Высоковольтный высокочастотный трансформатор Советский патент 1990 года по МПК H01F27/16 H01F19/04 

ладителем, состоящим из внешнего 2 и внутреннего 3 полых цилиндров и торцовых медных шайб 4 и 5, изолированных от торцов магнитопровода ди- электрическими кольцами 6. Фольговые стенки цилиндров 7 охватывают магни- топровод и дистанциируются между со- бой кольцевыми элементами 8, Каждый

цилиндр вдоль образующей сопряжен с патрубками 9,10 и 11,12, расположенными соосно и разделенными герметичными перегородками .13 по высоте магнитопровода 1. Такая система охлади- |теля позволяет повысить интенсивность охлаждения и повысить надежность работы. 1 з.п. ф-лы, 5 ило

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в составе мощных зарядных устройств и в источниках питания электрофизических приборов. Цель изобретения - повышение надежности путем повышения эффективности охлаждения. Тороидальный магнитопровод 1 охвачен полым охладителем, состоящим из внешнего 2 и внутреннего 3 полых цилиндров и торцовых медных шайб 4 и 5, изолированных от торцов магнитопровода диэлектрическими кольцами 6. Фольговые стенки цилиндров 7 охватывают магнитопровод и дистанциируются между собой кольцевыми элементами 8. Каждый цилиндр вдоль образующей сопряжен с патрубками 9, 10 и 11, 12, расположенными соосно и разделенными герметичными перегородками 13 по высоте магнитопровода 1. Такая система охладителя позволяет повысить интенсивность охлаждения и повысить надежность работы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высокочастотным трансформаторам с твердой изоляцией и интенсивным охлаждением, которые могут использоваться в составе мощных зарядных устройств и в источниках питания электрофизических приборов.

Цель изобретения - повышение надежности трансформатора путем повышения эффективности охлаждения.

На фиг.1 показан высоковольтный высокочастотный трансформаторJ на фиг.2 - схема расположения выводов и патрубков; на фиг.З - охладитель магнитопровода , на фиг.4 - разрез А-А на фиг.З; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.3.

Тороидальный магнитопровод 1 охвачен полым охладителем, состоящим из внешнего 2 и внутреннего 3 полых цилиндров и торцовых медных шайб 4 и 5, изолированных от торцов магнитопро вода диэлектрическими кольцами 6. Фольговые стенки цилиндров 7 плотно охватывают магнитопровод и дистанци- онируются между собой кольцевыми элементами 8. Каждый цилиндр вдоль обра- зующей сопряжен с двумя патрубками 9, 10 и 11, 12, расположенными соосно, и разделенными герметичными перегородками 13 по высоте магнитопровода. Фольговые цилиндры загерметизированы на торцах пайкой на кольцевых выступах 14 соответствующих торцовых шайб. Патрубки выполнены с продольными прорезями 15, равными высоте магнитопровода и ориентированными ортогонально герметичным перегородкам, через которые хладагент попадает в цилиндрическую полость охладителя.

На охладитель наносится слой твёрдой изоляции 16 по всему периметру магнитопровода. Вторичная высоковольтная обмотка 17 может быть одно- и многослойной. Поверх межобмоточной

0

0

г

35 40

55

твердой изоляции 18, охватывающей также весь периметр магнитопровода, укладывается полая первичная обмотка 19, а сектор 20 (tf 30°) остается свободным от обмоток. В этом секторе установлены патрубки для подачи хладагента и высоковольтные выводы 21 и 22 вторичной обмотки. У границы изолирующего сектора 23 установлены выводы первичной обмотки, совмещенные со штуцерами 24 для подачи охлаждающей жидкости. Поверх первичной обмотки сформирована полимерная изоляция 25, выполняющая функции корпуса трансформатора, а поверх патрубков подачи и отвода хладагента нанесена изоляция 26 типа монолит или монотерм.

Трансформатор работает следующим образом.

Выводы первичной обмотки подключаются к автономному инвертору (f 1-10 кГц). Изменение магнитного потока в тороидальном магнитопроводе 1 индуктирует высокочастотную ЭДС в многослойной вторичной обмотке 17, выводы которой 21 и 22 установлены в изолирующем секторе 20 (фиг,2).

В высокочастотном режиме тепловые потери локализуются в тороидальном магнитопроводе, в объеме твердой изоляции -типа монолит или монотерм и в меди первичной обмотки. При больших значениях коэффициента трансформации , характерных для высоковольтного трансформатора мощностью в десятки киловатт, и оптимальном выборе плотности тока потери во вторичной обмотке сказываются меньше, чем потери в объеме твердой изоляции.

Жидкий хладагент, например дистиллированная вода, подается с заданной скоростью и расходом через патрубки 9 и 11 в цилиндрические теплообменники и через штуцера 24 в полую первичную обмотку. Охлаждающая жидкость, под515

водимая через патрубок 9, циркулирует через цилиндрическую полость, которая секционируется кольцевыми ребрами 8, и выходит из рабочего объема через продольную прорезь на патрубке 10.

Раздельное нормирование скорости и расхода охлаждающей жидкости через поперечное сечение внешнего 2 и внутреннего 3 ПОЛЫХ ЦИЛИНДРОВ И ПОЛУЮ

первичную обмотку 19 позволяет выравнивать градиенты температурного поля в изоляции, обмотках и магнитопрово- де. В качестве хладагента может быть использован также этиленглюколь или фреон.

Тороидальный магнитопровод 1 мо

жет быть выполнен из пермаллоя, холоднокатаной стали либо из аморфног железа. Вторичная обмотка 17 и сектор 20 изолируются стеклослюдинито- вой лентой. После опрессовки и термообработки высоковольтной обмотки собирается внешняя полая первичная обмотка, которая может состоять из отдельных полувитков, соединяемых муфтами. Цилиндрические охладители трансформатора в фольговом варианте герметизируются пайкой, образуя моноблок с патрубками 9-12.

Для магнитопровода из пермаллоя 50НЦ с габаритами ф 130/180 мм потери на частоте 51 кГц составляют л-400 Вт. Перегрев магнитопровода не превышает 100°С при расходе воды

v 1 Л/МИН.

При использовании аморфной стали потери в сердечнике снижается в 3-4 в этом случае потери в изоля- превышают потери в сердечнике, происходит инверсия теплового потока в конструкции трансформатора. В этом режиме цилиндричес кие охладители 2 и 3 преимущественно отводят тепло из объема твердой изоляции 16, 18 и 25.

Средняя точка вторичной высоко-i вольтной обмотки может соединяться с ма гнитопроводом 1 и цилиндрическим охладителями 2 и 3. В этом случае патрубки 9 и 11 изолируются на половину рабочего напряжения. Высоковольтные выводы 21 и 22 вторичной обмотки и патрубки 9 и 11 могут располагаться взаимно ортогонально со смещением относительно плоскости симметрии в пределах изолирующего сектора 20, выбор величины которого (уголоО

раза и

ции типа мо но терм 1

Q

зависит от заданного уровня выходного напряжения с

Положительный эффект от применения изобретения обусловлен конструктивным согласованием сложных требований, предъявляемых к трансформаторам, фор- мирующим высокое напряжение на высо-Г кой частоте и выполненным с сухой изоляцией. Использование трех независимых теплообменных устройств, работающих в режиме принудительной прокачки жидкости, выполненных в виде тонкостенных цилиндров из медной

5 фольги, охватывающих тороидальный магнитопровод, и внешней полой первичной тороидальной обмотки обеспечивает возможность адаптивного управления тепловыми потоками в рабочем

0 объеме и выравнивание градиентов температурного поля. Это позволяет повысить надежность изоляции и трансформатора в целом, так как при одновременном воздействии интенсивного элек5 трического и теплового поля (высокочастотные потери в диэлектрике) пробой изоляции чаще всего имеет тепловую природу.

Трансформатор может использоваться

0 при создании малогабаритных систем питания электрофизических приборов, для зарядки емкостных накопителей и в источниках питания технологических установок в диапазоне напряжений 2035

50 кВ, частот 1-10 кГц и мощностей до десятков киловатт.

Ф

5

ормула изабретения i 1. Высоковольтный высокочастотный 0 трансформатор, содержащий тороидальный магнитопровод, на котором расположена вторичная обмотка с твердой , изоляцией и имеется сектор, не занятый обмоткой, в котором установлены высоковольтные выводы, наружную первичную обмотку,, отличающий™ с я тем, что, с целью повышения надежности путем повышения эффективное- ти охлаждения, он имеет металлический охладитель, выполненный в виде двух цилиндров с полыми стенками и торцовых шайб, изолированных диэлектрическими кольцами от магнитопровода, цилиндры сопряжены вдоль образующих каждый с двумя патрубками, расположенными соосно и выполненными с продольными прорезями и герметичными перегородками, равными высоте магнитопровода и ориентированными ортого0

5

гь

Hi

Шг$

Редактор Н.Тупица

Составитель В.Мясникова

Техред А.Кравчук Корректор Н.Ревская

Заказ 556

Тираж 455

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фиг.1 8-6

Фиг. 5

Подписное