ТЕПЛООТВОДЯЩАЯ ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ОБМОТКА ТРАНФОРМАТОРА

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к обмоткам высокочастотных трансформаторов и может найти применение в мощных высокочастотных трансформаторах вторичных источников электропитания. Предназначена для отвода тепла от обмоток мощных высокочастотных трансформаторов.
Известно устройство обмотка трансформатора к авторскому свидетельству СССР №598137, МПК H01F 27/22, от 10.12.75, опубл, 21.02.78 в бюлл. №10, содержащее дисковые чередующиеся катушки с теплоотводящими пластинами с разрезом из материала с высокой теплопроводностью. Теплоотводящие пластины снабжены в средней части тепловоспринимающими элементами в виде разрезных колец прямоугольного сечения, концы которых смещены по спирали намотки на толщину провода.
Недостатки: недостаточно высокая эффективность отвода тепла от обмоток трансформатора, сложность конструкции.
Известно устройство высокочастотный трансформатор к патенту на изобретение РФ №2125310 С1, МПК H01F 19/04, МПК H01F 27/28 от 18.06.96, опубл, 20.01.99, содержащее первичную обмотку в форме цилиндрической спирали, выполненную из трубки, изолированной по длине диэлектриком, вторичную обмотку, выполненную из трубки большего диаметра, состоящую из отдельных витков, электрически соединенных между собой, преимущественно параллельно, причем на каждом витке первичной обмотки коаксиально размещен виток вторичной обмотки.
Недостатки: недостаточно высокая эффективность отвода тепла от обмоток трансформатора, сложность конструкции.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является рассматриваемое в качестве аналога устройство для отвода тепла к авторскому свидетельству СССР №714521, МПК H01F 27/18, МПК H01F 27/22, от 23.07.75, опубл, 05.02.80 в бюлл. №5, содержащее гофрированный кожух и теплопроводящие элементы, выполненные в виде двух параллельных пластин, одни концы которых размещены между охлаждаемыми элементами трансформатора, а другие - в гофрах кожуха. Теплопроводящие элементы, установленные под углом к горизонтальной плоскости, снабжены тепловыми трубками, которые установлены между параллельными пластинами и жестко скреплены с ними.
Недостатки: недостаточно высокая эффективность отвода тепла от обмоток трансформатора, сложность конструкции.
Технический результат заключается в повышении эффективности отвода тепла от обмоток трансформатора и упрощении конструкции.
Технический результат достигается за счет того, что теплоотводящая высокочастотная обмотка трансформатора, содержащая магнитопровод, теплоотводящие элементы из тепловых труб, выполняющих роль высокочастотной обмотки, отличающаяся тем, что тепловая труба представляет собой обмотку трансформатора с незамкнутым внешним контуром теплоотведения.
Повышение эффективности отвода тепла от обмоток трансформатора достигается за счет исполнения обмотки трансформатора из тепловой трубы, которая представляет собой устройство, обладающее очень высокой теплопередающей способностью. Если характеризовать ее эквивалентным коэффициентом теплопроводности, то он оказывается в сотни раз больше, чем у меди. Конструктивно тепловая труба представляет собой цилиндрическую трубку, заполненную жидкостью-теплоносителем. Высокая теплопередающая способность ее достигается за счет того, что в тепловой трубе осуществляется конвективный перенос тепла, сопровождаемый фазовыми переходами жидкости-теплоносителя. При подводе теплоты к одному концу тепловой трубы жидкость нагревается, закипает и превращается в пар (испаряется). При этом она поглощает большое количество теплоты (теплота преобразования), которое переносится паром к другому более холодному концу трубы, где пар конденсируется и отдает поглощенную теплоту. Далее сконденсированная жидкость опять возвращается в зону испарения. Для возврата жидкости в зону испарения используются капиллярные эффекты, т.е. капиллярно-пористый слой, по которому под действием капиллярных сил и происходит обратное движение жидкости.
В аналоге тепловые трубы установлены между параллельными тепло-отводящими пластинами и жестко скреплены с ними, причем установлены под углом к горизонтальной плоскости. Такое техническое решение является недостаточно эффективным при теплоотведении для мощных высокочастотных трансформаторов, так как тепловые трубы размещены между частями обмотки трансформатора. В заявляемой полезной модели тепловая труба представляет собой обмотку трансформатора, что позволяет исключить размещение тепловых труб между частями обмотки и тем самым повысить эффективность теплоотведения.
Упрощение конструкции достигается за счет того, что тепловые трубы представляют собой обмотку трансформатора с незамкнутым внешним контуром теплоотведения, что не требует установки в конструкции системы охлаждения обмоток трансформатора насоса, который обеспечивал бы принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости. По патенту на изобретение РФ №2125310 С1 использован обычный трубчатый проводник, для охлаждения которого необходимо дополнительное устройство - насос, обеспечивающий принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости.
При конструктивном сравнении аналога с предложенной полезной моделью, в конструкции последней отсутствуют: кожух, выполненный в виде гофры; кварцевый наполнитель; сами тепловые трубы, размещенные между частями обмотки; параллельные пластины.
Основными преимуществами использования таких тепловых труб являются: высокая эффективность теплообмена, автономность работы, возможность реализации сложных теплопередающих функций и простота конструкции системы жидкостного охлаждения обмоток трансформатора.
Сопоставительный анализ представленного решения с аналогами позволяет сделать вывод о том, что заявляемая полезная модель отличается от известных аналогов совокупностью существенных отличительных признаков, отвечает условиям патентоспособности «новизна» и промышленная применимость. Полезная модель поясняется чертежами, где:
На фигуре 1 представлен вид поперечного сечения теплоотводящей обмотки на сердечнике;
На фигуре 2 представлен вид внутренней структуры теплоотводящей обмотки трансформатора;
На фигуре 3 представлен общий вид с контуром отбора тепла.
Полезная модель состоит из сердечника 1, теплоотводящей высокочастотной обмотки трансформатора 2, капиллярно-пористого слоя теплоотводящей трубки 3, теплоносителя 4, слоя изоляции 5, контура отбора тепла 6.
Полезная модель работает следующим образом. При протекании тока высокой частоты по теплоотводящей высокочастотной обмотке 2, выполненной из тепловой трупы и намотанной на сердечник 1 трансформатора, происходит нагрев проводника. Вследствие разницы температур зоны нагрева (витки обмотки 2) и зоны охлаждения (контур отбора тепла 6) происходит перенос тепла. К контуру отбора тепла 6 поступает теплоноситель 4 с высокой температурой, а по капиллярно-пористому слою 3 поступает теплоноситель 4 охлажденный. В результате чего осуществляется интенсивное охлаждение обмотки 2 трансформатора. Циркуляция теплоносителя 4 в теплоотводящей высокочастотной обмотке трансформатора обеспечивается особенностью конструкции обмотки трансформатора 2 выполненной из тепловой трубы.
Использование обмотки, выполненной из тепловой трубы, высокочастотного трансформатора, позволяет эффективно охлаждать проводник, причем отпадает необходимость в замкнутом внешнем контуре теплоотведения и соответственно в использовании насоса, что существенно упрощает конструкцию трубчатых обмоток трансформатора и удешевляет систему охлаждения.
Технико-экономический эффект.
Использование заявляемой полезной модели в г.Воронеже, с 2011 г, на предприятии ОАО «Электроприбор» и обеспечивает повышение эффективности отвода тепла от обмоток трансформатора и упрощение конструкции.