ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1999 года по МПК H01F19/04 H01F27/28 

Изобретение относится к электротермии, в частности к индукционному нагреву, и может быть использовано в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки и т.д.

Известен высокочастотный трансформатор (В.А. Пейсахович. "Оборудование для высокочастотной сварки металлов", Л., Энергоатомиздат, 1988, стр. 150), состоящий из спиральной многовитковой цилиндрической первичной обмотки, расположенной концентрично внутри одновитковой вторичной обмотки с воздушным зазором, служащим электрической изоляцией.

Недостатком известного воздушного высокочастотного трансформатора является невысокий коэффициент связи (0,6-0,8).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является высокочастотный трансформатор (А.Н. Шамов, И.В. Лунин, В.П. Иванов. "Высокочастотная сварка металлов", Л., Машиностроение, 1977, стр. 94), выбранный в качестве прототипа, состоящий из изолированной диэлектриком первичной обмотки, цилиндрической одновитковой вторичной обмотки, расположенной концентрично первичной с зазором, который фиксируется диэлектриком (изолятором) первичной обмотки. Внутри первичной обмотки для увеличения коэффициента связи расположен водоохлаждаемый сердечник из феррита. Такой трансформатор имеют установки, например, ВЧС-400/0,44, ВЧС-630/0,44, разработанные для производства труб высокочастотной сваркой.

Недостатком прототипа являются сложность конструкции, большой вес, т.к. сердечник из феррита имеет массу от 15 до 30 кг в зависимости от мощности трансформатора, большую стоимость, невысокий коэффициент связи (не более 0,85).

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении коэффициента связи, улучшении равномерности токораспределения, снижении стоимости и веса.

Поставленная задача решается за счет того, что в высокочастотном трансформаторе, содержащем первичную обмотку в форме цилиндрической спирали, выполненную из трубки, изолированную по длине диэлектриком, вторичную обмотку, выполненную из трубки большего диаметра, состоящую из отдельных витков, электрически соединенных между собой преимущественно параллельно, согласно изобретению на каждом витке первичной обмотки коаксиально размещен виток вторичной обмотки.

Изобретение (высокочастотный трансформатор в мощном варианте) поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид трансформатора со стороны выводов вторичной обмотки, на фиг. 2 - вид сверху, на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1.

Первичная обмотка 1 мощного высокочастотного трансформатора, выполненная из медной или алюминиевой трубки, изолирована диэлектриком 2 и имеет выводы 3 для подключения к схеме высокочастотного генератора, а также для подачи и слива охлаждающей первичную обмотку воды. Поверх диэлектрика 2 размещены витки вторичной обмотки 4 (система охлаждения вторичной обмотки на чертежах не показана), выполненные из медной или алюминиевой трубки, которые через выводы 5 соединены между собой, как правило, параллельно.

В предлагаемой конструкции трансформатора коэффициент связи практически равен 1, хотя трансформатор и не имеет дорогостоящего и тяжелого ферритового сердечника. Определение коэффициента связи проведено резонансным методом по формуле

где
k - коэффициент связи;
f_xx - резонансная частота первичной обмотки с емкостью C, подключенной параллельно и разомкнутой вторичной обмоткой;
f_кз - то же самое, но вторичная обмотка замкнута накоротко.

Величина коэффициента связи составила более 0,999.

Физически это объясняется тем, что у трансформатора отсутствует поле рассеяния, т. к. все электромагнитное поле первичной обмотки заключено в объеме зазора между трубками первичной и вторичной обмоток, что является следствием коаксиального расположения обмоток. Кроме того, коаксиальное размещение на каждом витке первичной обмотки трансформатора витка вторичной обмотки приводит к равномерному распределению токов по наружной поверхности первичной и внутренней поверхности вторичной обмоток, которого нет ин у одного известного высокочастотного трансформатора (см., например, Ю.В. Денисов "Трансформатор высокой частоты без самоиндукции рассеяния во вторичной обмотке. "Электричество", 1940, N 6, В.А. Пейсахович, Н.Л. Мирский "Высокочастотный трансформатор с незамкнутым ферритовым сердечником" // Промышленное применение токов высокой частоты. Л., Машиностроение, 1970, стр. 208-217). Равномерность токораспределения позволяет создать более компактную конструкцию меньшего веса, т.к. лучше используется материал обмоток с точки зрения токовых нагрузок. Отсутствие поля рассеяния позволяет легче встраивать высокочастотный трансформатор в технологические линии, например в трубоэлектросварочный стан, т.к. экранирующие поверхности шкафа, в котором размещен трансформатор, могут быть расположены на минимальных расстояниях, что заметно уменьшает размеры шкафа.

Предполагается освоение мелкосерийного производства высокочастотных трансформаторов заявленной конструкции мощностью до 400 кВт.

Использование: в электротермии, в частности при индукционном нагреве в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки и т.д. Высокочастотный трансформатор содержит первичную обмотку в форме цилиндрической спирали, выполненную из трубки, изолированной по длине диэлектриком, вторичную обмотку, выполненную из трубки большего диаметра, состоящую из отдельных витков, электрически соединенных между собой преимущественно параллельно. При этом на каждом витке первичной обмотки коаксиально размещен виток вторичной обмотки. Технический результат заключается в увеличении коэффициента связи, улучшении равномерности токораспределения. 3 ил.

Высокочастотный трансформатор, содержащий первичную обмотку в форме цилиндрической спирали, выполненную из трубки, изолированной по длине диэлектриком, вторичную обмотку, выполненную из трубки большего диаметра, состоящую из отдельных витков, электрически соединенных между собой, преимущественно параллельно, отличающийся тем, что на каждом витке первичной обмотки коаксиально размещен виток вторичной обмотки.