высоковольтный высокочастотный трансформатор

Формула изобретения

1. Высоковольтный высокочастотный трансформатор, содержащий, по меньшей мере, один тороидальный магнитопровод, заключенный в полые охладители, образующие магнитную систему, на которой расположены обмотки с твердой изоляцией и сектором, не занятым, по крайней мере, одной обмоткой, в котором расположены выводы одной из обмоток и патрубки для ввода и вывода хладоагента, отличающийся тем, что полые охладители выполнены в виде диамагнитных полых колец, установленных на внешних торцах тороидального магнитопровода, полости которых имеют поперечную перегородку и отверстия для ввода и вывода хладоагента, отверстия расположены по обе стороны перегородки на внешней образующей каждого полого охладителя, при этом полости охладителей соединены между собой последовательно.

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что содержит несколько тороидальных магнитопроводов, между смежными из которых дополнительно расположен охладитель, который имеет две полости, соприкасающиеся с внутренними торцами тороидальных магнитопроводов, и разделен кольцевой перемычкой с отверстиями, соединяющими обе полости, в каждой из которых выполнены поперечные перегородки, при этом входные и выходные отверстия для ввода и вывода хладоагента расположены по обе стороны от поперечной перегородки, при этом все охладители соединены последовательно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным высокочастотным трансформаторам с твердой изоляцией и интенсивным охлаждением, преимущественно жидкостным, которые могут использоваться в качестве высоковольтных источников питания различного применения.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является тороидальный трансформатор с твердой изоляцией и жидкостным охлаждением [1]. В таком трансформаторе магнитопровод заключен в полый охладитель, состоящий из двух частей, располагаемых на внешней и внутренней образующей магнитопровода и имеющих патрубки для ввода и вывода хладоагента к каждой полости в отдельности. В качестве хладоагента используется любая жидкость, например вода. Недостатком такой конструкции является сложность изготовления охладителя и сложность герметизации магнитопровода. Поэтому в случае применения вакуумно-нагнетательной технологии пропитки изоляции пропиточный компаунд попадает в магнитопровод и портит магнитные характеристики сердечника. Перечисленные недостатки устраняются предлагаемым решением.

Цель изобретения - повышение надежности, уменьшение габаритов, упрощение изготовления.

Указанная цель достигается тем, что в известном высоковольтном высокочастотном трансформаторе содержится, по меньшей мере, один тороидальный магнитопровод, на котором расположены обмотки с твердой изоляцией и сектором, не занятым, по крайней мере, одной обмоткой, в котором расположены выводы одной из обмоток и патрубки для ввода и вывода хладоагента. Охладители выполнены в виде диамагнитных полых колец, устанавливаемых на внешних торцах магнитопровода, полости которых имеют поперечную перегородку и отверстия для ввода и вывода хладоагента, при этом отверстия расположены по обе стороны перегородки на внешней образующей кольца, причем полости охладителей соединены между собой последовательно. В случае нескольких тороидальных магнитопроводов между смежными магнитопроводами дополнительно расположен охладитель, имеющий две полости, соприкасающиеся с внутренними торцами магнитопроводов. При этом охладитель разделен кольцевой перемычкой, имеющей отверстия в ней, соединяющие обе полости. Кроме того, поперечные перегородки выполнены в каждой полости, а входные и выходные отверстия для хладоагента расположены по обе стороны от поперечной перегородки, причем полости всех охладителей соединены последовательно.

На фиг. 1 показан высоковольтный высокочастотный трансформатор, разрез; на фиг. 2 и 3 - расположение вводов обмоток трансформатора и патрубков для ввода и вывода хладоагента; на фиг. 4 и 5 - одна из половин охладителя, примыкающая к внешнему торцу магнитопровода; на фиг. 6 и 7 - охладитель, примыкающий к внутренним торцам магнитопровода в случае использования более чем одного магнитопровода.

Тороидальный магнитопровод 1 с внешних торцов охвачен полыми охладителями в виде диамагнитных полых колец 2 и 3, имеющими поперечные перегородки 4 и 5 для организации потока хладоагента. Полые охладители в виде диамагнитных полых колец 2 и 3 изолированы от магнитопровода 1 диэлектриком в виде тонких колец 6 и 7. По обе стороны от перегородок 4 и 5 имеются отверстия 8, 9, 10 и 11 для входа и выхода хладоагента. Две полости охладителей 2 и 3 соединены между собой через отверстия 9 и 11 перемычкой 12, а через два других отверстия 8 и 10 с помощью патрубков 13 и 14 вводится и выводится хладоагент. Таким образом охладители 2 и 3 соединены последовательно по прохождению хладоагента. Герметизация охладителей 2 и 3 осуществляется по поверхности, прилегающей к торцовой поверхности магнитопровода 1 и по внутренней и внешней образующей охладителей 2 и 3. Магнитопровод 1 с охладителями образуют магнитную систему трансформатора и обматываются по всему периметру изоляционными лентами, пропитанными термореактивными смолами в 2-3 слоя, и термообрабатываются, образуя монолитную систему. На полученную таким образом магнитную систему накладывается первичная низковольтная обмотка 15, выводы которой 16 и 17 расположены по обе стороны патрубков 13 и 14 для ввода и вывода хладоагента и перемычки 12 на внешней образующей поверхности магнитопровода 1. Поверх первичной обмотки 15 накладывается межобмоточная изоляция 18 по всему периметру. Далее накладывается вторичная высоковольтная обмотка 19 в секторе между выводами 16 и 17 первичной обмотки. Вторичная высоковольтная обмотка 19 может быть однослойной и многослойной. Выводы 20 и 21 вторичной высоковольтной обмотки 19 расположены по внешней образующей трансформатора на диаметрально противоположных сторонах. Межобмоточная изоляция 18 и межслоевая изоляция низковолтной 15 и высоковольтной 19 обмоток осуществляются стеклослюдинитовыми лентами с последующей пропиткой компаундом вакуумно-нагнетательным способом и термообработкой. Затем трансформатор заливается полимерным составом в форме, образуя внешнюю изоляцию и высоковольтные вводы 20 и 21.

В случае использования в магнитопроводе более одного тороидального магнитопровода между ними устанавливается охладитель 22, состоящий из двух половин, разделенный кольцевой перемычкой 23. В кольцевой перемычке 23 сделаны отверстия 24, соединяющие обе половины. В охладителе 22 имеется перемычка 25, перекрывающая канал в обеих его половинах. По обе стороны от перемычки 25 имеются отверстия 26 и 27 для ввода и вывода хладоагента. Все охладители соединены между собой последовательно для прохождения хладоагента.

Трансформатор работает следующим образом. Выводы первичной обмотки подключаются к автономному инвертору (f = 3 - 20 кГц). Изменение магнитного поля в тороидальном магнитопроводе 1 индуцирует высоковольтную ЭДС в многовитковой вторичной обмотке 19, выводы которой 20 и 21 расположены по образующей трансформатора на диаметрально противоположных сторонах. В высокочастотном режиме работы и высоком напряжении тепловые потери локализуются в тороидальных магнитопроводах, в проводниках обмоток и изоляции. Конструктивно магнитопровод 1 отделен от обмоток 15 и 19 и изоляции охладителями 2, 3. Таким образом, тепловые потоки от магнитопровода 1 и обмоток 15 и 19, а также изоляции 18 разделены и направлены к охладителям 2 и 3. Жидкий хладоагент, например, техническая вода подается с заданным расходом через патрубки 13 и 14 в каналы 4 и 5 охладителей 2 и 3. Хладоагент, проходя сначала, например, по охладителю 2, а затем через соединительный патрубок 12 по охладителю 3, уносит выделяемое тепло в магнитопроводе 1, а также в обмотках 15 и 19 и изоляции 18. Такое внутреннее охлаждение распределяет тепловые потоки таким образом, что исключается подогрев изоляции 18 теплом, выделяемым в магнитопроводе 1 и в первичной обмотке 15. Первичная обмотка 15, изготавливаемая из фольги, практически полностью охватывает охладитель и по температуре незначительно отличается от температуры охладителя. Твердая изоляция 18 как межобмоточная, так и межслоевая, охлаждаясь по всему объему равномерно, исключает возможность местных повышений температур, т.е. теплового пробоя изоляции.

Трансформатор может использоваться при создании малогабаритных систем питания различных электрофизических приборов, для заряда емкостных накопителей и в источниках питания различных технологических установок в диапазоне напряжения от единиц до десятков киловольт и мощностью до сотен киловатт в единице с высокими удельными показателями. Так, например, трансформатор мощностью 100 кВт и напряжением 40 кВ имеет 3,5 кВт/кГ.

Источники информации

1. Авторское свидетельство N 1555713, кл. H 01 F 27/16, 1987 г. (прототип).