Мощный высоковольтный импульсный трансформатор

 

М01ЦНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, содержащий бак, выполненный в виде двух усеченных конусов, состыкованных по большим основаниям, внутри бака расположен стержень, образующий с баком виток первичной обмотки и выполненный из двух частей, имеющих форму усеченных конусов, состыкованных малыми основаниями , внутри бака поверх стержня размещены отдельные тороидальные магнитопроводы с расположенными на них катушками вторичной обмотки, соединенными последовательно, отличающийся тем, что, с целью увеличения его мощности путем уменьшения индуктивности рассеяния, вторичная обмотка разделена на две параллельно соединенные секции и распределена с равномерно по длине стержня первич (Л ной ойротки, усеченные конусы бака трансформатора выполнены одинакового размера.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

g i> 01 F 19У08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCH0MY CBHPETEflbCTBY

ЬХ .й « йь (21) 3604923/24-07 (22) 15. 06. 83 (46) 07. 08. 84. Бюл. Р 29 (72) С. С. Вдовин (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (53-) 621.314.2(088.8) (56) 1. Вдовин С.С. Проектирование мощных импульсных трансформаторов.

Л., "Энергия", 1971.

2. Вдовин С.С. Мощный высоковольтный импульсный трансформатор.- Приборы и техника эксперимента, 1979, 9 4.

3. Авторское свидетельство СССР

9 989696, кл. Н 01 F 19/08, 1981. (54) (57) МОЦНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫИ ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, содержащий бак, „„SU„„1107181 A выполненный в виде двух усеченных конусов, состыкованных по большим основаниям, внутри бака расположен стержень, образующий с баком виток первичной обмотки и выполненный из двух частей, имеющих форму усеченных конусов, состыкованных малыми основаниями, внутри бака поверх стержня размещены отдельные тороидальные магнитопроводы с расположенными на них катушками вторичной обмотки, соединенными последовательно, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения его мощности путем уменьшения ийдуктивности рассеяния, вторичная обмотка разделена на две параллельно соединенные секции и распределена щ

Р равномерно по длине стержня первичной обмотки, усеченные конусы бака трансформатора выполнены одинакового размера.

1107181

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных устройствах импульсной электроэнергии: импульсных источниках электропитания генераторных приборов сверхвысоких частот, мощных газовых лазерах, ускорителях заряженных частиц и других устройствах современной прикладной физики и техники, где требуется получение мощных электрических импульсов высокого напряжения.

Одна из главных проблем проектирования и применения мощных и весьма мощных импульсных трансформаторов состоит в получении конструкций импульсных трансформаторов, имеющих 15 минимальную индуктивность рассеяния.

Это связано с тем, что при заданных требованиях к допустимым искажениям формы фронта трансформированных импульсов, выполнение которых является 2О безусловным функциональным требованием, предъявляемым к импульсному трансформатору, произведение мощности импульса на индуктивность рассеяния должно оставаться постоянным.

При увеличении мощности в таком же отношении необходимо уменьшать индуктивность рассеяния импульсного трансформатора и возможность уменьшения индуктивности рассеяния являет- ЗО ся главным фактором, определяющим воэможность реализации импульсного трансформатора требуемой мощности.

Известны конструкции мощных импульсных трансформаторов на высокие и весьма высокие напряжения (1).

Известен трансформатор, мощность которого 10 ГВт и напряжение до 1 МВ, имеющий тороидальную магнитную систему с наложенными на ней четырьмя па- 4О раллельно соединенными секциями вторичной обмотки, помещенными в масляный или элегазовый бак, выполняющий фу нк ци и од нов итк ов ой и ерв ич ной обмотки. Применение однбвитковой первичной обмотки позволило в этом импульсном трансформаторе существенно уменьшить индуктивность рассеяния и благодаря этому реализовать импульсный трансформатор на указанную весьма большую мощность (21.

Однако дальнейшее увеличение мощности требует еще большего уменьшения индуктивности рассеяния, которое уменьшением числа витков уже не может быть достигнуто. 55

Для дальнейшего уменьшения индуктивности рассеяния необходимо уменьщить эффективную толщину изоляции между обмотками, что является. фактически единственной возможностью увели- 60 чения мощности импульсного трансформатора. Однако это уменьшение толщины изоляции должно производиться так, чтобы сохранялась досточно высокая электрическая прочность конструкции.

Для этого имеется две возможности: применять конические обмотки, позволяющие примерно в два раза уменьшить эффективную толщину изоляции, и устранять краевые эффекты обмоток.

Наиболее близким к изобретению является импульсный трансформатор, который содержит соосно установленные магнитную систему из нескольких одинаковых соосно установленных тороидальных магнитопроводов с наложенными на них одинаковыми изолированными низковольтными ц. линдрическими секциями вторичной обмотки, которые соединены последовательно, конический масляный или элегазовый бак, выполненный из двух частей, состыкованных большими основаниями, и проходящий внутри бака конический стержень, представляющий собой внутреннюю часть витка первичной обмотки импульсного трансформатора, конический стержень выполнен из двух частей, состыкованных меньшими основаниями (3 ).

Недостатком известной конструкции является наличие значительйых неоднородностей электрического поля в районе верхнего магнитопровода, на котором напряжение в торичной обмотки достигает наибольшей величины. Это вынуждает для получения достаточной электрической прочности главной междуобмоточной изоляции до трех раз увеличить толщину этой изоляции, что во столько же раз увеличивает индуктивность рассеяния импульсного трансформатора и во столько же раз уменьшает максимально возможную мощность.

Таким образом, потенциальные возможности увеличения мощности импульсного трансформатора остаются в значительной мере недоиспользованными, Цель изобретения — увеличение мощности импульсного трансформатора путем уменьшения индуктивности рассея-. ния.

Эта цель достигается тем, что в мощноа высоковольтном импульсном трансформаторе, содержащем бак, выполненный в виде двух усеченных конусов, состыкованных по большим основаниям, внутри бака расположен стержень, образующий с баком виток первичной обмотки и выполненный из двух частей, имеющих форму усеченных конусов, состыкованных малыми основаниями, внутри бака поверх стержня размещены отдельные тороидальные магнитопроводы с расположенными на них катушками вторичной обмотки, соединенными последовательно, вторичная обмотка разделена на две параллельно соединенные секции и распределена равномерно по длине стержня первичной обмотки, усеченные конусы бака трансформатора выполнены одинакового разме.ра.

11071 81

На чертеже изображена схематическая конструкция импульсного трансформатора.

Конструктивной основой импульсного трансформатора является внутренняя часть витка первичной обмотки в виде стержня 1, имеющая вид двух одинаковых усеченных конуcîoâB, состыко" ванных меньшими основаниями. Вну тренняя часть витка помещается внутри четного числа одинаковых тороидальных маг нитопровсдов 2 с наложенными на них одинаксвьп1и низковольтными секциями вторичной обмотки 3. Магнитопроводы с внутренней частью витка первичной обмотки помещены В герме- - 15 тичный бак из двух одинаковых полубаКоВ 4 иэ проводниково1О материала.

Каждый полубак имеет фланец 5. Фланцы являются началом и концом единственного витка первична.. Об. ;стки, .10

/ 1 образованного стержнем .; .: полубаками. Вел едств ие симметрии верхней и нижней частей витка — 5aêà и» имеет значения, какой из фланцев является началом, а какой концо.м первичной 75 обмотк и. Секции вторич ной обмотк и изолированы между собой и относительно полубаков изсляциснны и прокладками б-9. Фланцы полубаков .1зслированы между собой прокладкой 10. Прок30 ладки б и 10 являются одноьременнс уплотняющими.

В узком c»KTGp» н="1 и»рифе :ни флан цев сделан разъемный патрубск 11 для ввода Во Внутреннюю полос::.- бака BE— 5

СОкОВОльт НОГО кс. б л я 1 2, Пр1; °, ен» ни» кабеля, а не обычного маслянсгс Ввода обусловлено значительно мень ::-см диаметром кабеля, чтс позв:л.-: —.; Иметь, занятый им сектор на периферии флакцев значительно меньшим-;чем длина 40 окружнссти фланцев. Пс этой причине практически не нарушается осевая сим1 метрия конструкции и все краевье эффекты ОказыВаются лскализОВанными в небольшой области в ра- „îíå Высоковольтного кабельного взода. Бак заполняется трансформаторным или конденсаторным маслом или элегазом под давлением необходимые расширитель ный бак и другие элементы конструкции 50 не показаны) .

В верхнем и Нижнем полубаках размещено одинаковое число магнитопроводов. Низк ов ольт ные секции Вторичной обмотки на магнитопроводах,- располо- 55 женных внутри каждого полубака, соединены последовательно и образуют две высоковольтные секции вторичной обмотки, которые соединены между собою параллель но и образуют вторич ную обмот- 60 ку импульсного трансформатора. Конец вторичной обмотки подсоединен к высоковольтному кабелю, представляющему собой вывод высокого напряжения. Начала высоковольтных секций вторичной 65 обмотки подсоединены к верхнему и нижнему концам стержня 1. Точка подсоединения начала вторичной обмотки выбирается на том полубаке, фланец которого является началом первичной обмотки, Импульсный трансформатор работает следующим образом.

При подаче на фланцы 5 верхнего и нижнего полубаков 4 импульсного напряжения зто импульсное напряж»ние оказывается приложенным к витку первичной обмотки, образов:нному стержнем 1, полубаками 4 и фланцами

5. Это первичное напряжение вызывает появление тока в витке, который, в свою очередь, приводит к возникно—

Вению магнитного потока в магнитопроВсдах 2. Вследствие этого в соответствии с законом электромагнитной индукции B секциях вторичной обмотки 3

11 I а к Оптах B 1 )рич нОЙ ОбмОтк и ВОзни кает Вь сское напряжение. Величина зтсгс напряж»ния В 6К раз больше перВичногс напряжения, где К вЂ” коэффициент трансформации ими у11ь оного трансформатора, равный числу витков на каждом от; ель н Ом маг нитоп ров оде.

Это напряжение посредством высокоВольтного кабеля 12 через патрубок 11 подводится к потребителю. Прокладки

6 — 1 0 Выполняют ф1 нк ции упл Отняющих и изолирующих.

Преимущества предлагаемой конструкции по сравнению с известными состоят в том, что вторичная обмотка состоит из двух параллельно соединенных высоковольтных секций, напряжение пс высоте секций равномерно нарастает ст начала секций к их концам и поэтому в пространстве между первич— ной и вторичной обмотками не имеется резких скачков потенциала. Поэтому

:;раевые эффекты в виде искривлений линий электрического поля и увеличения напряженности поля практически с с,, тствуют. Незначительные краевые эффекты имеются только в небольшой области, находящейся в непосредственной близости ст высоковольтногo кабельного ввода. Однако их влияние незначительно и они практически не приводят к увеличению средней толщины изоляции, т. е. практически не увеличивают объема магнитного поля рассеяния, энергией которого и определяется в»личина индуктив ности рассеяния импульсного трансформатора. В необходимых случаях эти незначительные краеВые эффекты могут быть дополнительно уменьшены уменьшением диаметра высоковольтного кабеля или увеличением радиуса закругления патрубка. Их роль существенно уменьшается с увеличением мощности импульсного трансформаroра, так как при прочих равных условиях диаметр магнитной системы пропор11О7181

Состав ит ель В. Мяс ник ов а

Редактор. Н. Бобкова Техред М. Надь Корр ек тор В . Петраш

Заказ 5765/37 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 ционален мощности трайсформированного импульса. При этом относительное влияние остающегося при постоянном напряжении неизменным объема с неоднородным электрическим полем в районе высоковольтного вывода уменьшается.

В конечном итоге толщина изоляции может быть сделана минимальной, I что позволяет получить минимальную индуктивность рассеяния и максимальную мощность.

B предлагаемой конструкции трансформатора может быть также достигнута цель уменьшения искажений формы трансформированных импульсов в 2, 5 ра« за.