ТРАНСФОРМАТОР-ВЫПРЯМИТЕЛЬ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ Российский патент 2015 года по МПК H02M5/00 H02M5/27 H02M7/04 H01F38/00 H01F38/06 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при конструировании высоковольтных малогабаритных выпрямителей для электропитания мощной радиоэлектронной аппаратуры.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является трансформатор-выпрямитель высоковольтный (Патент RU на полезную модель №123576, МПК: H02M 7/04, 2012 г.), содержащий верхнюю и нижнюю горизонтальные панели, размещенный между ними магнитопровод, выполненный пространственным, состоящим из зажатых двумя параллельными ярмами трех равноудаленных стержней, каждый стержень охвачен концентрично расположенными первичной и вторичной обмотками, полупроводниковые вентили, соединенные попарно последовательно, размещены на стойках, закрепленных на боковых стенках чашек-изоляторов.

Недостатком данного трансформатора - выпрямителя высоковольтного является его низкая надежность на электрический пробой в нагрузке, приводящий к неравномерному распределению потенциалов вдоль секций трансформатора - выпрямителя высоковольтного относительно нулевого потенциала.

Технический результат заявляемого решения направлен на повышение надежности устройства на пробой.

Достижение технического результата обеспечивается изменением конструкции ближайшего аналога. Заявляемый трансформатор-выпрямитель высоковольтный, собранный по трехфазной мостовой схеме выпрямления, дополнительно содержит диэлектрический стержень, установленный в центре трехфазного трансформатора, выполненный с резьбовой поверхностью на незакрепленном конце и гайкой, фиксирующей последовательно размещенные на нем первую коллекторную шайбу, первый высоковольтный конденсатор, металлическую шайбу, второй высоковольтный конденсатор, вторую коллекторную шайбу, а также диэлектрические центрирующие шайбы, которые установлены в центральные цилиндрические отверстия коллекторных и металлической шайб. При этом толщина диэлектрических центрирующих шайб соответствует толщине коллекторных шайб и металлической шайбы, в которые они установлены. Высоковольтные конденсаторы выполнены в форме шайб с наружным диаметром их внешних металлизированных слоев не менее наружного диаметра коллекторных и металлической шайб, контактирующих с ними. Аноды полупроводниковых вентилей анодной группы соединены посредством первой коллекторной шайбы. Начала вторичных обмоток соединены по схеме «звезда» посредством металлической шайбы, а концы вторичных обмоток с соответствующими анодами полупроводниковых вентилей катодной группы и катодами полупроводниковых вентилей анодной группы - пайкой. Катоды полупроводниковых вентилей катодной группы соединены посредством второй коллекторной шайбы.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Фиг.1 - трансформатор-выпрямитель высоковольтный;

Фиг.2 - диэлектрический стержень с установленными на нем высоковольтными конденсаторами, коллекторными, металлическими и диэлектрическими центрирующими шайбами;

Фиг.3 - первый тип высоковольтного конденсатора в разрезе;

Фиг.4 - второй тип высоковольтного конденсатора в разрезе.

Трансформатор-выпрямитель высоковольтный содержит:

- трехфазный трансформатор, включающий пространственный магнитопровод, состоящий из зажатых двумя параллельными ярмами (не показаны) трех равноудаленных стержней 1 (Фиг.1). Каждый стержень 1 магнитопровода охвачен концентрично расположенными первичной 2 (Фиг.1) и одной или более вторичными 3 (Фиг.1) обмотками в виде многовитковых катушек-секций;

- полупроводниковые вентили 4 (Фиг.1), размещенные между стержнями 1 магнитопровода, включенные в цепь трансформатора по трехфазной мостовой схеме выпрямления, образуя совместно с вторичными обмотками 3 одну или более секций трансформатора-выпрямителя высоковольтного. Количество секций трансформатора-выпрямителя высоковольтного выбирается исходя из необходимого общего выходного напряжения трансформатора-выпрямителя высоковольтного;

- диэлектрический стержень 5 (Фиг.1, 2), установленный в центре трехфазного трансформатора, выполненный с резьбовой поверхностью 6 (Фиг.2) на незакрепленном конце и гайкой 7 (Фиг.1, 2), фиксирующей элементы на нем. Высота диэлектрического стержня 5 выбрана не более высоты стержней 1 магнитопровода с учетом количества секций трансформатора-выпрямителя высоковольтного, которые на него установлены;

- первую 8 (Фиг.2) и вторую 9 (Фиг.2) коллекторные шайбы и металлическую 10 (Фиг.2) шайбу, выполненные в форме дисков с центральными цилиндрическими отверстиями, установленные на диэлектрическом стержне 5;

- первую 11 (Фиг.2), вторую 12 (Фиг.2) и третью 13 (Фиг.2) диэлектрические центрирующие шайбы, установленные в центральные цилиндрические отверстия первой коллекторной шайбы 8, металлической шайбы 10 и второй коллекторной шайбы 9, фиксируя их размещение на диэлектрическом стержне 5. Диэлектрические центрирующие шайбы выполнены с наружным диаметром, соразмерным диаметру центральных цилиндрических отверстий коллекторных и металлической шайб 10, и диаметром отверстий, соответствующим диаметру диэлектрического стержня 5. Толщина диэлектрических центрирующих шайб соответствует толщине коллекторных шайб и металлической 10 шайбы, в центральных отверстиях которых они установлены;

- высоковольтные конденсаторы 14 (Фиг.2), выполненные в форме шайб, установленные на диэлектрическом стержне 5 между первой коллекторной шайбой 8, металлической шайбой 10 и второй коллекторной шайбой 9 в качестве изоляторов, исключающих замыкание их между собой и пробой. Высоковольтные конденсаторы 14 могут быть сделаны на основе технологии печатных плат и выбраны двух типов. Первый тип (Фиг.3) высоковольтного конденсатора 14 может быть выполнен, например, четырехслойным, причем внутренние металлизированные слои 15 (Фиг.3) для уменьшения потерь емкости соединены с внешними металлизированными слоями 16 (Фиг.3, 4) глухими переходными отверстиями 17 (Фиг.3) с защитным слоем диэлектрика 18 (Фиг.3) для исключения межслоевого пробоя, а второй тип (Фиг.4) высоковольтного конденсатора 14 - двухслойным. Наружный диаметр внешних металлизированных слоев 16 высоковольтных конденсаторов 14 выполнен не менее наружного диаметра коллекторных и металлической 10 шайб, контактирующих с высоковольтными конденсаторами 14, чтобы исключить образование точек перенапряженности на высоковольтных конденсаторах 14 и предотвратить их разрушение из-за неидеальной плоскостности поверхностей, образующихся при изготовлении коллекторных шайб, например, посредством точечной сварки, и металлической шайбы 10, изготовленной, например, посредством штамповки.

Тип высоковольтного конденсатора выбирается исходя из требуемого линейного распределения потенциалов вдоль секций трансформатора-выпрямителя высоковольтного относительно нулевого потенциала и обеспечения равномерного расположения полупроводниковых вентилей с соответствующими им вторичными обмотками.

В секции трансформатора-выпрямителя высоковольтного соединены:

- аноды полупроводниковых вентилей 4 анодной группы посредством первой коллекторной шайбы 8;

- начала трех вторичных обмоток 3 по схеме «звезда» посредством металлической шайбы 10, выполненной, например, плоской с пазами для распайки выводов вторичных обмоток 3;

- концы вторичных обмоток 3 с соответствующими анодами полупроводниковых вентилей 4 катодной группы и катодами полупроводниковых вентилей 4 анодной группы пайкой;

- катоды полупроводниковых вентилей 4 катодной группы посредством второй коллекторной шайбы 9.

Коллекторные шайбы выполнены, например, трехслойными, состоящими из наружных металлических слоев в виде пластин и внутреннего металлического слоя, выполненного с пазами, толщина которых соответствует толщине выводов полупроводниковых вентилей 4, взаимодействующих с ними.

На диэлектрическом стержне 5 последовательно расположены следующие элементы:

- первая коллекторная шайба 8 с первой диэлектрической центрирующей шайбой 11, установленной в ее центральное цилиндрическое отверстие;

- первый высоковольтный конденсатор 14;

- металлическая шайба 10 со второй диэлектрической центрирующей шайбой 12, установленной в ее центральное цилиндрическое отверстие;

- второй высоковольтный конденсатор 14;

- вторая коллекторная шайба 9 с третьей диэлектрической центрирующей шайбой 13, установленной в ее центральное цилиндрическое отверстие.

При наличии секций трансформатора-выпрямителя высоковольтного более одной электрическая связь между ними осуществляется посредством второй коллекторной шайбы 9, соединяющей катоды полупроводниковых вентилей 4 катодной группы предыдущей секции трансформатора-выпрямителя высоковольтного и аноды полупроводниковых вентилей 4 анодной группы следующей секции трансформатора-выпрямителя высоковольтного.

Элементы на диэлектрическом стержне 5 зафиксированы гайкой 7, взаимодействующей с резьбовой поверхностью 6 диэлектрического стержня 5 и обеспечивающей их надежную фиксацию.

Сборка трансформатора-выпрямителя высоковольтного осуществляется следующим образом.

Собирают трехфазный трансформатор, у которого каждый стержень 1 магнитопровода охвачен концентрично расположенными на них первичной обмоткой 2 и вторичными обмотками 3, количество которых соответствует количеству секций трансформатора-выпрямителя высоковольтного.

Устанавливают диэлектрический стержень 5 в центре трехфазного трансформатора.

Соединяют выводы первичных обмоток 2 трехфазного трансформатора по схеме «звезда».

Собирают секцию трансформатора-выпрямителя высоковольтного:

- размещают полупроводниковые вентили 4 между стержнями 1 магнитопровода;

- соединяют аноды полупроводниковых вентилей 4 анодной группы между собой первой коллекторной шайбой 8, устанавливая ее на диэлектрический стержень 5. Устанавливают первую диэлектрическую центрирующую шайбу 11 в центральное цилиндрическое отверстие первой коллекторной шайбы 8. Размещают первый высоковольтный конденсатор 14 на диэлектрическом стержне 5 поверх первой коллекторной шайбы 8;

- соединяют начала трех вторичных обмоток 3 между собой по схеме «звезда», распаивая в пазы металлической шайбы 10, которую устанавливают на диэлектрический стержень 5 поверх первого высоковольтного конденсатора 14. Устанавливают вторую диэлектрическую центрирующую шайбу 12 в центральное цилиндрическое отверстие металлической шайбы 10. Размещают второй высоковольтный конденсатор 14 на диэлектрическом стержне 5 поверх металлической шайбы 10;

- соединяют концы вторичных обмоток 3 с соответствующими анодами полупроводниковых вентилей 4 катодной группы и катодами полупроводниковых вентилей 4 анодной группы пайкой;

- соединяют катоды полупроводниковых вентилей 4 катодной группы между собой посредством второй коллекторной шайбы 9, которую устанавливают на диэлектрический стержень 5 поверх второго высоковольтного конденсатора 14. Устанавливают третью диэлектрическую центрирующую шайбу 13 в центральное цилиндрическое отверстие второй коллекторной шайбы 9.

Соединяют секции трансформатора-выпрямителя высоковольтного между собой, при наличии их более одной, посредством второй коллекторной шайбы 9, соединяющей катоды полупроводниковых вентилей 4 катодной группы предыдущей секции трансформатора-выпрямителя высоковольтного с анодами полупроводниковых вентилей 4 анодной группы следующей секции трансформатора-выпрямителя высоковольтного.

Фиксируют элементы на диэлектрическом стержне 5 посредством гайки 7, взаимодействующей с резьбовой поверхностью 6 диэлектрического стержня 5.

Зажимают собранный трансформатор-выпрямитель высоковольтный двумя параллельными ярмами.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при конструировании высоковольтных малогабаритных выпрямителей для электропитания мощной радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат заключается в повышении надежности устройства на пробой. Для этого заявленное устройство, собранное по трехфазной мостовой схеме выпрямления, дополнительно содержит диэлектрический стержень, установленный в центре трехфазного трансформатора, выполненный с резьбовой поверхностью на незакрепленном конце и гайкой, фиксирующей последовательно размещенные на нем первую коллекторную шайбу, первый высоковольтный конденсатор, металлическую шайбу, второй высоковольтный конденсатор, вторую коллекторную шайбу, а также диэлектрические центрирующие шайбы, которые установлены в центральные цилиндрические отверстия коллекторных и металлической шайб. При этом толщина диэлектрических центрирующих шайб соответствует толщине коллекторных шайб и металлической шайбы, в которые они установлены. Начала вторичных обмоток соединены по схеме «звезда» посредством металлической шайбы, а концы вторичных обмоток с соответствующими анодами полупроводниковых вентилей катодной группы и катодами полупроводниковых вентилей анодной группы - пайкой. Катоды полупроводниковых вентилей катодной группы соединены посредством второй коллекторной шайбы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Трансформатор-выпрямитель высоковольтный, содержащий трехфазный трансформатор, включающий пространственный магнитопровод, выполненный из трех равноудаленных стержней, зажатых двумя параллельными ярмами и концентрично охваченных первичной и одной или более вторичными обмотками, полупроводниковые вентили, соединенные попарно - последовательно, отличающийся тем, что собран по трехфазной мостовой схеме выпрямления, дополнительно содержит диэлектрический стержень, установленный в центре трехфазного трансформатора, выполненный с резьбовой поверхностью на незакрепленном конце и гайкой, фиксирующей последовательно размещенные на нем первую коллекторную шайбу, первый высоковольтный конденсатор, металлическую шайбу, второй высоковольтный конденсатор, вторую коллекторную шайбу, а также диэлектрические центрирующие шайбы, которые установлены в центральные цилиндрические отверстия коллекторных и металлической шайб, диэлектрические центрирующие шайбы выполнены с наружным диаметром, соразмерным диаметру центральных цилиндрических отверстий коллекторных и металлической шайб, и диаметром отверстий, соответствующим диаметру диэлектрического стержня, при этом толщина диэлектрических центрирующих шайб соответствует толщине коллекторных и металлической шайб, в которые они установлены, высоковольтные конденсаторы выполнены в форме шайб с наружным диаметром их внешних металлизированных слоев не менее наружного диаметра коллекторных и металлической шайб, контактирующих с ними, аноды полупроводниковых вентилей анодной группы соединены посредством первой коллекторной шайбы, начала вторичных обмоток соединены по схеме «звезда» посредством металлической шайбы, а концы вторичных обмоток с соответствующими анодами полупроводниковых вентилей катодной группы и катодами полупроводниковых вентилей анодной группы - пайкой, катоды полупроводниковых вентилей катодной группы соединены посредством второй коллекторной шайбы.

2. Трансформатор-выпрямитель высоковольтный по п.1, отличающийся тем, что коллекторные шайбы выполнены трехслойными, состоящими из наружных металлических слоев в виде пластин и внутреннего металлического слоя, выполненного с пазами, толщина которых соответствует толщине выводов полупроводниковых вентилей, взаимодействующих с ними.

3. Трансформатор-выпрямитель высоковольтный по п.1, отличающийся тем, что металлическая шайба выполнена плоской с пазами.