Импульсный трансформатор



Импульсный трансформатор
Импульсный трансформатор

 


Владельцы патента RU 2547809:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" (RU)

Изобретение относится к электротехнике, к импульсным трансформаторам и может быть использовано для создания мощного импульсного источника питания с высокой удельной мощностью. Технический результат состоит в повышении удельной мощности за счет минимизации добавочных потерь в обмотках на высоких частотах, обеспечении высокого коэффициента использования окна магнитопровода при минимальной длине витка, а также за счет обеспечения эффективного охлаждения. Импульсный трансформатор содержит магнитопровод, охлаждающие элементы, теплоотводящие шины и катушки, например, из фольги с межслоевой и межвитковой изоляцией. Магнитопровод выполнен из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью и малыми удельными потерями, разборным, квадратного сечения и разделен на две U-образные половинки. В качестве охлаждающих элементов в трансформаторе использованы охлаждающие плиты. С двух сторон трансформатор жестко зажат между двумя охлаждающими плитами. В местах тепловых контактов, таких как магнитопровод-обмотка, обмотка-охладитель, установлены пластичные электроизоляционные теплопроводящие прокладки. К выступающим частям сердечника трансформатора через теплопроводящие прокладки прижаты теплоотводящие шины, соединенные с охлаждающими плитами. Образованный плитами и дополнительными стенками резервуар заполнен теплопроводящим компаундом. Каждая катушка содержит, по крайней мере, одну первичную обмотку и, по крайней мере, одну вторичную обмотку, с гальванической развязкой между ними. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к импульсным трансформаторам, а именно - к конструктивным элементам трансформаторов и индуктивностей, включающим магнитопровод, катушки, обмотки, токопроводящие соединения, элементы охлаждения и может быть использовано для создания мощного импульсного источника питания с высокой удельной мощностью.

В настоящее время широко распространены и динамично развиваются мощные импульсные преобразователи напряжения (тока), мощность на выходе которых может достигать несколько сотен киловатт, а основным элементом обеспечивающего гальваническую развязку между входом и выходом устройства является импульсный трансформатор. И именно трансформатор в большинстве случаев определяет габариты и стоимость устройства, что является существенным недостатком.

Для решения этой проблемы необходимо создать такую конструкцию трансформатора, которая обеспечивала максимальный КПД устройства, и была способна эффективно отводить тепло, во избежание недопустимого перегрева, и при этом обладала минимальными габаритами и ценой.

Известен способ изготовления импульсного трансформатора, содержащего магнитопровод, охлаждающие элементы и катушки из фольги с межслоевой и межвитковой изоляцией, в котором для намотки катушек используют тонкую медную фольгу в виде ленты (US 4092621).

Недостатком импульсного трансформатора, выполненного по известному способу, является недостаточный коэффициент использования окна магнитопровода и малоэффективная система охлаждения, и, как следствие, малая удельная мощность.

Известен импульсный трансформатор, содержащий магнитопровод, охлаждающие элементы, теплоотводящие шины и катушки из фольги с межслоевой и межвитковой изоляцией, для обмотки катушек используется пленка из фольги с изоляцией независимых слоев обмотки (US 7164584) - ПРОТОТИП.

Недостатком известного импульсного трансформатора является дополнительное увеличение габарита за счет использования в составе обмотки элементов теплоотвода. Добавочные потери от вихревых токов в теплоотводах. Увеличение длины витка. Сложность в обеспечении необходимого уровня изоляции, нетехнологичность. Как следствие - недостаточная удельная мощность при высокой трудоемкости.

Технической задачей изобретения является повышение удельной мощности импульсного трансформатора за счет минимизации добавочных потерь в обмотках на высоких частотах, обеспечения высокого коэффициента использования окна магнитопровода при минимальной длине витка, а также за счет обеспечения эффективного охлаждения импульсного трансформатора.

Для решения поставленной задачи предлагается импульсный трансформатор, содержащий магнитопровод, охлаждающие элементы, теплоотводящие шины и катушки, например, из фольги с межслоевой и межвитковой изоляцией, отличающийся тем, что в нем магнитопровод выполнен разборным, квадратного сечения и разделен на две U-образные половинки, при этом магнитопровод выполнен из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью и малыми удельными потерями, в качестве охлаждающих элементов в трансформаторе использованы охлаждающие плиты, с двух сторон трансформатор жестко зажат между двумя охлаждающими плитами, в местах тепловых контактов, таких как магнитопровод-обмотка, обмотка-охладитель установлены пластичные электроизоляционные теплопроводящие прокладки, к выступающим частям сердечника трансформатора через теплопроводящие прокладки прижаты теплоотводящие шины, соединенные с охлаждающими плитами, образованный плитами и дополнительными стенками резервуар заполнен теплопроводящим компаундом, каждая катушка содержит, по крайней мере, одну первичную обмотку, и, по крайней мере, одну вторичную обмотку, с гальванической развязкой между ними, к обмоткам присоединены токопроводящие шины, для обеспечения внешних подключений, межвитковая и межобмоточная изоляции выполнены выходящими за края металлической ленты, а ее ширина выбрана с возможностью обеспечения пути утечки тока на торцах катушки.

Импульсный трансформатор, отличающийся также тем, что магнитопровод выполнен, например, из феррита, или из нанокристаллической ленты.

Импульсный трансформатор, отличающийся также тем, что охлаждающие плиты выполнены, например, с возможностью жидкостного или воздушного охлаждения.

Импульсный трансформатор, отличающийся также тем, что обмотки катушек выполнены из металлической фольги с малыми омическими потерями, например медной или алюминиевой фольги, с шириной фольги во всю ширину обмотки, либо из нескольких более узких секций

Импульсный трансформатор, отличающийся также тем, что межвитковая и межслоевая изоляции выполнены из тонкой теплопроводной пленки с высокими электроизоляционными свойствами, например, из полиимида толщиной 25 мкм.

Импульсный трансформатор, отличающийся также тем, что межобмоточная изоляция выполнена в несколько слоев.

Доказательство существенности отличий.

Для минимизации добавочных потерь в обмотках на высоких частотах:

- длина L и ширина А обмотки выбраны с отношением L>A;

- при выборе толщины металлической фольги производится расчет, в котором учитывается рабочий ток, рабочая частота, число слоев обмотки, длина катушки, количество обмоток в катушке, взаимное расположение обмоток, форма тока, индуктивность рассеяния между обмотками, скорость изменения тока. Исходя из вышеизложенных параметров, рассчитывается оптимальная толщина фольги.

При невозможности обеспечить оптимальную толщину обмоток из-за высокой скорости изменения тока в обмотках трансформатора на выводы обмоток устанавливаются одновитковые магнитопроводы.

Высокий коэффициент использования окна магнитопровода достигается за счет формы магнитопровода, и тонкой изоляции, благодаря чему коэффициент использования окна может достигать 0,8.

Минимальная длина витка (по сравнению с прямоугольными) достигается за счет использования магнитопровода квадратного сечения.

Эффективное охлаждение осуществляется за счет теплопередачи от обмоток и магнитопровода к охлаждающим плитам с минимальным перепадом температур.

Минимальный перепад температур обеспечивается за счет высокой теплопроводности обмотки и большой площади соприкосновения охлаждающих плит с трансформатором.

Высокая теплопроводность обмоток обеспечивается за счет применения в качестве изолятора тонкой пленки, а хороший тепловой контакт между слоями за счет зажатия между охлаждающими плитами, благодаря чему из межслойного пространства катушек удаляется воздух, и увеличивается площадь контактных поверхностей.

На чертеже показана конструкция импульсного трансформатора.

На чертежах (фиг.1 и фиг.2) показано:

1 - магнитопровод;

2 - первая катушка;

3 - вторая катушка;

4 - металлическая фольга;

5 - изоляционная теплопроводная пленка;

6 - первая охлаждающая плита;

7 - вторая охлаждающая плита;

8 - первая теплопроводящая прокладка;

9 - вторая теплопроводящая прокладка;

10 - теплоотводящие шины;

11 - теплопроводящие прокладки;

12 - первая дополнительная стенка;

13 - вторая дополнительная стенка;

14 - третья дополнительная стенка;

15 - четвертая дополнительная стенка;

16 - теплопроводящий компаунд;

17 - одновитковый дроссель;

18 - токопроводящие шины.

Импульсный трансформатор содержит магнитопровод 1, первую катушку 2, вторую катушку 3.

Магнитопровод 1 импульсного трансформатора выполнен разборным, квадратного сечения и состоит из двух U-образных половинок из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью и малыми удельными потерями, например из феррита или из нанокристаллической ленты.

На магнитопроводе 1 установлена первая и вторая катушки 2 и 3 соответственно. Катушки 1 и 2 содержат, по крайней мере, одну первичную обмотку и, по крайней мере, одну вторичную обмотку, между которыми обеспечивается гальваническая развязка.

Обмотки выполнены, например из металлической фольги 4 с малыми омическими потерями, например медной или алюминиевой, ширина фольги выбраны во всю ширину обмотки. К началу и концу каждой из обмоток жестко присоединены токопроводящие шины 18, для внешнего подключения. Межслоевая изоляция выполнена из тонкой теплопроводной пленки 5 с высокими электроизоляционными свойствами, например из полиимида толщиной 25 мкм. Межобмоточная изоляция выполнена из той же пленки, но в несколько слоев. Межвитковая и межобмоточная изоляции выходит за края металлической ленты, а ее ширина выбирается такой, чтобы обеспечить необходимый путь утечки тока на торцах катушки.

Трансформатор с двух сторон жестко закреплен между первой и второй охлаждающими плитами 6 и 7 соответственно. Охлаждающие плиты 6 и 7 могут быть реализованы с жидкостным, воздушным или другим охлаждением. В местах тепловых контактов: магнитопровод-обмотка, обмотка-охладитель - установлены пластичные электроизоляционные первая и вторая теплопроводящие прокладки 8 и 9 соответственно.

К выступающим частям сердечника через теплопроводящие прокладки 11 прижаты теплоотводящие шины 10, соединенные с охлаждающими плитами 6 и 7. Образованный плитами и дополнительными стенками 12, 13, 14 и 15 резервуар заливается теплопроводящим компаундом 16.

Катушки на стержнях магнитопровода 1 не связаны общей шиной. Для уменьшения добавочных потерь в импульсном трансформаторе вторичная обмотка с двух сторон обхватывает первичную обмотку, либо импульсный трансформатор имеет несколько вторичных обмоток, либо первичная и вторичная обмотки разбиты на группы, которые перемежаются между собой.

Для уменьшения добавочных потерь на выводах импульсного трансформатора в нем предусмотрена возможность установки одновитковых дросселей.

Первичная обмотка намотана в несколько слоев, ширина металлической фольги каждого витка равна длине катушки.

1. Импульсный трансформатор, содержащий магнитопровод, охлаждающие элементы, теплоотводящие шины и катушки, например, из фольги с межслоевой и межвитковой изоляцией, отличающийся тем, что в нем магнитопровод выполнен разборным, квадратного сечения и разделен на две U-образные половинки, при этом магнитопровод выполнен из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью и малыми удельными потерями, в качестве охлаждающих элементов в трансформаторе использованы охлаждающие плиты, с двух сторон трансформатор жестко зажат между двумя охлаждающими плитами, в местах тепловых контактов, таких как магнитопровод-обмотка, обмотка-охладитель, установлены пластичные электроизоляционные теплопроводящие прокладки, к выступающим частям сердечника трансформатора через теплопроводящие прокладки прижаты теплоотводящие шины, соединенные с охлаждающими плитами, образованный плитами и дополнительными стенками резервуар заполнен теплопроводящим компаундом, каждая катушка содержит, по крайней мере, одну первичную обмотку и, по крайней мере, одну вторичную обмотку с гальванической развязкой между ними, к обмоткам присоединены токопроводящие шины, для обеспечения внешних подключений, межвитковая и межобмоточная изоляции выполнены выходящими за края металлической ленты, а ее ширина выбрана с возможностью обеспечения пути утечки тока на торцах катушки.

2. Импульсный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен, например, из феррита или из нанокристаллической ленты.

3. Импульсный трансформатор п.1 или 2, отличающийся тем, что охлаждающие плиты выполнены, например, с возможностью жидкостного или воздушного охлаждения.

4. Импульсный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что обмотки катушек выполнены из металлической фольги с малыми омическими потерями, например медной или алюминиевой фольги, с шириной фольги во всю ширину обмотки, либо из нескольких более узких секций.

5. Импульсный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что межвитковая и межслоевая изоляции выполнены из тонкой теплопроводной пленки с высокими электроизоляционными свойствами, например из полиимида толщиной 25 мкм.

6. Импульсный трансформатор по п.5, отличающийся тем, что межобмоточная изоляция выполнена в несколько слоев.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении любых катушек индуктивности или обмоток трансформаторов, наиболее актуально высоковольтных.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах распределения переменного тока. Технический результат состоит в повышении эффективности за счет снижения потребления индуктивных и емкостных нагрузок и фильтрации помех и скачков переходных процессов.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим реакторам и может быть использовано в схеме питания асинхронного тягового привода вагона метрополитена. Технический результат состоит в повышении эффективности теплоотвода и добротности.

Изобретение относится к элементам электрического оборудования, а именно к изготовлению катушек индуктивности для высоковольтного электрооборудования, силовых низковольтных трансформаторов, трансформаторов распределительных сетей.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкциям индукционных генераторов тока, и может быть использовано в электромагнитных установках и электрических машинах, таких как двигатели, генераторы, трансформаторы, в частности, в качестве повышающего трансформатора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для согласования высокочастотных радиотехнических устройств, имеющих высокие входное и выходное сопротивления, включенных в низкоомные тракты.

Изобретение относится к электротехнике, к реакторостроению и может быть использовано в производстве токоограничивающих реакторов напряжением 110 кВ и выше. .

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторостроению и может найти применение при производстве многослойных обмоток трансформаторов и реакторов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях переменного тока в постоянный ток и в бесконтактных устройствах связи. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах асинхронного электропривода с фазным ротором, содержащим пусковые индукционные резисторы в цепи ротора.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при охлаждении трансформаторов. Устройство охлаждения теплообменного типа для трансформатора включает в себя: циркуляционную трубу для изоляционного масла, сконфигурированную в форме замкнутого контура таким образом, что изоляционное масло, залитое в трансформатор, выводится наружу и затем возвращается обратно в трансформатор; насос для изоляционного масла, сконфигурированный для переноса изоляционного масла; и систему охлаждения изоляционного масла, сконфигурированную для охлаждения изоляционного масла, причем система охлаждения изоляционного масла включает в себя: жидкий хладагент, поддерживаемый в жидком состоянии на протяжении всего цикла циркуляции; циркуляционную трубу для хладагента, сконфигурированную для циркуляции жидкого хладагента; насос для хладагента, сконфигурированный для переноса жидкого хладагента; и теплообменную часть, сконфигурированную для обеспечения теплообмена между жидким хладагентом и изоляционным маслом для охлаждения изоляционного масла.

Соленоид // 2521867
Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитам, создающим однородные магнитные поля, и может быть использовано в экспериментальной физике. Технический результат состоит в повышении равномерности, повышении однородности магнитного поля и мощности.

Изобретение относится к электротехнике, к индуктивным элементам, применяемым в электротехнических изделиях общего и специального назначения, в частности в преобразователях переменного напряжения и электронных балластах.

Изобретение относится к области электроэнергетики. .

Изобретение относится к области электромашиностроения, а именно к автоматическим системам контроля и регулирования температуры тяговых электрических машин и трансформаторов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании корпусов мощных преобразователей напряжения, например, для питания железнодорожного транспорта.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании мощных источников электропитания, например для электросварочных аппаратов.

Изобретение относится к электронной импульсной технике, в частности к сварочному трансформатору, и может быть использовано в сварочных установках инверторного типа, предназначенных для контактной и дуговой сварки, а также резки различных изделий.
Наверх