CN105075400A - 高电压、高频率且大功率变压器 - Google Patents

高电压、高频率且大功率变压器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高电压、高频率且大功率变压器，其具有磁芯(1)，其上设有初级绕组(2)，其上以绝缘的方式设有次级绕组(4)，因此整个组件安装和设置在绝缘体(3)上，其中绝缘体(3)由两部分或者一半(6)和(7)组成，它们相对于横向垂直平面相互对称，每部分具有设置在绝缘体每一半的外壳(3.2)的内的中空管状元件(3.1)，在每部分中限定包括管状元件(3.1)的外壁和外壳(3.2)的内壁之间的环形空间(3.3)，次级或者高压绕组设置在该处，绝缘(3)在其外壳(3.2)中呈现出槽(5)，所述槽位于零伏级上，通过其油液朝向次级绕组渗透。

Description

高电压、高频率且大功率变压器
技术领域
本发明的目的，如题目所述，是一种高电压、高频率、大功率的变压器。
本发明的特点是，特别是绝缘体的特殊结构特征，其中，初级绕组和次级绕组设置在磁芯上，以实现两者绕组之间的充分绝缘，最大化磁性耦合以及使用油液冷却初级和次级绕组的可能性，并且获得能够在一个非常小的空间内适应于X射线管尺寸的变压器。
因此，本发明涉及变压器领域，特别是大功率、高频、高压的变压器。
背景技术
在现有技术中，设计和构造一个高电压或高频率或大功率的变压器不是一个问题。然而，设计和构造同时包括这三个特点的变压器是一个巨大的挑战，由于上述特征相互矛盾的要求。
高压变压器需要初级和次级绕组之间的高程度的绝缘(高压和低压绕组的大距离隔离或绝缘体的大厚度)。这种绕组之间的隔离减少了两者之间的磁耦合，因此漏抗增加，限制了功率输出。
高频变压器需要初级和次级绕组之间非常好的耦合，以便实现可接受的效率并且功率输出不受低效率耦合的限制(初级和次级绕组之间的过量阻抗)。为了满足这一要求，初级和次级绕组之间的距离必须尽可能短(这与高压变压器的要求完全相反)。而且，工作频率越高，需要的耦合就越好，因为绕组之间的电抗与频率成正比。
大功率变压器要求绕组的阻抗很小，并且两者之间的电抗要足够低，以免限制功率输出。当初级和次级绕组耦合增加时，电抗最小，例如，当两个绕组彼此接近时(这与高压变压器的要求完全相反)。此外，功率输出或工作频率越高，耦合必须越好，因为绕组之间的电抗与频率成正比。
因此，本发明的目的是开发同时具有高电压，高频和大功率的变压器，其中绝缘和磁耦合的要求是到这种程度，实施该目标可以通过开发如下面所描述的，其本质是权利要求1中阐述的变压器来实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种在很小空间内的高压、高频率且大功率的变压器，其可以适应于X射线管的尺寸，以使得它可以被组装在单一的模块内，使它们之间的电位一致(等电位安装)，以这种方式减少组件的重量和体积，达到了更加经济、有效的目的。
变压器是浸渍在油(矿物或植物)中，其有两个主要目的：作为电绝缘体和作为变压器的电气和磁性元件的冷却剂。
变压器具有安装有初级绕组的磁芯，于是这个组件封装在作为绝缘体组成部分的中空的管状元件内。
绝缘体由两部分组成，它们相对于横向垂直平面相互对称，每部分或一半具有设置在每半个绝缘体外壳内部的中空的管状元件，其中中空管状元件一端连接到外壳，以这样一种方式，中空管状元件的内部空间被连接到外部并且在绝缘体每一半内限定了环形空间，其包括管状元件的外壁和外壳的内壁之间，次级或高压绕组被设置在该处。
绝缘体每一半的中空管状元件具有相对于外壳的自由边的突出的特征，以使绝缘体的两半被耦合在一起，中空管状元件自由端保持接触，而插槽限定在两个外壳之间，其处于零伏级，并且此处高程度的绝缘是没有必要的，但是，允许油液与次级绕组电路相接触。
由于所描述的构造，以下可以被实现：
-初级绕组和次级绕组纵向占用相同的空间，从而最大化绕组之间的磁耦合，并因此也降低了它们之间的电抗，这允许功率输出最大化。
-它使次级绕组的整流器，滤波器和电阻分压器被非常接近地设置在一起，由于实际上这些是等电位的电路以及它们沿它们具有相同的电势。
-初级和次级绕组之间的距离通过将两个绕组隔离的中空管状元件的方式而被最小化，使得到良好的磁耦合而没有绝缘损耗。
-绝缘体每一半外壳的几何形状使得形成处于零伏级处的插槽成为可能，该处不需要要高程度的绝缘，然而，允许油液与次级绕组电路相接触。
附图说明
为了补充所作的描述，为了有助于更好地理解本发明的特征，根据其优选的实施例，附加一组附图作为所述描述的组成部分，其中，以说明性和非限定性的方式，下列作为表示。
图1A展示了本发明的目的变压器的正视图。
图1B展示了图1A中的变压器沿着A-A线剖切的剖视图。
图1C展示了变压器沿着C-C线剖切的剖视图。
图1D展示了变压器沿着B-B线剖切的剖视图。
图2展示了变压器的透视图。
图3展示了绝缘体的一半的轴测视图。
图4.1展示了绝缘体的一半的侧视图。
图4.2展示了绝缘体沿着D-D线剖切的剖视图。
具体实施方式
根据附图，下面是对本发明优选实施例的描述。
在图1A，1B，1C和1D中，可以看到的是其上设有初级绕组(2)的磁性的磁芯(1)，它们之间具有基本的低电压绝缘体，因为它们都非常接近零伏运行，其为安全接地(地线)。
初级绕组(2)和磁性的磁芯(1)组件被设置在被限定在变压器的绝缘体(3)内的中空管状元件(8)的内部，并且所述次级绕组(4)被设置在所述中空管状元件(8)上。可以看到的是，磁性磁芯(1)和初级绕组(2)都直接与油液接触，以使油液流过磁性的磁芯(1)和初级绕组(2)使得油液疏散了由变压器运行损耗所产生的热量。
图1B展示了次级绕组(4)如何被分成绕在独立的线圈架上的不同的绕组单元(4.1至4.8)。这些绕组单元的电压以整流器(9)和滤波器(10)的方式，被整流，滤波和串联来加和每个绕组单元所有的电压。电阻分压器(11)采样输出电压的，并将其反馈到控制电路中，从而提供了绝对和精确的输出电压的控制。
在这个图中，可以看到的是零伏电压(地面或地线)被严格安装在次级绕组(绕组单元4.4至4.5之间)的中央，其中，绝缘体(3)具有开口(5)使油流向绝缘体(3)的内部，因此次级绕组的绝缘和冷却电路被设置在高压侧。开口对变压器的绝缘无害，因为它被设置在非常低电压区域，该区域油液绝缘足够了。
可以看到的是变压器的电压逐渐降低，因此对具有左边负极150kV的变压器，在左端达到-75kV的最小值。以相同的渐进的方式，电压随着变压器的右边正极线性增加，在右端达到最大值+75kV。因此，在左端提供了-75kV，在右端线性增加到+75kV，两端之间的电位差总计达到150kV，在变压器的中心具有零伏电位(地面或接地)。
整流器(9)和过滤器(10)和电阻分压器(11)具有相同的电位值。这意味着，在它们之间电位无明显差异，因为它们是等电位电路，这允许它们被紧密设置在一起。
还可以看到的是初级绕组(2)和由绕组单元(4.1)至(4.8)形成的次级绕组(4)如何纵向占用相同的空间以最大化他们之间的磁性耦合，并且因此，最小化它们之间的电抗，这将允许功率输出的最大化。
在图2、3、4.1和4.2中，可以看到的是绝缘体(3)的构造特性，可以看到，其包括两个一半或部分(6)和(7)，它们相对于垂直于绝缘体(3)的平面是对称的。每个部分或一半(6)和(7)包括中空管状元件(3.1)，由磁芯(1)和初级绕组(2)形成的组件被封装在其内。由于从每半(6)和(7)封装中空管状元件(3.1)，设置了外壳(3.2)，中空管状元件(3.1)的一端与外壳(3.2)连接。在中空管状元件(3.1)和外壳(3.2)之间限定了环形空间(3.3)，次级绕组(4)被设置在这里。
绝缘体(3)，特别是每一半(6)和(7)的管状元件(3.1)的另一个特征是，其在自由端(3.4)具有这样的长度，其比外壳(3.2)(如图4.2)的自由端(3.5)长。当一半(6)和(7)均被耦合在一起时，中空管状元件(3.1)的自由端(3.4)接触，并且然后在外壳(3.2)的自由边(3.5)之间具有间隙或槽(5)(如图2)，从这里冷却油渗透到设在环形空间(3.3)内的次级绕组(4)。
初级绕组(2)和次级绕组(4)之间的绝缘通过由绝缘体(3)的每一半(6)和(7)的中空管状元件(3.1)形成的管状元件(8)来实现。中空管状元件(3.1)的厚度如此设置以使得其允许，一方面，两个绕组(初级和次级)之间的绝缘，另一方面，良好的磁耦合。
绝缘体(3)的每一半的外壳(3.2)可使次级绕组(4)绝缘，并且油液流过次级绕组(4)的电路板因此冷却它。
根据所描述的特征，可能实现的是，除其他外，高电压(150kV)，高频率(在50kHz和150kHz之间)和大功率(80kW)变压器，在一个很小的空间，以这样一种方式，它可以适用于X射线管的尺寸，以便在单一的模块内组装它，使它们之间的电位一致(等电位组件)，从而降低了组件的重量和体积，达到更经济和高效的目的。
如上所述，充分描述了本发明的本质，以及付诸实践的方式，凡在它的本质之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.高电压、高频率且大功率变压器，其具有磁芯(1)，其上设有初级绕组(2)，其上以绝缘的方式设有次级绕组(4)，整个组件被安装和设置在绝缘体(3)上，其特征在于：绝缘体(3)由两部分或者一半(6)和(7)组成，其相对于横向垂直平面相互对称，每部分具有设置在绝缘体每一半的外壳(3.2)的内部的中空管状元件(3.1)，并且中空管状元件(3.1)的一端连接至外壳(3.2)，以使得中空管状元件(3.1)的内部空间被连接到外部，并且环形空间(3.3)被限定于包括管状元件(3.1)的外壁和外壳(3.2)的内壁之间的每部分或者一半上，其中次级或者高压绕组设置在该处。
2.根据权利要求1所述的高电压、高频率且大功率变压器，其特征在于：绝缘体(3)每一半的中空管状元件(3.1)具有相对于外壳(3.2)的自由边缘(3.5)突出的自由端(3.4)的特点，以这样的方式，在耦合的绝缘体的两个一半(6)和(7)上，中空管状元件(3.1)的自由端(3.4)相互接触，而两个外壳(3.2)之间，其位于零伏级，并且通过其油液朝向次级绕组(4)渗透。
3.根据权利要求1所述的高电压、高频率且大功率变压器，其特征在于：次级绕组(4)分成绕在独立的线圈架上的不同的绕组单元(4.1至4.8)，其电压以整流器(9)和滤波器(10)紧邻次级绕组的方式，被整流，滤波和串联来加和各个绕组单元的所有电压。
4.根据权利要求3所述的高电压、高频率且大功率变压器，其特征在于：还具有紧邻整流器(9)和过滤器(10)设置的电阻分压器(11)。
5.根据上述任一权利要求所述的高电压、高频率且大功率变压器，其特征在于：初级绕组(2)和次级绕组(4)纵向占用相同的空间。
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