ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1996 года по МПК H01F19/08 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, в частности, для систем электропитания и построения генераторов, содержащих высокочастотные трансформаторы.

Конструкция высокочастотных трансформаторов для систем электропитания в общем случае содержит магнитопровод (сердечник), а также первичные и вторичные обмотки.

Применение магнитопровода позволяет увеличить КПД, уменьшить рассеивание магнитных полей, а также мощность потерь, значительно уменьшить габариты высокочастотного трансформатора.

Недостатком применения магнитопровода (сердечника) является снижение технологичности изготовления и сборки трансформатора, ухудшение охлаждения обмоток трансформатора, повышение себестоимости трансформатора, а также требований к классу изоляции между обмотками.

Известен импульсный трансформатор, содержащий первичную и вторичную обмотки и изоляционные прокладки, толщина которых изменяется пропорционально действующим между обмотками напряжением, причем первичная и вторичная обмотки выполнены в виде соединенных параллельно однослойных секций, при этом число секций первичных и вторичных обмоток нечетное и их секции чередуются (1).

Этот трансформатор предназначен для получения импульса напряжения и из-за низкого КПД и слабой индуктивной связи между обмотками не может служить высокочастотным трансформатором источником питания. Технология его сборки и изготовления усложнены за счет использования прокладок с разной по длине толщиной, а также затруднено охлаждение обмоток.

Кроме того, известен трансформатор, состоящий из магнитопровода и размещенных на нем первичных и вторичных обмоток, намотанных одна на другую, причем первичные обмотки изолированы одна от другой, а вторичная обмотка разделена на секции, каждая из которых расположена в одном слое с одной из первичных, при этом витки каждой секции вторичной обмотки размещены в промежутках между соседними витками (2).

В трансформаторах этого типа технология намотки обмоток сложна, требует выдержки разных шагов первичной и вторичной обмотки. Кроме того, весьма затруднительно решен вопрос ремонта и замены вышедших из строя обмоток.

Известен также высокочастотный трансформатор, состоящий из чередующихся первичных и вторичных обмоток, объединенных в секции, соединенные между собой (3).

Такое выполнение трансформатора упрощает процесс намотки обмоток, однако остается также сложным и трудоемким процесс его сборки и ремонта.

Задача изобретения состоит в том, чтобы избежать вышеизложенных трудностей и создать такой трансформатор, который при относительной простоте конструкции обеспечивает достаточную простоту намотки обмоток и упрощает процесс ремонта и замены обмоток.

Это достигается благодаря тому, что в высокочастотном трансформаторе, состоящем из чередующихся первичных и вторичных обмоток, объединенных в секции, соединенные между собой, секции установлены друг за другом, причем первичные обмотки, расположены по бокам вторичной и являются наружными.

Обмотки трансформатора могут быть выполнены с соблюдением отношения L/Д меньше 0,05; где: L длина (толщина обмотки) намотки, Д средний диаметр намотки.

На фиг.1 изображен продольный разрез трансформатора с секциями (обмотками), установленными с воздушными зазорами (вариант 1); на фиг.2 - продольный разрез трансформатора с заполненными теплопередающим изолирующим наполнителем (вариант 2).

Предлагаемый высокочастотный трансформатор выполнен из отдельных секций 1 и 2 (фиг.1,2), например, круглой, эллипсной формы обмотки.

Секции 1 с намотанной первичной обмоткой и секции 2 с вторичной обмоткой, которые наматываются, например, одножильным проводом 3 по спирали, уложенным на слое клея 4, нанесенным на подложку 5 из изоляционного материала, имеющую центральное отверстие 6 для расположения в нем, например, полого стержня 7, например из изолирующего и немагнитного материала.

Все секции с первичной и вторичной обмотками выполняют для одной серии трансформаторов и имеют одинаковый средний диаметр намотки.

Секции 1 и 2 (фиг.1) могут устанавливаться с воздушным зазором 8 или без воздушного зазора (фиг.2), а межсекционное пространство заполнено теплопередающим изолирующим наполнителем 9.

Один из возможных вариантов сборки секций заключается в следующем: на подложку 5, например, круглой формы с центральным отверстием 6, имеющим внутренний диаметр Д1, равный наружному диаметру стержня 7, укладывают, например, одножильный провод 3 по спирали и клеем 4 фиксируют на подложке 5, таким образом, что Д1 (фиг.1 и 2) является внутренним диаметром обмотки, Д2 - наружным диаметром, а Д средним диаметром первичной или вторичной обмотки.

Таким образом собирают секции как с первичными обмотками, так и с вторичными. Причем если в трансформаторе вторичных секций п штук, то первичных п+1 штук, где п целое число секций.

Такое выполнение трансформатора позволяет легко и быстро (особенно при монтаже трансформатора с воздушным зазором) провести замену секций при его ремонте.

Техническая характеристика опытного трансформатора
1. Напряжение питания 310 V
2. Напряжение на выходе 16 V
3. Ток в нагрузке 0 5 А
4. Частота 30 75 кГц
5. Объем 0,03 дм³
6. Вес 70 т
7. Удельная объемная мощность 2600 вт/дм³
8. Удельная весовая мощность 1140 вт/кг
9. КПД -0,85 0,9
10. Потребляемая мощность при холостом ходе 2 10 Вт
Данная конструкция трансформатора позволяет отказаться от сердечника. При необходимости получения других (по значению) выходных напряжений и токов, а также ремонта обмоток позволяет быстро заменять обмотки. Имея дополнительный запас секций обмоток, можно изменять выходные данные по напряжению от единиц до сотен вольт. ЫЫЫ1

Использование: в преобразовательной технике, в частности для систем электропитания и построения генераторов. Высокочастотный трансформатор состоит из чередующихся первичных и вторичных обмоток, объединенных в соединенные между собой секции, которые установлены друг за другом с расположением по краям первичных обмоток. Каждую обмотку секции (первичную или вторичную) выполняют с выдержкой соотношения L к Д меньше 0,05, где L - длина намотки; Д - средний диаметр намотки. Такое выполнение трансформатора позволяет легко и быстро (особенно при монтаже трансформатора с воздушным зазором) произвести замену секций при его ремонте или в случае необходимости изменения выходного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Высокочастотный трансформатор, состоящий из чередующихся первичных и вторичных обмоток, объединенных в секции, соединенные между собой, отличающийся тем, что крайние секции являются первичными обмотками. 2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что каждая секция выполнена с соблюдением соотношения L/D < 0,05, где L длина намотки, D средний диаметр намотки.