SU995639A1

SU995639A1 - Shock-excited pulsed transformer

Info

Publication number: SU995639A1
Application number: SU813311760A
Authority: SU
Inventors: Е.А. Абрамян; Г.Д. Куликов; А.А. Курков
Original assignee: Особое конструкторское бюро Института высоких температур АН СССР
Priority date: 1981-07-06
Filing date: 1981-07-06
Publication date: 1986-03-07

Abstract

ИШУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР С УДАРНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ, содержащий первичную обмотку и многослойную вторичную обмотку высокого напр жени , размещенные в корпусе, заполненном электроизол ционной средой, отличающийс тем, что, с целью повышени его надежности и уменьшени габаритов, многослойна вторична обмотка высокого напр жени выполнена из двойного провода, уложенного сло ми, имеющими коническую форму с углом при вершине 70- 180&deg;, при этом слои обмотки соединены последовательно и расположены вертикально вдоль общей оси. /A PUNCH WITH SHOCKING EXCITATION, containing a primary winding and a multilayer secondary winding of high voltage, housed in a housing filled with electrically insulating medium, characterized in that, in order to increase its reliability and reduce the size, a secondary winding of a high heat insulation layer laid in layers having a conical shape with an apex angle of 70- 180 °, while the layers of the winding are connected in series and arranged vertically along a common axis. /

Description

Изобретение относитс к технике генерировани мощных импульсов высокого напр жени , в частности ij импульсному трансформатору с ударным возбуждением, и ожет найти применение в качестве источника питани ускорителей зар женных частиц и дл испытани высоковольтной аппаратуры. Известен генератор импульсов высокого напр жени , состо щий из коаксиально расположенных первичной и . вторичной обмоток, выполненных в один слой и размещенных в корпусе, заполненном сжатым газом. Вторична обмотка намотана на изол ционньй цилиндр, выполн ющий роль опорного изол тора. Высоковольтный конец вторичной обмотки соединен с электродом, который вместе с корпусом образует вторичную емкость трансформатора. Недостатком такого трансформатора вл ютс большие габариты, особенно при больших коэффициентах трансформации (), Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс импуль -ный трансформатор с ударным возбуждением , содержащий первичную обмотку и многослойную цилиндрическую вторичную обмотку высокого напр жени (ЪЕ) расположенную в корпусе, заполненном электроизол ционной средой. Недостатками известного трансформатора вл ютс мала надежность обмотки высокого напр жени вдоль поверхности межслойной изол ции и боль шие габариты ввиду малых допустимых значений напр женности электрического пол вдоль межслойной изол ции, особенно в зоне максимального напр жени , а ввиду того что слои обмотки высокого напр жени формируютс по горизонтали, растут ее радиальные размеры, вследствие чего св зь между первичной обмоткой и последними сло ми обмотки высокого напр жени ухудшаетс , что также снижает надежность трансформатора. Целью изобретени вл етс повышение надежности и уменьшение габаритов трансформатора. Поставленна цель достигаетс тем, что в импульсном трансформаторе с ударным возбуждением, содержащем первичную обмотку и многослойную вторичную обмотку высокого напр жени , расположенные в корпусе, заполненном электроизол ционной средой, 92 многослойна вторична обмотка высо- i кого напр жени вьшолнена из двойного провода, уложенного сло ми, имеющими коническую форму с углом при вершине 70-180°, при этом слои обмотки соединены последовательно и расположены вертикально вдоль общей оси. Выполнение многослойной обмотки высокого напр жени двойным проводом при формировании слоев по вертикали в виде конических поверхностей позвол ет существенно снизить габариты устройства и повысить его надежность, так как допустимые градиенты напр женности электрического пол вдоль слоев изол ции (как вьтолнено в про тотипе) составл ет всего 2-2,5 кВ/cMj в то врем как в предлагаемой конструкции допустимый градиент элект- рического пол вдоль наружных поверхностей обмотки высокого напр жени (по вертикали) в газовой среде (например, SFg) под давлением может составить более 80 кВ/см, Кро- ме того, выполнение слоев коническими снижает напр женность электрического пол в промежутке между первичной обмоткой и крайними витками наружной поверхности обмотки высокого напр жени , улучшаетс качество наружных поверхностей высоковольтной обмотки, что повьщ1ает надежность трансформатора и уменьшает его габариты. Интервал угла конуса при вершине одного сло выбираетс пределах 70-180 При углах конуса, близких к 180, технологически трудно произвести непрерывную намотку многих слоев обмотки (более 100J. Кроме того, при превьшении этого угла повышаетс напр женность электрического пол в зазоре между первичной обмоткой трансформатора и наружными витками обмотки высокого йапр жени , так как эквипотенциальные поверхности при этих углах имеют более крутую кривизну. При уменьшении угла при вершине от 180° снижаетс напр женность электрического пол в указанной зоне, но при углах , близких к 70°, вновь по вл ютс технологические трудности намотки многослойной обмотки. Кроме того, начи нает резко возрастать продольна составл кща электрического пол (вдоль сло более, чем в 3-5 раз) , что сниает надежность обмотки в целом, ухудаетс и качество наружных поверхностей обмотки что в свою очередь снижает электрическую прочность обмотки высокого напр жени , а следовательно, надежность трансформатора. При использовании трансформатора в качестве высоковольтного источника питани ускорител электронов важное значение имеет подвод мощности дл канала инжектора и питани систем управлени , В предлагаемом устройстве этот вопрос решаетс намоткой высоковольтной обмотки двойным проводом с подсоединением источника питани к обоим концам со стороны земли, который питает системы, наход щиес в высоковольтной части трансформатора.The invention relates to a technique for generating high voltage pulses, in particular ij, a pulse transformer with shock excitation, and can be used as a power source for accelerators of charged particles and for testing high voltage equipment. A high voltage pulse generator is known, consisting of primary and coaxially arranged primary. secondary windings made in one layer and placed in a housing filled with compressed gas. The secondary winding is wound on an insulating cylinder that acts as a supporting insulator. The high-voltage end of the secondary winding is connected to the electrode, which, together with the housing, forms the secondary capacitance of the transformer. The disadvantage of such a transformer is its large size, especially for large transformation ratios (). The closest to the invention according to the technical essence is a pulse transformer with shock excitation, containing a primary winding and a multilayer cylindrical secondary winding of high voltage (B) located in the housing filled with electrically insulating medium. The disadvantages of the known transformer are the low reliability of the high voltage winding along the surface of the interlayer insulation and large dimensions due to the small allowable values of the electric field strength along the interlayer insulation, especially in the area of maximum voltage, and due to the fact that the layers of high voltage winding are formed horizontally, its radial dimensions grow, as a result of which the connection between the primary winding and the last layers of the high voltage winding deteriorates, which also reduces the reliability t ansformatora. The aim of the invention is to increase the reliability and reduce the size of the transformer. The goal is achieved by the fact that in a pulse transformer with percussion excitation containing a primary winding and a high-voltage multi-layer secondary winding located in a housing filled with an electrically insulating medium, 92 the multi-layer secondary winding of a high i voltage is filled from a double wire laid M, having a conical shape with an angle at the top of 70-180 °, while the layers of the winding are connected in series and arranged vertically along a common axis. Performing a multilayer winding of high voltage with a double wire when forming layers vertically in the form of conical surfaces allows to significantly reduce the dimensions of the device and increase its reliability, since the allowable electric field strength gradients along the insulation layers (as completed in the prototype) are only 2-2.5 kV / cMj while in the proposed construction the allowable electric field gradient along the outer surfaces of the high voltage winding (vertical) in a gaseous medium (for example, SFg) under pressure can be more than 80 kV / cm. Moreover, the implementation of conical layers reduces the electric field strength between the primary winding and the extreme turns of the outer surface of the high voltage winding, improves the quality of the external surfaces of the high voltage winding, which increases the reliability of the transformer and reduces its size. The interval of the cone angle at the top of one layer is selected within 70-180. At cone angles close to 180, it is technologically difficult to produce continuous winding of many layers of the winding (more than 100J. In addition, if this angle is exceeded, the electric field in the gap between the primary winding of the transformer increases and the outer turns of the high winding winding, since the equipotential surfaces at these angles have a steeper curvature. When the angle at the vertex decreases from 180 °, the strength of the electric field decreases In this area, but at angles close to 70 °, the technological difficulties of winding the multilayer winding reappear.In addition, the longitudinal component of the electric field begins to increase sharply (more than 3-5 times along the layer), which reduces the reliability the windings as a whole, the quality of the outer surfaces of the windings also fades, which in turn reduces the dielectric strength of the high voltage windings, and hence the reliability of the transformer. When using a transformer as a high-voltage power source for an electron accelerator, it is important to supply power to the injector channel and power control systems. In the proposed device, this problem is solved by winding the high-voltage winding with a double wire connecting the power source to both ends of the ground that feeds the systems in the high-voltage part of the transformer.

На чертеже представлен предлагаемый трансформатор. Он состоит из первичной обмотки 1 и вторичной высоковольтной обмотки (во) 2, Первична обмотка состоит из нескольких витков Коническа форма первичной обмотки улучшает коэффициент св зи К между обмотками. Вторична ВО вьтолнена двойным намоточным проводом в виде многих конических слоев 3 с углом при вершине 70-180°, соединенных между собой последовательно. Слои ВО изолированы друг от друга прокладками например, из конденсаторной бумаги. После намотки ВО пропитываетс эпоксидным компаундом,. Вторична ВО имеет несколько тыс ч витков. Вторична обмотка 2 заканчиваетс высоковольтным электродом 4, радиационно-прозрачным дл переменного магнитного потока. Весь трансформатор помещен в корпус 5, заполненный электрически прочной средой 6, например газом SFg, под давлением 8-15 кг/см. Напр жениеThe drawing shows the proposed transformer. It consists of a primary winding 1 and a secondary high voltage winding (in) 2. The primary winding consists of several turns. The conical shape of the primary winding improves the coupling coefficient K between the windings. The secondary VO is made by a double winding wire in the form of many conical layers 3 with an apex angle of 70-180 °, interconnected in series. VO layers are isolated from each other by gaskets, for example, from capacitor paper. After winding, the VO is impregnated with epoxy compound. Secondary VO has several thousand turns. The secondary winding 2 is terminated by a high voltage electrode 4, radiation transparent to a variable magnetic flux. The whole transformer is placed in the housing 5, filled with electrically strong medium 6, for example SFg gas, under a pressure of 8–15 kg / cm. Voltage

из корпуса на нагрузку выводитс высоковольтным кабелем 7, Элементы ВО, высоковольтный электрод 4, корпус 5 и высоковольтный кабель 8 образуют распределенную емкость вторичного контура, В корпус 5 может быть встроена непосредственно ускорительна трубка (на чертеже не показана), Импульсный трансформатор работает следующим образом.from the case to the load is brought out by a high-voltage cable 7, VO elements, high-voltage electrode 4, case 5 and high-voltage cable 8 form a distributed capacitance of the secondary circuit, Acceleration tube (not shown) can be directly integrated into case 5, Pulse transformer works as follows.

Предварительно зар женный конденсатор первичного контура подключаетс коммутатором к первичной обмотке 1, При этом во вторичной обмотке 2, настроенной в резонанс с первичной (средний коэффициент св зи К 0,6), возникают импульсы высокого напр жени , Это напр жение по высоковольтному кабелю 7 подаетс на электронную пушку, либо на другую высоковольтную нагрузку (на чертеже не показаны), Питание канала инжектора и системы управлени осуществл етс подсоединением дополнительного источника со стороны земли к обоим концам двойного провода ВО (на чертеже не показано),The precharged capacitor of the primary circuit is connected to the primary winding 1 by the switch, while in the secondary winding 2 tuned to resonance with the primary (average coupling coefficient K 0.6), high voltage pulses appear. This voltage is fed through the high voltage cable 7 to an electron gun, or to another high-voltage load (not shown in the drawing). The injector channel and control system are powered by connecting an additional source on the ground side to both ends of the double wire VO (not shown)

Предложенное техническое решение позволит при прочих равных услови х повысить надежность примерно в 1,3 раза и сократить габариты импульсного трансформатора по сравнению с известными импульсными трансформаторами с ударным возбуждением пропорционально допустимой напр женности электрического пол , т.е. в 23 раза,The proposed technical solution will, with other things being equal, increase the reliability by about 1.3 times and reduce the dimensions of the pulse transformer as compared with the known pulse transformers with shock excitation proportional to the permissible electric field strength, i.e. 23 times

Повьш ение надежности работы трансформатора в 1,5 раза позволит увелн- |чить его ресурс примерно в 2 разаImproving the reliability of the transformer by 1.5 times will increase its resource by about 2 times

Claims

PULSE TRANSFORMER WITH • SHOCK EXCITATION, comprising a primary winding and a multilayer secondary winding of high voltage, placed in a housing filled with an insulating medium, characterized in that, in order to increase its reliability and reduce dimensions, the multilayer secondary winding of high voltage is made of double wire laid layers having a conical shape with an angle at the apex of 70-180 °, while the layers of the winding are connected in series and are arranged vertically along a common axis.

SU „„ 995639