Трансформаторно-выпрямительное устройство

Союз СаветсннхСоциалмстическнхРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 905905по делам нзебретеннй н ОтхрытнЙИзобретение относится к электротехнике, в частности к технике генерирования высоких постоянных напряжений, и может быть использовано для питания различных электрофизицеских устройств, преимущественно электронных пушек для электронно-лучевойфтехнологии.оИзвестны трансформаторно-выпрямительные устройства, представляющие собой конструктивное совмещение пре образовательного трансформатора с ускорительной трубкой, выполняющей функии выпрямительного элемента. Такие устройства, представляющие собой высоковольтный трансформаторновыпрямительный блок, конструктивно оформлены в виде коаксиальной системы, образованной ускорительной трубкой, секционированной вторичной об 20 моткой, секционированным магнитопроводом и первичной обмот кой; помещенными в общем металлическом кожухе. Рабочий магнитный поток, возбуждаемый первичной обмоткой, замыкается цастич. но по немагнитным элементам конструкции и индуцирцет на каждой секции вторичной обмотки переменное напряжение, которое с помощью встроенной ускорительной трубки преобразуется в постоянное 1 1.Недостаток такого трансформатор- но-выпрямительного устройства обусловлен наличием постоянной составляющей в намагничивающем токе и замыканией магнитного потока через неферромагнитное пространство ускорительной трубки, Это приводит к увеличению установленной мощности питающей системы и снижению надежности и ресурса работы ускорителя, поскольку аварийные режимы в системе питания и в тракте ускорения электронов конструкт тивно и схемно не развязаны.Известнотакже высоковольтное трансформаторно-выпрямительное устройство, скомпонованное на основе повышающего трехфазного трансформатора С90903пространственно-симметричным магнитопроводом. Выпрямительные блоки,имеющие вид цилиндров, расположеныпараллельно осям обмоток трансформатора, высоковольтный вывод выполненв виде коаксиала с кожухомтрансформатора, сопряженного с встроеннойускорительной трубкой, Иагнитопроводтрансформатора находится под потенциалом земли, вторичная секционированная обмотка генерирует вь 1 сокоенапряжение, которое выпрямляется вдиодных блоках, расчитанных на полное напряжение установки2 ,Недостаток известного устройства 1 Бзаключается в тяжелых условиях работы изоляции, поскольку вторичнаяобмотка трансформатора и диодныеблоки должны изолироват ься от магнитопровода на полное напряжение, а ропробой одной из секций вторичнойобмотки приводит к выходу из строявсего устройства, При этом ресурснепрерывной работы ускорителя снижается, поскольку аварийные режимы 25в источнике питания и в ускорительной трубке пространственно и конструктивно не развязаны, При пробоекакого-либо элемента трансформаторно-выпрямительного устройства необ- зоходим демонтаж всего ускорителя,5 4ной колонны характеризуется минимальной длиной магнитной силовой линии, а тороидальная форма секций вторичнойобмотки обеспечивает минимальное значение индуктивности рассеяния 3 .Недостатком известного устр,1 йства является неоптимальная схема соединений секций вторичной обмотки и полюсов Мостов, приводящая к снижению ра- бочего напряжения ступени и,следовательно, к уменьшению удельной мощностив устройстве, Кроме того, совмещение функций изолирующих и крепежных дета. лей каркаса, состоящего из изоляционных цилиндров с дисками, ухудшает теплоотвод от обмоток, что снижает надежность главной изоляции и причводит к уменьшению полезнои мощности источника питания,Целью изобретения является повышение удельной объемной мощности высо-. ковольтного трансформаторно-выпрями- тельного устройства,Поставленная цель дост игается тем, что устройство, содержащее пространственно-симметричный повышающий,многофазный трансформатор с первичной обмоткой, выполненной в виде трехплоских прямоугольных катушек, вертикальные части которых проходят попарно вдоль оси окна, образованного колоннои замкнутых сердечников, несущихнаиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности яв" ляется трансформаторно-выпрямительное устройство, представляющее собой про странственно-симметричный трехфазный трансформатор, Первичная обмотка трансформатора собрана в виде трех плоских, прямоугольных катушек, вертикальные части которых проходят поф парно вдоль оси окна, образованного колонной сердечников, несущих секции вторичной обмотки, Сердечники собираются на изолирующих цилиндрах и фиксируются изоляционными дисками. При этом горизонтальные части первичных катушек и оси трех колонн сердечников образуют соответственно грани и вершины равностороннего треугольника, а секции вторичной обмотки подключены к выпрямительным модулям, соединенным в трехфазные мосты. Транс форматорная часть источника питания в электрЬмагнит ном отношении является "зеркальным отражением" стержнево го трансформатора с пространственным магнитопроводом. Замкнутый секциони нированный манитопровод каждой Фазсекции вторичной обмотки, изоляционные элементы крепления и каскадныймостовой выпрямитель с промежуточными,.полюсами, расположенный вдоль колонй сердечников и имеющий один высоковольтный вывод, снабженопотенциальными экранами, расположенными друг под другом коаксиально с колоннами сердечников и электрически соединенными с концами секций вторичной обмотки,изоляционные элементы крепления выполнены в виде стоек и сегментных отрезков диэлектрических цилиндров с поперечными прорезями, в которых расположены замкнутые сердечники с секциями вторичной обмотки и закрепленыс помощью изоляционных стоек, причемсегментные отрезки образуют правильную призму с вогнутыми гранями.Высоковольтный вывод образованкабелем со снятой оплеткой, проходящим вдоль оси трансформатора, и снабжен проводящими кольцами, расположенными на равных расслояниях друг отдруга коаксиально с кабелем и электрически соединенными с промежуточными полюсами выпрямителя,90590 нам 7, являющимся также нейтралями секций обмотки, соединенныхв звезду. Экраны 7 охватывают всю выемную часть источника питания и выравнивают градиенты напряжения между отдельными секциями и между выемной частью и проводящим корпусом 18, Потенциал системы экранов ступенчато нарастает сверху вниз. Вентильные элементы мостовых выпрямителей 8 образуют пространственно-симметрицную систему, что позволяет оптимизировать структуру тепловых потоков в устройстве. Тороидальные сердечники 6, расположенные соосно в пределах каждой колонны, развязаны механически с помощью сегментных отрезков диэлектрических цилиндров 13,имеющих систему по-, перечных прорезей, Сегментные отрезкицилиндров жестко связаны с помощью профилированных изоляционных стоек 11, на внешней поверхности которых собраны вентильные элементы зашунтированные керамическими конденсаторами. Вывод мощности из устройства осущест- вляется высоковольтным кабелем 1 соснятой оплеткой и снабженным проводящими кольцами, являющимися полюсами отдельных ступеней каскадного мостового выпрямителя и служащими для равномерного деления потенциала по по- . верхности кабеля. Иодульный принцип выполнения транс/ч формат орно- выпрямит ель но го уст роиства с пространственно-симметричным расположением магнитных и преобразо вательных звеньев оптимизирует конструкцию, обеспечивая лучшие условия для отвода тепла и равномерного принудительного распределения потенциала по секциям каскада мостового выпрямителя. Секция вторичной обмотки повышающего трансформатора изолируется от сердечника на напряжение только одной ступени, при этом снимается проблема изоляции вторичной обмотки от магнитопровода. Случайное кратковременное замыкание одной из секций вторичной обмотки или одной ступени мостового выпрямителя не является аварийным режимом для источника питания в целом. В этом случае происходит локальное вытеснение магнитного потока из соответствующего тороидального сердечника и перераспределение общего магнитного потока в остальных сердечниках. Главная изоляция повышаю щего трансформатора представляет со 5 5На фиг. 1 представлена общая компоновка трансформаторно-выпрямитель- ного устройства; на фиг, 2 - вид в плане; на фиг, 3 - принципиальная электрическая схема. 5Устройство содержит трехрамную многовитковую первичную обмотку 1 трансформатора, изолированную пленкой 2 и встроенную в электростатический заземленный экран 3. Система 1 О вторичных обмоток с сердечниками и выпрямительными мостами образует симметричные относительно центральной осимодуля, Тороидальнь 1 е сердечники 5 несут тороидальные секции 15 вторичной обмотки 6, электрически соединенные с экранами 7, Секции выпрямителя 8 фиг. 21 расположены на вершинах равностороннего треугольника. Полюса отдельных мостов выпрямителя 9 выполнены в виде кольцевых экранов, равноотстоящих друг от друга по высоте колонны сердечников. Выемная часть устройства собрана на двух профилированных изоляционных 25 пластинах 10,стянутых основными 11 и дополнительными 12 изоляционными стойками. Сегментные отрезки диэлектрических цилиндров 13, имеющие систему поперецных прорезей, скреплены с изоляционными стойками с помощью шпилек и клея, Вдоль оси устройства собран омицеский делитель напряжения 11, секции которого закреплены на проводящих кольцах - экранах, расположенных вдоль центрального высоковольтного кабеля 15 без оплетки. Выемная цасть устройства крепится на металлической крышке 16, снабженной вводами питания 17, Герметичный40 проводящий корпус 18 заполняется газообразным или жидким диэлектриком,ч выполняющим функции теплоохлаждающеи среды.Устройство работает следующим об разом.При подклюцении первичной обмотки 1 трансформатора к сети под воздействием сетевого напряжения по обмотке протекает ток,намагницивающий50 пространственно-симметричный магнитопровод. При этом магнитный поток локализуется. в отдельных тороидальных сердечниках 5, индуктируя трехфазную систему ЭДС в секциях вторичной вентиль 55 .ной обмотки 6. Начала секций вторичной обмотки, расположенных на одинаковой высоте вдоль колонны сердечни,ка, подключены к потенциальным экра 905905бой чисто газовый или жидкостной канал, в котором от сутст вуют шунт ирующие твердые диэлектрики, Для повышения однородности электрического поля первичная обмотка окружена электростатицеским заземленным экраном, покрытым снаружи многослойной пленочной изоляцией, Конструкция высоковольтного вывода, выполненного аксиальносимметричным кабелембез оплетки 10 с градиентными кольцами, позволяет реализовать вывод мощности без.увеличения размеров выемной части и не требует специального изолирующего пространства. Градиентные кольца кабеля совмещены электрицески с полюсами ступеней каскадного выпрямителя, поэтому ступенчатое изменение потенциала вдоль вертикальной оси выемной цасти устройства происходит 20 равномерно по всем элементам конструкции, включая соответствующиеуцастки высоковольтного кабеля.Иоложительный технический эффект от применения данного изобретения 25 обусловлен оптимизацией пространственной структуры многофазного высоковольтного трансформаторно- выпрями-.тельного устройства с модульным принципом выполнения и кабельным выводом Зо мощности. Формула изобретенияЭ 51. Трансформаторно-выпрямительное устройство, содержащее пространственно-симметричный повышающий многофазный трансформатор, выполненный в виде закрепленных в изоляционном кар о касе колонн замкнутых сердечников;несущих секции вторичной обмотки, вдоль оси окон которых попарно расположены вертикальные участки плоских прямоугольных катушек первичнойобмотки, изоляционные элементы крепления и каскадный мостовой выпрямитель с промежуточными полюсами, расположенный вдоль колонн сердецникови имеющий один высоковольтный вывод,о т л и ц а ю щ е е с я тем, что, соцелью повышения удельной объемноймощности, оно снабжено потенциальными экранами, расположенными другпод другом коаксиально с колоннамисердечников и электрически соединенными с концами секций вторичной обмотки, изоляционные элементы крепления выполнены в виде стоек и сегментных отрезков диэлектрицесих цилиндров с поперецными прорезями, в которых расположены замкнутые сердечники с секциями вторичной обмотки,закрепленные с помощью изоляционныхстоек, причем указанные сегментныеотрезки образуют правильную призму свогнутыми гранями.2. Устройство по. и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, цто высоковольтный вывод образован высоковольтнымкабелем со снятой оплеткой, проходящим вдоль оси трансформатора, и снабжен проводящими кольцами, расположенными на равных растояниях друг отдруга коаксиально с кабелем и электрически соединенными с промежуточными полюсами выпрямителя.Истоцники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 2211712, кл. Н 05 Н 5/00, 1968,2, Авторское свидетельство СССРУ 500719, кл. Н 05 Н 5/00, 19763. Авторское свидетельство СССРпо заявке Мф 202680 1/07, кл. Н 02 М7/10, 197 Й."Патент", г Составител ова Техреду М.Тираж 757осударст венного елам изобретений осква ЖРау В. Мясниковаей вес. КорректорА. ДзятПодписное ород, ул. Проектн