Трансформаторно-выпрямительное устройство

Трансформаторно-выпрямительное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсннх

Социалмс тически х

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

riii905905 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 08. 09. 78 (21) 2662933/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 1 5 . 02 . 82 . Бюллетень Рй 6

Дата опубликования описания 1 7.02. 82 (51)M. Кл.

Н 01 F 33/00

Н 02 И 7/10

Государственный комнтет

СССР по делам нзебретеннй н ОтхрытнЙ (53) УД 621. 314..2(088. 8) (72) Авторы изобретения

С. И. Гусев, Л. В. Козлов, В. Н. Лисин, С. В. Покровский и И. И. Можаев (54) TPAHСФОРИАТОРНО-ВЫПРЯИИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике генерирования высоких постоянных напряжений, и может быть использовано для питания различных электрофизических .устройств, преимущественно электронных пушек для электронно-лучевой

O технологии. о

Известны трансформаторно- выпрямительные устройства, представляющие собой конструктивное совмещение преобразовательного трансформатора с ускорительной трубкой, выполняющей функ„ии выпрямительного элемента.

Такие устройства, представляющие собой высоковольтный трансформаторновыпрямительный блок, конструктивно оформлены в виде коаксиальной системы, образованной ускорительной трубкой, секционированной вторичной об20 моткой, секционированным магнитопроводом и первичной обмот кой; помещенными в общем металлическом кожухе.

Рабочий магнитный поток, возбуждаемый первичной обмоткой, замыкается частич. но по немагнитным элементам конструкции и индуцирцет на каждой секции вторичной обмотки переменное напряжение, которое с помощью встроенной ускорительной трубки преобразуется в постоянное 1 1 ).

Недостаток такого трансформаторно-выпрямительного устройства обусловлен наличием постоянной сост а вляющей в намагничивающем токе и замыканием магнитного потока через неферромагнитное пространство ускорительной трубки. Это приводит к увеличению установленной мощности питающей системы и снижению надежности и ресурса работы ускорителя, поскольку аварийные режимы в системе питания и в тракте ускорения электронов конструк". тивно и схемно не развязаны

Известно также высоковольтное трансформаторно-выпрямительное устройство, скомпонованное на основе повышающего трехфазного трансформатора С

90 90

3 пространственно-симметричным магнитопроводом. Выпрямительные блоки, имеющие вид цилиндров, расположены параллельно осям обмоток трансформатора, высоковольтный вывод выполнен в виде коаксиала с кожухом трансформатора, сопряженного с встроенной ускорительной трубкой. Иагнитопровод трансформатора находится под потенциалом земли, вторичная секциониро- 10 ванная обмотка генерирует высокое напряжение, которое выпрямляется в диодных блоках, расчитанных на полное напряжение установки (2 ).

Недостаток известного устройства заключается в тяжелых условиях рабо. ты изоляции, поскольку вторичная обмотка трансформатора и диодные блоки должны изолироваться от магнитопровода на полное напряжение, а пробой одной из секций вторичной обмотки приводит к выходу из строя всего устройства. При этом ресурс непрерывной работы ускорителя снижается, поскольку аварийные режимы в источнике питания и в ускорительной трубке пространственно и конструктивно не развязаны. При пробое какого-либо элемента трансформаторно-выпрямительного устройства необходим демонтаж всего ускорителя. аиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности яв" > ляется трансформаторно-выпрямительное устройство, представляющее собой пространственно-симметричный трехфазный трансформатор. Первичная обмотка трансформатора собрана в виде трех плоских, прямоугольных катушек, вертикальные части которых проходят по@ парно вдоль оси окна, образованного колонной сердечников, несущих секции вторичной обмотки. Сердечники собираются на изолирующих цилиндрах и фиксируются изоляционными дисками. При этом горизонтальные части первичных катушек и оси трех колонн сердечников образуют соответственно грани и вершины равностороннего треугольника, а секции вторичной обмотки подключены к выпрямительным модулям, соединенным в трехфазные мосты. Транс. форматорная часть источника питания в электрЬмагнит ном отношении является "зеркальным отражением" стержнево- 55

ro трансформатора с пространственным магнит опроводом. Замкнутый секциони . нированный ма>нитопровод каждой фаз5 4 ной колонны характеризуется минимальной длиной магнитной силовой линии, а тороидальная форма секций вторичной обмотки обеспечивает минимальное значение индуктивности рассеяния (3).

Недостатком известного устр, йства являет ся неоптимальная схема соединений секций вторичной обмотки и полюсов Мостов, приводящая к снижению ра бочего напряжения ступени и,следовательно, к уменьшению удельной мощности в устройстве. Кроме того, совмещение функций изолирующих и крепежных дета. лей каркаса, состоящего из изоляционных цилиндров с дисками, ухудшает теплоотвод от обмоток, что снижает надежность главной изоляции и приводит к уменьшению полезнои мощности источника питания.

Целью изобретения является повышение удельной объемной мощности высо-. ковольтноro трансформаторно-выпрямительного устройства.

Поставленная цель дост игается тем, что устройство, содержащее пространст>венно-симметричный повышающий многофазный трансформатор с первичной обмоткой, выполненной в виде трех плоских прямоугольных катушек, вертикальные части которых проходят попарно вдоль оси окна, образованного колоннои замкнутых сердечников, несущих секции вторичной обмотки, изоляционные элементы крепления и каскадный мостовой выпрямитель с промежуточными..полюсами, расположенный вдоль колонй сердечников и имеющий один высоковольтный вывод, снабжено потенциальными экранами, расположенными друг под другом коаксиально с колоннами сердечников и электрически соединенными с концами секций вторичной обмотки, изоляционные элементы крепления выполнены в виде стоек и сегментных отрезков диэлектрических цилиндров с поперечными прорезями, в которых расположены замкнутые сердечники с секциями вторичной обмотки и закреплены с помощью изоляционных стоек, причем сегментные отрезки образуют правильную призму с вогнутыми гранями.

Высоковольтный вывод образован кабелем со снятой оплеткой, проходящим вдоль оси трансформатора, и снабжен проводящими кольцами, расположенными на равных расогояниях друг от друга коаксиально с кабелем и электрически соединенными с промежуточными полюсами выпрямителя.

90590 нам 7, являющимся также нейтралями секций обмотки, соединенных B звезду.

Экраны 7 охватывают всю выемную часть источника питания и выравнивают градиенты напряжения между отдельными секциями и между выемной частью и проводящим корпусом 18. Потенциал системы экранов ступенчато нарастает сверху вниз. Вентильные элементы мостовых выпрямителей 8 образуют пространственно-симметричную систему, что позволяет оптимизировать структуру тепловых потоков в устройстве.

Тороидальные сердечники 6, расположенные соосно в пределах каждой колонны, развязаны механически с помощью сегментных отрезков диэлектрических цилиндров 13,имеющих систему по, перечных прорезей. Сегментные отрезки цилиндров жестко связаны с помощью профилированных изоляционных стоек ll, на внешней поверхности которых собраны вентильные элементы,, зашунтированные керамическими конденсаторами.

Вывод мощности из устройства осущест- вляется высоковольтным кабелем 15 со ! снятой оплеткой и снабженным проводящими кольцами, являющимися полюсами отдельных ступеней каскадного мостового выпрямителя и служащими для равномерного деления потенциала по по- . верхности кабеля. яодульный принцип выполнения транс/ формат орно- выпрямит ель но ro уст роиства с пространственно-симметричным расположением магнитных и преобразо-. .;

1 вательных звеньев оптимизирует конструкцию, обеспечивая лучшие условия для отвода тепла и равномерного принудительного распределения потенциала по секциям каскада мостового выпрямителя. Секция вторичной обмотки повышающего трансформатора изолируется от сердечника на напряжение только одной ступени, при этом снимается проблема изоляции вторичной обмотки от магнитопровода. Случайное кратковременное замыкание одной из секций вторичной обмотки или одной ступени мостового выпрямителя не является аварийным режимом для источника питания в целом. В этом случае происхо дит локальное вытеснение магнитного потока из соответствующего тороидального сердечника и перераспределение общего магнитного потока в остальных сердечниках. Главная изоляция повышаю. щего трансформатора представляет со5 5

На фиг. l представлена общая компоновка т рансфор мат орно- выпрями тельного устройства; на фиг. 2 - вид в плане; на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема. 5

Устройство содержит трехрамную многовитковую первичную обмотку 1 трансформатора, изолированную пленкой 2 и встроенную в электростатический заземленный экран 3. Система 10 вторичных обмоток с сердечниками и выпрямительными мостами образует симметричные относительно центральной оси 4 модуля. Тороидальные сердечники 5 несут тороидальные секции 15 вторичной обмотки 6, электрически соединенные с экранами 7. Секции выпрямителя 8 (фиг. 21 расположены на вершинах равностороннего треугольника. Полюса отдельных мостов выпрямителя 9 выполнены в виде кольцевых экранов, равноотстоящих друг от друга по высоте колонны сердечников.

Выемная часть устройства собрана на двух профилированных изоляционных 2 пластинах 10,стянутых основными 11 и дополнительными 12 изоляционными стойками. Сегментные отрезки диэлектрических цилиндров 13, имеющие систему поперечных прорезей, скреплены с изоляционными стойками с помощью шпилек и клея. Вдоль оси устройства собран омический делитель напряжения

14, секции которого закреплены на проводящих кольцах - экранах, Расположенных вдоль центрального высоковольтного кабеля 15 без оплетки.

Выемная часть устройства крепится на металлической крышке 16, снабженной вводами питания 17. Герметичный

40 проводящий корпус 18 заполняется газообразным или жидким диэлектриком, выполняющим функции теплоохлаждающеи среды.

Устройство работает следующим образом.

При подключении первичной обмотки l трансформатора к сети под воздействием сетевого напряжения по обмотке протекает ток, намагничивающий

50 пространственно-симметричный магнитопровод. При этом магнитный поток локализуется. в отдельных тороидальных сердечниках 5, индуктируя трехфазную систему ЭДС в секциях вторичной вентиль55 .ной обмотки 6. Начала секций вторичной обмотки, расположенных на одинаковой высоте вдоль колонны сердечни, ка, подключены к потенциальным экра905905 бой чисто газовый или жидкостной канал, в котором отсут ствуют шунтирующие твердые диэлектрики. Для повышения однородности электрического поля первичная обмотка окружена электроста-s тическим заземленным экраном, покрытым снаружи многослойной пленочной изоляцией. Конструкция высоковольтного вывода, выполненного аксиальносимметричным кабелем без оплетки с градиентными кольцами, позволяет реализовать вывод.„ мощности без. увеличения размеров выемной части и не требует специального изолирующего пространства. Градиентные кольца кабеля совмещены электрически с полю-. сами ступеней каскадного выпрямителя, поэтому ступенчатое изменение потенциала вдоль вертикальной оси выемной части устройства происходит 20 равномерно по всем элементам конструкции, включая соответствующие участки высоковольтного кабеля.

Иоложительный технический эффект от применения данного изобретения обусловлен оптимизацией пространственной структуры многофазного высоковольтного трансформаторно- выпрями-. тельного устройства с модульным принципом выполнения и кабельным выводом Зо мощности.

Формула изобретения

1. Трансформаторно-выпрямительное устройство, содержащее пространственно-симметричный повышающий многофазный трансформатор, выполненный в виде закрепленных в изоляционном каркасе колонн замкнутых сердечников; несущих секции вторичной обмотки, вдоль оси окон которых попарно расположены вертикальные участки плоских прямоугольных катушек первичной обмотки, изоляционные элементы крепления и каскадный мостовой выпрямитель с промежуточными полюсами, расположенный вдоль колонн сердечников и имеющий один высоковольтный вывод, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с о целью повышения удельной объемной. мощности, оно снабжено потенциальными экранами, расположенными друг под другом коаксиально с колоннами сердечников и электрически соединенными с концами секций вторичной обмотки, изоляционные элементы крепления выполнены в виде стоек и сегментных отрезков диэлектричесих цилиндров с поперечными прорезями, в которых расположены замкнутые сердечники с секциями вторичной обмотки, закрепленные с помощью изоляционных стоек, причем указанные сегментные отрезки образуют правильную призму с вогнутыми гранями.

2. Устройство по. и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что высоковольтный вывод образован высоковольтным кабелем со снятой оплеткой, проходящим вдоль оси трансформатора, и снабжен проводящими кольцами, расположенными на равных растояниях друг от друга коаксиально с кабелем и электрически соединенными с промежуточными полюсами выпрямителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 224712, кл. Н 05 Н 5/00, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР 500719, кл. H 05 H 5/00, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 202680 1/07, кл. H 02 М

7/10, 1974.

905905

Составитель В. Мясникова

Редактор Т. Веселова Texpeg M. Рейвес. КорректорА. Дзятко

Заказ 388/69 Тираж 757 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303 Москва, Ж-35 Раушская наб. g. 4/g

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4