Среднечастотный трансформатор с сухим сердечником

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторам с жидкой или гелевой изоляцией, имеющим сухой сердечник, и более конкретно к таким трансформаторам, представляющим собой среднечастотные трансформаторы. Технический результат заключается в увеличении компактности и снижении опасности пожаров и задымления. Среднечастотный трансформатор (1) содержит бак (10), имеющий замкнутый объем (11) с изолирующим материалом (13). Бак содержит по меньшей мере один канал (25), проходящий через бак (10), причем внутренняя часть указанного по меньшей мере одного канала (25) отделена от замкнутого объема (11) бака (10) стенкой (17) канала. Сердечник (30) трансформатора расположен за пределами указанного замкнутого объема (11), содержит по меньшей мере один стержень (32) сердечника, проходящий сквозь бак (10) через указанный по меньшей мере один канал (25). По меньшей мере одна катушка (50, 52) расположена внутри замкнутого объема (11), причем катушка (50, 52) намотана вокруг указанного по меньшей мере одного канала (25). У бака (10) имеется внутренняя стенка или внешняя стенка (16), содержащая слабопроводящий слой (40), который содержит волокна (42), внедренные в пропитывающий материал (44). 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к трансформаторам для высоковольтных приложений, в частности к трансформаторам с жидкой или гелевой изоляцией, имеющим сухой сердечник, и более конкретно, к таким трансформаторам, представляющим собой среднечастотные трансформаторы.

Уровень техники

Ожидается, что твердотельные трансформаторы (SST) будут играть важную роль в будущих приложениях постоянного тока (DC). Примерами являются сети среднего напряжения постоянного тока (MVDC), коллекторные сети для морских ветровых электростанций, коллекторные сети для фотоэлектрических (PV) установок и электрические сети на судах. SST для приложений MVDC состоит из нескольких ячеек, соединенных параллельно на стороне низкого напряжения (НН), и соединенных последовательно на стороне высокого напряжения (ВН). Каждая ячейка конвертера обычно содержит инвертор постоянного тока в переменный, среднечастотный трансформатор и выпрямитель переменного тока в постоянный. Благодаря последовательному соединению ячеек конвертера на высоковольтной стороне, по меньшей мере, в части ячеек между высоковольтной обмоткой трансформатора и заземленным сердечником присутствует полное (выходное) напряжение постоянного тока, что, например, приводит к высоким требованиям к изоляции.

В приложениях, таких как изложенные выше, и во многих других приложениях среднечастотные трансформаторы (MFT) с жидкой или гелевой изоляцией с сухим сердечником получили большое значение. Характерно, что в изолирующий материал в баке погружены только обмотки, а сердечник расположен снаружи бака. Стержень сердечника проходит через бак в канале, который не сообщается с объемом бака. Эта концепция позволяет получить компактный трансформатор, требующий минимального количества изолирующей среды. Помимо небольшого веса, это помогает снизить опасность пожара и задымления. В таком трансформаторе масляный бак обычно имеет тороидальную форму и образует петлю вокруг стержня сердечника. Чтобы избежать индукции высоких контурных токов в баке, бак не должен образовывать вокруг сердечника контур, обладающий высокой электрической проводимостью. Это исключает возможность цельнометаллического бака.

Возможность избежать описанной выше индукции нежелательно высоких токов в баке состоит в том, чтобы изготовить бак полностью из диэлектрического материала. Следовательно, индукция высоких токов в баке исключается. Однако такое решение оставляет место для улучшения. Ввиду вышеизложенного имеется необходимость в настоящем изобретении.

Сущность изобретения

В виду вышесказанного предложен трансформатор по п. 1 формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом предложен трансформатор. Он содержит бак, имеющий замкнутый объем с изолирующим материалом, причем бак содержит по меньшей мере один канал, проходящий через бак, причем внутренняя часть по меньшей мере одного канала отделена от замкнутого объема бака стенкой канала. Сердечник трансформатора расположен за пределами замкнутого объема, при этом по меньшей мере один стержень проходит через бак по меньшей мере по одному каналу. По меньшей мере одна катушка расположена внутри замкнутого объема, причем катушка намотана вокруг по меньшей мере одного канала, при этом у бака имеется стенка бака, содержащая слабопроводящий слой, который содержит волокна, внедренные в пропитывающий материал.

Другие аспекты, преимущества и признаки настоящего изобретения очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения, сочетаний пунктов формулы изобретения, описания и сопровождающих чертежей.

Краткое описание чертежей

Для специалиста в данной области техники полное и достаточное раскрытие, включающее в себя его наилучший вариант, более конкретно изложено в оставшейся части описания, включающей в себя ссылку на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 схематически показан вид в перспективе в разрезе трансформатора в соответствии с вариантами осуществления, причем показан только один стержень сердечника;

на фиг. 2 схематически показан вид в разрезе трансформатора, приведенного на фиг. 1, включая вид в разрезе сердечника;

на фиг. 3-5 схематично показаны виды в поперечном сечении в соответствии с вариантами осуществления части бака трансформатора, показанного на фиг. 1 и фиг. 2, вдоль прямой А-А;

на фиг. 6 схематично показан вид в поперечном сечении в соответствии с дополнительными вариантами осуществления части бака трансформатора, показанного на фиг. 1 и фиг. 2, вдоль прямой А-А.

Подробное описание изобретения

Теперь будет приведено подробное описание различных вариантов осуществления, один или несколько примеров которых показаны на прилагаемых чертежах. Каждый пример приведен путем объяснения изобретения, но не ограничения изобретения. Например, признаки, показанные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы в других вариантах осуществления или в сочетании с ними для получения дополнительных вариантов осуществления. Предполагается, что настоящее изобретение включает в себя такие модификации и изменения.

В последующем описании чертежей одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым компонентам. В общем, описаны только различия, относящиеся к отдельным вариантам осуществления. Если на фигуре появляется несколько идентичных элементов или частей, то для простоты ссылочной позицией обозначены не все такие части.

Системы и способы, описанные в данном документе, не ограничены конкретными описанными вариантами осуществления, а, скорее, компоненты систем и/или этапы способов могут использоваться независимо и отдельно от других компонентов и/или этапов, описанных в данном документе. Пример осуществления может быть реализован и использован в связи со многими другими приложениями.

Хотя конкретные признаки различных вариантов осуществления изобретения на некоторых чертежах могут быть показаны, а на других нет, это сделано только для удобства. В соответствии с принципами изобретения на любой элемент чертежа можно ссылаться и/или формулировать в сочетании с любым элементом любого другого чертежа.

Используемый здесь термин "пропитывающий материал" предназначен для обозначения полимерного материала, который отверждают и используют для того, чтобы после отверждения формировать матрицу вместе с волокнами различных типов, как описано в этом документе. Обычно, но не обязательно, пропитывающий материал представляет собой полимерную отверждаемую смолу, такую как эпоксидная смола или полиэфирная смола. Следовательно, термины "пропитывающий материал" и "смола" могут использоваться здесь взаимозаменяемо, при этом смолу следует интерпретировать в самом широком смысле, включая другие отверждаемые пропитывающие материалы, используемые в качестве матрицеобразующего агента в сочетании с волокнами.

Используемый здесь термин "среднечастотный трансформатор" предназначен для обозначения трансформатора, предназначенного для использования с частотой в диапазоне от примерно 1 кГц до примерно 200 кГц, более конкретно в диапазоне от примерно 4 кГц до примерно 30 кГц. Таким образом, частота может относиться к переменному току или к импульсному/коммутируемому постоянному току.

Используемый здесь термин "слабопроводящий" относится к "электропроводности", или, точнее, к удельному электрическому сопротивлению или объемному удельному сопротивлению материала, используемого в стенке бака трансформатора, принимающему значение из определенного диапазона от соответствующего значения для изолятора до соответствующего значения для проводника. Более точно, этот диапазон определен в данном документе так, чтобы он составлял от примерно 10 до примерно 10⁶ Ом·см, более конкретно, от примерно 10² до примерно 10⁵ Ом·см. Под проводимостью здесь подразумевается электрическая проводимость, а удельное сопротивление означает удельное электрическое сопротивление.

Варианты осуществления, описанные в данном документе, но не являющиеся ограничивающими, описаны в основном в отношении жидкостных или гелевых изоляторов среднечастотных трансформаторов с сухим сердечником для применения с высокими напряжениями, то есть примерно от 1 кВ и выше. Выражение "сухой сердечник" означает, что в изолирующий материал погружены только катушки (обмотки), а сердечник находится вне бака. Эта концепция позволяет создать компактный трансформатор с минимальным количеством изоляционного материала, такого как жидкость (например, масло) или гель. Помимо небольшого веса, это означает снижение опасности пожара и задымления. В таком трансформаторе бак имеет в основном тороидальную форму, то есть бак образует замкнутый контур вокруг части сердечника. Чтобы избежать индукции высоких контурных токов в баке, бак не должен образовывать вокруг сердечника контур, обладающий высокой электрической проводимостью, что исключает возможность использования полностью металлического или, в более общем случае, высокопроводящего бака.

Вариант для учета вышеизложенного состоит, например, в создании полимерного бака из внутреннего и внешнего цилиндров, а также нижней и верхней пластин. Система изоляции содержит последовательно изолирующий материал, например масло, стенку бака в качестве твердой изоляции, обычно полимер, и воздух. Под постоянным напряжением распределение электрического поля в этих слоях изоляции определяется относительной величиной удельного электрического сопротивления отдельных слоев. Чем выше удельное электрическое сопротивление слоя, тем выше и электрическое поле в нем. Удельное электрическое сопротивление масла обычно ниже, чем у твердых изоляционных материалов и воздуха. Типичные значения для масла (при 80°C) составляют от 5·10¹¹ до 1·10¹⁵ Ом·см; а для наполненной эпоксидной смолы (при 80°C) приблизительно 10¹⁵ Ом·см.

Следовательно, удельное электрическое сопротивление, например масла, может быть на несколько порядков ниже, чем удельное сопротивление стенки полимерного бака и воздуха. В этом случае электрическое поле будет почти полностью сконцентрировано в диэлектрической стенке бака и/или в воздушном зазоре (если таковой имеется), а не в масле или другой изолирующей жидкости или геле, что ставит под угрозу представление о том, что жидкость или гель в баке являются изолирующим материалом. Это может привести к частичному разряду и последующему электрическому пробою стенки и/или воздушного зазора. Одним из способов избежать этого будет более толстая стенка бака, которая, однако, дорогая, тяжелая, плохая с точки зрения охлаждения и требует увеличенного окна сердечника, что, в свою очередь, увеличит стоимость и вес сердечника. Увеличение воздушного зазора между баком и сердечником имеет несколько схожих недостатков.

Вышеуказанное может быть эффективно решено с помощью бака в соответствии с изобретением и его вариантов осуществления, который является умеренно проводящим (то есть слабопроводящим) и заземленным. Это позволяет избежать возникновения коронного разряда в воздухе вокруг бака, а также потенциального разрушения стенки бака. Кроме того, электрическое поле остается в очень большой степени в жидкости или геле в баке. Обеспечивается умеренная электропроводность, поскольку высокая электропроводность может привести к индукции больших круговых токов. В соответствии с вариантами осуществления, выполненная таким образом стенка бака обладает слабопроводящими свойствами. Само собой разумеется, что индивидуальная конструкция и свойства этого слабопроводящего слоя стенки бака могут значительно различаться, и, следовательно, требуемое удельное сопротивление слабопроводящего слоя стенки бака может значительно варьироваться в зависимости от конкретного варианта использования, конструкции среднечастотного трансформатора и других параметров. Как правило, используемый здесь термин "слабопроводящий" в качестве свойства для слоя можно функционально интерпретировать следующим образом: Слабопроводящий слой должен иметь достаточно высокое удельное сопротивление, чтобы минимизировать потери из-за наведенных вихревых токов в стенке бака. Специалист в данной области понимает, что в отдельном случае использования эти потери могут даже быть сравнительно высокими, так что может быть применено даже более низкое удельное сопротивление, чем описано здесь. С другой стороны, удельное сопротивление слабопроводящего слоя может быть спроектировано так, чтобы оно было сравнительно выше того, что достигается с помощью параметров, определенных в настоящем документе, при условии, что проводимость слоя стенки бака все еще достаточно высока, чтобы получить описанные здесь результаты, см. также выше.

В соответствии с вариантами осуществления слабопроводящий слой предусмотрен во внешнем цилиндре бака трансформатора (далее называемом стенкой бака). Таким образом, стенка бака включает в себя слабопроводящий слой, который содержит волокна и пропитывающий материал, обычно, но не обязательно, смолу. В вариантах осуществления сами волокна могут быть слабопроводящими, или волокна могут быть проводящими, а слабопроводящий слой в целом (с точки зрения его объемной проводимости) достигается параметрами сочетания волокон и окружающего их пропитывающего материала, предпочтительно смолы. Неограничивающие примеры подходящих проводящих или слабопроводящих волокон представляют собой предварительно пропитанные слабопроводящие волокна, такие как полианилиновые (PANI), или углеродные волокна. Как правило, проводимость волокон можно контролировать и регулировать в широком диапазоне. В качестве примера, объемная проводимость слоя углеродных волокон, пропитанного диэлектрической смолой, может находиться в диапазоне от 10 Ом·см до 10⁶ Ом·см, более конкретно от около 10² Ом·см до примерно 10⁵ Ом·см. Таким образом, объемная проводимость слабопроводящего слоя может значительно варьироваться, например, в зависимости от материала и типа волокон, ориентации волокон в слое, массового соотношения в слое между волокнами и смолой, в которую они встроены, и количества пересечений между отдельными волокнами на единицу объема слоя, если назвать только несколько параметров для изменения объемной проводимости.

Следовательно, примеры подходящих типов волокон и конструкцию слабопроводящего слоя в целом, как это приведено в настоящем документе, не следует интерпретировать как ограничивающие объем этого раскрытия. Наоборот, специалист легко поймет, что существует широкий диапазон подходящих слабопроводящих или проводящих типов волокон из различных материалов, из которых могут быть образованы соответствующие слабопроводящие слои для стенки бака трансформатора в соответствии с изобретением и его вариантами осуществления. Ниже приведены подробные примеры типов волокон и конфигурации слабопроводящего слоя в соответствии с вариантами осуществления.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, только (сравнительно тонкий) слой на внутренней стороне стенки бака наматывают из проводящих или слабопроводящих волокон, в то время как изолирующий слой из изолирующих волокон наматывают на ту сторону бака, которая обращена наружу по отношению к замкнутому объему бака, содержащего изолирующий материал. Изолирующие волокна дешевле и имеют высокое электрическое сопротивление. В этом случае тонкого слоя проводящих или слабопроводящих волокон, внедренных в пропитывающий материал, такой как смола, на внутренней стенке бака, достаточно, чтобы обеспечить требуемое свойство слабой проводимости стенки бака в соответствии с вариантами осуществления.

В соответствии с вариантами осуществления, на внутренней и наружной стороне стенки бака может быть слой пропитанных проводящих или слабопроводящих волокон, в то время как слой между ними наматывают из изолирующих волокон, пропитанных смолой, чтобы тем самым обеспечить механическую или физическую стабильность за счет использования более экономичного материала изолирующих волокон. Не ограничивающими примерами изолирующих волокон являются стекловолокна и полимерные волокна, такие как полиэфирные волокна и арамидные волокна.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, которые могут быть объединены с другими вариантами осуществления, описанными в этом документе, проводящие или слабопроводящие волокна также могут быть использованы для верхней пластины и нижней пластины бака. Таким образом, пластины, например, могут быть изготовлены из предварительно пропитанных полотен из волокон. Как и цилиндр, как вариант, может иметь место комбинация (из одного или нескольких) слабопроводящих слоев из проводящих/слабопроводящих волокон, встроенных в смолу, и из изолирующих волокон, встроенных в смолу. Как правило, в вариантах осуществления стенка канала, которую также можно назвать внутренним цилиндром, внутренней стенкой бака, также может проявлять все свойства, включая свойство слабой проводимости по меньшей мере одного слоя, свойства внутренней структуры и содержащихся в ней материалов, которые описаны здесь в отношении (внешней) стенки бака в соответствии с вариантами осуществления. Таким образом, стенка бака в соответствии с любым из вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, может быть объединена со стенкой канала, обладающей свойствами, описанными для любого из вариантов осуществления стенки бака, приведенных в настоящем документе, и таким образом создают дополнительные варианты осуществления.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, которые могут быть объединены с другими вариантами осуществления, описанными в настоящем документе, бак не полностью изготавливают из полимерных материалов и слабо проводящего слоя, а некоторые области бака могут содержать, например, металл для облегчения теплопередачи от изоляционного материала в баке к окружающей среде. Например, часть стенки бака может быть выполнена из металла. Таким образом, металлические части обычно выполняют так, чтобы избежать образования замкнутого контура вокруг сердечника, чтобы предотвратить нежелательные, большие индуцированные контурные токи. В такой конструкции оставшиеся полимерные области стенки бака обычно содержат слабо проводящий слой(слои), как описано ранее.

На фиг. 1 показан трансформатор 1 в соответствии с вариантами осуществления. Он содержит бак 10, имеющий замкнутый объем 11, содержащий изоляционный материал 13. Бак 10 имеет (наружную) стенку 16 бака, которая обычно имеет цилиндрическую форму, и обычно имеет нижнюю пластину 36 и верхнюю пластину 37. Бак 10 содержит канал 25, проходящий через бак 10 от нижней пластины 36 до верхней пластины 37. Как правило, канал 25 имеет внутреннее поперечное сечение, которое имеет в основном форму стержня 32 сердечника 30, т. е. обычно, но не обязательно цилиндрическую форму. Внутренняя часть канала 25 отделена от замкнутого объема 11 бака 10 17 стенкой канала. Таким образом, стенка 17 канала образует внутреннюю цилиндрическую стенку 10 бака. Сердечник 30 трансформатора 10 полностью расположен вне замкнутого объема 11, при этом один стержень 32 сердечника 30 проходит через бак 10 через канал 25. На фиг. 1 показаны две катушки (или обмотки). Низковольтная катушка 50 намотана вокруг канала 25, а высоковольтная катушка 52 намотана на расстоянии для изоляции вокруг внешней стороны низковольтной катушки 50. И низковольтная катушка 50, и высоковольтная катушка 52 расположены внутри замкнутого объема 11 бака и погружены в изоляционный материал 13. Обе катушки выполнены вокруг стержня 32 сердечника, проходящего через канал 25. То есть катушки находятся в контакте с изолирующим материалом 13 или погружены в него, тогда как сердечник 30 и стержень 32 сердечника не контактируют с изолирующим материалом 13, поскольку они расположены вне замкнутого объема 11 бака 10.

Стенка 16 бака содержит слабопроводящий слой 40. Слабопроводящий слой 40 содержит проводящие или слабопроводящие волокна 42, встроенные в смолу 44 (для подробных вариантов осуществления см. фиг. 3-6 и соответствующее описание). Таким образом, проводимость волокон 42 в сочетании с ориентацией волокон 42 и их массовой долей по сравнению с массовой долей смолы 44 на единицу массы слабопроводящего слоя 40 выбирают в процессе проектирования желаемого слабопроводящего слоя в соответствии с вариантами осуществления. Слабо проводящий слой в соответствии с вариантами осуществления обычно имеет объемную проводимость от примерно 10 Ом·см до примерно 10⁶ Ом·см, более конкретно от примерно 10² Ом·см до примерно 10⁵ Ом·см, но в вариантах осуществления подходящими могут быть также более высокие или более низкие значения в зависимости от индивидуальной конструкции и рабочих параметров трансформатора 1.

В то время как на фиг. 1 для иллюстрации схематично показан только один стержень 32 сердечника 30, фиг. 2 показан тот же трансформатор 1, включая вид в разрезе сердечника 30.

В некоторых вариантах осуществления волокна 42 могут обладать сравнительно высокой электрической проводимостью в продольном направлении волокон. Таким образом, общая проводимость слабопроводящего слоя 40 стенки бака 16 частично определяется и, таким образом, может контролироваться пересечением отдельных волокон, где волокна 42 находятся ближе всего. Это может быть использовано, среди ряда других параметров, для широкой регулировки величины проводимости слабопроводящего слоя 40.

Например, известные углеродные волокна могут проявлять проводимость в направлении волокон, например, равную 1,7·10^-3 Ом·см для углеродного волокна типа T300 японского производителя Toray. Перпендикулярно к волокнам это значение может быть гораздо ниже, например, примерно в 1000 раз меньше. Волокна, которые могут быть использованы в вариантах осуществления изобретения, обычно либо основаны на неорганических волокнах с покрытием, например стеклянных волокнах с покрытием, либо являются полимерными волокнами, например полианилиновыми (PANI) или углеродными волокнами, либо также могут быть металлическими волокнами.

В случае если в качестве волокон 42 слабопроводящего слоя 40 выбраны волокна с покрытием в соответствии с вариантами осуществления изобретения, доступны различные примеры коммерческих продуктов. В качестве неограничивающего примера компания Conductive Composites из города Хебер, штат Юта, США, предлагает волокна с никелевым покрытием из арамида или углерода, тогда как компания Swicofil из Швейцарии предлагает стеклянные волокна с алюминиевым покрытием. Другой тип подходящих волокон происходит из области антистатических применений. В этом случае волокна в основном являются полимерными, но содержат встроенные в них антистатические частицы. Тонкие металлические волокна, как например поставленные от Bekeart в Бельгии, можно использовать для того, чтобы получить необходимую электрическую проводимость. Металлические волокна могут быть представлены в комбинации, т. е. смешаны со стандартным стекловолокном в одном пучке, который также известен как гибридный пучок.

Иллюстрация волокон на фиг. 3-6 в виде небольших кругов различных размеров приведена только для иллюстративных целей, и не предполагается интерпретировать ее как описание или ограничение в отношении размера, формы, ориентации, порядка, плотности и т.д. волокон в слоях, или как ограничение природы отдельных слоев или описание разницы между слоями. Наоборот, параметры расположения волокон могут широко варьироваться в зависимости от вариантов осуществления.

На фиг. 3 показан подробный вид на стенку бака 16 в соответствии с вариантами осуществления, например, показанными на фиг. 1 и фиг. 2 в положении, отмеченном стрелками и А-А. Стенка бака 16 содержит слабопроводящий слой 40, который содержит волокна 42, внедренные в пропитывающий материал 44.

На фиг. 4 показан подробный вид на стенку 16 бака в соответствии с дополнительными вариантами осуществления, такими как показанные на фиг. 1 и фиг. 2 в месте, обозначенном стрелками и А-А. Здесь, в отличие от фиг. 3 стенка 16 бака также содержит слой 50 изолирующих волокон 52, пропитанных смолой 54. Дополнительный слой 50 изолирующих волокон 52 выполнен снаружи от слабопроводящего слоя 40 относительно замкнутого объема 11 бака 10. В общем, как описано в настоящем документе, в качестве не ограничивающих примеров изолирующие волокна могут представлять собой стеклянные волокна и/или полимерные волокна, такие как полиэфирные волокна и арамидные волокна.

На фиг. 5 показан подробный вид на стенку 16 бака, такую как показанная на фиг. 3 и фиг. 4, однако в данном варианте осуществления стенка 16 бака содержит, в отличие от фиг. 4, дополнительный, внешний слабопроводящий слой 60, содержащий волокна 62 и смолу 64. Внешний слабопроводящий слой 60 выполнен на внешней стороне слоя 50 изолирующих волокон 52.

Как правило, объемная проводимость слабопроводящего слоя(слоев) 40, 60 может быть сконфигурирована таким образом, что нагрев стенки 16 бака индуцированными вихревыми токами во время работы остается ниже определенного порогового значения. Предпочтительно, нагрев стенки 16 бака, вызванный вихревыми токами, должен потреблять менее 0,4% мощности, передаваемой трансформатором, чаще всего менее 0,2%.

На фиг. 6 показан слабопроводящий слой аналогичный приведенному на фиг. 4, в котором дополнительно предусмотрен металлический проводник 70 в виде сетки или полосы(полос), которые встроены в стенку 16 бака. Он может способствовать достаточному низкоомному заземлению слабопроводящего слоя 40. Он должен быть выполнен без создания замкнутого контура вокруг сердечника 30, чтобы избежать индуцированных контурных токов. При обмотке бака 10 сетка или полосы 70 могут быть нанесены на слабопроводящий слой 40, прежде чем продолжить слой 50, содержащий изолирующие волокна, в результате чего получают стенку бака 16, как показано на фиг. 6. Сетки или полосы 70 аналогичным образом могут быть интегрированы в виде пластин. По меньшей мере один конец металлического проводника 70 должен выступать за составную часть стенки 16 бака, например, как схематически показано на фигуре, чтобы образовать вывод, например, для контакта и заземления заземляющим контактом 80.

В других вариантах осуществления стенка 16 бака также содержит электропроводящие части (не показаны), например, содержащие металл, для обеспечения теплообмена между баком 10 и окружающей средой или охлаждающей средой. Таким образом, электропроводящие части сконфигурированы так, чтобы иметь по меньшей мере один зазор в направлении по окружности вокруг стержня сердечника, так что они выполнены так, чтобы избежать замкнутой петли короткого замыкания вокруг сердечника трансформатора.

В некоторых вариантах осуществления, которые могут быть объединены с другими вариантами осуществления, описанными в этом документе, трансформатор 1 может быть трехфазным трансформатором. В этом варианте осуществления бак 10 может содержать три канала, проходящих через бак 10, а сердечник содержит три стержня, проходящие через бак 10 через три канала, соответственно. Верхняя пластина 37 и нижняя пластина 36 в этом случае имеют три отверстия, каждое из которых предусмотрено для стержней сердечника. В качестве альтернативы можно предложить трехфазный трансформатор, в котором один бак с одним каналом предусмотрен отдельно для каждого из трех стержней сердечника.

Как правило, во всех вариантах осуществления изоляционный материал в баке может содержать натуральную или синтетическую изоляционную жидкость или гель, в качестве не ограничивающих примеров, это может быть по меньшей мере одно из следующего списка: минеральное масло, натуральное масло, силиконовое масло, гель, гель, который предпочтительно является силиконовым гелем, и сложноэфирная жидкость. Также могут быть пригодны смеси или комбинации этих материалов.

В этом письменном описании использованы примеры для раскрытия изобретения, включающие в себя наилучший вариант, а также для того, чтобы позволить любому специалисту в данной области реализовывать изобретение на практике, включая изготовление и использование любых устройств или систем и выполнение любых включенных способов. Хотя выше были раскрыты различные конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области понятно, что сущность и объем формулы изобретения допускают одинаково эффективные модификации. В частности, взаимно неисключающие признаки описанных выше вариантов осуществления могут быть объединены друг с другом. Патентоспособный объем изобретения определяется формулой изобретения и может включать другие примеры, которые встречаются специалистам в данной области. Предполагается, что такие другие примеры попадают под объем формулы изобретения, если они имеют структурные элементы, которые не отличаются от буквального языка формулы изобретения, или если они включают эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от буквального языка формулы изобретения.

1. Среднечастотный трансформатор (1), содержащий:

- бак (10), имеющий замкнутый объем (11) с изолирующим материалом (13), причем бак содержит по меньшей мере один канал (25), проходящий через бак (10), внутренняя часть указанного по меньшей мере одного канала (25) отделена от указанного замкнутого объема (11) бака (10) стенкой (17) канала;

- сердечник (30) трансформатора, расположенный за пределами указанного замкнутого объема (11) и содержащий по меньшей мере один стержень (32) сердечника, который проходит сквозь бак (10) по указанному по меньшей мере одному каналу (25);

- по меньшей мере одну катушку (50, 52), расположенную внутри замкнутого объема (11), причем указанная по меньшей мере одна катушка (50, 52) намотана вокруг указанного по меньшей мере одного канала (25);

при этом бак (10) имеет стенку (16, 17) бака, содержащую слабопроводящий слой (40), который содержит волокна (42), внедренные в пропитывающий материал (44).

2. Среднечастотный трансформатор (1) по п. 1, в котором слабопроводящий слой (40) обладает объемной проводимостью в диапазоне от примерно 10 до примерно 10⁶ Ом⋅см.

3. Среднечастотный трансформатор (1) по п. 1 или 2, в котором стенка (16, 17) бака также содержит слой (50), содержащий изолирующие волокна (52).

4. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из пп. 1-3, в котором слабопроводящий слой (40) выполнен на внутренней стороне стенки (16, 17) бака, а слой (50), содержащий изолирующие волокна (52), выполнен снаружи от слабопроводящего слоя (40).

5. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из пп. 1-4, в котором стенка (16, 17) бака содержит слой (50), содержащий изолирующие волокна (52), при этом внешний слабопроводящий слой (60) расположен снаружи слоя (50), содержащего изолирующие волокна (52), а слабопроводящий слой (40) расположен на внутренней стороне слоя (50), содержащего изолирующие волокна (52).

6. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором проводимость слабопроводящего слоя (40) и/или внешнего слабопроводящего слоя (60) является такой, чтобы нагрев стенки (16, 17) бака вихревыми токами во время работы трансформатора (1) сохранялся ниже заданного порогового значения.

7. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором слабопроводящий слой (40) содержит по меньшей мере один из следующих материалов: неорганические волокна, полимерные волокна, металлические волокна, волокна c покрытием и их сочетания.

8. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором стенка (16, 17) бака также содержит электропроводящую часть (70), содержащую металл, для обеспечения теплообмена между баком (10) и окружающей средой или охлаждающей средой.

9. Среднечастотный трансформатор (1) по п. 8, в котором электропроводящая часть (70) выполнена таким образом, что имеется по меньшей мере один зазор в направлении по окружности вокруг стержня (32) сердечника, так чтобы не образовывался замкнутый контур короткого замыкания вокруг стержня (32) сердечника.

10. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из предыдущих пунктов, который представляет собой трехфазный трансформатор, при этом бак (10) содержит три канала (25), проходящих через бак (10), и сердечник (30) содержит три стержня (32), проходящих сквозь бак (10) через указанные три канала (25).

11. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором стенка (16, 17) бака является по меньшей мере одной из следующих стенок: внешняя стенка (16) бака, внутренняя стенка (17) бака, и внутренняя стенка (17) бака образована стенкой (17) канала (25).

12. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором изолирующий материал (13) в баке (10) содержит натуральную или синтетическую изоляционную жидкость или натуральный или синтетический изоляционный гель.

13. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из предыдущих пунктов, в котором бак (10) содержит заземляющий контакт (80) для подключения его к земле, причем заземляющий контакт (80) электрически подключен по меньшей мере к одному из следующих элементов: указанный слабопроводящий слой (40) и электропроводящая часть (70).

14. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из предыдущих пунктов, который содержит верхнюю пластину (37) и нижнюю пластину (36), каждая из которых содержит слабопроводящий слой (40), который содержит волокна (42), внедренные в пропитывающий материал (44).

15. Среднечастотный трансформатор (1) по любому из предыдущих пунктов, который представляет собой среднечастотный трансформатор для использования с частотой в диапазоне от 1 до 200 кГц.