Импульсный трансформатор с ударным возбуждением Советский патент 1986 года по МПК H01F19/08 

Изобретение относится к технике генерирования мощных импульсов высокого напряжения, в частности ij импульсному трансформатору с ударным возбуждением, и ожет найти применение в качестве источника питания ускорителей заряженных частиц и для испытания высоковольтной аппаратуры. Известен генератор импульсов высокого напряжения, состоящий из коаксиально расположенных первичной и . вторичной обмоток, выполненных в один слой и размещенных в корпусе, заполненном сжатым газом. Вторичная обмотка намотана на изоляционньй цилиндр, выполняющий роль опорного изолятора. Высоковольтный конец вторичной обмотки соединен с электродом, который вместе с корпусом образует вторичную емкость трансформатора. Недостатком такого трансформатора являются большие габариты, особенно при больших коэффициентах трансформации (), Наиболее близким к изобретению по технической сущности является импуль -ный трансформатор с ударным возбуждением, содержащий первичную обмотку и многослойную цилиндрическую вторичную обмотку высокого напряжения (ЪЕ) расположенную в корпусе, заполненном электроизоляционной средой. Недостатками известного трансформатора являются малая надежность обмотки высокого напряжения вдоль поверхности межслойной изоляции и боль шие габариты ввиду малых допустимых значений напряженности электрического поля вдоль межслойной изоляции, особенно в зоне максимального напряжения , а ввиду того что слои обмотки высокого напряжения формируются по горизонтали, растут ее радиальные размеры, вследствие чего связь между первичной обмоткой и последними слоями обмотки высокого напряжения ухудшается, что также снижает надежность трансформатора. Целью изобретения является повышение надежности и уменьшение габаритов трансформатора. Поставленная цель достигается тем, что в импульсном трансформаторе с ударным возбуждением, содержащем первичную обмотку и многослойную вторичную обмотку высокого напряжения, расположенные в корпусе, заполненном электроизоляционной средой, 92 многослойная вторичная обмотка высо- i кого напряжения вьшолнена из двойного провода, уложенного слоями, имеющими коническую форму с углом при вершине 70-180°, при этом слои обмотки соединены последовательно и расположены вертикально вдоль общей оси. Выполнение многослойной обмотки высокого напряжения двойным проводом при формировании слоев по вертикали в виде конических поверхностей позволяет существенно снизить габариты устройства и повысить его надежность, так как допустимые градиенты напряженности электрического поля вдоль слоев изоляции (как вьтолнено в про тотипе) составляет всего 2-2,5 кВ/cMj в то время как в предлагаемой конструкции допустимый градиент элект- рического поля вдоль наружных поверхностей обмотки высокого напряжения (по вертикали) в газовой среде (например, SFg) под давлением может составить более 80 кВ/см, Кро- ме того, выполнение слоев коническими снижает напряженность электрического поля в промежутке между первичной обмоткой и крайними витками наружной поверхности обмотки высокого напряжения, улучшается качество наружных поверхностей высоковольтной обмотки, что повьщ1ает надежность трансформатора и уменьшает его габариты. Интервал угла конуса при вершине одного слоя выбирается пределах 70-180 При углах конуса, близких к 180, технологически трудно произвести непрерывную намотку многих слоев обмотки (более 100J. Кроме того, при превьшении этого угла повышается напряженность электрического поля в зазоре между первичной обмоткой трансформатора и наружными витками обмотки высокого йапряжения, так как эквипотенциальные поверхности при этих углах имеют более крутую кривизну. При уменьшении угла при вершине от 180° снижается напряженность электрического поля в указанной зоне, но при углах, близких к 70°, вновь появляются технологические трудности намотки многослойной обмотки. Кроме того, начи нает резко возрастать продольная составлякщая электрического поля (вдоль слоя более, чем в 3-5 раз) , что сниает надежность обмотки в целом, ухудается и качество наружных поверхностей обмотки что в свою очередь снижает электрическую прочность обмотки высокого напряжения, а следовательно, надежность трансформатора. При использовании трансформатора в качестве высоковольтного источника питания ускорителя электронов важное значение имеет подвод мощности для канала инжектора и питания систем управления, В предлагаемом устройстве этот вопрос решается намоткой высоковольтной обмотки двойным проводом с подсоединением источника питания к обоим концам со стороны земли, который питает системы, находящиеся в высоковольтной части трансформатора.

На чертеже представлен предлагаемый трансформатор. Он состоит из первичной обмотки 1 и вторичной высоковольтной обмотки (во) 2, Первичная обмотка состоит из нескольких витков Коническая форма первичной обмотки улучшает коэффициент связи К между обмотками. Вторичная ВО вьтолнена двойным намоточным проводом в виде многих конических слоев 3 с углом при вершине 70-180°, соединенных между собой последовательно. Слои ВО изолированы друг от друга прокладками например, из конденсаторной бумаги. После намотки ВО пропитывается эпоксидным компаундом,. Вторичная ВО имеет несколько тысяч витков. Вторичная обмотка 2 заканчивается высоковольтным электродом 4, радиационно-прозрачным для переменного магнитного потока. Весь трансформатор помещен в корпус 5, заполненный электрически прочной средой 6, например газом SFg, под давлением 8-15 кг/см. Напряжение

из корпуса на нагрузку выводится высоковольтным кабелем 7, Элементы ВО, высоковольтный электрод 4, корпус 5 и высоковольтный кабель 8 образуют распределенную емкость вторичного контура, В корпус 5 может быть встроена непосредственно ускорительная трубка (на чертеже не показана), Импульсный трансформатор работает следующим образом.

Предварительно заряженный конденсатор первичного контура подключается коммутатором к первичной обмотке 1, При этом во вторичной обмотке 2, настроенной в резонанс с первичной (средний коэффициент связи К 0,6), возникают импульсы высокого напряжения , Это напряжение по высоковольтному кабелю 7 подается на электронную пушку, либо на другую высоковольтную нагрузку (на чертеже не показаны), Питание канала инжектора и системы управления осуществляется подсоединением дополнительного источника со стороны земли к обоим концам двойного провода ВО (на чертеже не показано),

Предложенное техническое решение позволит при прочих равных условиях повысить надежность примерно в 1,3 раза и сократить габариты импульсного трансформатора по сравнению с известными импульсными трансформаторами с ударным возбуждением пропорционально допустимой напряженности электрического поля, т.е. в 23 раза,

Повьш ение надежности работы трансформатора в 1,5 раза позволит увелн- |чить его ресурс примерно в 2 раза

ИШУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР С УДАРНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ, содержащий первичную обмотку и многослойную вторичную обмотку высокого напряжения, размещенные в корпусе, заполненном электроизоляционной средой, отличающийс я тем, что, с целью повышения его надежности и уменьшения габаритов, многослойная вторичная обмотка высокого напряжения выполнена из двойного провода, уложенного слоями, имеющими коническую форму с углом при вершине 70- 180°, при этом слои обмотки соединены последовательно и расположены вертикально вдоль общей оси. /