RU140841U1

RU140841U1 - HIGH FREQUENCY TRANSFORMER WITH REDUCED SCATTERING RELIABLE RELIABILITY

Info

Publication number: RU140841U1
Application number: RU2013151414/07U
Authority: RU
Inventors: Азад Мухамеджанович Шарипов
Original assignee: Научно-производственное объединение "ЭЛСИБ" Открытое акционерное общество
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-05-20

Abstract

1. Высокочастотный трансформатор броневого типа с первичной сетевой из концентрических плоских катушек и вторичной низковольтной сильноточной обмотками, отличающийся тем, что первичная сетевая обмотка изолированно помещается внутри сильноточной вторичной обмотки трубчатого сечения, чем обеспечивается максимальное потокосцепление обмоток, соответственно минимально возможное рассеяние и повышенная защищенность первичной сетевой обмотки от внешних воздействий.2. Высокочастотный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что внутри вторичной сильноточной обмотки дополнительно размещается третья компенсационная обмотка, подключенная к компенсирующему конденсатору для компенсации реактивной мощности собственно трансформатора и потребителя.1. High-frequency armored type transformer with a primary network of concentric flat coils and a secondary low-voltage high-current windings, characterized in that the primary network winding is isolated inside the high-current secondary winding of a tubular section, which ensures maximum flow coupling of the windings, respectively, the minimum possible scattering and increased protection of the primary network windings from external influences. 2. The high-frequency transformer according to claim 1, characterized in that a third compensation winding is additionally placed inside the secondary high-current winding, connected to a compensating capacitor to compensate for the reactive power of the transformer and the consumer itself.

Description

Предлагаемое решение относится к трансформаторостроению в области повышенных частот используемых, главным образом, для нагрева и закалки металлов, а также в электромашиностроении для нагрева пресспланок шаблонов запечки стержневых обмоток.The proposed solution relates to transformer engineering in the field of high frequencies used mainly for heating and hardening of metals, as well as in electrical engineering for heating the press plan templates of baking rod windings.

Высокочастотные трансформаторы имеют повышенное внутреннее падение напряжения связанное с рассеянием обмоток, соответственно повышенную потребляемую реактивную мощность, компенсация которой осуществляется установкой дополнительных конденсаторных батарей, либо выработкой дополнительной реактивной мощности высокочастотным генератором.High-frequency transformers have an increased internal voltage drop associated with the dissipation of the windings, respectively, increased consumed reactive power, which is compensated by installing additional capacitor banks, or by generating additional reactive power by a high-frequency generator.

Аналогами могут быть рассмотрены трансформаторы типов ВТО-500, ВТО-1000, ТВД-3, ТВШ-3, описанные в книгах: Тир Л.Л. ”Трансформаторы для установок индукционного нагрева повышенной частоты”. М-Л. Госэнергоиздат, 1961, [1], А.Н. Шамов, В.А. Бодажков ”Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок”. Ленинград. ”Машиностроение”. 1974, [2].Analogs can be considered transformers of the types VTO-500, VTO-1000, TVD-3, TVSh-3, described in the books: Tir L.L. "Transformers for installations of induction heating of high frequency." ML Gosenergoizdat, 1961, [1], A.N. Shamov, V.A. Bodazhkov "Design and operation of high-frequency installations." Leningrad. "Engineering". 1974, [2].

Все типы трансформаторов имеют магнитопровод броневого типа, обмотки однослойные концентрические или плоские дисковые. Вторичная обмотка имеет один виток.All types of transformers have an armored magnetic circuit, single-layer concentric or flat disk windings. The secondary winding has one turn.

Выдержки из [2]: ”В высокочастотных трансформаторах большое внутреннее падение напряжения (напряжение короткого замыкания, 11_к %)”. По параметрам Z”_ко, приведенным в таблицах в [1, 2] рассчитаны напряжения U_к %, которые составляют величины от 20,4 до 48% при частоте 2500 Гц в одновитковом исполнении вторичной обмотки.Excerpts from [2]: “In high-frequency transformers, there is a large internal voltage drop (short-circuit voltage, 11 _k %)”. According to the parameters Z ” _ko given in the tables in [1, 2], the voltages U _k % were calculated, which are values from 20.4 to 48% at a frequency of 2500 Hz in a single-turn version of the secondary winding.

Наиболее близким к предлагаемому решению принятому за прототип является трансформатор типа ВТО-500 имеющий наименьшее значение напряжения короткого замыкания, U_к=20,4%. Трансформатор имеет магнитопровод броневого типа из стали толщиной 0,35 мм. Обмотки трансформаторов однослойные, водоохлаждаемые, концентрические из медных трубок. Вторичная обмотка имеет один широкий виток. Магнитопровод охлаждается медными радиаторными листами с напаянными медными трубками.Closest to the proposed solution adopted for the prototype is a transformer of the type VTO-500 having the lowest value of short circuit voltage, U _k = 20.4%. The transformer has an armored magnetic circuit made of steel with a thickness of 0.35 mm. Transformer windings are single-layer, water-cooled, concentric of copper tubes. The secondary winding has one wide turn. The magnetic circuit is cooled by copper radiator sheets with soldered copper tubes.

В предлагаемом решении технический результат достигается тем, что первичная сетевая обмотка изолированно помещается внутри сильноточной вторичной обмотки трубчатого сечения, чем обеспечивается максимальное потокосцепление обмоток, соответственно минимально возможное рассеяние и повышенная защищенность первичной сетевой обмотки от внешних воздействий, а для компенсации реактивной мощности собственно трансформатора и потребителя внутри сильноточной вторичной обмотки дополнительно размещается третья компенсационная обмотка, подключенная к компенсирующему конденсатору.In the proposed solution, the technical result is achieved by the fact that the primary network winding is isolated inside the high-current secondary winding of the tubular section, which ensures the maximum flux linkage of the windings, respectively, the minimum possible dissipation and increased protection of the primary network winding from external influences, and to compensate for the reactive power of the transformer and the consumer itself inside the high-current secondary winding an additional third compensation winding is placed, under connected to a compensating capacitor.

Сердечник броневого типа собран из отдельных кольцевых пакетов набранных и склеенных из тонколистовой электротехнической стали (см. фото 1, 2).The armored type core is assembled from separate ring packets of types assembled and glued from thin-sheet electrical steel (see photo 1, 2).

Между пакетами для охлаждения выполнены каналы. Вторичная сильноточная обмотка выполнена из ”U” образных медных трубок вставленных в окна кольцевых пакетов. Трубки могут соединяться параллельно (один виток), либо последовательно-параллельно (больше одного витка). Внутри трубок размещается первичная обмотка, выполненная из обмоточного прямоугольного провода типа ПСД дополнительно изолированного пропитанной слюдосодержащей лентой.Between the packages for cooling channels are made. The secondary high-current winding is made of "U" shaped copper tubes inserted into the windows of the ring packets. Tubes can be connected in parallel (one turn), or sequentially in parallel (more than one turn). Inside the tubes, a primary winding is made, made of a rectangular winding wire of the PSD type, additionally insulated with a mica tape.

После испытания витковой и корпусной изоляции повышенным напряжением полость трубки заливается эпоксидной смолой горячего отверждения. После повторных испытаний изоляции производится распайка проводов в схему обмотки соединением последовательно или последовательно-параллельно. Размеры проводника и толщина стенки трубки выбираются такими, чтобы толщина проводника и стенки трубки была не намного больше глубины проникновения тока высокой частоты, Δ. Для меди при частоте тока 2400 Гц Δ=1,4 мм [1].After testing the coil and casing insulation with high voltage, the tube cavity is filled with hot cured epoxy. After repeated insulation tests, the wires are soldered to the winding circuit by connecting in series or in series-parallel. The dimensions of the conductor and the tube wall thickness are chosen so that the thickness of the conductor and the tube wall is not much greater than the depth of penetration of the high-frequency current, Δ. For copper, at a current frequency of 2400 Hz, Δ = 1.4 mm [1].

Выполненные таким образом трансформаторы для установки нагрева пресспланок шаблона запечки стержневых обмоток имеют при одновитковом исполнении вторичной сильноточной обмотки U_к=8,2% при частоте 2400 Гц.The transformers made in this way for installing the heating of the presplanks of the rod winding baking template have a single-turn version of the secondary high-current winding U _k = 8.2% at a frequency of 2400 Hz.

Коэффициент мощности установки высокочастотного нагрева пресспланок, Cosφ≈0,5, а напряжение ≤42 В. Компенсация реактивной мощности шаблона при таком напряжении конденсаторами не реальна. Чтобы не пропускать через трансформатор эту реактивную мощность (87% полной), существенно увеличивая его габариты, предусмотрена третья, компенсационная, обмотка, размещаемая, как и сетевая, внутри трубок вторичной сильноточной обмотки. Напряжение на компенсационной обмотке предусматривается несколько выше напряжения сетевой, а емкость конденсаторов подбирается такой, чтобы коэффициент мощности на первичной сетевой обмотке был близок к единице. При этом питающая линия и генератор высокой частоты полностью разгружаются от транспортировки реактивной мощности. Суммарная полная мощность ”S” в кВА вторичной низковольтной и компенсационной обмоток получается в 2,5÷3 раза больше активной мощности в кВт первичной обмотки (Cosφ=1). В результате условный КПД трансформатора

получается очень высоким, на уровне 97%, а по чисто активной мощности - на уровне 90÷92% (P_тр - полные потери в трансформаторе), а в то время как в трансформаторах большей мощности по [1, 2] КПД не более 85%.The power factor of the installation for high-frequency heating of the pre-planes is Cosφ≈0.5, and the voltage is ≤42 V. Compensation of the reactive power of the template at this voltage with capacitors is not real. In order not to pass this reactive power (87% of full) through the transformer, significantly increasing its dimensions, a third, compensation, winding is placed, like the mains, inside the tubes of the secondary high-current winding. The voltage on the compensation winding is provided slightly higher than the mains voltage, and the capacitance of the capacitors is selected so that the power factor on the primary network winding is close to unity. In this case, the supply line and the high-frequency generator are completely unloaded from the transportation of reactive power. The total apparent power “S” in kVA of the secondary low-voltage and compensation windings is 2.5–3 times greater than the active power in kW of the primary winding (Cosφ = 1). As a result, the conditional efficiency of the transformer

it turns out to be very high, at the level of 97%, and for purely active power - at the level of 90 ÷ 92% (P _tr - total losses in the transformer), while in transformers of higher power according to [1, 2] the efficiency is not more than 85 %

Первичная и компенсационные обмотки внутри медных трубок залитые эпоксидной смолой не подвержены вибрационным воздействиям, а перепад температуры к наружной поверхности трубок не превышает 20 К.The primary and compensation windings inside the copper tubes filled with epoxy resin are not subject to vibration, and the temperature difference to the outer surface of the tubes does not exceed 20 K.

Вместе с механической защищенностью от внешних воздействий такое исполнение предопределяет высокую надежность трансформаторов подтвержденную практикой эксплуатации.Together with mechanical protection from external influences, this design determines the high reliability of transformers confirmed by operational practice.

Claims

1. A high-frequency armored type transformer with a primary network of concentric flat coils and a secondary low-voltage high-current windings, characterized in that the primary network winding is isolated inside the high-current secondary winding of a tubular section, which ensures maximum flux linkage of the windings, respectively, the minimum possible scattering and increased protection of the primary network windings from external influences.

2. The high-frequency transformer according to claim 1, characterized in that a third compensation winding is additionally placed inside the secondary high-current winding, connected to a compensating capacitor to compensate for the reactive power of the transformer and the consumer itself.