ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Советский патент 2006 года по МПК H01F19/08 H01F27/32 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности, к высоковольтным импульсным трансформаторам (ВИТ). Оно может быть использовано во входных разделительных цепях сеточных высоковольтных импульсных модуляторов.

Известен ВИТ, содержащий кольцевой сердечник, твердую изоляцию и коаксиальные кабельные обмотки [1].

Недостатками этого ВИТ, имеющего достаточно широкий диапазон частот преобразуемых сигналов, являются ограниченная имеющимися кабелями электрическая прочность, а также увеличенные габариты обмоток и сердечника, что препятствует использованию такого ВИТ в наиболее высоковольтных и компактных импульсных модуляторах.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство, которое показано на фиг.1 и 2, содержащее трансформатор 1, помещенный в маслонаполненный бак 1а с компенсатором 1б, состоящий из кольцевого магнитопровода 2, помещенного в герметизированный корпус 3, первичных и вторичных обмоток (4 и 5 соответственно), расположенных одна над другой и разделенных диэлектриком 6, высоковольтный изолятор 7 [3], выполненный в виде корпуса с фланцем 8 и резьбой на юбке 9, изогнутые токоведущие шпильки 10 которого установлены так, что расстояние между их наружными концами, являющимися вводами 11, больше, чем между внутренними участками 12 шпилек 10.

Недостатком прототипа является ограниченный диапазон частот преобразуемых сигналов, обусловленный раздельным креплением на заземленном металлическом баке 1а высоковольтных изоляторов 7 и трансформатора 1, соединенных высоковольтными гибкими проводами увеличенной длины, увеличенными размерами обмоток, вследствие подвески нижних первичных обмоток на промежуточных изоляционных каркасах, закрепленных на гладком неизолированном металлическом герметизированном корпусе 3 магнитопровода 2. Кроме того, наличие жидкого диэлектрика создает неудобства при изготовлении и эксплуатации ВИТ, связанные с мерами по герметизации, необходимостью поддержания заданного уровня жидкого диэлектрика и периодического контроля его параметров. Снижение уровня и качества жидкого диэлектрика особенно опасно в компактных ВИТ, где объем такого диэлектрика весьма мал, компенсатор 1б отсутствует, а пробой вызывает взрыв корпуса с разбрызгиванием диэлектрика.

Целью изобретения является расширение диапазона частот преобразуемых сигналов и улучшение условий эксплуатации за счет исключения жидкого диэлектрика.

Указанная цель достигается тем, что в ВИТ, содержащий трансформатор, состоящий из кольцевого магнитопровода, помещенного в герметизированный корпус, первичных и вторичных обмоток, расположенных одна над другой и разделенных диэлектриком, высоковольтный изолятор, выполненный в виде корпуса из термореактивной пластмассы с фланцем и резьбой на юбке, изогнутые токоведущие шпильки которого установлены так, что расстояние между их наружными концами, являющимися вводами, больше чем между внутренними участками шпилек, согласно изобретению на торцах герметизированного корпуса предусмотрены выступы в виде радиально расположенных сегментов, между которыми помещены первичные обмотки, причем корпус выполнен из основания и крышки, изолированных между собой, а также от магнитопровода и первичных обмоток, выводы последних выполнены из отрезков круглого проводника, концы которых, соединенные электрически с концами первичных обмоток, закреплены на герметизированном корпусе, а другие концы выводов отогнуты в радиальном направлении под углом 90°, при этом в качестве диэлектрика, разделяющего первичные и вторичные обмотки, использован заливочный компаунд, например, эпоксидный, причем заливке придана тороидальная форма с радиально расположенными на торцевых поверхностях выступами, между которыми расположены вторичные обмотки, через выступы одной торцевой поверхности пропущены выводы первичных обмоток, в выступах другой торцевой поверхности закреплены выводы вторичных обмоток, соседние разнопотенциальные выводы которых выполнены изогнутыми, аналогично токоведущим шпилькам высоковольтного изолятора, остальные - прямыми, на внутренней поверхности тороидальной заливки трансформатора между вторичными разнопотенциальными обмотками выполнен низ, параллельный оси трансформатора, на наружной поверхности - другой низ, расположенный диаметрально противоположно первому, при этом тороидальная заливка трансформатора помещена внутрь корпуса высоковольтного изолятора соосно с ним, причем отогнутые концы выводов первичных обмоток механически и электрически соединены с концами токоведущих шпилек, расположенными внутри корпуса изолятора, внутренние зазоры между последним, трансформатором, токоведущими шпильками и выводами обмоток заполнены диэлектриком, например, эпоксидным компаундом.

Технические решения со сходной совокупностью отличительных признаков заявителем не обнаружены, поэтому заявленное техническое решение, по мнению заявителя, соответствует критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется следующим описанием и приложенными к нему чертежами на трех фигурах.

На фиг.3 показан общий вид ВИТ в разрезе, на фиг.4 общий вид тороидальной заливки трансформатора в сборе с токоведущими шпильками, на фиг.5 общий вид герметизированного корпуса с первичной обмоткой и ее выводами.

На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - трансформатор,

2 - кольцевой магнитопровод,

3 - герметизированный корпус,

4 - первичные обмотки,

5 - вторичные обмотки,

6 - диэлектрик,

7 - высоковольтный изолятор,

8 - фланец,

9 - резьба,

10 - изогнутые токоведущие шпильки,

11 - наружные концы шпилек,

12 - внутренние участки шпилек,

13 - выступы на торцах корпуса 3,

14 - основание корпуса,

15 - крышка корпуса,

16 - выводы первичных обмоток,

17 - отогнутые концы выводов 16,

18 - выступы на торцах заливки трансформатора 1,

19 - выводы вторичных обмоток,

20 - разнопотенциальные выводы обмоток 5,

21 - паз,

22 - паз,

23 - соединительный провод,

24 - диэлектрик,

25 - изоляционная вставка.

Предлагаемый ВИТ содержит трансформатор 1, состоящий из кольцевого магнитопровода 2, помещенного в герметизированный корпус 3, первичных и вторичных обмоток 4 и 5, расположенных одна над другой и разделенных диэлектриком 6, высоковольтный изолятор 7, выполненный в виде корпуса из термореактивной пластмассы, с фланцем 8 и резьбой 9 на юбке, изогнутые токоведущие шпильки 10 которого установлены так, что расстояние между их наружными концами 11, являющимися вводами, больше, чем между внутренними участками 12 шпилек. На торцах герметизированного корпуса 3 предусмотрены выступы 13 в виде радиально расположенных сегментов, между которыми помещены первичные обмотки 4. Корпус 3 выполнен из основания 14 и крышки 15 изолированных между собой, а также от магнитопровода 2 и первичных обмоток 4, выводы 16 последних выполнены из отрезков круглого проводника, концы которых соединенные электрически с концами первичных обмоток 4, закреплены на герметизированном корпусе 3, а другие концы 17 выводов 16 отогнуты в радиальном направлении под углом 90°, при этом в качестве межобмоточного диэлектрика 6 использован заливочный компаунд, например, эпоксидный. Заливке придана тороидальная форма, с радиально расположенными на торцевых поверхностях выступами 18, между которыми расположены вторичные обмотки 5. Через выступы 18 одной торцевой поверхности пропущены выводы 16 первичных обмоток, а в выступах другой торцовой поверхности закреплены выводы 19 вторичных обмоток, соседние разнопотенциальные выводы которых выполнены изогнутыми, аналогично токоведущим шпилькам 10 высоковольтного изолятора 7, остальные - прямыми. На внутренней поверхности тороидальной заливки трансформатора 1, между вторичными обмотками выполнен паз 21, параллельный оси трансформатора 1, а на наружной поверхности - другой паз 22, расположенный диаметрально противоположно первому. Тороидальная заливка трансформатора 1 помещена внутрь корпуса высоковольтного изолятора 7 соосно с ним. Отогнутые концы 17 выводов 16 первичных обмоток 4 механически (например, при помощи резьбового соединения) и электрически (например, при помощи пайки и соединительного провода 23) соединены с концами токоведущих шпилек 10, расположенных внутри корпуса изолятора. Внутренние зазоры между корпусом изолятора 7, трансформатора 1, шпильками 10 и выводами 16, 19 заполнены диэлектриком 24, например, эпоксидным компаундом. Шпильки 10 соединены центрирующей изоляционной вставкой 25.

Расширение диапазона частот преобразуемых сигналов достигается уменьшением габаритов самого трансформатора 1 путем расположения первичных обмоток 4. Непосредственно на изолированном герметизированном корпусе 3, без дополнительных изоляционных каркасов, в отличие от прототипа. Благодаря специальным выступам 13, 18 и пазам 21, 22 в заливке трансформатора 1, наряду с изогнутыми скругленными выводами 16 первичной обмотки, обеспечивается точное и симметричное расположение друг относительно друга первичных и вторичных обмоток, а также их выводов, то есть максимальная электрическая прочность при уменьшенных габаритах. Уменьшение габаритов и периметра обмоток трансформатора 1, в свою очередь, обеспечивает уменьшение его постоянной времени, пропорциональной корню квадратному из произведения индуктивности рассеяния на паразитную емкость обмоток [4], то есть пропорциональной произведению среднего периметра витка на их количество.

Уменьшение габаритов трансформатора 1 позволило поместить его внутрь высоковольтного изолятора 7, что, в свою очередь, обеспечило отсутствие дополнительных гибких соединительных проводов (как в прототипе) и соединение обмоток с укороченными жесткими, специально изогнутыми выводами 16, 19 и токоведущими шпильками 10, а это обеспечило в совокупности признаков расширение диапазона частот преобразуемых сигналов.

Жесткое закрепление и изоляция выводов обмоток, а также самого трансформатора внутри высоковольтного изолятора соосно с ним, при помощи эпоксидного компаунда, имеющего повышенную электрическую прочность по сравнению с каркасами обмоток из термореактивной пластмассы в прототипе, а также наличие упомянутых выступов, пазов и изгибов выводов обеспечило наряду с расширением диапазона частот преобразуемых сигналов достаточную электрическую прочность по граничным поверхностям диэлектрика между первичными и вторичными обмотками, а также их выводами, для использования твердого вместо жидкого диэлектрика. Это позволило обеспечить улучшение условий эксплуатации, за счет исключения периодического контроля герметичности, уровня и качества жидкого диэлектрика. Кроме того, исключаются случаи разбрызгивания диэлектрика, которые бывают при пробоях в компактных маслозаполненных трансформаторах.

Выполнение герметизированного корпуса 3 из основания 14 и крышки 15, изолированных между собой снаружи и изнутри со специальными выступами 13 на торцах, вместо гладкого завальцованного корпуса в прототипе, помимо расширения частот преобразуемых сигналов, за счет точности расположения обмоток и их минимального периметра, обеспечило одновременно улучшение герметизации кольцевого магнитопровода 2 за счет развитой, более точной и жесткой поверхности кольцевого стыка основания и крышки. Это улучшило защиту кольцевого магнитопровода 2 от проникновения в него эпоксидного компаунда, используемого вместо жидкого диэлектрика, то есть от выхода из строя магнитопровода, например, из пермаллоя.

Использование изобретения позволяет, по сравнению с прототипом, расширить диапазон частот преобразуемых сигналов, так что длительность импульсов сокращается на два порядка, а их фронтов - на порядок, при этом облегчаются условия эксплуатации за счет замены жидкого диэлектрика твердым.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г.А.Месяц и др. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения, М.: Энергия, 1970, стр.7-18.

3. Авт. св. СССР №523.458 Н 01 В 17/26, 1970.

4. Детали и элементы радиолокационных станций, пер. с анг. под ред. А.А.Брейтбарта, т.I, М.: Сов. радио, 1952, стр.201, 208, 226.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к импульсной технике и может быть использовано во входных разделительных цепях сеточных высоковольтных импульсных модуляторов. Технический результат заключается в расширении диапазона частот преобразуемых сигналов и облегчения условий эксплуатации за счет исключения жидкого диэлектрика. Высоковольтный трансформатор содержит кольцевой магнитопровод, помещенный в герметизированный корпус, торцы которого выполнены с выступами в виде радиальных сегментов, между которыми размещены первичные обмотки. Межобмоточная изоляция выполнена из эпоксидного компаунда тороидальной формы с радиальными выступами на ее торцевых поверхностях. Между выступами расположены вторичные обмотки. Через выступы одной торцевой поверхности межобмоточной изоляции пропущены выводы первичных обмоток. В выступах другой торцевой поверхности закреплены выводы вторичных обмоток. Первичные и вторичные обмотки помещены внутрь корпуса высоковольтного изолятора соосно с ним. Выводы первичных обмоток выполнены из отрезков круглого проводника, одни концы которых электрически соединены с концами первичных обмоток и закреплены на герметизированном корпусе. Другие концы выводов отогнуты в радиальном направлении под углом 90° и механически и электрически соединены с концами токоведущих шпилек, расположенных внутри корпуса высоковольтного изолятора. Соседние разнопотенциальные выводы вторичных обмоток изогнуты аналогично токоведущими шпильками высоковольтного изолятора. На внутренней поверхности межобмоточной изоляции между вторичными разнопотенциальными обмотками выполнен один паз, параллельный оси трансформатора. На его наружной поверхности - другой паз, расположенный диаметрально противоположно первому. Внутренние зазоры между корпусом высоковольтного изолятора, трансформатора, шпильками и выводами заполнены эпоксидным компаундом. 6 ил.

Высоковольтный трансформатор, содержащий кольцевой магнитопровод, помещенный в герметизированный корпус, первичные обмотки с выводами, размещенные на корпусе магнитопровода, вторичные обмотки с выводами, охватывающие первичные, первичные и вторичные обмотки разделены изоляцией, и высоковольтный изолятор с токоведущими шпильками, одни концы которых выполнены изогнутыми, причем расстояние между их наружными концами, являющимися выводами, больше чем между внутренними участками шпилек, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона частот преобразуемых сигналов и облегчения условий эксплуатации за счет исключения жидкого диэлектрика, герметизированный корпус сердечника выполнен из основания и крышки, изолированных между собой, а также от магнитопровода и первичных обмоток, торцы герметизированного корпуса выполнены с выступами в виде радиально расположенных сегментов, между которыми размещены первичные обмотки, межобмоточная изоляция выполнена из заливочного компаунда, преимущественно эпоксидного, тороидальной формы с радиально расположенными выступами на ее торцевых поверхностях, между которыми расположены вторичные обмотки, и через выступы одной торцевой поверхности межобмоточной изоляции пропущены выводы первичных обмоток, а в выступах другой торцевой поверхности закреплены выводы вторичных обмоток, первичные и вторичные обмотки помещены внутрь корпуса высоковольтного изолятора, соосно с ним, выводы первичных обмоток выполнены из отрезков круглого проводника, одни концы которых электрически соединены с концами первичных обмоток и закреплены на герметизированном корпусе, а другие концы выводов отогнуты в радиальном направлении под углом 90° и механически и электрически соединены с концами токоведущих шпилек, расположенных внутри корпуса изолятора, соседние разнопотенциальные выводы вторичных обмоток выполнены изогнутыми, аналогично токоведущими шпильками высоковольтного изолятора, на внутренней поверхности межобмоточной изоляции между вторичными разнопотенциальными обмотками выполнен один паз, параллельный оси трансформатора, а на его наружной поверхности - другой паз, расположенный диаметрально противоположно первому, внутренние зазоры между корпусом изолятора, трансформатора, шпильками и выводами заполнены диэлектриком, преимущественно эпоксидным компаундом.