ITTV940014A1 - Trasformatore per apllicazione nei generatori in media ed alta frequenza, particolarmente per la brasatura ad induzione - Google Patents

Abstract

La presente domanda ha per oggetto un trasformatore per applicazione nei generatori di media e alta frequenza, particolarmente per l'utilizzo nella testa di un generatore in media e alta frequenza per brasatura ad induzione.Tale trasformatore risulta essere costituito da una o più coppie di nuclei del tipo usualmente reperibile in commercio, da un avvolgimento primario con più spire in tubo di rame raffreddato a liquido e da un avvolgimento secondario.Quest'ultimo è costituito da una unica spira ottenuta dalla saldatura di più parti in lamiera a definire un contenitore per il circuito primario elettricamente isolato dal secondario.Il trasformatore che si ottiene può essere prodotto industrialmente in modo efficiente trasferendo elevate quantità di potenza elettrica in media ed alta frequenza ma con dissipazione di energia e quindi con temperature interne di esercizio contenute.

Description

"TRASFORMATORE PER APPLICAZIONE NEI GENERATORI IN MEDIA ED ALTA FREQUENZA, PARTICOLARMENTE PER LA BRASATURA AD INDUZIONE"

RIASSUNTO

La presente domanda ha per oggetto un trasformatore per applicazione nei generatori di media e alta frequenza, particolarmente per l'utilizzo nella testa di un generatore in media e alta frequenza per brasatura ad induzione.

Tale trasformatore risulta essere costituito da una o più coppie di nuclei del tipo usualmente reperibile in commercio, da un avvolgimento primario con più spire in tubo di rame raffreddato a liquido e da un avvolgimento secondario.

Quest'ultimo è costituito da una unica spira ottenuta dalla saldatura di più parti in lamiera a definire un contenitore per il circuito primario elettricamente isolato dal secondario.

Il trasformatore che si ottiene può essere prodotto industrialmente in modo efficiente trasferendo elevate quantità di potenza elettrica in media ed alta frequenza ma con dissipazione di energia e quindi con temperature interne di esercizio contenute .

D E S C R I Z I O N E

La presente domanda ha per oggetto un trasformatore per la applicazione nei generatori in media ed alta frequenza particolarmente per la brasatura ad induzione.

I generatori in media ed alta frequenza consistono di due parti principali: un oscillatore accordato con un circuito risonante L-C, che contiene i.componenti elettronici ed elettromeccanici necessari per generare ai due morsetti di uscita una tensio-ne ed una corrente di forma praticamente sinusoidale, e di ampiezza regolabile; una testa di lavoro, che contiene essenzial-mente un trasformatore per l'isolamento e l’adattamento dell'uscita dell'oscillatore nei confronti del carico; un induttore in rame con una o più spire.

Tra le spire dell’induttore vengono introdotti i pezzi metallici da saldare.

II trasformatore con i suoi parametri reattivi costituisce parte integrante del circuito risonante L-C.

Il trasformatore contenuto nella testa di lavoro è usualmente costituito da un avvolgimento primario con numero di spire, con conduttori e con isolamento adeguati alle correnti ed alle tensioni di esercizio, da un avvolgimento secondario di una sola spira, connessa direttamente all'induttore, e da un nucleo di materiale ferromagnetico.

Il campo di frequenze di accordo del circuito risonante, e quindi di lavoro del trasformatore di uscita, è tipicamente compresa tra 0,5-2,5 MHz.

Le due componenti di dissipazione di energia nei trasformatori di tipo noto sono costituiti dalle perdite negli avvolgimenti e perdite nel nucleo, e sono strettamente legate alla frequenza di lavoro.

In alta frequenza le perdite negli avvolgimenti sono prevalentemente dovute alle correnti parassite nei conduttori, che a loro volta sono direttamente legate alla distribuzione ed alla intensità del flusso disperso variabile che investe i conduttori stessi.

La minimizzazione delle perdite nei conduttori, dovute alle correnti parassite nei trasformatori in alta frequenza, comporta quindi la scelta della geometria costruttiva degli avvolgimenti, che rende ottimale la distribuzione del campo magnetico disperso nella porzione di volume del trasformatore occupato dagli avvolgimenti.

Le perdite nel nucleo, dati la frequenza di lavoro ed il materiale, sono legate alla distribuzione del flusso disperso, ed in particolare alla porzione che arriva a permeare il nucleo ferromagnetico, contribuendo a creare elevate concentrazioni con conseguenti elevati riscaldamenti localizzati.

Gli avvolgimenti convenzionali che vengono utilizzati per tali trasformatori sono del tipo a bobine concentriche sovrapposte e danno luogo ad una considerevole quantità di flusso disperso che interessa il nucleo ferromagnetico; gli effetti conseguenti, prima descritti, rendono di fatto proibitiva la realizzazione di trasformatori in media od alta frequenza con nucleo in materiale ferromagnetico con dimensioni e peso contenuti.

E’ anche noto utilizzare, nel settore della radio-frequenza trasformatori con avvolgimenti coassiali in cui vengono utilizza-ti conduttori con sezione circolare.

Tale tecnologia non risulta comunque direttamente mutuabile al particolare settore di impiego quale quello della brasatura ad induzione perchè risulta comunque complessa la tecnica costruttiva dato che usualmente bisogna piegare ad U un tubo di rame nel quale vengono successivamente inseriti i conduttori del circuito primario, tale tecnica risultando in ogni caso difficilmente applicabile ad una produzione industriale efficiente del trasformatore stesso.

Compito principale di quanto forma oggetto della presente domanda è quindi quello di risolvere i problemi tecnici evidenziati eliminando gli inconvenienti di cui alla tecnica nota citata e quindi escogitando un trasformatore per la applicazione nei generatori in media ed alta frequenza, particolarmente per la brasatura ad induzione che, operando in media od alta frequenza trasferisca elevate quantità di potenza elettrica ma con dissipazione di energia e quindi con temperature interne di esercizio contenute.

Nell'ambito del compito sopra esposto un altro importante scopo è quello di realizzare un trasformatore che presenti dimensioni nettamente ridotte rispetto ai trasformatori con circuito magnetico in aria di cui alla tecnica nota citata.

Ancora un importante scopo è quello di ottenere un trasformatore che alle caratteristiche precedenti accomuni la possibilità di impiegare nuclei facilmente disponibili sul mercato, di materiale non particolarmente pregiato e quindi poco costosi.

Ancora uno scopo è quello di realizzare un trasformatore in cui la lavorazione, la costruzioni delle vari parti degli avvolgimenti e il loro assemblaggio risulti particolarmente semplificato e richieda tempi ridotti.

Ancora uno scopo è quello di ottenere un trasformatore che presenti una costruzione intrinsecamente robusta con possibilità di raffreddamento degli avvolgimenti mediante circolazione forzata di liquido.

Non ultimo scopo è quello di ottenere un trasformatore che alle caratteristiche precedenti accomuni quella di presentare un accoppiamento molto stretto oppure una induttanza di dispersione di valore determinato.

Il compito e gli scopi sopra accennati, nonché altri che più chiaramente risulteranno in seguito, vengono raggiunti da un trasformatore per applicazione nei generatori in media e alta frequenza, particolarmente per l'utilizzo nella testa di un generatore in media e alta frequenza per brasatura ad induzione, che si caratterizza per il fatto di essere costituito da una o più coppie di nuclei del tipo reperibile in commercio, da un avvolgimento primario con più spire in tubo di rame raffreddato mediante liquido, da un avvolgimento secondario di una sola spira ottenuta dalla saldatura di più parti in lamina definenti un contenitore per detto circuito primario, detto tubo di detto avvolgimento primario essendo elettricamente isolato da detto circuito secondario.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di una particolare, ma non esclusiva, forma di realizzazione, illustrata titolo indicativo e non limitativo nelle allegate tavole di disegno in cui

la fig. 1 illustra, in una vista di tre quarti parzialmente sezionata, il trasformatore;

la fig. 2 illustra, in un esploso, i componenti il trasformatore stesso.

Con riferimento alle figure precedentemente citate, si è indicato con il numero 1 il trasformatore il quale trova particolarmente applicazione nella testa di un generatore in media e alta frequenza per brasatura ad induzione.

Tale trasformatore risulta essere costituito da una o più coppie di nuclei, indicati con il numero 2, i quali possono presentare sezione conformata ad E o U o I in funzione del voluto circuito magnetico, la sua costruzione venendo più avanti descritta in quanto successiva a precedenti operazioni.

Il trasformatore 1 comprende inoltre un avvolgimento primario 3 costituito da più spire realizzate in tubo di rame, cavo, di sezione adeguata ed atto a condurre la corrente e a far circolare al suo interno la voluta portata di liquido per il raffreddamento e l'avvolgimento stesso.

Quest'ultimo presenta un primo terminale 4 per la connessione elettrica ed un secondo terminale 5 per l'ingresso del liquido di raffreddamento.

Il trasformatore è costituito inoltre da un avvolgimento secondario 6 di una sola spira ottenuta dalla saldatura di più parti in lamina, di rame, indicata con il numero 7.

terminale 4, per l'alimentazione elettrica del primario il secondo terminale 5 per l'adduzione dell'acqua, per un quarto terminale 8 per l'uscita del liquido che andrà in corrispondenza dell'induttore 9 costituito anch'esso da un unica spira cava, per un quinto terminale 10 costituente il ritorno del liquido dall'induttore 9, liquido che viene poi fatto fuoriuscire da un sesto terminale 11, attiguo al secondo terminale 5.

Vantaggiosamente sono previsti dei blocchetti terminali 12a e 12b rispettivamente per la connessione elettrica dell'induttore 9 di saldatura all'avvolgimento secondario e per il passaggio del liquido di raffreddamento per l'induttore.

Riassumendo il fluido entra in corrispondenza del secondo terminale 5, passa entro l'avvolgimento primario 3 e quindi, tramite un tubo isolato, viene trasferito all'avvolgimento secondario 6 seguendo una lamina esterna 7, quindi fuoriuscendo dal quarto terminale 8, rientrando in corrispondenza del quinto terminale 10 e poi fuoriuscendo, per il ricircolo, dal sesto terminale 11.

Con il numero 13 si è indicata una connessione elettrica comune verso massa.

Vantaggiosamente il tubo che costituisce l'avvolgimento primario 3 viene rivestito di guaina per garantire l'isolamento elettrico nei confronti dell'avvolgimento secondario 6 che lo racchiude.

La costruzione del trasformatore 1 prevede una prima fase in cui viene realizzato l'avvolgimento primario 3 utilizzando tubi di rame della sezione richiesta e con i terminali nella posizione prevista per la connessione esterna.

Segue una seconda fase in cui il primario viene racchiuso nell’avvolgimento secondario di sezione rettangolare unendo per saldatura in sequenza ordinata le lamine 7 di rame preformate fino ad ottenere una forma quasi completamente chiusa.

Tale metodologia costruttiva risulta migliorativa della tecnica nota illustrata relativamente ai trasformatori coassiali risultando facilmente applicabile ad una produzione industriale efficiente.

L'impiego inoltre di componenti che possono essere del tipo prefabbricato garantisce una elevata ripetitibilità del prodotto avendo come conseguenza una elevata ripetibilità nel valore della frequenza di lavoro nel circuito risonante L-C.

Agli estremi dell'avvolgimento secondario, di forma quasi chiusa, vengono realizzati per sagomatura dei lamierini quali i terminali necessari per la connessione all'induttore di lavoro.

Segue una terza fase in cui il nucleo del trasformatore 1 viene costituito inserendo, al termine delle precedenti fasi, le colonne di una o più coppie dei nuclei 2 aventi forma ad E, o, alternativamente coppie a forma di U e I e ciò al fine di creare un circuito magnetico chiuso di tipo E-E oppure del tipo U-I, concatenato con l'avvolgimento secondario di sezione rettangolare e quindi anche con il primario contenuto all'interno.

Con tale metodologia realizzativa si ottiene uno sfruttamento pressoché totale della finestra dei nuclei riservata agli avvolgimenti, o reciprocamente, a parità di sezione richiesta per gli avvolgimenti si ottiene la minima dimensione possibile del nucleo e quindi anche del trasformatore.

Si è cosi constatato come il trovato abbia raggiunto il compito e gli scopi sopra accennati essendosi conseguito un trasformatore in particolare per la applicazione nel settore della brasatura ad induzione che, operando in media od alta frequenza, trasferisce elevate quantità di potenza elettrica con dissipazione di energia e quindi con temperature interne di esercizio contenute.

Tale trasformatore presenta inoltre dimensioni nettamente ridotte rispetto ai trasformatori con circuito magnetico in aria di cui alla tecnica nota citata , per la realizzazione del medesimo utilizzandosi nuclei facilmente disponibili sul mercato, di materiale non particolarmente pregiato e quindi poco costosi .

La lavorazione , la costruzioni delle vari parti , degli avvolgimenti e il loro assemblaggio risulta particolarmente semplificato e richieda tempi ridotti .

I l trasf ormatore inf ine presenta una costruzione intrinsecamente robusta con possibilità di raffreddarne] degli avvolgimenti mediante circolazione forzata di liq] medesimo presentando un accoppiamento molto stretto induttanza di dispersione di valore determinato.

Naturalmente il trovato è suscettibile di numerose modifichi e varianti, tutte rientranti nell ' ambito del medesimo concett inventivo

I l tras f ormatore impi egato per tale tipologia di applicazione può anche prevedere di integrare l ' induttore che compone il circuito L-C risonante come reattanza di dispersione del trasformatore stesso; è così possibile ottenere il valore des i derato di induttanza di dispe rsione sempl icemente determinando il volume in aria interposto tra l ' avvolgimento primario interno e quello secondario esterno, preservando tutte le caratteristiche costruttive ed i vantaggi evidenziati.

Naturalmente anche i materiali nonché le dimensioni costituenti i singoli componenti il trovato potranno essere i più pertinenti a seconda delle specifiche esigenze.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1) Trasformatore per applicazione nei generatori in inedia e alta frequenza, particolarmente per l'utilizzo nella testa di un generatore in media e alta frequenza per brasatura ad induzione, che si caratterizza per il fatto di essere costituito da una o più coppie di nuclei del tipo reperibile in commercio, da un avvolgimento primario con più spire in tubo di rame raffreddato liquido, da un avvolgimento secondario di una sola spira ottenuta dalla saldatura di più parti in lamina definenti un contenitore per detto circuito primario, detto tubo di detto avvolgimento primario essendo elettricamente isolato da detto circuito secondario.
2. 2 ) Trasf ormatore come al la rivendicazione 1 che s: caratterizza per il fatto che dette una o più coppie di presentano sezione conformata ad E o IIo I del tipo reperibile in commercio 3) Trasformatore come alle rivendicazioni 1 e 2 che si caratterizza per il fatto che detto avvolgimento primario costituito da più spire realizzate in tubo di rame, cavo, di sezione adeguata ed atto a condurre la corrente e a far circolare al suo interno la voluta portata di liquido per il raffreddamento e l'avvolgimento stesso, quest'ultimo presentando un primo terminale per la connessione elettrica ed un secondo terminale per l'ingresso del liquido di raffreddamento. 4) Trasformatore come alle rivendicazioni 1 e 3 che si caratterizza per il fatto che detto avvolgimento secondario è costituito da una singola spira ottenuta dalla saldatura di più parti in lamina, di rame, detto avvolgimento primario essendo racchiuso in detto avvolgimento secondario di sezione rettangolare unendo per saldatura in sequenza dette lamine di rame preformate fino ad ottenere una forma quasi completamente chiusa. 5) Trasformatore come alle rivendicazioni 1 e 4 che si caratterizza per il fatto che in detta forma quasi chiusa sono presenti dei fori per detto primo terminale, per l’alimentazione elettrica del primario, per detto secondo terminale pe l'adduzione dell'acqua, per un quarto terminale per l'uscita d liquido che andrà in corrispondenza dell'induttore anch'esso da un unica spira cava, per un quinto terminal costituente il ritorno di detto liquido che viene poi fatto fuoriuscire da un sesto terminale attiguo a detto second terminale. 6) Trasformatore come alle rivendicazioni 1 e 5 che si caratterizza per il fatto di comprendere dei blocchetti terminali rispettivamente per la connessione elettrica di detto induttore di saldatura a detto avvolgimento secondario e per il passaggio del liquido di raffreddamento per detto induttore. 7) Trasformatore come alle rivendicazioni 1 e 6 che si caratterizza per il fatto che detto liquido, tramite un tubo isolato, viene trasferito a detto avvolgimento secondario seguendo le lamine esterne. 8) Procedimento per la realizzazione di un trasformatore come alle rivendicazioni precedenti che si caratterizza per il fatto di prevedere una prima fase in cui viene realizzato detto avvolgimento primario utilizzando tubi di rame della sezione richiesta e con i terminali nella posizione prevista per la connessione esterna, seguita da una seconda fase in cui detto primario viene racchiuso in detto avvolgimento secondario di sezione rettangolare unendo per saldatura in sequenza ordinata dette lamine di rame preformate fino ad ottenere una forma quasi completamente chiusa. 9) Procedimento come alla rivendicazione 8 che si caratterizza per il fatto di prevedere una terza fase in cui detto nucleo di detto trasformatore viene costituito inserendo, al termine delle precedenti fasi, le colonne di una o più coppie di detti nuclei aventi forma ad E, o, alternativamente coppie a forma di U e I e ciò al fine di creare un circuito magnetico chiuso di tipo E-E oppure del tipo U-I, concatenato con detto avvolgimento secondario di sezione rettangolare e quindi anche con detto primario contenuto all'interno. 10) Trasformatore e procedimento come ad una o più delle rivendicazioni precedenti che si caratterizzano per quanto descritto ed illustrato nelle allegate tavole di disegni.