения выводов ипатрубков, на фиг,З - охладитель магнитопровода, на фиг.4 - разрез А-Ана фиг.З; на фиг.5 - разрез Б-Б нафиг,З.30Тороидальный магнитопровод 1 охвачен полым охладителем, состоящим извнешнего 2 и внутреннего 3 полых цилиндров и торцовых медных шайб 4 и5, изолированных от торцов магнитопро-З 5вода диэлектрическими кольцами 6.Фольговые стенки цилиндров 7 плотноохватывают магнитопровод и дистанци 40онируются между собой кольцевыми элементами 8. Каждый цилиндр вдоль образующей сопряжен с двумя патрубками9, 10 и 11, 12, расположенными соосно, и разделенными герметичными перегородками 13 по высоте магнитопровода. Фольговые цилиндры загерметизи 45рованы на торцах пайкой на кольцевыхвыступах 14 соответствующих торцовыхшайб. Патрубки выполнены с продольными прорезями 15, равными высоте магнитопровода и ориентированными орто 50гонально герметичным перегородкам,через которые хладагент попадает вцилиндрическую полость охладителя.На охладитель наносится слой твердой изоляции 16 по всему периметру 55магнитопровода. Вторичная высоковольтная обмотка 17 может быть однои многослойной. Поверх межобмоточной цилиндр вдоль образующей сопряжен с патрубками 9,10 и 11,12, расположенными соосно и разделенными герметичными перегородками,13 по высоте магнитопровода 1. Такая система охладителя позволяет повысить интенсивность охлаждения и повысить надежность работы. 1 з,п. ф-лы, 5 ил. твердой изоляции 18, охватывающей также весь периметр магнитопровода, укладывается полая первичная обмотка 19, а сектор 20 (о с 30 ) остается свободным от обмоток. В этом секторе установлены патрубки для подачи хлад- агента и высоковольтные выводы 21 и 22 вторичной обмотки. У границы изолирующего сектора 23 установлены выводы первичной обмотки, совмещенные со штуцерами 24 для подачи охлаждающей жидкости. Поверх первичной обмотки сформирована полимерная изоляция 25, выполняющая функции корпуса трансформатора, а поверх патрубков подачи и отвода хладагента нанесена изоляция 26 типа "монолит" или "монотерм".Трансформатор работает следующим образом.Выводы первичной обмотки подключаются к автономному инвертору (Г= =1-10 кГц), Изменение магнитного потока в тороидальном магнитопроводе 1 индуктирует высокочастотную ЭДС в многослойной вторичной обмотке 17, выводы которой 21 и 22 установлены в изолирующем секторе 20 (фиг,2).В высокочастотном режиме тепловые потери локализуются в тороидальном магнитопроводе, в объеме твердой изоляции .типа "монолит" или "монотерм" и в меди первичной обмотки. При больших значениях коэффициента трансформации К=100, характерных для высоковольтного трансформатора мощностью в десятки киловатт, и оптимальном выборе плотности тока потери во вторичной обмотке сказываются меньше, чем потери в объеме твердой изоляции.Жидкий хладагент, например дистиллированная вода, подается с заданной скоростью и расходом через патрубки9 и 11 в цилиндрические теплообменники и через штуцера 24 в полую первичную обмотку. Охлаждающая жидкость, под5 1555713 водимая через патрубок 9, циркулирует з через цилиндрическую полость, которая н секционируется кольцевыми ребрами 8, и выходит из рабочего объема через и5 продольную прорезь на патрубке 10. сРаздельное нормирование скоростип и расхода охлаждающей жидкости через поперечное сечение внешнего 2 и внут- к реннего 3 полых цилиндров и полую 10 и первичную обмотку 19 позволяет вырав" в нивать градиенты температурного поля б в изоляции, обмотках и магнитопрово- п де. В качестве хладагента может быть д использован также этиленглюколь или 1 б ф фреон.мТороидальный магнитопровод 1 мов жет быть выполнен из пермаллоя, хов лоднокатаной стали либо из аморфного л железа. Вторичная обмотка 17 и сек о тор 20 изолируются стеклослюдинито- и вой лентой. После опрессовки и тер- с мообработки высоковольтной обмотким собирается внешняя полая первичнаям обмотка, которая может состоять из 25 т отдельных полувитков, соединяемых ч муфтами. Цилиндрические охладители б трансформатора в фольговом вариантев герметизируются пайкой, образуя моноблок с патрубками 9-12. 30 пр Для магнитопровода из пермаллоя 50 НЦ с габаритами ф 130/180 мм потери на частоте 51 кГц составляют400 Вт. Перегрев магнитопровода не превышает 100 С при расходе воды ,1 л/мин.При использовании аморфной стали потери в сердечнике снижается в 3-4 раза и в этом случае потери в изоляции типа "монотермч превышают потери в сердечнике, происходит инверсия теплового потока в конструкции трансформатора. В этом режиме цилиндрические охладители 2 и 3 преимущественно отводят тепло из объема твердой изоляции 16, 18 и 25.Средняя точка вторичной высоко- вольтной обмотки может соединяться с магнитопроводом 1 и цилиндрическими охладителями 2 и 3, В этом случае патрубки 9 и 11 изолируются на половину рабочего напряжения. Высоковольтные выводы 21 и 22 вторичной обмотки и патрубки 9 и 11 могут располагаться взаимно ортогонально со смещением относительно плоскости симметрии в пределах изолирующего сектора 20, выбор величины которого (угол Ы) ависит от заданного уровня выходногоапряжения,Положительный эффект от применениязобретения обусловлен конструктивнымогласованием сложных требований,редъявляемых к трансформаторам, формирующим высокое напряжение на высо-Гой частоте и выполненным с сухойзоляцией. Использование трех незаисимых теплообменных устройств, раотающих в режиме принудительнойрокачки жидкости, выполненных в вие тонкостенных цилиндров иэ меднойольги, охватывающих тороидальныйагнитопровод, и внешней полой перичной тороидальной обмотки обеспечи.ает возможность адаптивного управения тепловыми потоками в рабочембъеме и выравнивание градиентов темературного поля. Это позволяет повыить надежность изоляции и трансфоратора в целом, так как при одновреенном воздействии интенсивного элекрического и теплового поля (высокоастотные потери в диэлектрике) проой изоляции чаще всего имеет теплоую природу,Трансформатор может использоватьсяи создании малогабаритных системпитания электрофизических приборов,для зарядки емкостных накопителей ив источниках питания технологическихустановок в диапазоне напряжений 2050 кВ, частот 1-10 кГц и мощностейдо десятков киловатт. Формула изобретения1, Высоковольтный высокочастотный 40 трансформатор, содержащий тороидальный магнитопровод, на котором расположена вторичная обмотка с твердой,изоляцией и имеется сектор, не занятый обмоткой, в котором установлены 4 высоковольтные выводы, наружную первичную обмотку,. о т л и ч а ю щ и й-.с я тем, что, с целью повышения надежности путем повышения эффективности охлаждения, он имеет металлический охладитель, выполненный в виде двух цилиндров с полыми стенками и торцовых шайб, изолированных диэлектрическими кольцами от магнитопровода, цилиндры сопряжены вдоль образующих каждый с двумя патрубками, расположенными соосно и выполненными с продольными прорезями и герметичными перегородками, равными высоте магнитопровода и ориентированными ортого 1555713нально, металлический охладитель установлен на магнитопроводе, а патрубки для подачи и вывода хладагента расположены в секторе магнитопровода, не занятом обмотками.2. Трансформатор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что имеет встроенные дистанциирующие кольцевыеэлементы, цилиндры охладителя выполнены из медной фольги, а первичнаяобмотка выполнена из трубы с штуцерами для подачи хладагента, дистанциирующие кольцевые элементы установлены на цилиндрах охладителя.1555713 Составитель В.МясниковаТехред А.Кравчук Корректор НРевская Редактор Н.Тупица Заказ 556 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101