Высокочастотный трансформатор

 

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР , содержащий первичную обмотку, размещенную на тороидальном сердечнике , и вторичную oб 4oткy в виде объемного витка, выполненного из двух частей, одна из которых образована цилиндром с фланцем, охватывакяцим первичную обмотку, jcTBKanoM, расположенным внутри цилиндра; и днищем; выводы вторичной обмотки выполнены в виде двух полых проводников, о т ли чающий ся тем, что, с целью повышения КПД трансформатора, другс1Я часть объемного витка выполнена в виде цилиндра с фланцем, охватывающим первичную обмотку стакана, расположенного внутри цилиндра и днища, причем стаканы обеих частей вторичной обмотки установлены с зазором , выводы выполнены с фланцами § на ;Обои х концах проводников, расположёны внутри второй обмотки так, ЧТО одними фланцами соединены со стаканами вторичной обмотки, а другие фланцы предназначены для подсоединения нагревательных элементов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЕВЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5Р Н 01 F 27/30 Н 01 F 31 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР )

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ

1 .-;-, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ-, Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3473455/24-07 (22) 27.07.82 (46) 23.11.83. Бюл. 9 43 (72) И.Т. Шпанько (53) 621.314.228(088.8) (56 ) 1. Высокочастотная электротер-., мия. Справочник. М., "Машиностроение, 1965, с. 471.

2. Денисов Ю.В. Трансформатор вы-сокой частоты .без самоиндукции рассеивания во вторичной обмотке. ЖТФ, 1939, т. lХ, вып, 3, с. 37.

3. Вологдин В.В. Высокочастотный трансформатор с незамкнутым ферритовым сердечником. Труды ВНИИВТЧ,вып.ll

Л., 1970, с. 206-207.

4. Авторское свидетельство СССР

9 734822, кл. Н 01 F 27/90, 1977. (54)(57) ИИСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРАНСФОРИАТОР, содержащий первичную обмотку, размещенную на тороидальном сердеч1 ..SU„,„А г нике, и вторичную обмотку в виде объ- емного витка, выполненного из двух частей, одна из которых образована цилиндром с фланцем, охватывакхцим первичную обмотку„стаканом, расположенным внутри цилиндра; и днищем, выводы вторичной обмотки выполнены в виде двух полых проводников, о т л и чающий с я тем, что, с целью повьааения КПД трансформатора, другая часть объемного витка выполнена в виде цилиндра с фланцем, охватывающим первичную обмотку стакана, расположенного внутри цилиндра и днища, причем стаканы, обеих частей вторичной обмотки установлены с зазором, выводы выполнены с фланцами В на .обоих концах проводников, расположены внутри второй обмотки так, что.одними фланцами соединены со стаканами вторичной обмотки, а другие фланцы предназначены для подсоединения нагревательных элементов.

1056283

Однако выводы вторичной обмотки расположены .в центре трансформатора, но возле одного из оснований, а именно один вывод прикреплен к самому основанию, а другой — к крышке стакана, которая расположена возле основания с небольшим зазором. Ток во вторичной обмотке протекает через один из выводов, нагрузку, второй вывод, основание, стакан, второе основание и через цилиндр снова к первому выводу. Это приводит к тому, что .емкостная связь между первичной об,моткой и объемным витком осуществля, ется по всей его высоте. Емкостный ток связи между обмотками зависит от высоты обмотки, На высоких частотах емкостный ток достигает значительной величины и это приводит к дополнительным потерям во вторичной обмотке и, следовательно, к снижению КПД транс-j форматора.

Изобретение относится к электрическим устройствам для разогрева, в частности к трансформаторам, которые могут быть использованы для пита. ния индукторов в высокочастотных электротермических установках.

Известен воздушный трансформатор, который применяется для питания нагревательных индукторов в диапазоне радиочастот, содержащий первичную обмотку, выполненную в виде спи- 10 ральной катушки, и охватывающий ее вторичный виток, который представляет собой незамкнутый цилиндр с выводами для подключения индуктора f1).

Однако КПД этого трансформатора 35 невысок вследствие того, что коэффи" циент связи между обмотками не.превышает 0,6-0,7, так как зазор между ними должен быть достаточным для обеспечения прочности электрической . gp изоляции. Кроме того, вторичная цилиндрическая обмотка имеет повышенную индуктивность рассеивания. Этим объясняется большая реактивная мощность трансформатора и необходимость 25 включения большой емкости батареи параллельно первичной обмотке.

Известен тбансформатор, в котором с целью уменьшения индуктивности рассеивания вторичной обмотки внутри первичной обмотки дополнительно размещают незамкнутую электропроводную втулку, наружная и внутренняя втулки, составляющие вторичную обмотку, могут быть соединены двумя основаниями, выполненными как из электропро водного, так и из диэлектрического

1 материала. При этом вывод первичной бмотки пропускают через основания f2). едостатком этой конструкции также является низкий КПД. Это .объясняется 40 дополнительными потерями энергии во внутренней втулке, которые сводят

Hà нет выигрыш за счет уменьшения индуктивности рассеивания вторичной ббмотки. 45

Известен трансформатор с незамкнутым магнитопроводом, в которомс целью увеличения коэффициента связи между обмотками без дополнительных rIoTepb энергии во вторичном вит- 5р ке, вместо внутренней электропроводкой втулки размещают стержень, из магнитодиэлектрика, а для крепления магнитопровода к вторичной обмотке используют два основания из диэлектри ка (3) 1 Недостатком трансформатора является то, что как общий, так и реактив" ный КПД имеют ярко выраженный максимум прй определенном соотношении между индуктивностями вторичной обмотки и нагрузки (индуктора с нагреваемой деталью); Кроме того, эффективность незамкнутого магнитопровода мала, а потери в нем значительны, так как высота магнитопровода должна быть 65 не меньше высоты первичной обмотки.

Поэтому не удается. достичь заметного увеличения КПД такого трансформатора в сравнении с воздушным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является трансформатор, содержащий первичную обмотку, размещенную на тороидальном сердечнике, и вторичную обмотку с двумя выводами, выполненную! в виде объемного витка, образованного цилиндром, охватывающим первичную обмотку, стаканом, расположенным внутри первичной обмотки идвумя параллельными основаниями.

При этом к основанию, расположенному со стороны дна.стакана, прикреплен один вывод вторичной обмотки, а в обоих основаниях и дне стакана в средней их части выполнены сообщающиеся отверстия для прохода хладагента, Выводы вторичной обмотки выполнены из полых проводников, установлены в . центре вторичной обмотки симметрично относительно ее оси, основание с первым выводом установлено так, что между ним и дном стакана образован зазор, а второй вывод пропущен через отверстие в. этом основании и соединен с дном стакана. Основание с выводом может быть выполнено съемным. Для этого в трансформаторе торец цилиндра снабжен контактным фланцем, прижатым к этому основанию. С целью быстрой и удобной разборки трансфор—,матора он снабжен болтом, а дно стакана выполнено в виде пробки, прнжа" той к стенке стакана с помощью болта„ пропущенного внутрь стакана через дополнительное отверстие в основании без вывода. Разновидностью решения является конструкция, предусматривающая наличие ràéêè, с помощью которой стакан притягивается к основанию без вывода (41 .

1056283

Кроме того, крепление .одного из вывыводов к крышке стакана в известном трансформаторе можно осуществить либо неразъемным, либо диаметр индуктора должен-быть ограничен размерами отверстия в крышке, что не всегда

5 допустимо на практике. Недостатком конструкции также является и от сутствие охлаждения магнитопровода, что необходимо. на высоких частотах вследствие увеличения потерь в нем, 10 что снижает КПД .трансформатора. В известном трансформаторе трудно выполнить уплотнение ббъемного витка.

Целью изобретения является повышениЕ КПД высокочастотного трансфор- )5 матора.

Поставленная цель достигается тем, что в высокочастотном трансформаторе, содержащем первичную обмот3 ку, размещенную на тороидальном сердечнике, и вторичную обмотку н виде объемного витка, выполненного из двух частей, одна из которых образована цилиндром с фланцем, охватывающим первичную .обмотку, стаха- .75 ном, расположенным внутри цилиндра, и днищем, выводы вторичной обмотки выполнены в виде двух полых проводников, другая часть объемного витка выполнена в виде цилиндра с .Фланцем, охватывающим первичную обмотку стакана, расположенного внутри. цилиндра и днища, причем стаканы обеих частей вторичной обмотки установлены с зазором, выводы выполнены с фланцами на обоих концах проводников, расположены внутри вторичной обмотки,так, что одними фланцами соединены со стаканами вторичной обмотки, а другие фланцы предназначены для подсоеди- 40 нения нагревательных элементов.

На фиг.1 изображен трансформатор, первый нариант, общий вид в разрезе, на фиг.2 вЂ,то же, вто- 45 рой вариант.

Трансформатор содержит первичную обмотку 1, размещенную на тороидальном сердечнике 2, и вторичную обмотку с двумя коаксиальными . 50 выводами 3 и 4, выполненную в виде объемного витка, состоящего иэ двух оцинаковых частей. Каждая часть образована цилиндром 5, стаканом б с днищем 7 и оснонанием 8, соединяющим цилиндр и стакан. Высота стакана 6 вместе с днищем 7 меньше высоты цилиндра 5 на величину, равную половине зазора между выводами вторичной обмотки. Первый вывод 3 соединен с днищем верхнего стакана, а второй проходит через отверстие в днище верхнего стакана и соединен с днищем нижнего. Таким образом, выводы вторичной обмотки выполненные из труб, установлены 65 н ее центре симметрично относительно вертикальной оси.

Торцы каждого цилиндра 5 снабжены контактными фланцами 9, с помощью которых электрически соединяются обе половины вторичной обмотки.

Торцы боковых поверхностей стакана 6 также снабжены конактными фланцами 10 (фиг.2),с помощью которых днища стаканов выполнены разъемными. В этом варианте стакан и выводы выполнены разъемными для удобства соединения вторичной обмотки со съемной нагрузкой трансформатора. Нагрузкой может служить, например индуктор 11 для электромагнитного взвешннания металлов.

Соединения коакснальных выводов трансформатора и индуктора осуществляются также с помощью контактных фланцен 12 и 13.

В области радиочастот в качестве материала для магнитопронода может быть использован только феррит. Для эффективного охлаждения магнитопровода он должен быть набран, например из кольца небольшой высоты.

Первичная обмотка может быть выполнена из ленты или литцендрата. Так как трансформатор как правило является одним из элементон колебатель" ного контура лампового генератора, напряжение на первичной обмотке составляет несколько киловольт. Поэтому полость объемного витка трансформато-. ра должна быть заполнена хладагентом, имеющим высокую электрическую прочность и малые диэлектрические потери на радиочастотах, например, трансформаторным маслом.

Для уплотйения полости н местах выводов первичной обмотки и соединений н контактных фланцах 9 и 10 имеются уплотненияi14-16. уплотнение контактных фланцев 10 выполняется с помощью болтов нли. винтон так, что они не соециняют днища стаканов 6 электрически. Водяное охлаждение выводов вторичной обмотки н индуктора выполняются с помощью подводящих штуцеров 17 и 18 в выводах и отводящего штуцера 19 в индукторе.

При работе трансформатора ток во вторичной обмотке протекает через цилиндр 5, основание 8, стакан 6 с днйщем 7 в верхней части витка, нывод 3 индуктор 11, вынод 4,стакан, основание и цилиндр н нижней части витка.

Такое распределение тока но вторичной обмотке обеспечивает равномерность плотности тока по всему ее сечению.

Благодаря тому, что ток емкостной связи между первичной и вторичной обмотками разделяется на две части в каждой половине объемного витка, его величина существенно снижается.

Если предположить, что емкость свя10.56283 зи между обмотками, которая является функцией размеров магнитопровода и числа витков первичной обмотки, одинакова для предлагаемого трансформатора и известного, то емкостный ток, который добавляется к току вторичной обмотки зависит от высоты боковой поверхности стакана 6. В предлагаемой конструкции этот ток меньше, чем в известной, приблизительно вдвое. Замеры на модели и расчеты,1О показывают, что емкостный ток составляет около 10% от тока вторичной обмотки в области радиочастот. Учитывая сказанное, можно ожидать увеличения КПД трансформатора на 1-3%.

Использование разъемной конструкции стакана вместе с выводами делает возможным подключение к трансформатору любых индукторов без ограничения их размеров и формы выводов.

Применение хладагента с высокими диэлектрическими и прочностными свойствами, заполняющего объемный виток, обеспечивает повышение КПД трансформатора вследствие того, что температура ферритного магнитопровода, имеющего низкую теплопроводность, остается значительно уиже точки Крюки .по всему объему колец.

1056283

Составитель В.Мясникова

Техред И.Гайду Корректор A- Тяско

Редактор Н.Бобкова

9318/47 Тирам 703 Подписное

ВНИКПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рау(аская наб., д. 4/5

Заказ

Филиал ППП "Патент", г. Уигород, ул. Проектная,4 с