Высокочастотный трансформатор Советский патент 1983 года по МПК H01F27/30 H01F31/00 

Изобретение относится к электрическим устройствам для разогрева, в частности к трансформаторам, которые могут быть использованы питания индукторов в высокочастотных электротермических установках.

Известен воздушный трансформатор, который применяется для питания нагревательнЕ х индукторов в диапазоне радиочастот, содержащий первичную oб 4oткy, выполненную в виде спиральной катушки, и охватывакяций ее вторичный виток, который представляет собой незамкнутый цилиндр с выводами для подключения индуктора ij.

Однако КПД этого трансформатора невысок вследствие того, что коэффииент связи между обмотками не превышает 0,6-0,7, так как зазор меж- ду ними должен быть достаточным для обеспечения прочности электрической . изоляции. Кроме того, вторичная цилиндрическая обмотка имеет повышенную индуктивность рассеивания. Этим объясняется большая реактивная мощность трансформатора и необходимость включения большой емкости батареи параллельно первичной обмотке.

Известен трансформатор, в котором с целью уменьшения индуктивности рас-сеивания вторичной обмотки внутри первичной обмотки дополнительно размещают незамкнутую электропроводную втулку, наружная и внутренняя втулки, составляющие вторичную обмотку, NpryT быть соединены двумя основаниями, выполненными как из электропроводного, так и из диэлектрического материала. При этом вывод первичной обмотки пропускают через основания {2j. Недостатком этой конструкции также является низкий КПД. Это .объясняется дополнительными потерями энергии во внутренней .втулке, которые сводят на нет выи.грыш за счет уменьшения индуктивности рассеивания вторичной ббмотки.Известен трансформатор с незам кнутым магнитопроводом, в котором с целью увеличения коэффициента связи между обмотками без дополнительных потерь энергии во вторичном витке, вместо внутренней электропроводной втулки размещают стержень, из магнитодиэлектрика, а для крепления магнитопровода к вторичной обмотке используют два основания из диэлектри ка V ч

Недостатком трансформатора является то, что как общий,так и реактивный КПД имеют ярко выраженный максимум при определенном соотношении между индуктивностями вторичной ойлотки и. нагрузки (индуктора с нагреваемой деталью) Кроме того, эффективность незамкнутого магнитопровода мала, а потери в нем значительны, так как высота магнитопровода должна быть

не меньше высоты первичной обмотк. Поэтому не удается достичь заметного увеличения КПД такого трансформатора в сравнении с воздушным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является трансформатор, содержащий первичную обмотку, размещенную на тороидальном сердечнике, и вторичную обмотку с двумя выводами, выполненную в виде объемного витка, образованного цилиндром, охватывагацим первичную обмотку, стаканом, расположенным внутри первичной обмотки идвумя параллдельными основаниями. При этом к основанию, расположенному со стороны дна стакана, прикреплен один вывод вторичной обмотки, а в обоих основаниях и дне стакана в средней их части выполнены сообщающиеся отверстия для прохода хладагента. Вывода вторичной обмо-тки выполнены из полых проводников, установлены в центре вторичной обмотки симметрично относительно ее оси, основание с первым выводом установлено так, что между ним и дном стакана образован зазор, а второй вывод пропущен через отверстие в. этом основании и соединен с дном стакана. Основание с выводом может быть выполнено съемным. Для этого в трансформаторе торец цилиндра снабжен контактным фланцем, прижатым к этому основанию. С целью быстрой и удобной разборки трансформатора он снабжен болтом, а дно стакана выполнено в виде пробки, прижатой к стенке; стакана с помощью болта пропущенного внутрь стакана через дополнительное отверстие в основании без вывода. Разновидностью решения яв ляется конструкция, предусматривающая наличие гайки, с помощью которой стакан притягивается к основанию без вывода 4j .

Однако выводы вторичной обмотки расположены .в центре трансформатора, но возле одного из оснований, а именно один вывод прикреплен к самому основанию, а другой - к крышке стакана, которая расположена возле основания с небольшим зазором. Ток во вторичной обмотке протекает через один из выводов, нагрузку, второй вывод, основание, стакан, второе основание и через цилиндр снова к первому выводу. Это приводит к тому, что емкостная связь между первичной об, моткой и объемным витком осуществля ется по всей его высоте. Емкостный ток связи между обмотками зависит от высоты обмотки. На высоких частотах емкостный ток достигает значительной величины и это приводит к дополнительным потерям во вторичной обмотке и, следовательно, к снижению КПД транс-) 5 форматора. Кроме того, крепление одного из выводов к крышке CTaxaFia в известн трансформаторе можно осуще стнить л бо неразъемным, либо диаметр индук тора должен быть ограничен размера отверстия в крмике, что не всегда допустимо на практике. Недостатком конструкции также является и отсутствие охлаждения магнитопровода что необходимо на высоких частотах вследствие увеличенияпотерь в нем что снижает КПД .трансформатора. В известном трансформаторе трудно выполнить уплотнение Объёмного витка Целью изобретения является повы шение КПД высокочастотного трансфо матора. , Поставленная цель, достигается тем, что в высокочастотном трансфо маторе, содержащем первичную обмот ку, размещенную на тороидальном се дачнике, и вторичную о.бмотку в вид объемного витка, выполненного из двух частей, одна из которых образована цилиндром с фланцем, охваты вающим первичную -обмотку, стаканом, расположенным внутри цилиндра и днищем, выводы вторичной обмотки выполнены в виде двух полых провод ников , другая часть объемного витка выполнена в виде цилиндра о -фланцем/ охватывающим первичную обмотку стакана, расположенного внутри-цилиндра и днища, причем стаканы обеих частей вторичной обмотки установлены с зазором, выводы выполнены с фланцами на обоих концах проводников, расположены внутри вторичной обмотки так, что одними фланцами соединены со стака нами вторичной обмотки, а другие фланцы предназначены для подсоединения нагревательных элементов. На фиг.1 изображен трансформатор, первый вариант, общий вид в разрезе; на Фиг.2 - то же, второй вариант.. . Трансформатор содержит первичную обмотку 1, размещенную на тороидальном сердечнике 2, и вторичную обмотку с двумя коаксиальными выводами 3 и 4, выполненную в виде объемного витка, состоящего из двух одинаковых частей. Каждая часть образована цилиндром 5, стаканом 6 с днищем 7 и основанием 8, соедийяюадим цилиндр и стакан. Высота стакана 6 вместе d днищем 7 меньше высоты цилиндра 5 на величину, равную половине зазора между выводс1ми вторичной обмотки. Первый вывод 3 соединен с днищем верхнего стакана, а второй проходит через отверстие в днище верхнего стакана и соединен с днищем нижнего. Таким образом, выводы вторичной обмотки выполненные из труб, установлены в ее центре симметрично относительно вертикальной оси. Торцы каждого цилиндра 5 снабжены контактными фланцами 9, с помощью которых электрически соединяются обе половины вторичной обмотки. Торцы боковых поверхностей стакана 6 также снабжены конактными фланцами 10 (фиг.2), с помощью которых днища стаканов выполнены разъемными. В этом варианте стакан и выводы выполнены разъемными для удобства соединения вторичной обмотки со съемной нагрузкой трансформатора. Нагрузкой может служить, например индуктор 11 для электромагнитного взвешивания металлов. Соединения коаксиальных выводов трансформатора и индуктора осуществляются также с помощью контактных фланцев 12 и 13. , В области радиочастот в качестве материатта для магнитопровода может быть использован только феррит. Для эффективного охлаждения магнитопровода он должен быть набран, например иЭ кольца небольшой высоты. Первичная обмотка может-быть выполнена из ленты или литцендрата. Так как трансформатор как правило является одним из элементов колебательного контура лампового генератора, напряжение на первичной обмотке соста, несколько киловольт. Поэтому полость объемного витка трансформато- . ра должна быть заполнена хладагентом., имеющим высокую электрическую прочность и малые диэлектрические потери на радиочастотах, например, трансформаторным маслом. Для уплотнения полости в местах выводов первичной обмотки и соединений в контактных фланцах 9 и 10 имеются уплотнения 14-16. Уплотнение контактных фланцев 10 выполняется с помощью болтов или винтов так, что они не соединяют днища стаканов 6 электрически. Водяное охлаждение выводов вторичной обмотки и индуктора выполняются с помощью подводящих штуцеров 17 и 18 в выводах и отводящего штуцера 19 в индукторе. При работе трансформатора ток во вторичной обмотке протекает через цилиндр 5, основание 8, стакан 6 с днищем 7 в верхней части витка, вывод 3/ индуктор 11, вывод 4 стакан, основание и цилиндр в нижней части витка. Такое распределение тока во вторичной обмотке обеспечивает равномерность плотности тока по всему ее сечению. Благодаря тому, что ток емкостной связи между первичной и вторичной оботками разделяется на две части в казкдой половине объемного витка, его величина существенно снижается. сли предположить, что емко.сть связи между обмотками, которая является функцией размеров магнитопровода и числа витков первичной обмотки одинакова для предлагаемого трансформатора и известного, то емкостный ток который добавляется к току вторичной обмотки зависит от высоты боковой поверхности стакана 6. В предлагаемой конструкции этот ток меньше, чем в известной, приблизительно вдвое. Замеры на модели и расчеты показывают, что емкостный ток составляет около 10% от тока вторичной обмотки в области радиочастот. Учитывая сказанное, можно ожидать увеличения КПД трансформатора на 1-3%. Использование разъемной конструкции стакана вместе с выводами делает возможным подключение к трансформатору любых индукторов без ограничения Их размеров и формы выводов. Применение хладагента с высокими диэлектрическими и прочностными свойствами, заполняющего объемный виток , обеспечивает повышение КПД трансформатора вследствие того, что температура ферритного магнитопровода, имеющего низкую теплопроводность, остается значительно §иже точки Крюки .по всему объему колец.

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, содержащий первичную обмотку, размещенную на тороидальном сердечнике, и вторичную oб 4oткy в виде объемного витка, выполненного из двух частей, одна из которых образована цилиндром с фланцем, охватывакяцим первичную обмотку, jcTBKanoM, расположенным внутри цилиндра; и днищем; выводы вторичной обмотки выполнены в виде двух полых проводников, о т ли чающий ся тем, что, с целью повышения КПД трансформатора, другс1Я часть объемного витка выполнена в виде цилиндра с фланцем, охватывающим первичную обмотку стакана, расположенного внутри цилиндра и днища, причем стаканы обеих частей вторичной обмотки установлены с зазором, выводы выполнены с фланцами § на ;Обои х концах проводников, расположёны внутри второй обмотки так, ЧТО одними фланцами соединены со стаканами вторичной обмотки, а другие фланцы предназначены для подсоединения нагревательных элементов.

Вода

бода

Фш.1

Вода