Высокопотенциальный трансформаторно-выпрямительный модуль Советский патент 1992 года по МПК H02M7/10 

Фиг. 2

Изобретение относится к технике высоких напряжений, в частности, к преобразованию переменного напряжения в высокое постоянное, и может быть использовано для создания надежных малогабаритных источ- никое высокого выпрямленного напряжения.

Известны устройства для получения высокого выпрямленного напряжения, в состав которых входят высоковольтные трансформаторы, содержащие магнитопро- вод, первичные обмотки, многосекционные вторичные обмотки, секции которых подключены к входам выпрямительных устройств, а выходы соединены между собой и образуют последовательную цепь, причем секции вторичных обмоток с соответствующими выпрямительными устройствами размещены на отдельных платах.

Недостатком устройств является боль- шое количество плат, что обуславливает их значительные массогабаритные показатели.

Известны высоковольтные устройства, выполненные в виде трансформатора, со- держащего магнитопровод, первичные и вторичные обмотки, выпрямительные устройства, высоковольтный кабель, причем вторичные обмотки, выпрямительные устройства и часть высоковольтного кабеля имеют общую электрическую изоляцию из жидкого диэлектрика в герметичном корпусе или из твердого.

Недостатками данных устройств являются повышенные габариты и низкая элек- трическая прочность, вызванные наличием сложных элементов конструкции, неоптимальным расположением выпрямительных устройств. Также недостатком этих устройств являются трудности, связанные с за- меной высоковольтного кабеля, либо отсутствие такой возможности, а также трудности его герметизации, определяемые физико-химическими свойствами электроизоляционной оболочки (например, ограни- ченной рабочей температурой).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является высоковольтный трансформаторно-выпрямительный модуль, содержащий магнитопровод прямо- угольной формы, первичные обмотки на его стержнях, твердую главную электрическую изоляцию, вторичную обмотку из N секций, N выпрямительных устройств, размещенных на параллельных основаниях, перпен- дикулярныхосямстержней

магнитопровода, причем секции подключены к входам соответствующих выпрямительных устройств, выходы которых

соединены между собой и входными и выходными высоковольтными выводами.

Недостатками данного устройства являются повышенные массогабаритные показатели, низкая электрическая прочность и ограниченные функциональные возможности.

Повышенные массогабаритные показатели вызваны расположением каждой секции вторичной обмотки и выпрямительного устройства на отдельных основаниях, что приводит к увеличению толщины электроизоляции. Кроме того, низкая электрическая прочность изоляции вызвана перегревом от потерь в проводах обмоток и в выпрямительных устройствах, отсутствием охлаждения и неравномерностью электрического поля, которая приводит к повышению напряженности в отдельных местах модуля и, как следствие, к пробою электрической изоляции.

Ослабление действия хотя бы одного из перечисленных факторов способствует многократному увеличению ресурса работы.

Меры по устранению этих недостатков, реализованные в прототипе, а именно: увеличение диаметров проводов, оптимизация числа витков обмоток и геометрии магнитопровода, интенсификация отвода тепла от стержней магнитопровода и первичных обмоток, являются недостаточными.

Кроме того, размещение секций вторичных обмоток и выпрямительных устройств в непосредственной близости друг относительно друга приводит к их совместному тепловому воздействию на изоляцию, локальному ее перегреву и, как следствие, уменьшению электрической прочности модуля.

Цель изобретения -улучшение массога- баритных показателей, увеличение электрической прочности и расширение функциональных возможностей модуля.

Указанная цель достигается тем, что в высокопотенциальном трансформаторно- выпрямительном модуле, содержащем магнитопровод прямоугольной формы, первичные обмотки на его стержнях, твердую главную электрическую изоляцию, вторичную обмотку из N секций, N выпрямительных устройств, размещенных на параллельных основаниях, перпендикулярных осям стержней магнитопровода, причем секции подключены к входам соответствующих выпрямительных устройств, выходы которых соединены между собой и с входным и выходным высоковольтными выводами, вторичная обмотка размещена на каркасах, закрепленных между двумя основаниями, высоковольтные выводы выполнены в виде высоковольтных разъемов и ориентированы во встречном направлении вдоль осей стержней магнитопровода, при этом каждый вывод жестко закреплен на одном из оснований и пересекает плоскость другого основания, причем оба основания, вторичная обмотка и высоковольтные выводы образуют единую жесткую конструкцию. Кроме этого, оба основания выполнены из теплопроводящего диэлектрика, а промежутки между элементами выпрямительного устройства и основанием заполнены тепло- проводящим материалом. Выпрямительные устройства размещены на площади, ограниченной контурами поперечного сечения вторичной обмотки.

Как вариант исполнения модуля, выходной высоковольтный вывод выполнен в виде трубы из электроизоляционного материала, в которой проложены все выходные проводники, находящиеся под различными высокими потенциалами, а выступающая часть упомянутой трубы имеет длину, исключающую возможность поверхностного перекрытия.

В описанном высокопотенциальном трансформаторно-выпрямительном модуле применены высоковольтные разъемы, выполненные из электроизоляционного материала (например, полиамид ПА 6), обладающего высокой электрической прочностью и хорошей адгезией с отвержденны- ми компаундами, являющими главной электрической изоляцией. Достоинством подобных разъемов является то, что они исключают заделку высоковольтных кабелей, требующих герметизации в модуле непосредственно компаундом, так как компаунды горячего отверждения (ЭЗК-9, УП-111-5-3 и др.) имеют температуру полимеризации до 150°С, которую не выдерживает электроизоляционная оболочка высоковольтного кабеля, а компаунды холодного отверждения (ЭЗК-6 и др.) имеют критическую массу (несколько сотен граммов), что неприемлемо при создании мощных высокопотенциальных модулей (несколько кВт), требующих большой массы электроизоляционного материала (несколько кг).

На фиг. 1 изображен модуль, общий вид; на фиг. 2 - то же, продольное сечение; на фиг. 3 - то же, поперечное сечение; на фиг. 4-электрическая схема предлагаемого устройства.

Модуль выполнен в виде трансформатора, содержащего магнитопровод 1, имеющий стержни 2, первичные обмотки 3, многосекционную вторичную обмотку 4, состоящую из секций, выпрямительные устройства 5, твердую главную электрическую

изоляцию 6, теплопроводящие электроизоляционные основания 7, эквипотенциальные элементы 8, высоковольтные выводы 9, каркас для размещения вторичной обмотки

10.

На электрической схеме предлагаемого устройства, через W01, W02 обозначены первичные обмотки, Wi-W2 - секции вторичной обмотки BI-BN - выпрямительные

0 устройства, 1-4 - низковольтные выводы первичных обмоток, 5 и 6 - соответственно входной и выходной высоковольтные выводы.

Модуль работает следующим образом,

5 На первичные обмотки подается низкое переменное напряжение, которое повышается вторичной обмоткой, выпрямляется выпрямительными устройствами и поступает на высоковольтные выводы.

0 Предлагаемый высокопотенциальный трансформаторно-выпрямительный модуль гарантирует надежную и устойчивую работу во всех режимах эксплуатации, в широком диапазоне температуры окружающей среды

5 (-50 - +50°С)без коронирования на высоковольтных элементах и без поверхностных перекрытий между этими элементами. Формула изобретения

1.Высокопотенциальный трансформа- 0 торно-выпрямительный модуль, содержащий магнитопровод прямоугольной формы, первичные обмотки на его стержнях, твердую главную электрическую изоляцию, вторичную обмотку из N секций, N

5 выпрямительных устройств, размещенных на параллельных основаниях, перпендикулярных к осям стержней магнитопровода, причем секции подключены к входам соответствующих выпрямительных устройств,

0 выходы которых соединены между собой и с входным и выходным высоковольтными выводами, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и увеличения электрической прочно5 сти, в нем имеется каркас, закрепленный между двумя основаниями, на котором размещена вторичная обмотка, высоковольтные выводы выполнены в виде высоковольтных разъемов и ориентированы

0 во встречном направлении вдоль осей стержней магнитопровода, при этом каждый вывод жестко закреплен на одной из оснований и пересекает плоскость другого основания, причем оба основания, вторичная обмотка и высоковольтные выводы об5 разуют единую жесткую конструкцию.

2,Модуль поп. 1,отличающийся тем, что оба основания выполнены из тепло- проводящего диэлектрика, а промежутки между элементами выпрямительного устройства и основанием заполнены теплопроводящим материалом.

3. Модуль по п. отличающийся тем, что выпрямительные

устройства размещены на площади, ограниченной контурами поперечного сечения вторичных обмоток.

Изобретение может быть применено в электротехнике, в частности в преобразователях переменного напряжения в высокое постоянное, применяемым в высоковольтных источниках питания. Устройство решает задачу улучшения массогабаритных показателей и увеличения электрической прочности конструкции. Высокопотенциальный трансформаторно-выпрямительный модуль содержит магнитопровод 1, на стержнях которого расположены первичные обмотки 3 и моносекционная вторичная обмотка 4. Устройство, содержит выпрямительные элементы 5, твердую главную электрическую изоляцию 6, теплопроводящие электроизоляционные основание 7 и высоковольтные разъемы 9, ориентированные во встречном направлении вдоль осей стержней магнитопровода. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. / 2 СЛ С VJ ю СЛ со 4 ч

Фиъ.З

ФигЛ

06