ТРАНСФОРМАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ДИОДНЫМ ДЕЛИТЕЛЕМ Российский патент 2003 года по МПК H01F38/42 

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к высоковольтному трансформатору с диодным делителем, имеющему сердечник, первичную обмотку и высоковольтную обмотку, которая расположена в отсеках каркаса для намотки катушек.

Уровень техники
Высоковольтный трансформатор с диодами такого типа раскрыт, например, в ЕР 0529418 В1. Этот трансформатор содержит первый каркас катушки, в которой расположена первичная обмотка и другие вспомогательные обмотки, и второй каркас катушки, в котором расположена высоковольтная обмотка в виде секционированной обмотки. Обычно изготавливают два каркаса и наматывают по отдельности. Во время окончательной сборки каркас с высоковольтной обмоткой, который имеет соответственно больший внутренний диаметр, надевают на каркас с первичной обмоткой. Затем каркасы заключают в пластмассовый корпус и дополнительно заливают композицией на основе синтетических смол для подавления коронирования и высоковольтного пробоя. Трансформаторы такого типа применяют в телевизионных приемниках, например, для создания высоких напряжений от 24 до 30 кВ в непрерывном режиме работы.

В DE 3822284 A1 раскрыт малогабаритный высоковольтный трансформатор для напряжения около 7 кВ для копировальных аппаратов и т.п. Этот трансформатор также имеет два каркаса для намотки катушек, причем каркас с первичной намоткой надевают на каркас с высоковольтной обмоткой и фиксируют на нем. Он не выполнен в виде высоковольтного трансформатора и не может создавать напряжения свыше 20 кВ, необходимые для телевизионных приемников. Он не содержит выпрямительных диодов, они расположены отдельно в соответствующем контуре. Частной целью использования секционированного каркаса для намотки катушек являлось устранение высоковольтных проблем, которые возникают здесь из-за малого расстояния между высоковольтной обмоткой и сердечником. Однако, несмотря на значительно более низкое напряжение, равное 7 кВ, этот трансформатор не проявил дополнительной высоковольтной прочности при непрерывном режиме работы, даже при полной заливке, и поэтому он не был запущен в производство.

Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является создание высоковольтного трансформатора с диодным делителем указанного в начале описания типа, который имеет компактную конструкцию и низкую стоимость и, в частности, хорошую высоковольтную прочность в непрерывном режиме работы с напряжением свыше 20 кВ.

Эта задача решена изобретением, охарактеризованным в п.1 формулы изобретения. Предпочтительные модификации изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

В высоковольтном трансформаторе с диодным делителем, согласно изобретению, первичная обмотка находится над высоковольтной обмоткой и высоковольтный трансформатор содержит средства, с помощью которых уменьшается электрическое поле между каркасом для намотки катушек и сердечником для предотвращения коронирования. Например, поверхность внутренней полости каркаса снабжена проводящим покрытием, которое во время работы находится на потенциале земли вследствие контакта с сердечником или на том же потенциале, что и сердечник. В результате, электрическое поле может быть экранировано в неизбежном воздушном зазоре между сердечником и каркасом, что эффективно подавляет коронирование и высоковольтный пробой. Коронирование вызывается, в частности, озоном, создаваемым в воздухе с помощью сильного электрического поля. Проводящее покрытие концентрирует электрическое поле в материале между высоковольтной обмоткой и проводящим покрытием каркаса, что обеспечивает долговременную высоковольтную прочность при выборе подходящего материала и размеров.

Используемое проводящее покрытие должно быть слоем с высоким сопротивлением, например, коллоидным графитом, который можно наносить простым образом с помощью форсунки, распыляющей в радиальном направлении. Слой с низким сопротивлением, например металлический слой, создавал бы короткозамкнутый виток и приводил бы к созданию потерь.

В качестве альтернативного решения, вместо проводящего покрытия можно остаточную полость между сердечником и каркасом катушки заполнить материалом, чтобы таким образом предотвратить коронирование. Материал должен иметь предпочтительно максимально высокую относительную проницаемость ε_r, например, 2-3 или 4, и может быть, например, вязкой пастой, а также заливочным материалом самого высоковольтного трансформатора. Материал должен также иметь низкую проводимость. Не должно образовываться включений воздуха в процессе наполнения, поскольку вследствие низкой относительной проницаемости ε_r = 1 в указанных включениях воздуха создается высокое напряжение и воздух легко ионизируется под действием этого напряжения.

Поскольку первичная обмотка вместе с изолирующим слоем находится непосредственно на высоковольтной обмотке, то все устройство становится очень компактным. Отсеки каркаса для намотки катушек при многослойной намотке обеспечивают дополнительно гладкую поверхность, на которую можно равномерно и плотно наматывать первичную обмотку при толщине провода, например, 0,3-0,8 мм.

Толщину стенки под секциями высоковольтной обмотки в направлении сердечника предпочтительно выбирают так, что она увеличивается по мере увеличения высокого напряжения на дне отсека.

Высоковольтные диоды могут быть расположены по бокам высоковольтных отсеков на каркасе для намотки катушки или, в качестве альтернативного решения, могут быть интегрированы между высоковольтной обмоткой и первичной обмоткой. С целью получения очень недорогого варианта выполнения, высоковольтная обмотка разделена на четыре обмотки, причем диоды включены соответственно между первой и второй и между третьей и четвертой обмотками, а отвод выполнен между второй и третьей обмотками для напряжения фокусирующего электрода телевизионной трубки.

Компактная конструкция каркаса для намотки катушек позволяет значительно уменьшить размеры не только корпуса высоковольтного трансформатора, но и сердечника. В результате, можно также значительно уменьшить количество герметизирующего компаунда, поскольку больше нет высоковольтных потенциалов на наружной стороне высоковольтного трансформатора. Это не только приводит к значительному уменьшению стоимости, но также обеспечивает преимущества относительно занимаемого пространства и массы. Таким образом, можно достичь уменьшения массы на 25% при тех же электрических свойствах в высоковольтном трансформаторе с диодами (DST), имеющем два диода, по сравнению с высоковольтным трансформатором с диодами, имеющим три диода. Кроме того, отпадает необходимость в контурах RLC для ослабления помеховых излучений.

В другом примере выполнения высоковольтный трансформатор с диодным делителем содержит только один каркас для намотки катушек, на котором в отсеках расположена высоковольтная обмотка, при этом первичная обмотка расположена над высоковольтной обмоткой и намотана на расположенную между ними трубчатую изоляцию или витки пленки. В качестве альтернативного решения, можно использовать также простой каркас для первичной обмотки, который надвигают на каркас с высоковольтной обмоткой. В случае применения трубчатой изоляции она может состоять из двух или более частей.

Первичная обмотка предпочтительно несколько шире высоковольтной обмотки и как можно полнее покрывает последнюю. Высокочастотное помеховое излучение, создаваемое в высоковольтной обмотке, по существу полностью экранируется с помощью этого, поскольку сердечник (обычно находящийся на потенциале земли) расположен внутри высоковольтного трансформатора, а закрывающая, плотно намотанная первичная обмотка расположена на наружной стороне, а крайние секции высоковольтной обмотки не несут, или несут лишь небольшое импульсное напряжение, в зависимости от конструкции, поскольку они соединены либо с опорным потенциалом, либо с высоковольтным выводом непосредственно или через другую секцию. Эти помеховые напряжения создаются в результате колебательных процессов между индуктивностями и паразитными емкостями высоковольтного трансформатора, при переходе диодов из проводящей фазы в запирающую фазу. Эти явления обоснованы в технических публикациях, например в ЕР 0735552 А1, и поэтому не поясняются здесь подробней.

Поскольку первичная обмотка предпочтительно расположена так, что она находится над высоковольтной обмоткой, то диоды не могут быть расположены непосредственно между соответствующими частичными обмотками, например, на перемычках отсеков или над отсеками, их необходимо располагать снаружи. В этом случае соединения диодов с высоковольтными секциями проходят через промежуточные высоковольтные секции. Кроме того, за счет компактного выполнения высоковольтного трансформатора обеспечивается хорошая связь между высоковольтной обмоткой и первичной обмоткой.

Возможно разместить до двух диодов в отсеке в нижней части каркаса, расположенной в направлении печатной платы. На верхней стороне каркаса диоды могут быть расположены на продолжении каркаса. В частности, нижние диоды расположены параллельно нижней части нижнего стержня сердечника, а верхние диоды расположены перпендикулярно верхней части верхнего стержня сердечника, так что можно применять сердечники, габаритная ширина которых лишь немного больше длины первичной и высоковольтной обмоток, поскольку в этом случае сердечник может выходить по бокам из каркаса через прорези. Верхние диоды дополнительно расположены так, что после намотки высоковольтной обмотки и установки и соединения диодов, на диоды и высоковольтную обмотку может быть надета состоящая из одной части трубчатая изоляция, точно соответствующая высоковольтной обмотке.

Однако также возможно расположение диодов между высоковольтной обмоткой и первичной обмоткой. Они могут быть расположены, например, в осевом направлении каркаса над высоковольтными секциями, параллельно сердечнику, в результате чего одновременно создаются соединения между частичными обмотками высоковольтной обмотки. За счет этого периметр первичной обмотки становится немного больше и может также принять овальную форму.

Возможно также применение большего количества диодов в качестве средства для ослабления электрического поля с целью предотвращения коронирования. В ходе дальнейших исследований было неожиданно установлено, что высоковольтный трансформатор этого типа работает надежно даже без проводящего покрытия. Так например, можно надежно создавать высокое напряжение в 32 кВ в непрерывном режиме работы с четырьмя диодами. Возможно также создавать напряжение вплоть до около 28 кВ с тремя диодами, однако это является ненадежным верхним пределом. В трансформаторе с тремя диодами рекомендуется использовать проводящее покрытие, поскольку его можно наносить за один рабочий ход по существу без дополнительных затрат.

Достаточная высоковольтная прочность высоковольтных трансформаторов, имеющих три или более диодов, без проводящего покрытия объясняется тем, что крайние секции фактически не несут импульсных напряжений, а во внутренних секциях, благодаря большому числу диодов, импульсные напряжения не достигают величин, которые могут приводить к коронированию между высоковольтными секциями и сердечником.

Высоковольтный трансформатор можно изготавливать экономично, поскольку он имеет только один сложный пластмассовый компонент, а именно каркас для высоковольтной обмотки. Поскольку тонкий провод высоковольтной обмотки, имеющий обычно толщину около 0,05 мм, в этом случае наматывают первым, то можно очень хорошо управлять этим процессом намотки. Затем наносят трубчатую изоляцию или витки пленки и наматывают на них толстый провод первичной обмотки и других вспомогательных обмоток. Поскольку при таком расположении на внешней стороне каркаса и тем самым на наружной кромке высоковольтного трансформатора практически не находятся высоковольтные части, в частности, части с импульсным напряжением, то толщину композиции на основе синтетических смол между каркасом с обмотками и наружным пластмассовым корпусом высоковольтного трансформатора можно уменьшить с 3 мм до менее 1 мм, в результате чего можно значительно уменьшить размеры пластмассового корпуса.

Поскольку первичная обмотка теперь находится на наружной стороне высоковольтной обмотки, а не внутри ее, то она находится относительно далеко от полей рассеяния сердечника, которые особенно ярко выражены вокруг воздушного зазора. Поскольку помеховые колебания содержат высшие гармоники до около 1 МГц, то ярко выраженные потери возникали раньше в первичной обмотке из-за поверхностных эффектов и вихревых токов, которые можно было удерживать на допустимом уровне только за счет более тонкого провода первичной обмотки, в частности, дорогого многожильного провода. Новое расположение позволяет использовать толстый провод, например, медный с толщиной 0,475 мм или более, без значительного проявления поверхностных потерь, за счет чего можно сократить активные потери в первичной обмотке. Однако первичная обмотка, расположенная на наружной стороне, должна поглощать излучаемые помехи. В предпочтительном примере выполнения первичная обмотка находится на расстоянии около 7 мм от сердечника, в то время как при прежней конструкции это расстояние составляло обычно 1,5 мм.

Меньший периметр высоковольтной обмотки означает значительно меньшие емкости обмотки. Это позволяет увеличить количество витков, в результате чего может быть уменьшен диаметр ферритового сердечника. Это обеспечивает не только снижение стоимости и экономию места, но также снижение потерь в ферритовом сердечнике.

Другие преимущества заключаются в более безопасной работе, поскольку в случае короткого замыкания в высоковольтной обмотке, которое может приводить к перегреву, трансформатор больше не может разрываться, так как высоковольтная обмотка очень надежно окружена первичной обмоткой, плотно намотанной толстым проводом. Кроме того, больше нет необходимости подключения к первичной обмотке контура RLC, поскольку высокое напряжение является достаточно стабильным. В варианте выполнения с четырьмя диодами можно создать, например, высоковольтный трансформатор с выходной мощностью 60 Вт при выходном напряжении 32 кВ, который имеет на более чем 20% сниженную стоимость и примерно те же размеры, что и прежний трансформатор с выходной мощностью 30 или 40 Вт, с массой 200 г. Массу можно уменьшить в целом на 30% по сравнению с прежними типами, имеющими ту же выходную мощность. Дополнительно к этому, высота высоковольтного трансформатора может быть очень небольшой, так как высокое напряжение можно отводить с нижних секций и пропускать через трубчатую пластмассовую изоляцию в корпусе снизу вверх для соединения. Для изоляции необходима трубка около 4 см, которая практически полностью находится в корпусе высоковольтного трансформатора. Таким образом, данный высоковольтный трансформатор отлично подходит для шасси современных телевизионных приемников или мониторов, поскольку конструкция шасси становится все более компактной, как следствие все более высокой степени интеграции интегральных схем. Больше не надо опасаться того, что помеховые излучения будут мешать контуру настройки.

Перечень чертежей
Ниже приводится подробное описание изобретения на примере выполнения со ссылками на схематичные чертежи, на которых представлено:
фиг.1 и 2 - блок-схемы высоковольтного трансформатора с диодами, имеющего два диода и три диода, соответственно, для создания высокого напряжения для кинескопа,
фиг. 3 - каркас с намотанными обмотками и два диода для высоковольтного трансформатора,
фиг. 4 и 5 - схема включения высоковольтных диодов и частичные обмотки высоковольтных обмоток,
фиг.6 - каркас с обмотками, четырьмя диодами и сердечником для высоковольтного трансформатора.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 показан высоковольтный трансформатор Тr с диодами, имеющий первичную обмотку W1 и высоковольтную обмотку, которая разделена на частичные обмотки W2-W5. Один конец первичной обмотки W1 соединен с рабочим напряжением UB, а другой конец соединен с переключающим транзистором 2, который периодически включается и выключается сигналом 1 возбуждения. Один конец частичной обмотки W2 соединен с опорным потенциалом, а высокое напряжение UH для кинескопа 7 снимают с одного конца обмотки W5. Высокое напряжение UH обычно сглаживается емкостью соединительного кабеля и емкостями кинескопа 7, показанными здесь как конденсатор 6.

Высоковольтная обмотка разделена на четыре обмотки W2, W3, W4 и W5, при этом соответствующие выпрямительные диоды 3 и 5 включены между первой и второй, а также третьей и четвертой обмотками. Отвод А для обеспечения высоким напряжением фокусирующего электрода кинескопа 7 предусмотрен между второй и третьей высоковольтными обмотками W3, W4.

Переключающий транзистор выключают на короткий период времени обратного строчного хода. Это приводит к высокоимпульсной нагрузке высоковольтного трансформатора Тr и эту нагрузку следует учитывать при выполнении этого трансформатора. Поскольку выпрямительные диоды включены между обмотками высоковольтного трансформатора по показанной на фиг.1 схеме, то на наружных концах высоковольтной обмотки нет напряжения переменного тока. Таким образом, импульсные нагрузки приложены, по существу, только к диодам 3 и 5, а также к смежным с диодами концам обмоток.

В отличие от фиг. 1, на фиг.2 показан высоковольтный трансформатор с диодным делителем, имеющим три диода. Соответствующие диоды 3, 4, 5 расположены между частичными обмотками W2-W5, а отвод А для фокусирующего электрода выведен с частичной обмотки W3, как будет пояснено ниже с помощью фиг. 4. На фиг.1 и фиг.2, а также на всех последующих чертежах одинаковые компоненты обозначены одинаковыми позициями.

Схемы такого типа обычно используют в телевизионных приемниках и компьютерных мониторах. Показанные на фиг.1 и 2 варианты выполнения приведены лишь в качестве примеров; в частности, высоковольтная обмотка может быть разделена также на более чем четыре частичные обмотки W2-W5.

На фиг. 3 показан разрез каркаса 9 для намотки катушек, на котором размещены как первичная обмотка W1, так и высоковольтная обмотка, разделенная на отдельные обмотки W2-W5, причем обмотки W2-W5 расположены под первичной обмоткой W1. Каркас 9 содержит осевую полость 11, в которой расположен ферритовый сердечник (не изображен). Каркас 9 содержит несколько отсеков 8, дно которых имеет толщину примерно 1 мм в направлении полости и в которые наматывают отдельные обмотки W2-W5 высоковольтной обмотки. Каркас 9 содержит предпочтительно двенадцать отсеков 8, причем каждая из обмоток W2-W5 расположена в трех их этих отсеков 8. Толщина дна отсеков 8 в направлении полости 11 может изменяться в зависимости от высоковольтной нагрузки в виде напряжений постоянного и переменного тока, как раскрыто, например, в ЕР 0028383 B1.

Изолирующий слой 10, который в данном примере выполнения состоит из нескольких слоев пленки, расположен над отсеками 8. Первичная обмотка W1 намотана одним или несколькими плотными слоями непосредственно на этот изолирующий слой 10. Дополнительно к этому, на первичную обмотку W1 намотаны вспомогательные обмотки WH, которые предпочтительно наматывают проводом одинаковой с первичной обмоткой толщины за один рабочий ход. На практике используют, например, эмалированный медный провод толщиной 0,335 мм или более для первичной обмотки W1 и 0,05 мм для высоковольтной обмотки. Диод 5 может быть также расположен в нижнем отсеке 14 противоположно диоду 3. На конце отсеков каркас 9 имеет боковые кромки 13 для расположения витков пленки 10 и первичной обмотки W1. После этих выступающих частей в наружном направлении следуют дополнительные отсеки 14, 16, которые служат для размещения высоковольтных диодов 3, 5. Эти диоды 3, 5 соединены с обмотками W2-W5 высоковольтной обмотки.

В результате такого выполнения, отсеки 8 с высоковольтной обмоткой полностью закрыты витками пленки 10 и первичной обмоткой W1, так что имеющая низкое сопротивление первичная обмотка W1 эффективно экранирует высокочастотное, интенсивное помеховое излучение, которое увеличивается пропорционально коэффициенту трансформации.

Благодаря короткой длине витков (периметр каркаса по дну отсеков) высоковольтных обмоток W2-W5 и тем самым меньшей собственной емкости высоковольтных обмоток, можно обеспечить достаточно стабильное высокое напряжение с помощью только двух высоковольтных диодов 3, 5, причем стабильность высокого напряжения лучше, чем в известном из уровня техники высоковольтном трансформаторе с диодами, имеющем три диода. Можно использовать также три или более диодов для дальнейшего увеличения стабильности высокого напряжения или же для получения большей выходной мощности.

В данном примере выполнения внутренняя полость 11 каркаса 9 снабжена проводящим покрытием на всей его поверхности 15, которое может быть заземлено, например, посредством контакта с сердечником (не изображен). Используемое проводящее покрытие может быть предпочтительно слоем коллоидного графита, который может быть нанесен распылением и имеет высокоомную проводимость. За счет этого неизбежное промежуточное пространство, заполненное воздухом, между ферритовым сердечником и каркасом 9 экранируется от высокого напряжения, что полностью подавляет образование коронного разряда. Проводимость проводящего покрытия выбирают так, чтобы предотвратить возникновение всех токов, емкостных токов и вихревых токов, в указанном покрытии.

Слой с коллоидным графитом можно предпочтительно наносить с помощью жидкого аэрозоля, который содержит коллоидный графит и клей в растворителе, который дополнительно немного растворяет пластмассу каркаса 9 для повышения склеиваемости. Этот аэрозоль можно наносить простым образом, например, с помощью форсунки, которая разбрызгивает в радиальном направлении и которую вводят через полость 11 каркаса 9.

Каркас 9 на своей внутренней стороне имеет электрические контакты 12, с помощью которых высоковольтный трансформатор закрепляют непосредственно на печатной плате. Дополнительно его заключают в пластмассовый корпус (не изображен), который открыт снизу, и полностью заливают композицией на основе синтетических смол.

В качестве альтернативного решения, вместо витков пленки в качестве изолирующего слоя между первичной обмоткой и высоковольтной обмоткой можно применять также пластмассовую трубчатую изоляцию, которую можно надвигать на каркас 9 с высоковольтными обмотками W2-W5. Затем первичную обмотку вместе с вспомогательными обмотками можно наматывать непосредственно на пластмассовую трубку. Если оба диода 3, 5 находятся в отсеке 14, расположенном внизу высоковольтного трансформатора в направлении электрических контактов 12, то весь каркас может быть выполнен очень компактным, даже если используется трубчатая изоляция. В этом случае трубчатая изоляция находится над отсеками 8 с высоковольтными обмотками W2-W5 и полностью их закрывает.

Ниже высоковольтные обмотки W2-W5 согласно фиг.2 поясняются подробней со ссылками на фиг.4. Высоковольтная обмотка выполнена в виде многосекционной обмотки, имеющей 12 секций К1-К12, при этом частичная обмотка W2 распределена на две секции, частичная обмотка W3 - на четыре секции и каждая из частичных обмоток W4, W5 - на три секции. Частичные обмотки W2-W5 имеют чередующиеся направления намотки для обеспечения благоприятной настройки в отношении более высоких гармоник, за счет чего снижается внутреннее сопротивление высоковольтного трансформатора. Таким образом, с учетом направлений намотки опорный потенциал соединен со второй секцией обмотки W2, а выходное высокое напряжение UH снимается с двенадцатой секции К12. В этом высоковольтном трансформаторе диоды 3-5 пространственно не расположены между частичными обмотками W2-W5, а находятся снаружи, например, диод 3 - внизу, а диоды 4 и 5 - наверху, как будет более подробно пояснено со ссылками на фиг.5.

Секции наматывают предпочтительно следующим образом. Сперва наматывают секцию К1 и затем вторую секцию К2, после чего выводят провод для соединения с опорным потенциалом. Затем наматывают секции К3-К6. Затем намотку продолжают, начиная с секции К12 вплоть до десятой секции, которую соединяют с диодом 5. Затем можно наматывать девятую, восьмую и седьмую секции.

Соединение А для фокусирующего электрода отводят предпочтительно от секции обмотки, в данном случае от секции К5 частичной обмотки W3, которая является симметричной по отношению двух диодов, в данном примере выполнения диодов 3 и 4, так что фокусирующее напряжение практически не содержит напряжения переменного тока. Частичная обмотка W3 и другие частичные обмотки W2, W4, W5 выполнены так, что величина напряжения, необходимого для фокусировки, присутствует приблизительно на фокусном контакте F.

На фиг. 5 показан вариант выполнения, в котором высоковольтная обмотка имеет пять частичных обмоток W2, W3a, W3b, W4 и W5 и имеется четыре диода 3-6. Частичные обмотки W2-W5 в этом случае также намотаны попеременно, причем опорный потенциал соединен с самой нижней секцией К1, а высокое напряжение UH отводится с самой верхней секции К12. Этот пример выполнения позволяет получать ток луча 2 мА. При напряжении 32 кВ, в то время как пример выполнения согласно фиг.4 обеспечивает максимальный ток луча 1,5 мА при напряжении 28 кВ. В отношении пространственных размеров секций оба типа являются идентичными; существенное различие состоит в том, что частичная обмотка W3 на фиг.4 разделена на фиг.5 на две частичные обмотки W3a и W3b, между которыми включен четвертый диод 4. В принципе, секции К1-К12 можно наматывать так же, как секции на фиг.4. В примере выполнения, согласно фиг.5, диоды 3 и 4 расположены ниже секции К1, а диоды 5 и 6 находятся над секцией К12 и соединительные провода между диодами и секциями во всех случаях проходят назад через соответствующие секции.

На фиг.6 показан разрез другого примера выполнения, в котором в каркасе 9 для катушек расположен ферритовый сердечник, содержащий две половины 17а и 17b сердечника. Частичные обмотки W2-W5 расположены в двенадцати отсеках каркаса 9, как уже пояснялось применительно к фиг.4 и 5. Толщина дна отсеков в направлении внутренней полости 11 каркаса 9, в которую вставлены две половины 17а, 17b сердечника, составляет около 1-2 мм, в зависимости от уровня импульсного напряжения в отдельных секциях.

Каркас 9 многосекционного типа содержит соединительные штырьки 12, с помощью которых высоковольтный трансформатор закрепляют на печатной плате. Под отсеками 8 с высоковольтными обмотками, в левой части на фиг.6, находится другой отсек 14, в котором расположены два диода 3 и 4. Другие диоды 5 и 6 расположены над отсеками 8 на продолжении 16 каркаса 9. Диоды 3-6 и высоковольтные отсеки 8 соединены согласно примеру выполнения, показанному на фиг.5.

В этом примере выполнения первичная обмотка W1 намотана на трубчатую изоляцию 10, вместо витков пленки, которая полностью покрывает высоковольтные обмотки W2-W5. Трубчатая изоляция 10 прилегает как можно плотнее к отсекам 8, закрывая их. Диоды 5 и 6 расположены на продолжении 16 так, что трубчатую изоляцию 10 можно надевать над ними. Таким образом, нет необходимости выполнять трубчатую изоляцию или витки пленки с продольным разрезом для пропускания над диодами. Дополнительные вспомогательные обмотки WH наматывают на первичную обмотку W1 проводом той же толщины во время дополнительного рабочего хода намотки.

Отсеки 8 с обмотками W2-W5 окружены первичной обмоткой W1 с наружной стороны и двумя половинами 17а и 17b сердечника с внутренней стороны, причем указанные половины сердечника находятся на потенциале земли. Крайние отсеки 8 находятся под напряжением постоянного тока, как уже указывалось применительно к фиг. 4 и 5. Благодаря такому расположению, нагруженные импульсным напряжением внутренние секции высоковольтной обмотки окружены практически полностью элементами или проводниками, несущими напряжение постоянного тока и имеющими низкое внутреннее сопротивление, что обеспечивает очень эффективное экранирование этих секций. Если даже одна из крайних секций не соединена непосредственно с напряжением постоянного тока, например, в результате чередующегося направления намотки, как показано на фиг.4, то экранирование все же превышает 90%.

Во время окончательной сборки каркас 9 дополнительно заключают в пластмассовый корпус (не изображен), который на верхней части имеет выступ для размещения продолжения 16 каркаса 9. В этом случае диоды 5 и 6 расположены перпендикулярно верхней части 13b сердечника, в результате чего сердечник можно выводить в боковом направлении непосредственно над обмотками W2-W5 и первичной обмоткой W1. В нижней части каркаса 9 диоды 3, 4 расположены параллельно нижней части 13а сердечника, что позволяет выполнить прорезь в каркасе 9, через которую может выходить нижняя половина 13а сердечника. Такое компактное расположение позволяет снизить массу сердечника с 133 до 80 г по сравнению с известными из уровня техники типами с той же выходной мощностью. Можно дополнительно сократить диаметр сердечника за счет использования материала сердечника, имеющего более высокую проницаемость.

Из такого расположения следует, что, за исключением соединительных проводов диодов, на наружной стороне каркаса нет больше частей, несущих высокое напряжение. Поэтому слой синтетической смолы между каркасом 9 и внешним корпусом можно уменьшить с 3 мм до менее 1 мм, что обеспечивает значительную экономию массы и пространства.

Возможны также другие варианты выполнения с более чем четырьмя диодами. В варианте выполнения с по меньшей мере четырьмя диодами нет больше необходимости в проводящем покрытии на поверхности 15 внутренней полости 11 каркаса 9, которое обязательно необходимо для трансформатора с двумя диодами. Проведенные испытания трансформаторов с четырьмя и более диодами показали, что даже при повышенной нагрузке и при длительном режиме работы не возникает коронирования и поверхностного пробоя между высоковольтными обмотками, расположенными в отсеках 8, и двумя половинами 17а, 17b сердечника. Поскольку проводящее покрытие можно наносить без особого труда и без значительных затрат на поверхность 15 внутренней полости 11, его можно наносить дополнительно, в зависимости от выполнения, например, в трансформаторе, имеющем три диода, поскольку при 28 кВ этот трансформатор находится на пределе нагрузки по напряжению, и проводящее покрытие следует нанести для обеспечения долгосрочной безопасности высоковольтного трансформатора. Для трансформатора с тремя диодами для напряжения 29,5 кВ проводящее покрытие является обязательно необходимым. Для трансформатора с четырьмя диодами импульсное высокое напряжение находится в диапазоне 2-3 кВ или ниже, при котором не происходит коронирования. Однако при 32 кВ или выше для этого типа трансформатора также рекомендуется нанести проводящее покрытие. Коронирование следует предотвращать полностью, поскольку даже слабое коронирование может привести к повреждению высоковольтного трансформатора после длительного периода работы.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным трансформаторам с диодным делителем для напряжений свыше 20 кВ, для применения в телевизионных приемниках и мониторах для компьютеров. Высоковольтная обмотка расположена в отсеках каркаса для намотки катушек под первичной обмоткой. Для уменьшения электрического поля между каркасом и сердечником и предотвращения коронирования между ними имеется проводящее покрытие на поверхности внутренней полости каркаса, которое содержит коллоидный графит. Проводящее покрытие может быть также выполнено в виде металлизированной пластмассовой пленки, намотанной между сердечником и каркасом. Полость между сердечником и каркасом может быть заполнена материалом, относительная проницаемость ε_r которого значительно больше проницаемости воздуха. Высоковольтные обмотки по существу полностью закрыты первичной обмоткой, за счет чего практически полностью экранируется помеховое излучение, создаваемое в высоковольтной обмотке. Технический результат заключается в обеспечении компактной, дешевой конструкции с высокой электрической прочностью в непрерывном режиме работы. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Трансформатор высокого напряжения с диодным делителем для напряжений свыше 20 кВ и до 35 кВ, содержащий сердечник (17а, 17b), первичную обмотку (W1) и высоковольтную обмотку (W2-W5), которая расположена в отсеках (8) каркаса (9) для намотки катушек, причем указанный каркас содержит внутреннюю полость (11) для размещения указанного сердечника (17а, 17b), первичная обмотка (W1) и высоковольтная обмотка (W2-W5) расположены концентрично вокруг указанного сердечника (17а, 17b), отличающийся тем, что первичная обмотка (W1) находится над высоковольтной обмоткой (W2-W5), и поверхность (15) внутренней полости (11) каркаса (9) для намотки катушек снабжена проводящим покрытием для ослабления электрического поля между каркасом (9) для намотки катушек и сердечником для предотвращения коронирования. 2. Трансформатор высокого напряжения с диодным делителем по п. 1, отличающийся тем, что проводящее покрытие содержит коллоидный графит. 3. Трансформатор высокого напряжения с диодным делителем по п. 1, отличающийся тем, что проводящее покрытие реализовано с помощью металлизированной пластмассовой пленки, которая намотана с перехлестом между каркасом (9) и указанным сердечником (17а, 17b). 4. Трансформатор высокого напряжения с диодным делителем по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что изолирующий слой (10) расположен между первичной обмоткой (W1) и высоковольтной обмоткой (W2-W5), причем изолирующий слой состоит либо из нескольких витков пленки (10), из простого каркаса для намотки катушки или из трубчатой изоляции. 5. Трансформатор высокого напряжения с диодным делителем по п. 4, отличающийся тем, что первичная обмотка (W1) расположена одним или несколькими плотно намотанными слоями на изолирующем слое (10) и, по существу, закрывает высоковольтную обмотку (W2-W5) с целью экранирования помехового излучения. 6. Трансформатор высокого напряжения с диодным делителем по п. 4 или 5, отличающийся тем, что высоковольтные диоды (3, 5), служащие для выпрямления, расположены по бокам высоковольтных секций (W2-W5). 7. Трансформатор высокого напряжения с диодным делителем по п. 6, отличающийся тем, что один или два диода (3, 4) расположены слева от отсеков (8) в направлении соединительной платы и 1-3 диода (5, 6) - справа от отсеков (8) высоковольтной обмотки (W2-W5) на каркасе (9). 8. Трансформатор высокого напряжения с диодным делителем по п. 7, отличающийся тем, что диоды (3, 4), размещенные слева, расположены в отсеке параллельно нижней части (17а) сердечника, а диоды (5, 6), размещенные справа, расположены перпендикулярно верхней части (17b) сердечника на продолжении каркаса (9). 9. Трансформатор высокого напряжения с диодным делителем по любому из пп. 4-8, отличающийся тем, что изолирующий слой (10) состоит из трубчатой изоляции с боковыми стенками. 10. Трансформатор высокого напряжения с диодным делителем по любому из пп. 1-9 для применения в телевизионных приемниках и мониторах.

Приоритет по пунктам:
07.07.1997 - по пп. 1-6;
22.11.1997 - по пп. 7-10.