Трансформатор-выпрямитель высоковольтный

Авторы патента:

Полезная модель относится к области радиоэлектроники и может быть использована при конструировании высоковольтных малогабаритных выпрямителей для электропитания мощной радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат предлагаемого технического решения заключается в повышении эффективности теплоотвода от магнитопровода, обмоток и радиоэлементов трансформатора-выпрямителя высоковольтного, повышении его электрической прочности при обеспечении компактной конструкции. Технический результат достигается тем, что в трансформаторе-выпрямителе высоковольтном, содержащем верхнюю и нижнюю горизонтальные панели, размещенный между ними магнитопровод с обмотками, соединенные попарно последовательно полупроводниковые вентили, верхняя и нижняя горизонтальные панели выполнены в виде радиаторов с каналами, в которых закреплены теплообменники жидкостного охлаждения. Пространственный магнитопровод состоит из зажатых двумя параллельными ярмами трех равноудаленных стержней. Ярма установлены в углубления радиаторов на теплопроводный компаунд, а радиаторы стянуты при помощи крепежных элементов. Каждый стержень охватывают концентрично расположенные первичная и вторичная обмотки. Стержни с первичной обмоткой размещены внутри гильз, а вторичные обмотки - на гильзах, которые установлены на патрубки чашек-изоляторов. Полупроводниковые вентили размещены на стойках, закрепленных на боковых стенках чашек-изоляторов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является выпрямитель высоковольтный (свидетельство на полезную модель RU 27280, опубликовано: 10.01.2003, МПК: H02M 7/04), содержащий трансформатор, выполненный на тороидальном магнитопроводе, имеющий первичную и вторичную обмотки с выводами; верхнюю горизонтальную панель со сквозными отверстиями, на которой установлен изолятор со сквозными отверстиями, совмещенными с отверстиями в верхней горизонтальной панели; соединенные попарно последовательно полупроводниковые вентили, размещенные в просветах сквозных отверстий изолятора. Трансформатор смонтирован с зазором на вертикальной панели, которая соединена с верхней и нижней горизонтальными панелями, связанными между собой элементами жесткости.

К недостаткам данного выпрямителя следует отнести недостаточно эффективный теплоотвод при повышенных тепловых нагрузках.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в повышении эффективности теплоотвода от магнитопровода, обмоток и радиоэлементов трансформатора-выпрямителя высоковольтного, повышении его электрической прочности при обеспечении компактной конструкции.

Технический результат достигается тем, что в трансформаторе-выпрямителе высоковольтном, содержащем верхнюю и нижнюю горизонтальные панели, размещенный между ними магнитопровод с обмотками, соединенные попарно последовательно полупроводниковые вентили, верхняя и нижняя горизонтальные панели выполнены в виде радиаторов с каналами, в которых закреплены теплообменники жидкостного охлаждения. Пространственный магнитопровод состоит из зажатых двумя параллельными ярмами трех равноудаленных стержней. Ярма установлены в углубления радиаторов на теплопроводный компаунд, а радиаторы стянуты при помощи крепежных элементов. Каждый стержень охватывают концентрично расположенные первичная и вторичная обмотки. Стержни с первичной обмоткой размещены внутри гильз, а вторичные обмотки - на гильзах, которые установлены на патрубки чашек-изоляторов. Полупроводниковые вентили размещены на стойках, закрепленных на боковых стенках чашек-изоляторов.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

фиг.1 - общий вид трансформатора-выпрямителя высоковольтного;

фиг.2 - вид трансформатора-выпрямителя высоковольтного сверху;

фиг.3 - общий вид трансформатора-выпрямителя высоковольтного в ракурсе 3/4 снизу;

фиг.4 - верхний радиатор (вид с внешней стороны);

фиг.5 - верхний радиатор (вид с внутренней стороны);

фиг.6 - нижний радиатор (вид с внутренней стороны);

фиг.7 - нижний радиатор с теплообменником;

фиг.8 - нижний радиатор (вид с внешней стороны);

фиг.9 - ярмо магнитопровода;

фиг.10 - стержень магнитопровода;

фиг.11 - бескаркасная катушка на стержне;

фиг.12 - вид А фиг.11;

фиг.13 - катушка-секция;

фиг.14 - гильза;

фиг.15 - верхняя чашка-изолятор (вид с внешней стороны);

фиг.16 - верхняя чашка-изолятор (вид с внутренней стороны);

фиг.17 - нижняя чашка-изолятор (вид с внешней стороны);

фиг.18 - нижняя чашка-изолятор (вид с внутренней стороны);

фиг.19 - стойка для крепления полупроводниковых вентилей.

Трансформатор-выпрямитель высоковольтный (фиг.1, 2, 3) содержит:

- верхний 1 и нижний 2 радиаторы с теплообменниками 3 и 4 жидкостного охлаждения;

- магнитопровод, состоящий из зажатых двумя параллельными ярма-ми 5 трех равноудаленных стержней 6 (фиг.10, 11), каждый из которых охвачен первичной и вторичной обмотками;

- верхнюю 7 и нижнюю 8 чашки-изоляторы;

- колодку соединительную 9;

- стойки 10 с закрепленными на них полупроводниковыми вентилями;

- крепежные элементы 11.

Верхний 1 (фиг.1, 4, 5) и нижний 2 (фиг.1, 6, 7, 8) радиаторы выполнены из теплопроводного материала в виде горизонтальных панелей, имеющих центральное окно 12; занижения 13 на внутренних поверхностях, предназначенные для установки ярем 5; каналы 14 для размещения теплообменников жидкостного охлаждения 3 и 4; отверстия 15 для крепежных элементов 11.

Теплообменники 3 и 4 жидкостного охлаждения (фиг.1, 2, 7) могут быть выполнены в виде изогнутых цилиндрических трубок, закрепленных, например, пайкой в каналах 14 верхнего 1 и нижнего 2 радиаторов. Трубка теплообменника 3 закреплена в канале 14, выполненном на внешней поверхности верхнего 1 радиатора, а трубка теплообменника 4 - на внутренней поверхности нижнего 2 радиатора. Теплообменники 3 и 4 соединены с системой жидкостного охлаждения изделия при помощи присоединительных фланцев 16.

Магнитопровод трансформатора-выпрямителя высоковольтного выполнен из трех равноудаленных стержней 6, зажатых двумя параллельными ярмами 5, образующих замкнутую пространственную магнитную систему. Магнитопровод установлен между верхним 1 и нижним 2 радиаторами, которые стянуты между собой при помощи крепежных элементов 11, выполненных, например, в виде шпилек с гайками (фиг.1).

Ярма 5 магнитопровода (фиг.9) выполнены в форме равностороннего треугольника со скругленными вершинами и соразмерны занижениям 13, выполненным на внутренней поверхности верхнего 1 и нижнего 2 радиаторов. Ярма 5 установлены в занижения 13 на теплопроводный компаунд.

Стержни 6 магнитопровода (фиг.10) могут быть выполнены, например, набором пластин различной ширины, образующих ступени вдоль его боковой поверхности. Каждый стержень 6 охватывают концентрично расположенные первичная обмотка и вторичная обмотка, разделенная на две или более секции.

Первичная обмотка (фиг.11, 12) может быть выполнена в виде однорядной бескаркасной катушки 17 проводом 18 прямоугольного сечения, установленным на малое ребро для обеспечения компактности, с равномерным зазором между витками, который заполнен изолятором 19. Внутри бескаркасных катушек 17 размещены стержни 6 магнитопровода, а зазор между ними заполнен электроизоляционным теплопроводным компаундом 20. Колодка соединительная 9 обеспечивает электрическое соединение первичных обмоток по схеме «звезда».

Вторичная обмотка выполнена в виде секционной катушки, состоящей из двух или более многовитковых катушек-секций 21 (фиг.1), установленных на гильзе 22 (фиг.14). Каждая катушка-секция 21 (фиг.13) выполнена намоткой фольги 23 на кольцо 24 из электроизоляционного материала, с установленной на одну из торцевых сторон шайбой-изолятором 25, и изолирована по наружной поверхности изоляционной лентой 26. Катушки-секции 21 размещены на гильзе 22 таким образом, чтобы шайбы-изоляторы 25 были направлены либо вниз, либо вверх, что позволяет обеспечить компактность вторичной обмотки.

Гильзы 22 (фиг.14) выполнены из электроизоляционного материала в виде цилиндрической трубки с внутренними коническими поверхностями 27 с торцевых сторон, чтобы обеспечить установку гильз 22 на патрубки 28 и 29 верхней 7 и нижней 8 чашек-изоляторов.

Верхняя 7 и нижняя 8 чашки-изоляторы (фиг.15-18) выполнены в виде равностороннего треугольника со скругленными вершинами, боковыми стенками, перпендикулярными основанию, и тремя равноудаленными патрубками 28 и 29, расположенными с внутренней стороны основания. При этом патрубки 28 верхней чашки-изолятора 7 частично выступают с внешней стороны основания, обеспечивая дополнительную электроизоляцию и теплоотвод.

Наружная поверхность патрубков 28 и 29, взаимодействующих с гильзами 22, имеет форму усеченных конусов, соразмерных внутренним коническим поверхностям 27 гильз 22, что позволяет обеспечить необходимую плотность их контакта для обеспечения надежной электроизоляции.

Внутри гильз 22, установленных на патрубки 28 и 29 верхней 7 и нижней 8 чашек-изоляторов, размещены стержни 6 магнитопровода с первичной обмоткой. При этом боковые стенки верхней 7 и нижней 8 чашек-изоляторов охватывают торцевые части вторичных обмоток, что позволяет обеспечить электроизоляцию торцевых частей вторичных обмоток от ярма 5, а также дополнительную изоляцию между первичной и вторичной обмотками, исключив тем самым поверхностный пробой, который может возникнуть при компактном расположении элементов конструкции трансформатора-выпрямителя высоковольтного.

Боковые стенки верхней 7 и нижней 8 чашек-изоляторов (фиг.15-18) выполнены с выступами 30, имеющими пазы 31, которые служат для установки стоек 10 с закрепленными на них полупроводниковыми вентилями. Стойки 10 (фиг.19) выполнены в виде прямоугольных пластин с криволинейными торцевыми поверхностями 32, обеспечивающими их установку в пазах 31 верхней 7 и нижней 8 чашек-изоляторов, и поперечными полками 33 для размещения и крепления полупроводниковых вентилей, соединенных попарно последовательно. Такое расположение полупроводниковых вентилей позволяет обеспечить эффективный тепло-отвод, что повышает надежность их работы.

Нижняя чашка-изолятор 8 (фиг.17) выполнена с центральным патрубком 34 в форме равностороннего треугольника, расположенным с внешней стороны основания. Через центральный патрубок 34 проходят провода от полупроводниковых вентилей.

Сборка трансформатора-выпрямителя высоковольтного осуществляется следующим образом.

Закрепляют пайкой трубку теплообменника 3 в канале 14 на внешней поверхности верхнего 1 радиатора, а трубку теплообменника 4 - на внутренней поверхности нижнего 2 радиатора. Устанавливают ярма 5 магнитопровода в занижения 13 верхнего 1 и нижнего 2 радиаторов на теплопроводный компаунд.

Выполняют первичные обмотки в виде однорядных бескаркасных катушек 17 проводом 18 прямоугольного сечения, установленным па малое ребро, обеспечивая равномерный зазор между витками. Заполняют зазор изолятором 19, например, методом намотки изоляционного шнура с последующей его пропиткой. Размещают стержни 6 магнитопровода внутри бескаркасных катушек 17 и заполняют зазор между ними электроизоляционным теплопроводным компаундом 20.

Выполняют вторичные обмотки в виде секционных катушек. Для этого выполняют катушки-секции 21 намоткой фольги 23 на кольцо 24 из электроизоляционного материала, устанавливают шайбу-изолятор 25 на одну из торцевых сторон и изолируют лентой 26 по наружной поверхности. Устанавливают катушки-секции 21 на гильзу 22 таким образом, чтобы шайбы-изоляторы 25 были направлены либо вниз, либо вверх.

Устанавливают гильзы 22 с катушками-секциями 21 па патрубки верхней 7 и нижней 8 чашек-изоляторов. Устанавливают стержни 6 магнитопровода с первичной обмоткой внутри гильз 22 через патрубки верхней чашки-изолятора 7. Соединяют отводы первичных обмоток при помощи колодки соединительной 9.

Устанавливают собранный узел между ярмами 5 магнитопровода и стягивают верхний 1 и нижний 2 радиаторы при помощи крепежных элементов 11.

Примером использования заявляемого технического решения может служить трансформатор-выпрямитель высоковольтный малогабаритный, применяемый для электропитания передатчика радиоэлектронной аппаратуры.

Теплоотвод в данном трансформаторе-выпрямителе осуществляется следующим образом. Стержни 6 магнитопровода торцевыми сторонами взаимодействуют с ярмами 5, имеющими хороший тепловой контакт с верхним 1 и нижним 2 радиаторами, охлаждение которых обеспечивается за счет подачи охлаждающей жидкости из системы жидкостного охлаждения изделия в трубки теплообменников 3 и 4, закрепленные пайкой в каналах 14 верхнего 1 и нижнего 2 радиаторов.

Вместе с тем, открытая конструкция трансформатора-выпрямителя способствует беспрепятственному прохождению воздушных потоков через его внутреннюю область, что позволяет обеспечить достаточный отвод тепла от вторичной обмотки и полупроводниковых вентилей.

1. Трансформатор-выпрямитель высоковольтный, содержащий верхнюю и нижнюю горизонтальные панели, размещенный между ними магнитопровод с обмотками, соединенные попарно последовательно полупроводниковые вентили, отличающийся тем, что верхняя и нижняя горизонтальные панели выполнены в виде радиаторов с каналами, в которых закреплены теплообменники жидкостного охлаждения; магнитопровод выполнен пространственным, состоящим из зажатых двумя параллельными ярмами трех равноудаленных стержней, причем ярма установлены в углубления радиаторов на теплопроводный компаунд, а радиаторы стянуты при помощи крепежных элементов; каждый стержень охвачен концентрично расположенными первичной и вторичной обмотками, при этом стержни с первичной обмоткой размещены внутри гильз, а вторичные обмотки - на гильзах, которые установлены на патрубки чашек-изоляторов; полупроводниковые вентили размещены на стойках, закрепленных на боковых стенках чашек-изоляторов.

2. Трансформатор-выпрямитель высоковольтный по п.1, отличающийся тем, что теплообменники жидкостного охлаждения выполнены в виде изогнутых цилиндрических трубок и закреплены в каналах верхнего и нижнего радиаторов пайкой.

3. Трансформатор-выпрямитель высоковольтный по п.1 или 2, отличающийся тем, что теплообменники жидкостного охлаждения соединены с системой жидкостного охлаждения изделия при помощи присоединительных фланцев.

4. Трансформатор-выпрямитель высоковольтный по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка выполнена в виде однорядной бескаркасной катушки проводом прямоугольного сечения, установленным на малое ребро, с равномерным зазором между витками, заполненным изолятором.

5. Трансформатор-выпрямитель высоковольтный по п.1, отличающийся тем, что вторичная обмотка выполнена в виде секционной катушки, состоящей из двух или более многовитковых катушек-секций, установленных на гильзе, выполненной с внутренними коническими поверхностями с торцевых сторон.