ТРАНСФОРМАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК H01F19/04 H01F30/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторам, и может быть использовано в индукционных установках повышенной частоты.

Известны трансформаторные устройства, содержащие тороидальный сердечник, на котором располагаются первичная обмотка и один виток сильноточной вторичной обмотки, выполненный в виде стержня, проходящего через окно сердечника [1].

Данное устройство имеет невысокий КПД, так как виток вторичной обмотки обладает значительным активным и индуктивным сопротивлением.

Известно трансформаторное устройство на основе тороидального сердечника, сильноточная вторичная обмотка которого выполнена в виде объемного витка, охватывающего всю первичную обмотку [2].

Данное устройство обладает более высоким коэффициентом связи между обмотками и меньшей индуктивностью рассеяния. Оно является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

В данном устройстве объемный виток собран из нескольких механически связанных заготовок; места их соединений, являющиеся и электрическими соединителями, обладают повышенным контактным сопротивлением и вносят дополнительные потери в сильноточный контур вторичной обмотки. Дополнительные потери выделяются в местах крепления выводов вторичной обмотки и в объемных токоподводящих шинах, связывающих вторичную обмотку с нагрузкой. В результате КПД устройства оказывается невысоким, а его конструкция - сложной в реализации.

Задачей изобретения является снижение потерь и упрощение конструкции устройства.

Для решения этих задач трансформаторное устройство, содержащее тороидальный сердечник с распределенной на его поверхности первичной обмоткой, размещенный в углублении кольцеобразной формы, выполненном по меньшей мере в одной из двух бифилярно расположенных электропроводных пластин, образующих одновитковую вторичную обмотку с токоподводящими шинами для соединения с нагрузкой, участки электропроводных пластин, приходящиеся на внутреннюю сторону тороидального сердечника с первичной обмоткой образуют электрическое соединение между собой, а участки, расположенные на его внешней стороне, изолированы друг от друга и образуют токоведущие шины.

Две широкие пластины из электропроводного материала, например меди, снабженные углублением в форме кругового кольца, охватывают сплошным слоем всю внешнюю поверхность первичной обмотки, равномерно распределенной на тороидальном сердечнике, за счет чего достигается высокий коэффициент связи между обмотками и снижение индуктивности рассеяния.

В предложенном устройстве объемный виток состоит из несложных по конструкции заготовок на основе двух электропроводных пластин, связанных между собой механически и электрически лишь на внутренней стороне тороидального трансформатора. На внешней стороне тороидального трансформатора эти электропроводные пластины электрически не связаны между собой и выполняют функцию бифилярно расположенных плоских токоподводящих шин, являющихся неразрывным продолжением выводов сильноточной обмотки. Такая конструкция способствует снижению паразитной индуктивности сильноточной цепи. Реализация токоподводящих шин и сильноточной обмотки в едином конструктиве дает существенный выигрыш в сокращении контактных соединений в сильноточной цепи. Таким образом, достигается упрощение конструкции устройства и снижение потерь мощности. Кроме того, упомянутые пластины, выполняющие функции объемного витка и токоподводящих шин, образуют развитую поверхность и обеспечивают дополнительно функцию теплоотвода потерь мощности, выделяющихся в трансформаторном устройстве.

На фиг. 1 приведен чертеж предложенного устройства с несимметричной конструкцией шин; на фиг. 2 - с симметричной конструкцией шин.

Тороидальный сердечник 1 (фиг. 1) с первичной обмоткой 2, распределенной равномерно по всей поверхности тороидального сердечника 1 и отделенной от последнего тонким слоем изоляции 3, плотно размещены в углублении кольцеобразной формы, сформированном в электропроводной пластине 4. Вторая пластина 5 стянута с первой 4 таким образом, что сердечник 1 с обмоткой 2 оказываются расположенными между ними. Участки пластин 4 и 5, приходящиеся на внутреннюю сторону тороидального трансформатора, образуют электрическое контактное соединение между собой, а участки, расположенные на внешней стороне трансформатора, изолированы друг от друга тонким слоем изоляции 6. Такой же тонкий слой изоляции отделяет внешнюю поверхность первичной обмотки 2 от электропроводных пластин 4 и 5. На торцах пластин 4 и 5 предусмотрены фланцы 7 и 8, к которым подключается нагрузка, в частности может крепится индуктор. На плоских участках обеих пластин расположены трубки 9 и 10 для жидкостного охлаждения устройства.

В устройстве с симметричной конструкцией шин (см. фиг. 2) используются две конструктивно одинаковые пластины с углублением 4 и 5. В обоих вариантах тонкий слой изоляции 6 может быть нанесен непосредственно на внутренние поверхности пластин 4 и 5.

Устройство работает следующим образом. К первичной обмотке 2 подводится напряжение повышенной частоты, под действием которого в ней возникает ток, создающий магнитный поток и индуктирующий ЭДС в сильноточной обмотке. В результате в нагрузке, подсоединенной к контактным фланцам 7 и 8, возникает переменный ток.

В случае симметричной конструкции устройства плотность растекающего тока на идентичных участках пластин 4 и 5 оказывается одинаковой, что способствует наиболее полной компенсации паразитной индуктивности шин за счет бифилярного эффекта. Аналогичный эффект компенсации наблюдается в результате действия противоположно протекающих токов в слое первичной обмотки 2 и охватывающих ее участков пластин 4 и 5, представляющих собой слой одновитковой сильноточной обмотки. Этим достигается эффективное снижение падения напряжения на токоподводящих участках сильноточной цепи и установленной мощности трансформатора.

При несимметричной конструкции шин, когда углубление сформировано только на одной пластине, картина растекания тока в пластинах 4 и 5 будет несколько различаться, в результате будет лишь частичная компенсация индуктивности токоподводящих шин. В случае относительно невысоких рабочих частот эффект частичной компенсации может оказаться достаточным, а использование несимметричной конструкции шин оправданным.

В обоих случаях сборка устройства осуществляется из предварительно сформированных заготовок, которые могут быть выполнены различными технологическими приемами. В случае симметричной конструкции, когда используются две идентичные заготовки, несколько затрудненной может оказаться процедура их скрепления вследствие малого размера внутренней области тороидального трансформатора. Более свободный доступ к местам крепления пластин допускает несимметричная конструкция шин.

Использование конструкции сильноточной обмотки силового трансформатора, собранной из заготовок; совмещающих дополнительно функции токоподвода и теплоотвода, позволяет упростить конструкцию и сборку всего устройства, существенно снизить паразитные параметры и повысить эффективность устройства.

Источники информации
1. А.с. N 230960 (СССР), МКИ H 01 F 27/02, 1968.

2. А.с. N 734822 (СССР), МКИ H 01 F 27/30, H 01 F 31/00, 1980 (прототип).

Изобретение предназначено для использования в преобразовательных устройствах, в частности в индукционных устройствах повышенной частоты. Трансформаторное устройство содержит тороидальный трансформатор и токоподводящие шины, соединяющие трансформатор с нагрузкой. Вторичная обмотка трансформатора образована двумя бифилярно расположенными и электрически соединенными между собой электропроводными пластинами. В кольцеобразном углублении, выполненном по меньшей мере в одной из пластин, размещены тороидальный сердечник с распределенной по его поверхности первичной обмоткой. Изолированные друг от друга и от вторичной обмотки токоподводящие шины образованы участками бифилярно расположенных пластин, находящихся снаружи трансформатора. Таким образом, вторичная обмотка трансформатора и токоподводящие шины выполнены за одно целое, что снижает потери и упрощает конструкцию. 2 ил.

Трансформаторное устройство, содержащее тороидальный сердечник с распределенной на его поверхности первичной обмоткой, размещенный в углублении кольцеобразной формы, выполненном по меньшей мере в одной из двух бифилярно расположенных электропроводных пластин, образующих одновитковую вторичную обмотку с токоподводящими шинами для соединения с нагрузкой, отличающееся тем, что участки электропроводных пластин, приходящиеся на внутреннюю сторону тороидального сердечника с первичной обмоткой, образуют электрическое соединение между собой, а участки, расположенные на его внешней стороне, изолированы друг от друга и образуют токоподводящие шины.