ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Область техники
2
3
Полезная модель относится к электротехнике. Более конкретно, она относится к высоковольтным импульсным трансформаторам, которые могут использоваться, например, для преобразования и передачи энергии импульсного тока от взрывомагнитного генератора (ВМГ) в нагрузку. При этом плотность генерируемой электрической энергии в ВМГ может достигать 10 Дж/г, а удельная мощность сотни тысяч миллиардов Вт/м.
Уровень техники
В настоящее время не известны конструкции высоковольтных импульсных трансформаторов, позволяющие преобразовывать и передавать энергию импульса тока до нескольких десятков миллионов ампер (при пиковой мощности тысячи миллионов ватт), который получают с использованием ВМГ.
Известен трансформатор по патенту RU2216064, МПК H01F 38/42, 2003 г., который по числу совпадающих конструктивных признаков близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.
Прототип представляет собой высоковольтный трансформатор, содержащий цилиндрический полый каркас из диэлектрика, низковольтную и высоковольтную обмотки из изолированных проводников, размещенные на поверхности каркаса и разделенные изоляционным промежутком, и выводы обмоток, расположенные в торцевых частях каркаса.
Создание мощных высоковольтных импульсных трансформаторов связано с решением ряда проблем.
При больших импульсных токах явление насыщения магнитопровода является основным ограничивающим фактором в конструкциях и размерах импульсных трансформаторов и, как правило, магнитопровод использоваться не может. Другой проблемой является способность первичной обмотки пропускать огромный ток при длительности импульса только до десятков микросекунд. Проблемными свойствами высоковольтного импульсного трансформатора являются также коэффициент передачи энергии (или к.п.д.), конструкция устройства разводки, подключения и соединения обмоток. При высоких импульсных напряжениях на уровне 1 MB и выше проблематичным является сохранение электрической прочности изоляционного промежутка как между витками первичной и вторичной обмоток, так и вдоль вторичной обмотки. При работе с ВМГ также проблемным является подвод тока к первичной обмотке, так как индуктивность токового подвода должна быть на порядок меньше индуктивности первичной обмотки импульсного трансформатора, что вытекает из требований эффективности системы ВМГ - трансформатор.
Раскрытие полезной модели
Технический результат полезной модели, полученный в результате решения указанных проблем, состоит в повышении компактности конструкции и КПД формирования испытательного импульса, имитирующего удар молнии, что позволяет использовать предлагаемую конструкцию в качестве высоковольтного импульсного трансформатора МИК для испытания средств молниезащиты, например, на электроэнергетических объектах.
Предметом полезной модели является высоковольтный импульсный трансформатор, содержащий цилиндрический полый каркас из диэлектрика, низковольтную и высоковольтную обмотки из изолированных проводников, отличающийся тем, что обмотки выполнены многозаходными однослойными, высоковольтная обмотка расположена на каркасе поверх низковольтной, на первом торце каркаса соосно закреплены внутренний и внешний токопроводящие диски, разделенные диэлектриком, к внешнему диску подсоединены первые концы проводников обеих обмоток, а к внутреннему - вторые концы проводников низковольтной обмотки, выводы низковольтной обмотки, выполнены из разделенных диэлектриком внутренней и внешней токопроводящих труб, соединенных с соответствующими токопроводящими дисками, при этом вторые концы проводников высоковольтной обмотки подсоединены к изолированному выводу, который размещен вблизи второго торца каркаса, а другим выводом высоковольтной обмотки служит внешняя токопроводящая труба.
Высоковольтный импульсный трансформатор с указанной совокупностью признаков позволяет преобразовывать и передавать энергию импульса тока до нескольких десятков миллионов ампер и освоить энергетический диапазон несколько десятков миллионов джоулей) при пиковой мощности сотни тысяч миллионов ватт.
Новая конструкция высоковольтного импульсного трансформатора позволяет построить на базе ВМГ мобильный испытательный комплекс (МИК) для моделирования тока молнии по упрощенной схеме, исключающей взрывной размыкатель тока в цепи первичной обмотки импульсного трансформатора и замыкатель тока в цепи нагрузки.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 представлена конструкция заявляемого трансформатора.
Трансформатор содержит цилиндрический полый каркас 1 из диэлектрика, низковольтную 2 и высоковольтную 3 обмотки из изолированных проводников. Обмотки 2 и 3 выполнены многозаходными однослойными. Высоковольтная обмотка 3 расположена на каркасе 1 поверх низковольтной обмотки 2. На первом торце каркаса 1 соосно закреплены внутренний 4 и внешний 5 токопроводящие диски, разделенные диэлектриком 6. К внешнему диску 5 подсоединены первые концы проводников обеих обмоток, а к внутреннему 4 - вторые концы проводников низковольтной обмотки 2. Выводы низковольтной обмотки выполнены из разделенных диэлектриком внутренней 7 и внешней 8 токопроводящих труб. которые соединены с соответствующими токопроводящими дисками 4 и 5. Вторые концы проводников высоковольтной обмотки 3 подсоединены к изолированному выводу 9, размещенному вблизи второго торца каркаса 1. Другим выводом высоковольтной обмотки 3 и общим выводом обеих обмоток служит внешняя токопроводящая труба 8.
Первый торец каркаса 1 закрыт дисками 4 и 5. Второй торец каркаса 1 открыт.
На каркасе 1 размещены витки первичной обмотки 2, выполненной из изолированных проводников одинаковой длины и сечения. Все проводники (заходы) первичной обмотки 2 соединены параллельно. Вторые концы проводников, образующие начало обмотки 2, присоединены болтовыми креплениями к токопроводящему диску 4 в точках, расположенных равномерно по его окружности. Первые концы проводников, образующие конец обмотки 2, присоединены болтовым креплением к токопроводящему диску 5 в точках, равномерно расположенных по его окружности.
Начало первичной обмотки 2 расположено со стороны открытого торца каркаса 1 и соединяется с диском 4 вводными проводниками 10, проложенными в каналах каркаса 1 параллельно его оси.
Поверх первичной низковольтной обмотки 2 расположена вторичная высоковольтная обмотка 3 из изолированных проводников одинаковой длины и сечения. Все проводники (заходы) вторичной обмотки соединены параллельно. Первые концы 11 проводников, образующие начало высоковольтной обмотки 3, присоединены к внутреннему диску 4, выполняющему функцию токосборника для проводников обеих обмоток, болтовым креплением в точках, расположенных равномерно по его окружности. Вторые концы проводников, образующие конец высоковольтной обмотки 3, собраны в пучок 12 и выведены через изолированный высоковольтный вывод 9. к которому подключают нагрузку импульсного трансформатора.
Токовый ввод к дискам 4 и 5 выполнен коаксиальным из трубчатых шин: труба 7 в трубе 8. Соединение коаксиальных шин с дисками выполнено с помощью цанговых зажимов 13 и 14 соответственно.
Между слоями первичной обмотки 2 и вторичной обмотки 5 имеется промежуток, который заполнен изоляционным материалом, например поликарбонатной пленкой. Толщина намотки выбирается исходя из максимального напряжения на выходе импульсного трансформатора.
Решение проблем, возникающих при создании мощного импульсного трансформатора для МИК на базе ВМГ, с получением указанного выше технического результата, достигнуто путем:
- применения многозаходной первичной обмотки;
- расположения первичной обмотки на цилиндрическом каркасе первым слоем;
- применения многозаходной вторичной обмотки;
- расположения вторичной обмотки поверх первичной вторым слоем;
- выполнения первичной и вторичной обмоток однослойными;
- исключения магнитопровода;
- параллельного подключения всех заходов первичной обмотки к двум изолированным друг от друга токопроводящим дискам -токосборникам, расположенным с одного торца каркаса трансформатора;
- применения коаксиальных (труба в трубе) выводов для низковольтной обмотки.