Высокопотенциальный трансформаторно-выпрямительный модуль

 

Изобретение может быть применено в электротехнике, в частности в преобразователях переменного напряжения в высокое постоянное, применяемым в высоковольтных источниках питания. Устройство решает задачу улучшения массогабаритных показателей и увеличения электрической прочности конструкции. Высокопотенциальный трансформаторно-выпрямительный модуль содержит магнитопровод 1, на стержнях которого расположены первичные обмотки 3 и моносекционная вторичная обмотка 4. Устройство, содержит выпрямительные элементы 5, твердую главную электрическую изоляцию 6, теплопроводящие электроизоляционные основание 7 и высоковольтные разъемы 9, ориентированные во встречном направлении вдоль осей стержней магнитопровода. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. / 2 СЛ С VJ ю СЛ со 4 ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 02 M 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4837057/07 (22) 09.04.90 (46) 07,04.92. Бюл. М 13 (71) Институт электродинамики АН УССР и

Специальное конструкторско-технологическое бюро Института электродинамики АН

УССР (72) И.А. Криштафович, Ю.В, Романенко, С.А, Соколовский, В.В. Смирнов и А.H. Титов (53) 621.314.212 (088.8) (56) Заявка Японии 52 — 36246, кл. Н 02 M 7/06, 1977.

Патент США М 4204263, кл. Н 02 М 7/06. 1980.

Драбович Ю.И. и др. Модульные системы высоковольтного вторичного электропитания. Препринт М 584 ИЭД АН УССР, 1989, с. 11 — 20.,, Я2„„1725349 А1 (54) ВЫСОКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ТРАНСФОМАТОРНО-ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬЬ (57) Изобретение может быть применено в электротехнике, в частности в преобразователях переменного напряжения в высокое постоянное, применяемым в высоковольтных источниках питания. Устройство решает задачу улучшения массогабаритных показателей и увеличения электрической и рочности конструкции. Высокопотен циальный трансформаторно-выпрямительный модуль содержит магнитопровод 1, на стержнях которого расположены первичные обмотки 3 и моносекционная вторичная обмотка 4. Устройство содержит выпрями- 2 тельные элементы 5, твердую главную электрическую изоляцию 6, теплопроводящие Ж электроизоляционные основание 7 и высо- С ковольтные разъемы 9, ориентированные во встречном направлении вдоль осей стержней магнитопровода. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1725349

Изобретение относится к технике высоких напряжений, в частности, к преобразованию переменного. напряжения в высокое постоянное, и может быть использовано для создания надежных малогабаритных источников высокого выпрямленного напряжения.

Известны устройства для получения высокого выпрямленного напряжения, в состав которых входят высоковольтные трансформаторы, содержащие магнитопровод, первичные обмотки, многосекционные вторичные обмотки, секции которых подкл юче н ы к входам вы и рямител ьн ых устройств, а выходы соединены между собой и образуют последовательную цепь, причем секции вторичных обмоток с соответствующими выпрямительными устройствами размещены на отдельных платах.

Недостатком устройств является большое количество плат, что обуславливает их значительные массогабаритн ые показатели.

Известны высоковольтные устройства, выполненные в виде трансформатора, содержащего магнитопровод, первичные и вторичные обмотки, выпрямительные устройства, высоковольтный кабель, причем вторичные обмотки, выпрямительные устройства и часть высоковольтного кабеля имеют общую электрическую изоляцию из жидкого диэлектрика в герметичном корпусе или из твердого.

Недостатками данных устройств являются повышенные габариты и низкая электрическая прочность, вызванные наличием сложных элементов конструкции, неоптимальным расположением выпрямительных устройств. Также недостатком этих устройств являются трудности, связанные с заменой высоковольтного кабеля, либо отсутствие такой возможности, а также трудности его герметизации, определяемые физико-химическими свойствами электроизоляционной оболочки (например, ограниченной рабочей температурой).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является высоковольтный трансформаторно-выпрямительный модуль, содержащий магнитопровод прямоугольной формы, первичные обмотки на его стержнях, твердую главную электрическую изоляцию, вторичную обмотку из N секций, N выпрямительных устройств, размещенных на параллельных основаниях, перпендикулярных осям стержней магнитопровода, причем секции подключены к входам соответствующих выпрямительных устройств, выходы которых

55 соединены между собой и входными и выходными высоковольтными выводами.

Недостатками данного устройства являются повышенные массогабаритные показатели, низкая электрическая прочность и ограниченные функциональные возможности.

Повышенные массогабаритные показатели вызваны расположением каждой секции вторичной обмотки и выпрямительного устройства на отдельных основаниях, что приводит к увеличению толщины электроизоляции. Кроме того, низкая электрическая прочность изоляции вызвана перегревом от потерь в проводах обмоток и в выпрямительных устройствах, отсутствием охлаждения и неравномерностью электрического поля, которая приводит к повышению напряженности в отдельных местах модуля и, как следствие, к пробою электрической изоляции.

Ослабление действия хотя бы одного из перечисленных факторов способствует многократному увеличению ресурса работы.

Меры по устранению этих недостатков, реализованные в прототипе, а именно: увеличение диаметров проводов, оптимизация числа витков обмоток и геометрии магнитопровода, интенсификация отвода тепла от стержней магнитопровода и первичных обмоток, являются недостаточными.

Кроме того, размещение секций вторичных обмоток и выпрямительных устройств в непосредственной близости друг относительно друга приводит к их совместному тепловому воздействию на изоляцию, локальному ее перегреву и, как следствие, уменьшению электрической. прочности модуля.

Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей, увеличение электрической прочности и расширение фун кцион ал ьн ых возможностей модуля.

Указанная цель достигается тем, что в высокопотенциальном трансформаторновыпрямительном модуле, содержащем магнитопровод прямоугольной формы, первичные обмотки на его стержнях, твердую главную электрическую изоляцию, вторичную обмотку из Nсекций,,N выпрямительных устройств, размещенных на параллельных основаниях, перпендикулярных осям стержней магнитопровода, причем секции подключены к входам соответствующих выпрямительных устройств, выходы которых соединены между собой и с входным и выходным высоковольтными выводами, вторичная обмотка размещена на каркасах, закрепленных между двумя основаниями, высоковольтные выводы выпол1725349

50

55 нены в виде высоковольтных разъемов и ориентированы во встречном направлении вдоль осей стержней магнитопровода, при этом каждый вывод жестко закреплен на одном из оснований и пересекает плоскость другого основания, причем оба основания, вторичная обмотка и высоковольтные выводы образуют единую жесткую конструкцию.

Кроме этого, оба основания выполнены из теплопроводящего диэлектрика, а промежутки между элементами выпрямительного устройства и основанием заполнены теплопроводящим материалом. Выпрямительные устройства размещены на площади, ограниченной контурами поперечного сечения вторичной обмотки.

Как вариант исполнения модуля, выходной высоковольтный вывод выполнен в виде трубы из электроизоляционного материала, в которой проложены все выходные проводники, находящиеся под различными высокими потенциалами, а выступающая часть упомянутой трубы имеет длину, исключающую возможность поверхностного перекрытия.

В описанном высокопотенциальном трансформаторно-выпрямительном модуле применены высоковольтные разъемы, выполненные из электроизоляционного материала (например, полиамид ПА 6), обладающего высокой электрической прочностью и хорошей адгезией с отвержденными компаундами, являющими главной электрической изоляцией. Достоинством подобных разъемов является то. что они исключают заделку высоковольтных кабелей, требующих герметизации в модуле непосредственно компаундом, так как компаунды горячего отверждения (ЭЗК вЂ” 9, УП вЂ” 111 — 5-3 и др.) имеют температуру полимеризации до 150 С, которую не выдерживает электроизоляционная оболочка высоковольтного кабеля, а компаунды холодного отверждения (ЭЗК-6 и др.) имеют критическую массу (несколько сотен граммов), что неприемлемо при создании мощных высокопотенциальных модулей (несколько к Вт), требующих большой массы электроизоляционного материала (несколько кг).

На фиг, 1 изображен модуль, общий вид; на фиг. 2 — то же, продольное сечение; на фиг. 3 — то же, поперечное сечение; на фиг. 4- электрическая схема предлагаемого устройства.

Модуль выполнен в видетрансформатора, содержащего магнитопровод 1, имеющий стержни 2, первичные обмотки 3, многосекционную вторичную обмотку 4, состоящую из секций, выпрямительные устройства 5, твердую главную электрическую

40 изоляцию 6, теплопроводящие электроизоляционные основания 7, эквипотенциальные элементы 8, высоковольтные выводы 9, каркас для размещения вторичной обмотки

10.

На электрической схеме предлагаемого устройства, через W01, WO2 обозначены первичные обмотки, WW1-W2 — секции вторичной обмотки В1 — В1ч — выпрямительные устройства, 1-4 — низковольтные выводы первичных обмоток, 5 и 6 — соответственно входной и выходной высоковольтные выводы.

Модуль работает следующим образом, На первичные обмотки подается низкое переменное напряжение, которое повышается вторичной обмоткой, выпрямляется выпрямительными устройСтвами и поступает на высоковольтные выводы.

Предлагаемый высокопотенциальный трансформаторно-выпрямительный модуль гарантирует надежную и устойчивую работу во всех режимах эксплуатации, в широком диапазоне температуры окружающей среды (— 50 — +50 С) без коронирования на высоковольтных элементах и без поверхностных перекрытий между этими элементами.

Формула изобретения

1. Высокопотенциальный трансформаторно-выпрямительный модуль, содержащий магнитопровод прямоугольной формы, первичные обмотки на его стержнях, твердую главную электрическую изоляцию, вторичную обмотку из Nсекций,,N вы и рямительных устройств, размещен н ых на параллельных основаниях, перпендикулярных к осям стержней магнитопровода, причем секции подключены к входам соответствующих выпрямительных устройств, выходы которых соединены между собой и

С ВХОДНЫМ И ВЫХОДНЫМ ВЫСОКОВОЛ6ТНЫМИ выводами, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и увеличения электрической прочности, в нем имеется каркас, закрепленный между двумя основаниями, на.котором размещена вторичная обмотка, высоковольтные выводы выполнены в виде высоковольтных разъемов и ориентированы во встречном направлении вдоль осей стержней магнитопровода, при этом каждый вывод жестко закреплен на одной из оснований и пересекает плоскость другого основания, причем оба основания, вторичная обмотка и высоковольтные выводы образуют единую жесткую конструкцию.

2, Модуль по и, 1, отличающийся тем, что оба основания выполнены из теплопроводящего диэлектрика, а промежутки между элементами выпрямительного уст1725349 ройства и основанием заполнены теплопроводящим материалом.

3. Модуль по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что выпрямительные устройства размещены на площади, ограниченной контурами поперечного сечения вторичных о б моток.

1725349

Яг

40

50

Составитель И.Криштафович

Техред М,Моргентал Корректор M.Màêñèìèøèíeö

Редактор H.Õèì÷óê

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 1183 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государ твенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5