Полезные статьи

Патент на трансформатор

трансформатор

Изобретение предназначено для использования в качестве основного электротехнического оборудования электростанций, подстанций, линий электропередачи и других электроустройств. Трансформатор состоит из магнитопровода 1, двух обмоток 2 и 3, которые намотаны в одном направлении с одинаковым числом витков на один магнитопровод, между собой обмотки соединены выводами в последовательную цепь. Вводами они подключены к источнику питания. Параллельно к каждой обмотке подключена нагрузка. При подключении к источнику питания через обмотки 2 и 3 потечет ток i, который вызывает появление в каждой обмотке магнитодвижущей силы iW. Вследствие равенства числа витков обмоток 2 и 3 их магнитодвижующие силы одинаковы. А вследствие соединения между собой выводов обмоток 2 и 3 в последовательную цепь их магнитодвижующие силы будут компенсировать друг друга. При этом изменяется магнитная проницаемость магнитопровода. При спаде тока в полупериодах восстанавливается магнитная проницаемость сердечника. И, как следствие, в обмотках 2 и 3 между точкой соединения их и выводами наводится ЭДС, за счет чего напряжение на выходе повышается в 10 — 20 раз. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2119204

Изобретение относится к электротехнике и касается основного электротехнического оборудования электростанций, подстанций, линий электропередачи и других устройств.

Известны трансформаторы — электромагнитные статические преобразователи электрической энергии, имеющие две и более индуктивно связанных первичных и вторичных обмоток. Они служат для создания магнитного поля, посредством которого осуществляется передача электрической энергии от первичной обмотки к вторичной. Магнитопровод служит для усиления магнитной связи между обмотками (Сергеенков Б.Н., Киселев В.М., Акимова Н.А. Электрические машины. Трансформаторы. — М.: Высшая школа, 1989, с. 350).

Наиболее близким к изобретению по технической и максимальному количеству сходных признаков является трансформатор, содержащий магнитопровод, две обмотки, ервичную и вторичную, с одинаковым числом витков на один магнитопровод, соединенные между собой в последовательную цепь и подключенные выводами к источнику питания.

В известном трансформаторе вторичная обмотка по существу является обмоткой подмагничивания и работает в режиме автотрансформатора. Гальваническая связь с первичной обмоткой осуществляется через общую шину. Увеличение КПД трансформатора происходит вследствие согласования по емкостным связям между обмотками (а.с. СССР N 1125664, кл. H 01 F 19/08, 1984).

Известный трансформатор не лишен недостатков обычных трансформаторов:
— многовитковые вторичные обмотки, которые работают в узком диапазоне частот 50 — 400 Гц, большое сопротивление обмоток, то есть необходимость учета холостого хода трансформатора при расчетах количества витков вторичной обмотки для получения необходимого (заданного) напряжения на выходе, сложность конструкций трансформаторов при использовании всевозможных дополнительных деталей, изоляций и т.д. для снижения указанных недостатков.

Задачей изобретения было повышение напряжения на вторичной обмотке без увеличения числа витков, расширение частотного диапазона работы трансформатора, упрощение и облегчение конструкции.

Поставленная задача решается созданием трансформатора, содержащего магнитопровод, две обмотки, вводы и выводы обмоток, при этом обе обмотки намотаны в одном направлении с одинаковым числом витков на один сердечник магнитопровода, между собой обмотки соединены выводами в последовательную цепь, вводами подключены к источнику питания и параллельно к каждой обмотке подключена нагрузка.

Отличие предлагаемого изобретения заключается в следующем:
1) обе обмотки намотаны на один сердечник магнитопровода в одном направлении и имеют одинаковое число витков в отличие от классического трансформатора, где вторичная обмотка всегда является многовитковой (в повышающем трансформаторе);
2) выводами обе обмотки соединены между собой в последовательную цепь, в то время как в классическом трансформаторе обмотки между собой электрически не соединяются (за исключением автотрансформатора, но там наматывается лишь одна обмотка);
3) вводы обеих обмоток подключены к источнику питания — в классическом трансформаторе к источнику питания подключается только первичная обмотка;
4) параллельно к каждой обмотке подключена нагрузка, в то время как в классическом трансформаторе нагрузка подключена к выводу вторичной обмотки.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем:
Если первичную обмотку известного трансформатора при разомкнутой вторичной подключить к сети переменного тока с напряжением U1, то по ней потечет ток i1= i0. Обусловленная током i0 магнитодвижущая сила первичной обмотки i0w1 создает в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток , который будет сцеплен почти полностью со всеми витками первичной и вторичной обмоток.

Если вторичную обмотку трансформатора подключить к сопротивлению нагрузки R, то по ней потечет переменный ток i2. Обусловленная током i2 МДС вторичной обмотки, согласно закону Ленца, направлена встречно МДС первичной обмотки и, следовательно, стремится изменить созданный этой МДС поток . Однако в действительности заметного изменения магнитного потока не происходит, так как одновременно с появлением тока во вторичной обмотке в первичной обмотке также возникает ток, который компенсирует размагничивающее действие тока i2 и поддерживает магнитный поток постоянным ( = const).
При подключении трансформатора к нагрузке во вторичной обмотке появляется ток i2, изменение которого вызывает изменение тока i1 в первичной обмотке, поскольку первичная обмотка электромагнитно связана со вторичной.

Токи i1 и i2 создают первичную и вторичную МДС F1 = i1w1 и F2 = i2w2, совместным действие которых создается магнитное поле трансформатора.

Если обе обмотки предлагаемого трансформатора подключить к сети переменного тока с напряжением U1, то по обмоткам потечет ток i0. Обусловленная током i0 магнитодвижущая сила первой обмотки i0w1 создает в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток 1, аналогично и во второй обмотке возникает магнитодвижущая сила i0w2, которая равна МДС первой обмотки i0w1, поэтому возникающий во второй обмотке переменный магнитный поток 2 будет компенсировать магнитный поток первой обмотки 1. Когда первая и вторая обмотки электрически соединяются между собой и подключаются к сопротивлению нагрузки и то при прохождении электрического тока через обмотки он увеличивается пропорционально R нагрузки, что приводит к увеличению МДС, а, следовательно происходит повышение U трансформатора на выходе.

Промышленная применимость предлагаемого трансформатора доказывается следующим.

На фиг. 1 изображена электрическая схема трансформатора, где 1 — магнитопровод; 2 — первая обмотка; 3 — вторая обмотка; a и A — вводы (начало) первой и второй обмоток; x и X — выводы (конец) первой и второй обмоток; сопротивление нагрузки, подключенной к первой обмотке; сопротивление нагрузки, подключенной к второй обмотке.

На магнитопровод 1 наматываются обе обмотки — первая 2 и вторая 3 в одном направлении и имеют одинаковое число витков, причем обмотка 3 наматывается на обмотку 2. Выводы обмоток x и X соединяются между собой в последовательную цепь, вводы обмоток a и A подключаются индивидуально к источнику питания. Параллельно к каждой обмотке подключается сопротивление нагрузки на пути тока от источника питания к первой обмотке и к общему выводу обмоток соответственно ко второй обмотке.

Название обмоток не соответствуют понятиям обычного трансформатора — первичная и вторичная, т.к. в известном трансформаторе — только первичная обмотка подключается к источнику питания, а вторичная обмотка — к сопротивлению нагрузки.

В предлагаемом трансформаторе обе обмотки подключаются к источнику питания самостоятельно, и к обеим обмоткам подключается сопротивление нагрузки, поэтому мы называем обмотки первая и вторая, чтобы как-либо различить их.

Трансформатор работает следующим образом.

I. Холостой ход (без подключения нагрузки). Вводы обмоток a и A подключаются индивидуально к источнику питания U. Выводы x и X соединяются между собой в последовательную цепь. При подключении к источнику питания через обмотки 2 и 3 течет ток i, который вызывает появление в каждой обмотке магнитодвижущей силы МДС, равной iw. Вследствие того, что число витков каждой обмотки одинаково, МДС обеих обмоток 2 и 3 будет одинакова и равна iw, а вследствие соединения между собой выводов обмоток 2 и 3 в последовательную цепь, МДС каждой из обмоток будут компенсировать друг друга. Вследствие наведения МДС изменяется магнитная проницаемость сердечника магнитопровода 1. При спаде тока в полупериодах в обмотках происходит восстановление магнитной проницаемости и, как следствие, в обеих обмотках между точкой соединения обмоток и их вводами наводится электродвижущая сила (ЭДС), за счет чего напряжение трансформатора на выходе повышается в 10 — 20 раз при наличии фактически одной — первичной — обмотки.

II. Рабочий ход (с подключением нагрузок). Сопротивление нагрузки подключается на пути тока i от источника питания к первой обмотке 2 и общему соединению выводов, сопротивление нагрузки соответственно подключается ко второй обмотке 3. Ток i от источника питания пропускают через образовавшийся замкнутый контур — ввод — обмотка — соединение выводов — сопротивление нагрузки — ввод, при этом первичный ток i увеличивается в каждом контуре пропорционально Rн нагрузки, что приводит к изменению ЭДС в контуре — увеличению ЭДС. При малом сопротивлении нагрузки (равном сопротивлению обмотки) напряжение U будет равно падению напряжения на обмотке. При стремлении сопротивления нагрузки к сопротивлению обмотки вторичное напряжение U будет пропорционально понижаться.

В результате ЭДС на выходе трансформатора повышается, происходит повышение напряжения на выходе в десятки раз при наличии фактически одной (первичной) обмотки.

Преимущества предлагаемого трансформатора будут заключаться в следующем:
1) Фактически отсутствует вторичная обмотка, которая в классическом трансформаторе имеет кратное количество витков во столько раз, во сколько нужно повысить напряжение. В предлагаемом трансформаторе высокое напряжение появляется на первой обмотке, имеющей низкое сопротивление. Вследствие этого происходит уменьшение габаритов трансформаторов.

2) Обычный трансформатор работает при низких частотах подаваемого тока, невозможность его работы на высоких частотах связана со сложностью конструкции из-за потерь в сердечнике и его нагрева. Предлагаемый трансформатор работает на любых частотах, вплоть до 100 мГц и выше. Вследствие отсутствия индуктивности при любом качестве магнитопровода можно поднимать рабочую частоту трансформатора.

3) На единицу веса трансформатора можно увеличить передаваемую мощность при фиксированной частоте.

Предлагаемый трансформатор изготовлен и работает в течение 3-х лет, создавая повышение напряжения в десятки раз на частотах 10 — 40 мГц.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Трансформатор, содержащий магнитопровод, две обмотки, вводы и выводы обмоток, отличающийся тем, что обе обмотки намотаны в одном направлении с одинаковым числом витков на один магнитопровод и соединены между собой выводами в последовательную цепь, вводами подключены к источнику питания и параллельно к каждой обмотке подключена нагрузка.

  1. Главная
  2. Реестр патентов

Последние новости

(21), (22) Заявка: 2009106397/09, 24.02.2009

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
24.02.2009

(46) Опубликовано: 10.08.2010

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2261521 С2, 27.09.2003. RU 96108039 A, 27.07.1998. SU 790150 A, 23.12.1980. TW 419882 A, 21.01.2001.

Адрес для переписки:
660077, г.Красноярск, ул. Алексеева, 109, кв.229, А.И. Демидову

(72) Автор(ы):
Азанов Валерий Николаевич (RU),
Лыков Николай Борисович (RU),
Демидов Анатолий Иванович (RU)

(73) Патентообладатель(и):
Общество с ограниченной ответственностью «Современные технологии в строительстве» (RU)

(54) РЕЗОНАНСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Изобретение относится к электротехнике, к энергопреобразовательным устройствам и может быть использовано в цепях питания электротехнических устройств и систем. Технический результат состоит в повышении универсальности выходных параметров и технологичности управления трансформатором, расширении выходных энергетических параметров и возможности их плавной регулировки. Резонансный трансформатор включает первичную и вторичную коаксиально расположенные обмотки. Во внутренней полости вторичной обмотки коаксиально установлена дополнительная обмотка, внутри дополнительной обмотки установлен сердечник из феррита, выполненный не замкнутым. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к энергопреобразовательным устройствам и может быть использовано в целях питания электротехнических устройств и систем.

Известно устройство для получения электрической энергии, состоящее из источника высоковольтного напряжения, зарядного конденсатора, разрядника, бессердечникового трансформатора, первичная обмотка которого подключена к цепи разрядник-зарядный конденсатор, отличающееся тем, что, с целью обеспечения работы устройства как эфиродинамического генератора электроэнергии, вторичная обмотка настроена в резонанс с разрядом, при этом для обеспечения положительной обратной связи выход вторичной обмотки трансформатора подключен через выпрямитель к зарядному конденсатору /Заявка RU 2003113351, 2004 г./.

Известное устройство не обеспечивает получения на выходе низкого напряжения для потребителя.

Известно устройство захвата и преобразования энергии физического вакуума в электрическую энергию, содержащее: доработанный трансформатор, генератор синусоидального тока, конденсатор первичной обмотки трансформатора, конденсатор вторичной обмотки трансформатора, согласующий элемент, аккумуляторную батарею /Заявка RU 2001109811, 2003 г./.

Известное устройство конструктивно сложно, не технологично в использовании, особенно при настройке, ограниченно применимо при высоких значениях энергетических параметров, не отвечает требованиям безопасности (высокое напряжение), отсутствует электромагнитная совместимость с потребителем.

Известен трансформатор Н.Тэсла, состоящий из трех обмоток — первичной и двух вторичных, расположенных внутри первичной обмотки. Одна вторичная обмотка высоковольтная, а вторая обмотка низковольтная, расположенные аналогично высоковольтной / В.А.Ацюковский. Трансформатор Н.Тэсла: Энергия из эфира. Издательство «Петит», 2004 г., стр.8-7/. Недостатком известного трансформатора является малая площадь взаимодействия обмоток между собой.

Наиболее близким является резонанс-трансформатор, имеющий в первичной цепи настроенные в резонанс при резонансной частоте индуктивность и емкость (резонанс токов или напряжений), отличающийся тем, что катушка в первичной цепи имеет два сердечника, меньший из которых содержит вторичную обмотку, с которой снимается полезная мощность, при этом общее изменение индуктивности катушки в первичной цепи не превышает (даже при полной загрузке трансформатора) нескольких процентов, что практически не влияет на резонанс, снимаемая с вторичной обмотки мощность превосходит мощность эл. тока в первичной цепи, т.к. при резонансе полная мощность на катушке трансформатора в первичной цепи в Од раз (добротность) превышает полную мощность, подведенную к первичной цепи, резонанс поддерживается при изменении нагрузки трансформатора либо изменением емкости и индуктивности резонансного контура, либо изменением частоты подведенного тока /Заявка RU 96108039, 1998 г./.

Известный трансформатор не обладает высокой добротностью, конструктивно сложен, не технологичен при регулировке выходных параметров. Задачей изобретения является повышение универсальности выходных параметров и технологичности управления трансформатором, расширение выходных энергетических параметров и возможность их плавной регулировки.

Задача решается тем, что в резонансном трансформаторе, включающем первичную и вторичную коаксиально расположенные обмотки, согласно изобретению во внутренней полости вторичной обмотки коаксиально установлена дополнительная обмотка, внутри дополнительной обмотки установлен сердечник из феррита, выполненный не замкнутым. Отличительными признаками являются:

— во внутренней полости вторичной обмотки коаксиально установлена дополнительная обмотка (что снижает конструктивную сложность, обеспечивает возможность реализации технологичного управления энергетическими параметрами);

— внутри дополнительной обмотки установлен сердечник, выполненный из феррита (что обеспечивает расширение значений выходных параметров — тока и напряжения);

— сердечник выполнен не замкнутым (что снижает материалоемкость и конструктивную сложность).

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию «новизна». Сравнение заявляемого решения с аналогами и другими известными решениями не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежом, где трансформатор представлен в разрезе Резонансный трансформатор содержит первичную обмотку 1, вторичную обмотку 2, дополнительную обмотку 3, каркас 4 катушки, сердечник 5.

Резонансный трансформатор работает следующим образом. В первичную обмотку 1 трансформатора с высокой частотой поступают импульсы тока с короткими фронтами, инициируемые генератором импульсов (на чертеже не указан). Во вторичной обмотке 2, имеющей большее число витков, чем в первичной, возникает явление резонанса, при котором инициируется высокое напряжение /В.А.Ацюковский. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газообразном эфире. «Энергоиздат», 1990 г., стр.5-7/.

Возникают резонансные колебания, обусловленные параметрами вторичной обмотки (диаметр провода, число витков, толщина и материал изоляции), что в свою очередь инициирует низковольтное напряжение в дополнительной обмотке 3, имеющей меньшее количество витков, чем во вторичной обмотке. К дополнительной обмотке при необходимости могут подключаться выпрямительные диоды и сглаживающий конденсатор. При этом полученное постоянное напряжение может использоваться либо непосредственно, либо через соответствующие преобразователи, изменяющие постоянный ток в вид энергии, необходимый потребителю. Резонансный трансформатор способен работать без сердечника, но при использовании трансформатора с сердечником энергетические показатели возрастают по меньшей мере на 10%. Не замкнутый сердечник обеспечивает заданное нормальное функционирование трансформатора без насыщения сердечника и сопутствующей диспропорции в преобразовании электроэнергии.

Управление выходной мощностью трансформатора выполняется без изменения параметров трансформатора, а осуществляется изменением только входного воздействия управляющих импульсов, создаваемым любым генератором.

Резонансный трансформатор обеспечивает повышение универсальности выходных параметров и технологичность регулировки, с расширением выходных энергетических параметров и возможность их плавной регулировки от любого импульсного генератора, что в свою очередь обеспечивает простоту и удобство управления.

1. Резонансный трансформатор, включающий первичную и вторичную коаксиально расположенные обмотки, отличающийся тем, что во внутренней полости вторичной обмотки коаксиально установлена дополнительная обмотка.

2. Резонансный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что внутри дополнительной обмотки установлен сердечник, выполненный из феррита.

3. Резонансный трансформатор по п.2, отличающийся тем, что сердечник выполнен не замкнутым.

bd.patent.su

Патент на трансформатор

Патент РФ на полезную модель № 50713 «Трансформатор напряжения»

Патентообладатель: Открытое акционерное общество «Самарский трансформатор»; Авторы: Николаев Пётр Дмитриевич ; Международная патентная классификация: H01F 27/28 (2006.01) ; Дата подачи заявки: 12.05.2005; Дата публикации сведений о выдаче патента (выдача патента): 20.01.2006.

Полезная модель относится к области электротехнического оборудования, а конкретно к трансформаторам напряжения, предназначенным для выработки сигнала измерительной информации для измерительных приборов в цепях учета, защиты и сигнализации в сетях 6 – 10 кВ переменного тока промышленной частоты с изолированной нейтралью или заземленной через дугогасящий реактор.

Известен трехфазный трехобмоточный трансформатор напряжения с естественным масляным охлаждением. Трансформатор содержит заполненный маслом бак с крышкой. Магнитопровод с обмотками закреплен на крышке и погружен в масло. На крышке смонтированы изоляторы для подключения обмоток (см. Петров В.Н., Использование трансформаторов напряжения для присоединения аппаратуры диспетчерского управления к сельским распределительным сетям, материалы диссертации на соискание степени кандидата технических наук, Москва, 1972, стр. 39-50).

Известный трансформатор не предусматривает цепь защиты от резонансных перенапряжений в случае однофазных замыканий и при возникновении феррорезонанса. Соответственно, конструкция трансформатора не предусматривает никаких средств для обеспечения защитных функций.

Задача полезной модели заключается в разработке конструкции трансформатора напряжения, позволяющей обеспечить защиту трансформатора при однофазных замыканиях и в случае возникновения феррорезонанса.

Упомянутая защита может быть реализована по схеме, описанной в Авторском свидетельстве СССР № 1319158, МПК 4 H02H 9/04, опубл. 23.06.87.

Эта схема предусматривает электрическое соединение двух трансформаторов для защиты от резонансных перенапряжений трансформатора напряжения в сети с изолированной нейтралью.
Поставленная задача решается объединением в единое конструктивное целое двух трансформаторов.

Первый трёхфазный трехобмоточный трансформатор: первичные и основные вторичные обмотки соединены по схеме звезда, дополнительные вторичные – разомкнутый треугольник. Трансформатор предназначен для питания цепей измерительных приборов учета электрической энергии, для цепей защиты и контроля изоляции.

Второй трансформатор нулевой последовательности, двухобмоточный, первичная обмотка которого включена в нейтраль первого трансформатора и заземлена. Вторичная обмотка выведена на крышку бака. Этот трансформатор предназначен для защиты первого от повреждения при однофазных замыканиях и феррорезонансе.

Охраняемая конструкция трансформатора предусматривает два набранных из пластин магнитопровода, каждый из которых выполнен двухстержневым броневого типа. На первом магнитопроводе монтируются обмотки двух фаз для питания измерительных приборов, а на втором — обмотки третьей фазы и обмотки для защиты.

Магнитопроводы смонтированы в двухъярусный блок, который располагается внутри бака и закреплен на крышке. Также на крышке закреплены изоляторы с контактами для подключения обмоток.

Как вариант, для соединения магнитопроводов и крышки на них закреплены уголки. Магнитопроводы соединены между собой и с крышкой за счет соединения уголков, сопрягаемых параллельными выступами, в которых выполнены отверстия под резьбовое соединение. Бак заполняется охлаждающей жидкостью, в качестве которой, как правило, используется трансформаторное масло.

Пример конкретного выполнения полезной модели поясняется чертежами:

— на фиг.1 показан общий вид трансформатора напряжения, на котором условно показан блок магнитопроводов, установленный внутри бака;

— на фиг.2 показан блок магнитопроводов, закрепленный на крышке, на которой установлены изоляторы;

— на фиг.3 показано соединение магнитопроводов между собой и с крышкой уголками.

На первом магнитопроводе 1 смонтированы обмотки питания 2 измерительных приборов. На втором магнитопроводе 3 установлены обмотки 4 для измерения и защиты.

На магнитопроводах 1, 3 и на крышке 5 закреплены уголки 6. Между собой магнитопроводы 1, 3 и с крышка 5 соединены за счет соединения уголков 6, сопрягаемых параллельными выступами, в которых выполнены отверстия под резьбовое соединение 7.

Закрепленный на крышке 5 блок магнитопроводов 1, 3 располагается внутри бака 8, который заполнен трансформаторным маслом. Для подключения обмоток трансформаторов используются контакты с изоляторами 9, установленными на крышке 5. Обмотки намотаны проводом ПЭТВ 2. Обмотки для подключения фаз имеют слоевую секционную конструкцию. Защитные обмотки имеют слоевую цилиндрическую конструкцию.

Формула полезной модели

1. Трансформатор напряжения, содержащий заполненный маслом бак с крышкой, два набранных из пластин магнитопровода, каждый из которых выполнен двухстержневым броневого типа, на первом магнитопроводе монтируются обмотки двух фаз питания измерительных приборов, а на втором — обмотки третьей фазы и для защиты, магнитопроводы смонтированы в двухъярусный блок, располагаются внутри бака и закреплены на крышке, при этом изоляторы с контактами для подключения обмоток также установлены на крышке.

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что на магнитопроводах и на крышке закреплены уголки, при этом магнитопроводы соединены между собой и с крышкой за счет соединения уголков, сопрягаемых параллельными выступами, в которых выполнены отверстия под резьбовое соединение.

3. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что бак заполнен трансформаторным маслом.

Полезная модель относится к области электротехнического оборудования, а конкретно к трансформаторам напряжения, предназначенным для выработки сигнала измерительной информации для измерительных приборов в цепях учета, защиты и сигнализации в сетях 6 – 10 кВ переменного тока промышленной частоты с изолированной нейтралью или заземленной через дугогасящий реактор. На первом магнитопроводе 1 смонтированы обмотки питания 2 измерительных приборов. На втором магнитопроводе 3 установлены обмотки 4 для измерения и защиты. Магнитопроводы 1, 3 соединены в двухъярусный блок, закрепленный на крышке 5, и располагаются внутри бака 8. Для подключения обмоток трансформаторов используются контакты с изоляторами 9, установленными на крышке 5. 2 з.п.ф-лы, 3 Ил.

www.propatent.ru

трансформатор высокого напряжения

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторам высокого напряжения для каскадного соединения. Технический результат состоит в повышении напряжения при каскадном напряжении. Трансформатор (1) высокого напряжения для каскадного соединения включает первичную обмотку (8), обмотку (16) высокого напряжения и магнитопровод (4)со вторичной обмоткой (24). Первичная обмотка и обмотка высокого напряжения (8, 16) концентрично охватывают по меньшей мере часть магнитопровода (4). Обмотка (16) высокого напряжения состоит из одного или нескольких отдельных слоев, соединенных параллельно.3 з.п.ф-лы, 6 ил.

Рисунки к патенту РФ 2524672

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к трансформатору высокого напряжения. Более конкретно, изобретение относится к трансформатору высокого напряжения для каскадного соединения, включающему первичную обмотку, обмотку высокого напряжения и магнитопровод, причем первичная обмотка и обмотка высокого напряжения охватывают по меньшей мере часть магнитопровода трансформатора.

В данном описании используется понятие «хорошие высокочастотные свойства». В отношении так называемого импульсного трансформатора оно означает, что указанный трансформатор имеет относительно низкую индуктивность связи между первичной и вторичной обмотками, относительно слабо выраженные скин-эффект и эффект близости в обмотках на относительно высоких частотах, относительно низкую паразитную емкость внутри обмоток и относительно низкую емкость между обмотками и между обмотками и магнитопроводом трансформатора. Это относится, в частности, к обмотке высокого напряжения. Перечисленные физические параметры хорошо известны специалисту в данной области, и поэтому в дальнейшем изложении не поясняются.

Для импульсных трансформаторов, работающих вблизи области насыщения (что типично для инверторов), используется выражение

где Bs — плотность магнитного потока при насыщении, U — пиковое напряжение на обмотке, f — рабочая частота, n — количество витков, Ae — эффективное поперечное сечение магнитопровода трансформатора.

Из данного выражения следует, что высокое выходное напряжение можно получить, повышая частоту, увеличивая напряженность поля насыщения, увеличивая поперечное сечение магнитопровода и увеличивая количество витков.

При недостатке места часто наиболее простым решением является увеличение частоты. Во избежание слишком больших потерь на вихревые токи для изготовления магнитопровода приходится использовать материалы с низкой электрической проводимостью, например феррит, порошкообразное железо, или так называемые витые ленточные магнитопроводы.

Способы питания трансформатора на относительно высокой частоте включают использование так называемого способа SMPS (Switched Mode Power Supply, импульсный источник питания). В данном способе входное напряжение преобразуется в высокочастотные импульсы, обычно прямоугольной формы, которые затем подаются на трансформатор высокого напряжения.

Как уже упоминалось, количество витков во вторичной обмотке трансформатора высокого напряжения известного уровня техники, определяемое режимом работы, относительно велико. Как следствие, возрастает емкость вторичной обмотки, поскольку такая обмотка содержит много слоев относительно тонкого провода с меньшим средним расстоянием между ними, чем в трансформаторе с обмоткой, намотанной проводом большего диаметра.

Пространство, требуемое для увеличения количества витков вторичной обмотки, ведет к увеличению размеров магнитопровода трансформатора и первичной обмотки. Кроме того, между обмоткой высокого напряжения, первичной обмоткой и магнитопроводом трансформатора необходима изоляция значительной толщины. При этом рост размеров трансформатора ведет к возрастанию потерь в обмотках трансформатора, к тому же трансформаторы высокого напряжения такого типа имеют относительно небольшой коэффициент связи. Небольшой коэффициент связи можно интерпретировать как относительно высокую индуктивность связи. Причиной снижения коэффициента связи является то, что относительно большое расстояние между первичной и вторичной обмотками ухудшает магнитную связь между ними.

Эта нежелательная и, по большей части, неизбежная паразитная индуктивность связи так же, как и вторичная емкость (и в сочетании со вторичной емкостью), влияет на ток в трансформаторе. Поскольку индуктивность связи ограничивает высокочастотный ток, а также поскольку большая часть данного тока расходуется на питание внутренней паразитной емкости вторичной обмотки, возникает очевидное ограничение выходной мощности, снимаемой со вторичной обмотки на высоких частотах. Поэтому высокочастотные трансформаторы такого типа имеют относительно узкую полосу частот, т.е. наивысшую частоту питания, на которой может работать высокочастотный трансформатор.

Известная низковольтная технология SMPS дает возможность получать напряжения до примерно 1 кВ. Для получения более высоких напряжений необходима модификация трансформатора посредством использования таких известных технологий, как умножение напряжения, каскадное включение высокочастотных трансформаторов, слоевая намотка и так называемая «резонансная коммутация», компенсирующих влияние относительно узкой полосы частот высокочастотного трансформатора.

Общим для всех перечисленных технологий является то, что они, лишь частично устраняя недостатки, усложняют конструкцию и увеличивают стоимость всего высокочастотного преобразователя.

Известно, что снижение количества слоев в обмотках позволяет улучшить характеристики трансформатора. В патенте США 7274281 рассмотрен трансформатор для газоразрядной лампы (например, люминесцентной), имеющий две последовательно соединенные первичные обмотки, которые могут быть образованы одним слоем намотки.

В патенте США 1680910 рассмотрен трансформатор для каскадного соединения. Он, однако, непригоден для импульсных источников, поскольку имеет высокую емкость обмоток и низкий коэффициент связи.

В патенте США 4518941 рассмотрен трансформатор, пригодный для импульсных источников питания, но имеющий номинальный коэффициент трансформации 1:1. Трансформатор в соответствии с данным документом непригоден для использования в качестве трансформатора высокого напряжения.

В патенте США 3678429 рассмотрен трансформатор высокого напряжения для каскадного соединения, снабженный, помимо первичной обмотки и вторичной обмотки, обмоткой для каскадного соединения. Из-за особенностей конструкции обмотки высокого напряжения трансформатор в соответствии с указанным патентом непригоден для использования в импульсных источниках.

В патенте США 3579078 рассмотрен однокаскадный трансформатор, работающий совместно с так называемым учетверителем напряжения. Указанный трансформатор, однако, не решает существующую техническую проблему, поскольку один каскад не позволяет получить достаточно высокое напряжение.

Из патента WO 2007045275 известно использование вместе с так называемым обратноходовым преобразователем двух вторичных обмоток для каскадного соединения, что позволяет получить стабильное выходное напряжение в каждом каскаде.

В известном уровне техники нет трансформаторов, обеспечивающих достаточно высокое напряжение и при этом пригодных для каскадного соединения.

Целью настоящего изобретения является устранение или снижение по меньшей мере одного из недостатков известного уровня техники.

Указанная цель достигается настоящим изобретением благодаря особенностям, указанным в нижеследующих описании и формуле изобретения.

Предложен трансформатор высокого напряжения для каскадного соединения, включающий первичную обмотку, обмотку высокого напряжения и магнитопровод, причем первичная обмотка и обмотка высокого напряжения концентрично охватывают по меньшей мере часть магнитопровода трансформатора, вторичную обмотку, при этом обмотка высокого напряжения состоит из одного отдельного слоя либо нескольких параллельно соединенных отдельных слоев.

В трансформаторе высокого напряжения в соответствии с настоящим изобретением напряжение на первичной и вторичной обмотках невысоко по сравнению с напряжением на обмотке высокого напряжения. Вторичная обмотка рассчитана на передачу большей мощности, чем обмотка высокого напряжения.

Обмотка высокого напряжения тоже является вторичной обмоткой, но, чтобы отличать ее от вторичной обмотки с относительно низким напряжением, используется данное наименование.

Выполняя обмотку высокого напряжения в виде одного слоя, имеющего форму трубки, внутреннюю паразитную емкость обмотки высокого напряжения сводят к практически достижимому минимуму. Для снижения сопротивления обмотки высокого напряжения она может быть образована несколькими однослойными обмотками, соединенными параллельно, например, в области выводов обмотки высокого напряжения. Может быть целесообразным использование между слоями изоляционных прокладок, изготовленных, например, из полиамидной пленки. Собственная емкость многослойной обмотки высокого напряжения такой конструкции ниже емкости обмотки высокого напряжения известной конструкции, в которой последовательно соединены слои, намотанные туда и обратно.

Между первичной обмоткой и вторичными обмотками может быть кольцевое отверстие для протекания охлаждающей текучей среды. Такое отверстие между обмотками и магнитопроводом трансформатора одновременно обеспечивает и необходимую толщину изоляции, и относительно низкую емкость как между обмотками, так и между обмотками и магнитопроводом трансформатора.

Поскольку обмотка высокого напряжения, намотанная в форме трубки, по оси находится вне первичной обмотки и обычно концентрична с ней, достигается относительно высокий коэффициент связи между обмотками. Индуктивность утечки между обмотками поэтому пренебрежимо мала. Частота fs последовательного резонанса трансформатора определяется выражением:

где

Здесь Lm — индуктивность намагничивания первичной обмотки, kp — коэффициент связи, Nsek и Nprim — соответственно количество витков во вторичной и первичной обмотках. Cs представляет собой полную паразитную емкость вторичной обмотки. Частота последовательного резонанса является непосредственной мерой высокочастотных свойств трансформатора.

В известном уровне техники с целью снижения сопротивления и потерь в проводниках общепринято заполнять так называемое окно трансформатора обмотками. Обмотка высокого напряжения, имея относительно большой объем, обычно занимает значительную долю этого окна. Тем самым выполнение обмотки высокого напряжения в виде всего лишь одного слоя нарушает известные принципы проектирования трансформаторов.

Несмотря на то что в соответствии с настоящим изобретением в обмотке высокого напряжения используется только один слой, для надлежащего повышения напряжения количество витков в обмотке высокого напряжения должно быть достаточно большим по отношению к первичной обмотке. Поскольку обмотка высокого напряжения должна занимать такую же общую длину, что и первичная обмотка, а эта длина ограничивается размером окна, в обмотке высокого напряжения необходимо использовать относительно тонкий провод. Это ведет к росту сопротивления обмотки высокого напряжения и необходимости выполнять обмотку высокого напряжения в форме тонкой трубки. Указанный эффект компенсируется тем, что трансформатор может быть сделан относительно небольшим, благодаря чему длина каждого витка сокращается. Соответственно, снижается и сопротивление.

Если трансформатор высокого напряжения данного типа используется в каскадном соединении, то требуемая мощность каждой обмотки высокого напряжения снижается в соответствии с формулой:

Здесь M — номер каскада, а N — количество каскадов.

Поскольку обмотка высокого напряжения намотана относительно тонким проводом, мощность, которую можно снять с данной обмотки, ограничена. Этот недостаток в значительной мере компенсируется тем, что трансформатор в соответствии с настоящим изобретением имеет по сравнению с трансформаторами известного уровня техники повышенную эффективность, а тонкий провод обмотки оставляет место для охлаждающего просвета между обмотками и между обмотками и магнитопроводом трансформатора, что дает возможность обеспечить хорошее охлаждение указанных элементов и хорошую изоляцию между ними.

Если трансформатор в соответствии с настоящим изобретением используется в вышеописанном каскадном соединении, то требование к мощности, снимаемой с обмотки высокого напряжения, значительно снижается по сравнению с известным уровнем техники, и тем самым значимость недостатка, связанного с высоким сопротивлением обмотки высокого напряжения, дополнительно снижается. Это делает трансформатор высокого напряжения в соответствии с настоящим изобретением пригодным для питания от импульсного источника.

Обмотка высокого напряжения в трансформаторе высокого напряжения может располагаться между первичной обмоткой и вторичной обмоткой.

При соединении вторичной обмотки первого трансформатора последовательно с первичной обмоткой второго трансформатора, а обмотки высокого напряжения первого трансформатора последовательно с обмоткой высокого напряжения второго трансформатора с непосредственным выпрямлением напряжения на обмотках высокого напряжения складываются, а часть мощности передается от первого трансформатора второму трансформатору через вторичную обмотку первого трансформатора, а не через обмотку высокого напряжения первого трансформатора.

Блок высокого напряжения может, таким образом, включать два или более каскадно соединенных трансформатора. Выходная мощность на высоковольтной стороне делится между обмотками высокого напряжения нескольких каскадов, в большей части которых выходное напряжение должно быть выпрямлено перед последовательным соединением во избежание нагружения обмотки высокого напряжения одного каскада на паразитную емкость обмоток следующего каскада.

Благодаря тому, что полная выходная мощность делится между несколькими обмотками высокого напряжения, каждая обмотка высокого напряжения может быть рассчитана только на долю выходной мощности, определяемую количеством каскадов.

Чтобы дополнительно повысить выходное напряжение либо уменьшить количество витков с целью использования в обмотке более толстого провода, обмотка высокого напряжения первого трансформатора может соединяться с умножителем напряжения известного типа. Каскадно соединенные второй и последующие трансформаторы также могут соединяться со своими умножителями напряжения.

Обмотка высокого напряжения, имеющая только один слой и поэтому занимающая меньше места, позволяет увеличить толщину изоляции между слоями. Конструкция обмотки в форме тонкой трубки позволяет улучшить охлаждение как обмотки, так и магнитопровода трансформатора, благодаря чему трансформатор может работать при относительно более высокой мощности по отношению к его физическому размеру. Поскольку внутренние элементы трансформатора хорошо охлаждаются, а также поскольку устраняется внутренний разогрев однослойной обмотки, такой трансформатор также пригоден для использования при относительно высокой температуре окружающей среды.

Несколько каскадно соединенных трансформаторов в соответствии с настоящим изобретением могут выдавать при высоком напряжении как постоянный ток, так и постоянный ток в сочетании с переменным, поскольку в одном каскаде выпрямление может не использоваться. Поскольку первичное питающее напряжение во все каскады подается через обмотки низкого напряжения, с целью формирования разных напряжений, которые могут требоваться в системе, можно использовать указанное переменное напряжение для питания в высоковольтном каскаде одного или нескольких дополнительных трансформаторов с другими коэффициентами трансформации. Напряжение со вторичной обмотки в последнем каскаде может, например, питать дополнительный трансформатор для формирования напряжения накала рентгеновской трубки. При этом трансформатор может выдавать как отдельное низкое переменное напряжение, так и выпрямленное переменное напряжение, наложенное на высокое напряжение.

Трансформатор в соответствии с настоящим изобретением особенно хорошо подходит для использования в миниатюрных источниках высокого напряжения. Трансформатор занимает относительно немного места, работоспособен при относительно высокой температуре окружающей среды, может быть выполнен в форме удлиненного цилиндра и может использоваться там, где есть потребность в постоянном высоком напряжении или в постоянном высоком напряжении с наложенным переменным напряжением.

Трансформатор, таким образом, может найти применение в нефтяных скважинах, окрасочных производствах, рентгеновских аппаратах, электростатических фильтрах, для создания холодной плазмы и т.п.

Краткое описание чертежей

Далее описывается пример предпочтительного варианта осуществления изобретения, иллюстрируемый сопровождающими чертежами.

Фиг.1 представляет собой вид в аксонометрии трансформатора высокого напряжения в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет собой сечение по I-I (фиг.1).

Фиг.3 представляет собой схему блока высокого напряжения с каскадным включением трансформаторов и умножителями напряжения.

Фиг.4 представляет собой типовую осциллограмму напряжений при работе первого каскада по схеме на фиг.3.

Фиг.5 представляет собой вид в аксонометрии блока высокого напряжения по схеме на фиг.3, рассчитанного на установку в цилиндрическую полость.

Фиг.6 представляет собой схему упрощенного варианта блока высокого напряжения с каскадным включением трансформаторов.

Далее при обозначении конкретного компонента из числа нескольких одинаковых компонентов (например, трансформаторов) в номере позиции используется индекс. В описании упоминаются не все показанные на чертежах номера позиций с индексами.

На чертежах показан блок 1 высокого напряжения с трансформатором 2. Трансформатор 2 включает два Ш-образных встречно направленных ферритовых магнитопровода 4, вокруг центрального стержня 6 которых на отстоящей на некотором расстоянии цилиндрической изолирующей гильзе 10 первичной обмотки намотана первичная обмотка 8. Первый вывод 12 и второй вывод 14 первичной обмотки 8 выведены с одной стороны первичной обмотки 8.

Обмотка 16 высокого напряжения охватывает первичную обмотку 8 с радиальным зазором. Обмотка 16 высокого напряжения намотана в один слой на цилиндрической изолирующей гильзе 18 обмотки высокого напряжения. Первый вывод 20 и второй вывод 22 обмотки 16 высокого напряжения выведены с разных сторон обмотки 16 высокого напряжения.

Вторичная обмотка 24 охватывает обмотку 16 высокого напряжения с радиальным зазором. Вторичная обмотка 24 намотана на цилиндрической изолирующей гильзе 26 вторичной обмотки. Первый вывод 28 и второй вывод 30 вторичной обмотки 24 выведены с одной стороны вторичной обмотки 24.

На фиг.1 и 2 вторичная обмотка 24 также окружена электростатическим экраном 32, подключенным к магнитопроводу 4 трансформатора. Предпочтительно, электростатический экран 32 охватывает большую часть вторичной обмотки 24, но не всю указанную обмотку, поскольку иначе в трансформаторе 2 будет присутствовать короткозамкнутый виток. Электростатический экран 32 служит для улучшения высоковольтной изоляции между трансформатором 2 и расположенными рядом элементами, не показанными на фиг.1 и 2.

В первичной обмотке 8 и во вторичной обмотке 24 примерно равное количество витков, тогда как в обмотке 16 высокого напряжения количество витков значительно выше.

Обмотки соединяются между собой известным способом посредством проводников монтажной платы.

Трансформатор 2 может питаться постоянным напряжением от импульсного источника 34 питания, подключенного к первому выводу 12 и второму выводу 14 первичной обмотки 8, как показано на фиг.3. При этом с первого вывода 20 и второго вывода 22 обмотки 16 высокого напряжения может сниматься переменное напряжение, а с первого вывода 28 и второго вывода 30 вторичной обмотки 24 может сниматься переменное напряжение, сопоставимое с напряжением питания.

На схеме на фиг.3 показан блок 1 высокого напряжения, в данном варианте осуществления помимо первого трансформатора 21 также включающий второй трансформатор 22 и третий трансформатор 2 3. Второй трансформатор 22 и третий трансформатор 23 имеют такую же конструкцию, как и первый трансформатор 21.

Импульсный источник 34 питания подключен к первому выводу 121 и второму выводу 14 1 первичной обмотки первого трансформатора 21 . Вторичная обмотка 241 первого трансформатора 2 1 с помощью первого вывода 281 подключена к первому выводу 122 первичной обмотки 82 второго трансформатора 22. Второй вывод 301 вторичной обмотки 241 подключен, соответственно, ко второму выводу 142 первичной обмотки 82 .

Такое же соединение выполнено между вторым трансформатором 22 и третьим трансформатором 23. Первый вывод 282 вторичной обмотки 242 подключен к первому выводу 123 первичной обмотки 83 , а второй вывод 302 вторичной обмотки 242 подключен ко второму выводу 143 первичной обмотки 83. Первый вывод 283 и второй вывод 303 вторичной обмотки 243 третьего трансформатора 2 3 подключены к так называемой нагрузке 36 холостого хода, имеющей относительно высокое электрическое сопротивление. Все вторые выводы 221, 222, 223 обмоток высокого напряжения 161, 162, 16 3 подключены к магнитопроводам соответствующих трансформаторов 41, 42, 43, являющимся местными точками нулевого потенциала.

Импульсный источник 34 питания заземлен в точке 38 заземления.

Первый конденсатор 401 включен между точкой 38 заземления и вторым выводом 221 обмотки 161 высокого напряжения первого трансформатора 21. К точке 38 заземления также подключен анод первого диода 421. Катод первого диода 421 подключен к аноду второго диода 441 и, через второй конденсатор 461, к первому выводу 201 обмотки 161 высокого напряжения.

Катод второго диода 441 подключен к аноду третьего катода 481 и ко второму выводу 221 обмотки 161 высокого напряжения, а тем самым и к магнитопроводу 41 трансформатора, являющемуся местной точкой нулевого потенциала.

Катод третьего диода 481 подключен к аноду четвертого диода 501 и, через третий конденсатор 521, к первому выводу 201 обмотки 161 высокого напряжения. Катод четвертого диода 501 подключен ко второму выводу 30 1 вторичной обмотки 241 и, через четвертый конденсатор 541 ко второму выводу 221 обмотки 16 1 высокого напряжения.

Диоды 421 , 441, 481, 501 и конденсаторы 401, 461, 521, 541 образуют умножитель 561 напряжения известной конструкции.

Ко второму трансформатору 22 подключен, соответственно, второй умножитель 562 напряжения, но в данном случае первый конденсатор 402 и анод первого диода 422 подключены ко второму выводу 142 первичной обмотки 82.

Таким же образом к третьему трансформатору 23 подключен третий умножитель 563 напряжения, в котором первый конденсатор 40 3 и анод первого диода 423 подключены ко второму выводу 143 первичной обмотки 83.

Нагрузка 58 включена между вторым выводом 303 вторичной обмотки 243 третьего трансформатора 23 и точкой 38 заземления.

Первый трансформатор 2 1 и первый умножитель 561 напряжения образуют первый каскад 601 блока 1 высокого напряжения. Второй трансформатор 22 и второй умножитель 562 напряжения образуют второй каскад 602, а третий трансформатор 23 и третий умножитель 563 напряжения образуют третий каскад 603.

Когда напряжение питания, в данном случае в виде импульсов, сформированных преобразованием постоянного напряжения в импульсном источнике 34 питания, подается на первичную обмотку 81 первого трансформатора, часть мощности снимается с обмотки высокого напряжения 161 , а оставшаяся часть снимается со вторичной обмотки 241. Вторичная обмотка 241 также дает вклад в стабилизацию напряжения первого каскада 601. Соотношение между мощностью, снимаемой с обмотки высокого напряжения 161 , и мощностью, снимаемой со вторичной обмотки 241, регулируется, как описано в общей части настоящего описания. Переменное напряжение со вторичной обмотки 241 и выпрямленное высокое напряжение с обмотки 161 высокого напряжения первого каскада 601 передаются во второй каскад 60 2 через один провод, как показано на фиг.3. Высокое напряжение с обмотки 163 высокого напряжения на следующие каскады не передается. Также вторичная обмотка 243 не передает на следующие каскады первичное напряжение питания. Несмотря на то что выход высокого напряжения соединен со вторичной обмоткой 243 для внутреннего распределения зарядов и деления напряжения, трансформатор 23 аналогичен остальным трансформаторам 21, 22, а дополнительные компоненты у трансформатора 23 такие же, как у остальных трансформаторов 21, 22.

Чтобы получить на каждом каскаде 60 наибольшее возможное напряжение при наименьшем количестве витков в обмотках 161, 16 2, 163 высокого напряжения, каждый каскад 60 1, 602, 603 включает соответствующий умножитель 561, 562, 563 напряжения.

В первом каскаде 601 представленной схемы имеет место удвоение отрицательного пикового напряжения на аноде первого диода 421 относительно пикового напряжения на обмотке 161 высокого напряжения, а также удвоение положительного напряжения на катоде четвертого диода 501 относительно пикового напряжения на обмотке 161 высокого напряжения. Первый конденсатор 401 накапливает и стабилизирует удвоенное отрицательное напряжение, тогда как четвертый конденсатор 541 накапливает и стабилизирует удвоенное положительное напряжение. Первый конденсатор 401 и четвертый конденсатор 541 подключены к местным точкам нулевого потенциала, к которым также подключены второй вывод 221 обмотки 161 высокого напряжения и магнитопровод 41 трансформатора.

Третий конденсатор 521 , третий диод 481 и четвертый диод 501 удваивают положительное пиковое напряжение, а второй конденсатор 461 вместе с первым диодом 421 и вторым диодом 441 удваивают отрицательное пиковое напряжение.

Выпрямленное высокое напряжение с первого каскада 601 подается на второй каскад 602, где складывается с напряжением с второго каскада 602, и на третий каскад 603, откуда суммарное напряжение со всех трех каскадов 601, 602, 60 3 подается на нагрузку 58.

На фиг.4 представлен график, на оси абсцисс которого отложено время в микросекундах, а на оси ординат отложено напряжение в вольтах. Кривые 62 и 64 показывают первичное напряжение с частотой 100 кГц и амплитудой 1 кВ. Кривая 62 изображена пунктирной и более тонкой, чем кривая 64, линией. Кривая 66 показывает переменное напряжение на обмотке 161 высокого напряжения. Кривая 68 показывает относительно стабильное напряжение в местной точке нулевого потенциала, т.е. на втором выводе 221 обмотки 161 высокого напряжения, а кривая 70 показывает удвоенное положительное пиковое напряжение на катоде четвертого диода 501 относительно местного нулевого потенциала.

Выход удвоенного отрицательного пикового напряжения в первом каскаде 601 подключен к точке 38 заземления, потенциал которой соответствует нулю на графике.

Кривые 62-70 на фиг.4 относятся к блоку 1 высокого напряжения, в котором напряжение на каждом каскаде 60 равно 17 кВ, а выходное напряжение блока 1 высокого напряжения равно 51 кВ. Сопротивление нагрузки 58 равно 500 кОм, выходная мощность около 5 кВт.

Практическая конструкция блока 1 высокого напряжения, рассчитанного на установку в не показанном объеме цилиндрической формы, представлена на фиг.5. Соединительные проводники не показаны. Обмотки 8, 16 и 24 подключены к плате 72 выводов обмоток, откуда не показанные соединители ведут через не показанные соединительные проводники в плате 74 и дискообразной плате 76 к другим компонентам блока 1 высокого напряжения, как описано выше. Вследствие размещения в ограниченном пространстве, в конструкции, показанной на фиг.5, каждый конденсатор из схемы на фиг.3 составлен из двух конденсаторов, соединенных параллельно. По той же причине каждый диод из схемы на фиг.3 составлен на фиг.5 из двух диодов, соединенных последовательно.

На фиг.6 показан упрощенный вариант осуществления блока 1 высокого напряжения без умножителей напряжения, где в качестве первых конденсаторов 401, 402, 403 и четвертых конденсаторов 54 может использоваться собственная емкость обмоток 161, 162, 16 3 высокого напряжения.

Блоки 1 высокого напряжения на фиг.3 и 4 выдают положительное выходное напряжение. При изменении направления включения всех диодов на противоположное выдается отрицательное выходное напряжение.

1. Трансформатор (1) высокого напряжения для каскадного соединения, включающий первичную обмотку (8), обмотку (16) высокого напряжения и магнитопровод (4), причем первичная обмотка (8) и обмотка (16) высокого напряжения концентрично охватывают по меньшей мере часть магнитопровода (4), и снабженный вторичной обмоткой (24), изолированной от обмотки (16) высокого напряжения, при этом обмотка (16) высокого напряжения, имеющая большее количество витков, чем первичная обмотка (8) и вторичная обмотка (24), содержит один слой, либо нескольких соединенных параллельно отдельных слоев, а вторичная обмотка (241) первого трансформатора (21) соединена последовательно с первичной обмоткой (82) второго трансформатора (22), отличающийся тем, что обмотка (161) высокого напряжения первого трансформатора (21) соединена последовательно с обмоткой (162) высокого напряжения второго трансформатора (2 2).

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что обмотка (161) высокого напряжения первого трансформатора (21) соединена с первым умножителем (561) напряжения.

3. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что между первичной обмоткой (8) и обмоткой (16) высокого напряжения предусмотрено отверстие для охлаждающей текучей среды.

4. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что обмотка (16) высокого напряжения расположена между первичной обмоткой (8) и вторичной обмоткой (24).

www.freepatent.ru