Трансформаторно-выпрямительное устройство Советский патент 1982 года по МПК H01F30/12 H02M7/10 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике генерирования высоких постоянных напряжений, и может быть использовано для питания различных электрофизических устройств, преимущественно электронных пушек для электронно-лучевой технологии.

Известны трансформаторно-выпрямительные устройства, представляющие собой конструктивное совмещение преобразовательного трансформатора с ускорительной трубкой, выполняющей функ ии выпрямительного элемента. Такие устройства, представляющие собой высоковольтный трансформаторновыпрямительный блок, конструктивно оформлены в виде коаксиальной системы, образованной ускорительной трубкой, секционированной вторичной обмоткой, секционированным магнитопроводом и первичной обмоткой, помещенными в общем металлическом кожухе. Рабочий магнитный поток, возбуждаемый

первичной обмоткой, замыкается частично по немагнитным элементам конструкции и индуцирцет на каждой секции вторичной обмотки переменное напряжение, которое с помощью встроенной ускорительной трубки преобразуется в постоянное 1 .

Недостаток такого трансформаторно-выпрямительного устройства обусловлен наличием постоянной составляющей

10 в намагничивающем токе и замыканиея магнитного Потока через неферромагнитное пространство ускорительной трубки. Это приводит к увеличению установленной мощности питающей сис15темы и снижению надежности и ресурса работы ускорителя, поскольку аварийные режимы в системе питания и в тракте ускорения электронов конструкт тивно и схемно не развязаны.20

Известнотакже высоковольтное трансформаторно-выпрямительное устройство, скомпонованное на основе повышающего трехфазного трансформатора fr 3 g пространственно-симметричным магнитопроводом. Выпрямительные блоки, имеющие вид цилиндров, расположены параллельно осям обмоток трансформатора, высоковольтный вывод выполнен в виде коаксиала с кожухомтрансформатора, сопряженного с встроенной ускорительной трубкой. Магнитопровод трансформатора находится под потенциалом земли, вт-оричная секционированная обмотка генерирует высокое напряжение, которое выпрямляется в диодных блоках, расчитанных на полное напряжение установки 2. Недостаток известного устройства заключается в тяжелых условиях рабо,ты изоляции, поскольку вторичная обмотка трансформатора и диодные блоки должны изолироваться от магнитопровода на полное напряжение, а пробой одной из секций вторичной обмотки приводит к выходу из строя всего устройства. При этом ресурс непрерывной работы ускорителя снижается, поскольку аварийные режимы в источнике питания и в ускорительной трубке пространственно и конструктивно не развязаны. При пробое какого-либо элемента трансформаторно-выпрямительного устройства необходим демонтаж всего ускорителя. -.наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности я ляется трансформаторно-выпрямительно устройство,представляющее собой пространственно-симметричный трехфазный трансформатор. Первичная обмотка трансформатора собрана в виде трех плоских, прямоугольных катушек, вер тикальные части которых проходят по парно вдоль оси окна, образованного колонной сердечников, несущих секци вторичной обмотки. Сердечники собир ются на изолирующих цилиндрах и фиксируются изоляционными дисками. При этом горизонтальные части первичных катушек и оси трех колонн сердечников образуют соответственно грани и вершины равностороннего треугольника, а секции вторичной обмотки подключены к выпрямительным модулям, соединенным в трехфазные мосты. Тран форматорная часть источника питания в электрЪмагнитном отношении является зеркальным отражением стержнево го трансформатора с пространственным магнитопроводом. Замкнутый секционинированиый магмитопровод каждой фазНОИ колонны характеризуется минимальной длиной магнитной силовой линии, а тороидальная форма секций вторичной обмотки обеспечивает минимальн:ое значение индуктивности рассеяния 3. Недостатком известного устройства является неоптимальная схема соединений секций вторичной обмотки и полюсов Мостов,приводящая к снижению рабочего напряжения ступени и,следовательно, к уменьшению удельной мощности в устройстве. Кроме того, совмещение функций изолирующих и крепежных детаг лей каркаса, состоящего из изоляционных цилиндров с дисками, ухудшает теплоотвод от обмоток, что снижает надежность главной изоляции и приводит к уменьшению полезной мощности источника питания. Целью изобретения является повышение удельной объемной мощности высо-. ковольтного трансформаторно-выпрямительного устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее пространственно-симметричный повышающий-, многофазный трансформатор с первичной обмоткой, выполненной в виде трех плоских прямоугольных катушек, вертикальные части которых проходят попарно вдоль оси окна, образованного колонной замкнутых сердечников, несущих секции вторичной обмотки, изоляционные элементы крепления и каскадный мостовой выпрямитель с промежуточными., полюсами , расположенный вдоль колонн сердечников и имеющий один высоковольтный вывод, снабжено потенциальными экранами, расположенными друг под другом коаксиальное колоннами сердечников и электрически соединенными с концами секций вторичной обмотки, изоляционные элементы крепления выполнены в виде стоек и сегментных отрезков диэлектрических цилиндров с поперечными прорезями, в которых расположены замкнутые сердечники с секциями вторичной обмотки и закреплены с помощью изоляционных стоек, причем сегментные отрезки образуют правильную призму с вогнутыми гранями. Высоковольтный вывод образован каёелем со снятой оплеткой, проходящим вдоль оси трансформатора, и снабжен проводящими кольцами, расположенными на равных расстояниях друг от друга коаксиально с кабелем и электрически соединенными с промежуточными полюсами выпрямителя. 59 На фиг. 1 представлена общая ком поновка трансформаторно-выпрямитель ного устройства; на фиг. 2 - вид в плане; на фиг. 3 принципиальная электрическая схема. Устройство содержит трехрамную многовитковую первичную обмотку 1 трансформатора, изолированную пленкой 2 и встроенную в электростатический заземленный экран 3- Система вторичных обмоток с сердечниками и выпрямительными мостами образует симметричные относительно центральной оси k модуля. Тороидальные сердечники 5 несут тороидальные секции вторичной обмотки 6, электрически соединенные с экранами 7- Секции выпрямителя 8 (фиг. 2) расположены на вершинах равностороннего треуголь ника. Полюса отдельных мостов выпрямителя 9 выполнены в виде кольцевых экранов, равноотстоящих друг от друга по высоте колонны сердечников. Выемная часть устройства собрана на двух профилированных изоляционных пластинах 10,стянутых основными 11 и дополнительными 12 изоляционными стойками. Сегментные отрезки диэлект рических цилиндров 13. имеющие систе му поперечных прорезей, скреплены с ИЗОЛЯЦИОННЫМИ стойками с помощью шпилек и клея. Вдоль оси устройства собран омический делитель напряжения Ш, секции которого закреплены на проводящих кольцах - экранах, расположенных вдоль центрального высоковольтного кабеля 15 без оплетки. Выемная часть устройства крепится на металлической крышке 16, снабженной вводами питания 17- Герметичный проводящий корпус 18 заполняется газообразным или жидким диэлектриком выполняющим функции теплоохлаждающей среды. Устройство работает следующим образом. При подключении первичной обмотки 1 трансформатора к сети под воздействием сетевого напряженияjno обмотке протекает ток,намагничивающий пространственно-симметричный магнито провод.При этом магнитный поток локализуется, в отдельных тороидальных сер демниках 5,индуктируя трехфазную сист му ЭДС в секциях вторичной вентильной обмотки 6. Начала секций вторичной обмотки, расположенных на одинаковой высоте вдоль колонны сердечни.ка, подключены к потенциальным экраобщего магнитного потока в остальных сердечниках. Главная изоляция повышающего трансформатора представляет 7. являющимся также нейтралями секций обмотки, соединенныхв звезду. Экраны 7 охватывают всю выемную часть источника питания и выравнивают градиенты напряжения между отдельными секциями и между выемной частью и проводящим корпусом 18. Потенциал системы экранов ступенчато нарастает сверху вниз. Вентильные элементы мостовых выпрямителей 8 образуют пространственно-симметричную систему, что позволяет оптимизировать структуру тепловых потоков в устройстве. Тороидальные сердечники 6, расположенные соосно в пределах каждой колонны, развязаны механически с помощью сегментных отрезков диэлектри ческих цилиндров 13,имеющих систему поперечных прорезей.Сегментные отрезки цилиндров жестко связаны с помощью профилированных изоляционных стоек 11, на внешней поверхности которых собраны вентильные элементы,, зашунтированные керамическими конденсаторами. Вывод мощности из устройства осущестеляется высоковольтным кабелем 15 со снятой оплеткой и снабженным проводящими кольцами, являющимися полюсами отдельных ступеней каскадного мостового выпрямителя и служащими для равномерного деления потенциала по по- . верхности кабеля. Модульный принцип выполнения трансформат орно-выпрямительного устройства с пространственно-симметричным расположением магнитных и преобразо п ; вательных звеньев оптимизирует конструкцию, обеспечивая луМшие условия для отвода тепла и равномерного принудительного распределения потенциала по секциям каскада мостового выпрямителя. Секция вторичной обмотки повышающего трансформатора изолируется ОТ сердечника на напряжение только одной ступени, при этом снимается проблема изоляции вторичной обмотки от магнитопровода. Случайное кратковременное замыкание одной из секций вторичной обмотки или одной ступени мостового выпрямителя не является аварийным режимом для источника питания в целом. В этом случае происходит локальное вытеснение магнитного потока из соответствующего тороидального сердечника и перерасп(эеделение 79 бой чисто газовый или жидкостной канал, в котором отсутствуют шунтирующие твердые диэлектрики. Для повышения однородности электрического поля первичная обмотка окружена электрост тическим заземленным экраном, покрытым снаружи многослойной пленочной изоляцией. Конструкция высоковольтного вывода, выполненного аксиальносимметричным кабелем без оплетки с градиентными кольцами, позволяет реализовать вывод; мощности без. увеличения размеров выемной части и не требует специального изолирующего пространства. Градиентные кольца кабеля совмещены электрически с полю сами ступеней каскадного выпрямителя, поэтому ступенчатое изменение потенциала вдоль вертикальной оси выемной части устройства происходит равномерно по всем элементам конструкции, включая соответствующие участки высоковольтного кабеля. Положительный технический эффект от применения данного изобретения обусловлен оптимизацией пространственной структуры многофазного высоко вольтного трансформаторно-выпрями:тельного устройства с модульным прин ципом выполнения и кабельным выводом мощности. Формула изобретения 1. Трансформаторно-выпрямительное устройство, содержащее пространствен но-симметричный повышающий многофазный трансформатор, выполненный в виде закрепленных в изоляционном каркасе колонн замкнутых сердечников, несущих секции вторичной обмотки, вдоль оси окон которых попарно расположены вертикальные участки плоских прямоугольных катушек первичной обмотки, изоляционные элементы крепления и каскадный мостовой выпрямитель с промежуточными полюсами, расположенный вдоль колонн сердечников и имеющий один высоковольтный вывод, отличающееся тем, что,с целью повышения удельной объемноймощности, оно снабжено потенциальными экранами, расположенными друг под другом коаксиально с колоннами сердечников и электрически соединенными с концами секций вторичной обмотки, изоляционные элементы крепления выполнены в виде стоек и сегментных отрезков диэлектричесих цилиндров с поперечными прорезями, в которых расположены-замкнутые сердечники с секциями вторичной обмотки, закрепленные с помощью изоляционных стоек, причем указанные сегментные отрезки образуют правильную призму с вогнутыми гранями. 2. Устройство по. п. 1, о т л и чающееся тем, что высоковольтный вывод образован высоковольтным кабелем со снятой оплеткой, проходящим вдоль оси трансформатора, и снабжен проводящими кольцами, расположенными на равных растояниях друг от друга коаксиально с кабелем и электрически соединенными с промежуточными полюсами выпрямителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР W , кл. Н 05 Н 5/00, Тэбб. 2. Авторское свидетельство СССР № 500719, кл. Н 05 Н 5/00, 19763- Авторское свидетельство СССР по заявке W 2026801/07,-кл. Н 02 М 7/10, 197.

/J

n

Ю