ТРАНСФОРМАТОР ТРЕХФАЗНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ С СИСТЕМОЙ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
THREE-PHASE HV TRANSFORMER WITH LIQUID COOLING SYSTEM

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при конструировании трехфазных высоковольтных малогабаритных трансформаторов с системой жидкостного охлаждения.
Известен трехфазный трансформатор (патент на полезную модель RU №71811, опубликован 2008.03.20, МПК H01F 30/12, H01F 27/34), содержащий плоскую магнитную систему, состоящую из трех О-образных магнитопроводов, навитых из ленты трансформаторной стали и расположенных в одной плоскости, трех первичных и трех вторичных обмоток, расположенных на каркасе, причем навитые магнитопроводы выполнены цельными, а каркас для обмоток выполнен составным.
К недостаткам конструкции данного трансформатора можно отнести недостаточные компактность, электрическую и механическую прочность.
Известен трехфазный трансформатор (заявка RU №2001114198, опубликована 2003.05.10, МПК H01F 27/25, H01F 30/12), содержащий магнитную цепь и три катушечных блока. Магнитная цепь содержит два разнесенных в пространстве параллельных пластинообразных элемента и три разнесенные в пространстве колоннообразные параллельные элементарные цепи, причем колонны практически перпендикулярны пластинообразным элементам и заключены между ними. Каждая колонна выполнена с возможностью несения одного из трех катушечных блоков и обслуживания одной из трех фаз, образуя пространственно-симметричную структуру относительно центральной оси трансформатора.
К недостаткам конструкции данного трансформатора можно отнести ее ограниченное применение из-за недостаточно эффективного теплоотвода.
Известен трансформатор (патент на изобретение RU №2396625, опубликован 2010.08.10, МПК H01F 30/12), содержащий плоский магнитопровод, состоящий из зажатых двумя параллельными ярмами четырех стержней, каждый из которых расположен на равном расстоянии друг от друга и охвачен одинаковыми первичной обмоткой и группой вторичных обмоток.
К недостаткам конструкции данного трансформатора можно отнести ее ограниченное использование из-за недостаточных теплоотвода, электрической и механической прочности.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является трансформатор (патент РФ на полезную модель RU №106437, опубликован 2011.07.10, МПК H01F 30/12), содержащий магнитопровод, размещенный между радиаторами и состоящий из зажатых двумя параллельными ярмами равноудаленных стержней, охваченных одним или более катушечными блоками. Радиаторы выполнены с окнами воздуховода и соединены крепежными элементами. Первичная обмотка каждого катушечного блока выполнена в виде бескаркасной катушки проводом прямоугольного сечения, установленным на малое ребро, с равномерным зазором между витками, заполненным изолятором. К недостаткам конструкции данного трансформатора можно отнести недостаточные компактность, электрическую прочность, неэффективный теплоотвод.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении эффективности теплоотвода от магнитопровода и обмоток, обеспечении компактности, электрической прочности.
Технический результат достигается тем, что в известный трансформатор вводят систему жидкостного охлаждения.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фиг.1 - общий вид трансформатора трехфазного высоковольтного с системой жидкостного охлаждения спереди;
Фиг.2 - вид сзади Фиг.1;
Фиг.3 - радиатор с наружной стороны;
Фиг.4 - радиатор с внутренней стороны;
Фиг.5 - вид спереди Фиг.1 (без переднего радиатора);
Фиг.6 - общий вид первичной обмотки;
Фиг.7 - вид А Фиг.6;
Фиг.8 - элементы системы жидкостного охлаждения спереди;
Фиг.9 - элементы системы жидкостного охлаждения сзади.
Трансформатор трехфазный высоковольтный с системой жидкостного охлаждения содержит передний 1 (Фиг.1) и задний 2 (Фиг.1, 2, 5) радиаторы, размещенный между ними пространственный магнитопровод, состоящий из зажатых двумя параллельными ярмами 3 (Фиг.5) трех равноудаленных стержней, каждый из которых охвачен одним или более катушечными блоками 4 (Фиг.1, 5), состоящими из концентрично расположенных первичной обмотки 5 (Фиг.6) и одной или более вторичных обмоток, охватывающих первичную. Крепежные элементы 6 (Фиг.1), выполненные, например, в виде шпилек с гайками, стягивают передний 1 и задний 2 радиаторы и размещенный между ними пространственный магнитопровод с катушечными блоками 4. Система жидкостного охлаждения образована первичными обмотками 5 катушечных блоков 4, входы и выходы которых через резьбовые втулки 7 (Фиг.1, 6, 8, 9) последовательно соединены посредством трубопроводов 8 (Фиг.1, 2, 8, 9), размещенных на радиаторах 1, 2, соответственно с электроизоляционными развязками 9 (Фиг.1, 2), разветвителями 10 (Фиг.1, 2, 8, 9), входным 11 (Фиг.1, 8) и выходным 12 (Фиг.1, 9) фланцами-штуцерами.
Передний 1 и задний 2 радиаторы в виде кронштейнов из теплопроводного материала имеют центральное окно воздуховода 13 (Фиг.3), выполненное, например, в виде равностороннего треугольника со скругленными вершинами, и углубление 14 (Фиг.4) на внутренней поверхности криволинейной формы, предназначенное для установки ярма 3. В радиаторах 1, 2 (Фиг.3, 4) выполнены:
- отверстия 15 для крепежных элементов;
- отверстия 16 для установки промежуточных контактов;
- отверстия 17 для соединения входов и выходов первичных обмоток с трубопроводами;
- отверстия 18 (Фиг.3) для крепления трансформатора в изделии, расположенные в опорных выступах, примыкающих к радиаторам.
Ярма 3 могут быть выполнены в виде равностороннего треугольника со скругленными вершинами и соразмерны углублениям на внутренней поверхности радиаторов. Ярма 3 установлены в углубления 14 на теплопроводный компаунд.
Стержни магнитопровода могут быть выполнены, например, набором пластин различной ширины с образованием ступеней вдоль их боковой поверхности для обеспечения минимального зазора между стержнем и охватывающей его первичной обмоткой. Зазор между стержнями и первичными обмотками заполнен электроизоляционным теплопроводным компаундом.
Первичные обмотки 5 выполнены трубкой прямоугольного сечения 19 (Фиг.7), установленной на малое ребро с целью увеличения количества витков и обеспечения компактности, при этом ребра трубки выполнены скругленными. Навивка первичных обмоток 5 выполнена с зазором между витками, с последовательной установкой прокладок-изоляторов 20 (Фиг.7), выполненных, например, в виде цилиндрических шайб с разрезом, с изоляцией 21 (Фиг.6, 7) внешней и внутренней поверхностей первичных обмоток, что обеспечивает электропрочность изделия.
На входах и выходах первичных обмоток зафиксированы, например, пайкой выводы в виде электрических проводов с наконечниками 22 (Фиг.6) для соединения катушечных блоков в соответствии с электрической схемой, а в отверстиях 17 радиаторов входы и выходы первичных обмоток 5 соединены с трубопроводами 8 системы жидкостного охлаждения посредством резьбовых втулок 7. На трубопроводе 8, закрепленном с наружной стороны радиаторов 1, 2, установлены электроизоляционные развязки 9 для электрического разделения первичных обмоток.
Вторичная или вторичные обмотки могут быть выполнены в виде секционной катушки, залитой в отдельный монолитный корпус обтекаемой формы из электроизоляционного теплопроводного компаунда, например, в форме цилиндра с усеченными клиновидными выступами, направленными в противоположные стороны, для обеспечения лучшего теплоотвода от обмоток трансформатора. Монолитные корпуса секционных катушек могут быть выполнены с возможностью их соединения, например, в виде верхней и нижней секции посредством фиксирующих элементов. Фиксирующие элементы, выполненные, например, в виде соразмерных друг другу пазов и выступов, могут быть расположены на взаимодействующих друг с другом торцевых поверхностях монолитных корпусов со стороны усеченных клиновидных выступов.
На торцевых поверхностях катушечных блоков, взаимодействующих с ярмами 3 магнитопровода, выполнены занижения, захватывающие область центрального отверстия, предназначенные для размещения и фиксирования скругленных вершин ярем 3 магнитопровода и обеспечения их контакта со стержнями.
Между торцевыми поверхностями секционных катушек, обращенных друг к другу, размещены шайбы из электроизоляционного материала, которые служат изоляторами и одновременно являются регулирующими элементами, обеспечивающими установку торцов стержня в одной плоскости с поверхностью занижений для обеспечения необходимой площади контакта стержней с поверхностью ярем 3.
В центральное отверстие монолитных корпусов секционных катушек устанавливают бескаркасные катушки первичной обмотки со стержнем, а зазор заполняют электроизоляционным теплопроводным компаундом, образуя катушечные блоки.
Катушечные блоки 4 устанавливают между ярмами 3 магнитопровода таким образом, что выступы усеченной клиновидной формы направлены вовне трансформатора, при этом воздушному потоку через окна воздуховода 13 переднего 1 и заднего 2 радиаторов доступны боковые поверхности катушечных блоков, обращенные к центральной оси трансформатора, и внутренняя поверхность ярем, что позволяет обеспечить беспрепятственное прохождение воздушных потоков через внутреннюю область трансформатора как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях, тем самым обеспечивается его эффективное охлаждение.
Высоковольтные разъемы 23 (Фиг.1) катушечных блоков служат для внешнего электрического подсоединения трансформатора, могут быть расположены, например, на боковых гранях выступов усеченной клиновидной формы и соединены при помощи кабелей (на чертежах не показаны) с промежуточными контактами, установленными в отверстиях 16 для установки промежуточных контактов радиаторов.
Сборка трансформатора трехфазного высоковольтного с системой жидкостного охлаждения осуществляется следующим образом.
Выполняют первичные обмотки 5 трубкой прямоугольного сечения 19, установленной на малое ребро, обеспечивая равномерные зазоры между витками. Устанавливают в зазоры прокладки-изоляторы 20, например, в виде цилиндрических шайб с разрезом. Выполняют изоляцию 21 внешней и внутренней поверхностей первичной обмотки 5. Размещают стержни магнитопровода внутри первичных обмоток 5 и заполняют зазор между ними электроизоляционным теплопроводным компаундом. Фиксируют выводы электрических проводов с наконечниками 22 на входах и выходах первичных обмоток 5.
Выполняют вторичные обмотки в виде секционных катушек, для чего производят намотку обмоток, заливают их в отдельные монолитные корпуса из электроизоляционного теплопроводного компаунда, которые затем соединяют при помощи фиксирующих элементов (если секционных катушек более одной на одном стержне), разместив шайбы между торцевыми поверхностями соединяемых секционных катушек.
Размещают первичные обмотки 5 со стержнями в центральных отверстиях вторичных обмоток и заполняют зазор электроизоляционным теплопроводным компаундом, образуя катушечные блоки 4.
Устанавливают ярма 3 магнитопровода в углубления 14 переднего 1 и заднего 2 радиаторов на теплопроводный компаунд.
Устанавливают катушечные блоки 4 между ярмами 3 магнитопровода и стягивают передний 1 и задний 2 радиаторы при помощи крепежных элементов 6. Соединяют входы и выходы первичных обмоток 5 через резьбовые втулки 7 и электроизоляционные развязки 9 посредством трубопроводов 8 с разветвителями 10 и входным 11 и выходным 12 фланцами-штуцерами соответственно. Закрепляют электроизоляционные развязки 9 и разветвители 10 на радиаторах. Подключают высоковольтные разъемы 23 катушечных блоков 4 в соответствии с электрической схемой.
При необходимости трансформатор закрепляют посредством отверстий 18 для крепления трансформатора в изделии, расположенных в опорных выступах, примыкающих к радиаторам.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность теплоотвода от магнитопровода и обмоток, обеспечить компактность, электрическую и механическую прочность трехфазного трансформатора. Так в опытном трансформаторе при расходе охлаждающей жидкости 25 л/ч выходная мощность составляет 15,5 кВт. При увеличении расхода охлаждающей жидкости до 29 л/ч эффективное охлаждение обеспечивает увеличение мощности трансформатора до 24,2 кВт.