Электрический высокочастотный трансформатор. Высокочастотные трансформаторы

Высокочастотный трансформатор

Использование: в электротермии, в частности при индукционном нагреве в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки и т.д. Высокочастотный трансформатор содержит первичную обмотку в форме цилиндрической спирали, выполненную из трубки, изолированной по длине диэлектриком, вторичную обмотку, выполненную из трубки большего диаметра, состоящую из отдельных витков, электрически соединенных между собой преимущественно параллельно. При этом на каждом витке первичной обмотки коаксиально размещен виток вторичной обмотки. Технический результат заключается в увеличении коэффициента связи, улучшении равномерности токораспределения. 3 ил.

Известен высокочастотный трансформатор (В.А. Пейсахович. "Оборудование для высокочастотной сварки металлов", Л., Энергоатомиздат, 1988, стр. 150), состоящий из спиральной многовитковой цилиндрической первичной обмотки, расположенной концентрично внутри одновитковой вторичной обмотки с воздушным зазором, служащим электрической изоляцией. Недостатком известного воздушного высокочастотного трансформатора является невысокий коэффициент связи (0,6-0,8). Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является высокочастотный трансформатор (А.Н. Шамов, И.В. Лунин, В.П. Иванов. "Высокочастотная сварка металлов", Л., Машиностроение, 1977, стр. 94), выбранный в качестве прототипа, состоящий из изолированной диэлектриком первичной обмотки, цилиндрической одновитковой вторичной обмотки, расположенной концентрично первичной с зазором, который фиксируется диэлектриком (изолятором) первичной обмотки. Внутри первичной обмотки для увеличения коэффициента связи расположен водоохлаждаемый сердечник из феррита. Такой трансформатор имеют установки, например, ВЧС-400/0,44, ВЧС-630/0,44, разработанные для производства труб высокочастотной сваркой. Недостатком прототипа являются сложность конструкции, большой вес, т.к. сердечник из феррита имеет массу от 15 до 30 кг в зависимости от мощности трансформатора, большую стоимость, невысокий коэффициент связи (не более 0,85). Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении коэффициента связи, улучшении равномерности токораспределения, снижении стоимости и веса. Поставленная задача решается за счет того, что в высокочастотном трансформаторе, содержащем первичную обмотку в форме цилиндрической спирали, выполненную из трубки, изолированную по длине диэлектриком, вторичную обмотку, выполненную из трубки большего диаметра, состоящую из отдельных витков, электрически соединенных между собой преимущественно параллельно, согласно изобретению на каждом витке первичной обмотки коаксиально размещен виток вторичной обмотки. Изобретение (высокочастотный трансформатор в мощном варианте) поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид трансформатора со стороны выводов вторичной обмотки, на фиг. 2 - вид сверху, на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1. Первичная обмотка 1 мощного высокочастотного трансформатора, выполненная из медной или алюминиевой трубки, изолирована диэлектриком 2 и имеет выводы 3 для подключения к схеме высокочастотного генератора, а также для подачи и слива охлаждающей первичную обмотку воды. Поверх диэлектрика 2 размещены витки вторичной обмотки 4 (система охлаждения вторичной обмотки на чертежах не показана), выполненные из медной или алюминиевой трубки, которые через выводы 5 соединены между собой, как правило, параллельно. В предлагаемой конструкции трансформатора коэффициент связи практически равен 1, хотя трансформатор и не имеет дорогостоящего и тяжелого ферритового сердечника. Определение коэффициента связи проведено резонансным методом по формуле

где k - коэффициент связи; fxx - резонансная частота первичной обмотки с емкостью C, подключенной параллельно и разомкнутой вторичной обмоткой; fкз - то же самое, но вторичная обмотка замкнута накоротко. Величина коэффициента связи составила более 0,999. Физически это объясняется тем, что у трансформатора отсутствует поле рассеяния, т. к. все электромагнитное поле первичной обмотки заключено в объеме зазора между трубками первичной и вторичной обмоток, что является следствием коаксиального расположения обмоток. Кроме того, коаксиальное размещение на каждом витке первичной обмотки трансформатора витка вторичной обмотки приводит к равномерному распределению токов по наружной поверхности первичной и внутренней поверхности вторичной обмоток, которого нет ин у одного известного высокочастотного трансформатора (см., например, Ю.В. Денисов "Трансформатор высокой частоты без самоиндукции рассеяния во вторичной обмотке. "Электричество", 1940, N 6, В.А. Пейсахович, Н.Л. Мирский "Высокочастотный трансформатор с незамкнутым ферритовым сердечником" // Промышленное применение токов высокой частоты. Л., Машиностроение, 1970, стр. 208-217). Равномерность токораспределения позволяет создать более компактную конструкцию меньшего веса, т.к. лучше используется материал обмоток с точки зрения токовых нагрузок. Отсутствие поля рассеяния позволяет легче встраивать высокочастотный трансформатор в технологические линии, например в трубоэлектросварочный стан, т.к. экранирующие поверхности шкафа, в котором размещен трансформатор, могут быть расположены на минимальных расстояниях, что заметно уменьшает размеры шкафа. Предполагается освоение мелкосерийного производства высокочастотных трансформаторов заявленной конструкции мощностью до 400 кВт.

Формула изобретения

Высокочастотный трансформатор, содержащий первичную обмотку в форме цилиндрической спирали, выполненную из трубки, изолированной по длине диэлектриком, вторичную обмотку, выполненную из трубки большего диаметра, состоящую из отдельных витков, электрически соединенных между собой, преимущественно параллельно, отличающийся тем, что на каждом витке первичной обмотки коаксиально размещен виток вторичной обмотки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Суворов Владимир Иванович, Сюксин Эспер Аркадьевич

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Общество с ограниченной ответственностью "Проектно-Конструкторское бюро "Урал-Электро"

Договор № РД0026047 зарегистрирован 03.09.2007

Извещение опубликовано: 10.10.2007 БИ: 28/2007

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в мощных электроиндукционных устройствах с воздушным охлаждением

Изобретение относится к проектированию и изготовлению элементов радиоэлектронной аппаратуры, а именно индуктивных элементов, изготовленных методом печатного монтажа

Изобретение относится к электротехнике и касается, в частности, многовитковых первичных обмоток трансформаторов тока

Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным трансформаторам

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к пусковым устройствам, применяемым для асинхронных двигателей с фазовым ротором

Изобретение относится к электротехнике, в частности к прессующим устройствам обмоток реакторов без стали

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании параметрических трансформаторов повышенной частоты для источников вторичного электропитания

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторам, и может быть использовано в индукционных установках повышенной частоты

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высокочастотным трансформаторам

Изобретение относится к электротермии, в частности к индукционному нагреву, и может быть использовано в электротермических установках для высокочастотной сварки металла, плавки, пайки, закалки и других операций

Изобретение относится к радиотехническим устройствам, работающим в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн и обеспечивает переход от несимметричного относительно общей шины ("земли") входа к симметричной (балансной) нагрузке или наоборот

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано в блоках строчной развертки телевизионных приемников и видеомониторов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для согласованного соединения симметричных и несимметричных высокочастотных передающих цепей

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения мощных высокочастотных электрических полей, коронных и тлеющих разрядов

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высоковольтным высокочастотным трансформаторам с твердой изоляцией и интенсивным охлаждением, преимущественно жидкостным, которые могут быть использоваться в качестве высоковольтных источников питания различного применения

www.findpatent.ru

Электрический высокочастотный трансформатор

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим высокочастотным трансформаторам для устройств передачи электрической энергии. Технический результат заключается в снижении потерь на сопротивлении обмоток трансформатора при работе на повышенной частоте и увеличении добротности высоковольтной обмотки. Электрический высокочастотный трансформатор содержит низковольтную и высоковольтную обмотку, выполненные в виде спиральной катушки с длиной высоковольтной обмотки, равной четверти длины волны тока и напряжения. Спиральная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций изолированного проводника, площадь сечения которого различна для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала спиральной обмотки согласно уравнению:

где cosϕi - нормированное значение тока i-й секции равно Ii/I0, где Ii - ток в i-й секции, I0 - ток в начале первой секции; Si - сечение проводника в i-й секции, 0≤ϕi≤π/2. Начало спиральной обмотки соединено с концом низковольтной обмотки и через емкость - с одним из выводов высокочастотного генератора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции электрических высокочастотных трансформаторов для устройств передачи электрической энергии.

Известен трансформатор напряжения - электромагнитный статический преобразователь электрической энергии, содержащий первичную и вторичную обмотки. Мощность из одной обмотки в другую передается электромагнитным полем. Для усиления связи обмотки располагают на ферромагнитном сердечнике - магнитопроводе. В трансформаторах имеет место высокий коэффициент электромагнитной связи С=0,93-0,999.

где M - взаимная индуктивность между первичной и вторичной обмоткой,

L1, L2 - индуктивности первичной и вторичной обмоток.

Для создания магнитного поля в трансформаторе используется реактивная мощность, которая затрачивается на создание поля взаимной индукции и полей рассеяния первичной и вторичной обмоток. Часть активной мощности расходуется на потери в меди в первичной и вторичной обмотке (Копылов И.П. Электрические машины. М.: Логос, 2002 г., стр.131-239).

Недостатком известного устройства является симметрия напряжения на выводах вторичной обмотки, что не позволяет использовать электрический трансформатор для передачи электрической энергии по однопроводниковой линии.

Известно устройство для преобразования и передачи электрической энергии по однопроводной линии на большое расстояние, разработанное Н.Тесла в 1897 году. Согласно изобретению Н.Тесла устройство состоит из двух трансформаторов, один для повышения, а другой для уменьшения потенциала тока, указанные трансформаторы имеют вывод обмотки с проводом большой длины, соединенный с линией, и другой вывод этой обмотки, примыкающий к обмотке из провода более короткой длины, соединен электрически с ней и с землей.

Известен электрический трансформатор, который имеет первичную обмотку, соединенную с электрическим генератором повышенной частоты. Первичная обмотка намотана на вторичную высоковольтную обмотку, длина провода которой значительно больше длины первичной обмотки и приблизительно равна четверти длины волны электромагнитного поля в линии. В этом случае потенциал одного внутреннего вывода высоковольтной обмотки равен нулю, а потенциал другого наружного вывода будет максимальный. Внутренний конец высоковольтной вторичной обмотки соединен с линией передачи электрической энергии, а наружный конец вторичной обмотки и прилегающий вывод первичной обмотки в целях электробезопасности соединен с землей (Н.Тесла Электрический трансформатор. Пат. США №593138 от 02.11.1897 г.).

Недостатком известного устройства являются потери мощности на высокой частоте из-за потерь на сопротивлении высоковольтной обмотки.

Известен высоковольтный высокочастотный трансформатор, содержащий однослойную спиральную катушку, которая выполнена однослойной с электрической длиной, равной четверти длины волны, и подключена к генератору и нагрузке несимметрично (Пат. РФ 2033651 от 22.04.1988 г.).

Недостатком известного устройства является использование для получения резонансных колебаний собственной емкости спиральной обмотки.

Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования и передачи электрической энергии. Технический результат заключается в снижении потерь на сопротивлении обмоток трансформатора при работе на повышенной частоте и увеличении добротности высоковольтной обмотки.

Указанный результат достигается тем, что в электрическом высокочастотном трансформаторе, содержащем низковольтную и высоковольтную обмотку, выполненные в виде спиральной катушки с длиной высоковольтной обмотки, равной четверти длины волны тока и напряжения, спиральная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций изолированного проводника, площадь сечения которого различна для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала спиральной обмотки согласно уравнению:

где cosϕi - нормированное значение тока i-й секции; где Ii - ток в i-й секции, I0 - ток в начале первой секции; Si - сечение проводника в i-й секции; а начало спиральной обмотки соединено с концом низковольтной обмотки и через емкость - с одним из выводов высокочастотного генератора.

В варианте исполнения электрического высокочатотного трансформатора в качестве нормированного тока I-ой секции используют среднее значение тока в секции и соответствующее среднему току сечение проводника в секции.

В другом варианте конструкции электрического высокочастотного трансформатора в качестве нормированного тока i-й секции используют максимальное значение тока в этой секции и соответствующее максимальному току максимальное сечение проводника секции.

Сущность изобретения иллюстрируется на фиг.1, 2. На фиг.1 представлена электрическая схема устройства и на фиг.2 показано распределение тока в секциях высоковольтной обмотки высокочастотного трансформатора.

Согласно фиг.1 высокочастотный генератор 1 через емкости 2 подключен к низковольтной обмотке 3 высокочастотного трансформатора 4. Высоковольтная обмотка 5 выполнена в виде спиральной катушки с длиной проводника, равной длины волны тока и напряжения.

где С - скорость электромагнитной волны.

При частоте генератора f0=25 кГц:

Высоковольтная обмотка 5 состоит из секций С1, С2, C3, C4 с разным сечением проводника.

На фиг.2 показано распределение волны тока в четвертьволновой линии спиральной высоковольтной обмотки 5. Средняя плотность тока ji в каждой секции Сi равна:

где Ii=I0cosϕI - средний ток в i-й секции,

I0 - ток в начале первой секции,

Si - сечение проводника в i-й секции. Считая плотность тока ji=A постоянной вдоль проводника высоковольтной обмотки, получим уравнение:

где A=const, постоянная величина.

Так как I0 - фиксированная величина тока для данного трансформатора и режима передачи электроэнергии, разделим обе части равенства на I0, получим уравнение (I):

где В - новая постоянная величина, а cosϕI - нормированное значение тока в i-й секции спиральной обмотки.

На фиг.2 высоковольтная спиральная обмотка четвертьволновой линии длиной 3000 м при частоте 25 кГц содержит три секции по 1000 м каждая. Принимая средние значения нормированных токов для секции С1, ϕ1=15° cosϕ1=0,996; для секции С2 ϕ2=45° cos ϕ2=0,707; для секции C3 ϕ3=75° cos ϕ3=0,26.

Для выполнения условия (1) одинаковой плотности токов во всех секциях обмотки 5 получаем соотношения для сечений проводника в секциях:

S1=0,966B, где B - const;

S2=0,707B;

S3=0,26B;

Выбирая для третьей секции сечение проводника S3=1 мм2, получим S2=2,72 мм2, S3=3,71 мм2.

В варианте исполнения в качестве Ii берут максимальный ток в i-й секции. Тогда для первой секции I1=I0, cos ϕ1=1.

Пример выполнения высокочастотного трансформатора.

Число витков в низковольтной обмотке 3 W1=25.

Число витков в высоковольтной спиральной обмотке 5 W2=1244 витков, число слоев - 21, общая длина обмотки 5 lв=2474,019 м. Обмотка имеет 3 секции. Первая секция выполнена из провода ПВЗ-10 длиной 355,63 м, сечением 10 мм2; вторая секция из провода ПЗ-6 сечением 6 мм2, длиной 409,61 м и третья секция из провода ПВВ-1 сечением 1 мм2, длиной 2100,524 м. Сопротивление обмотки 5 на частоте f0=1 кГц, R=450 кОм, индуктивность L=0,93 Гн, емкость обмотки 26,82 нФ, добротность Q1=129.

При выполнении высоковольтной обмотки 5 только из провода ПВВ-1 сечением 1 мм2 длиной 2100,524 м добротность снизилась в 3,28 раза и составила Q2=39,3.

Таким образом, по сравнению с известным трансформатором, у которого высоковольтная обмотка выполнена из проводника минимального сечения, одинакового по всей длине высоковольтной обмотки, выполнение высоковольтной спиральной катушки из нескольких секций, в которых сечение проводника уменьшается в соответствии с соотношением (1), снижает потери на сопротивлении обмоток, увеличивает добротность и эффективность преобразования электромагнитной энергии в высокочастотном трансформаторе.

1. Электрический высокочастотный трансформатор, содержащий низковольтную обмотку, подключенную через емкость к высокочастотному генератору и высоковольтную обмотку, выполненную в виде спиральной катушки с длиной обмотки, равной четверти длины волны тока и напряжения, отличающийся тем, что спиральная обмотка состоит из нескольких секций изолированного проводника, площадь сечения которого различна для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала спиральной обмотки согласно уравнению

где cosϕi - нормированное значение тока i-й секции;

где Ii - ток в i-й секции, I0 - ток в начале первой секции; Si - сечение проводника в i-й секции;

а начало спиральной обмотки соединено с концом низковольтной обмотки и через емкость - с одним из выводов высокочастотного генератора.

2. Электрический высокочастотный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве нормированного тока i-й секции используют среднее значение тока в секции и соответствующее среднему значению тока сечение проводника в секции.

3. Электрический высокочастотный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве нормированного тока i-й секции используют максимальное значение тока в этой секции и соответствующее максимальному току максимальное сечение проводника секции.

www.findpatent.ru

высокочастотный трансформатор | Расчет высокочастотного трансформатора

В качестве эффективной и высокомощной преобразовательной техники в системах электропитания и построения генераторов широко применяется высокочастотный трансформатор. Его конструкция включает две чередующиеся первичные и вторичные обмотки, формирующие отделения, расположенные в торцевой части первичек.

Особенности устройства

Все секционные обмотки изготавливают, соблюдая оптимальное соотношение длины и диаметра намотки. Подобное строение трансформатора дает возможность просто и с минимальными затратами времени заменить секции в процессе ремонта. Если в установке силового оборудования предусмотрен воздушный зазор, удается без особых усилий настроить выравнивание выходного напряжения.

Трансформаторы, преобразовывающие напряжение с высокой частотой переменного тока, состоят из:

сердечника;
первички;
вторичной обмотки.

Высокий коэффициент полезного обусловлен наличием магнитопровода, имеющего форму полукруга. При данной конфигурации для любой электрической цепи будет характерно снижение рассеивания магнитного поля, показателя удельных потерь. С подобными задачами превосходно справляется современный высокочастотный трансформатор с небольшими размерами и легким весом.

Устройство легко монтируется, не занимая много полезного пространства.

Высокочастотный трансформатор с дисковой обмоткой

Преобразователь высоких частот, оснащенный дисковой обмоткой, используется с целью индукционного нагрева.

Первичка дисковая состоит из двух частей. А вторичная обмотка содержит чередующиеся листовые витки, имеющие изоляционное покрытие. Оно защищает элементы намотки от нежелательных контактов между собой.

На обеих обмотках имеются специальные отверстия, куда частично или полностью вставлен магнитный провод. Все секции первички локализуют над наружными поверхностями листов вторичной обмотки. Связи между витками имеют последовательный кондуктивный характер.

Выполнение конструкции и поверхностей сердечника реализуется с учетом необходимости передвижения вдоль оси обмоток или снабжения катушкой с электромагнитной индукцией.

Данные расчета

Расчет высокочастотного трансформатора осуществляется с использованием множества входных данных:

амплитуда индукции;
частота преобразования;
сопротивление канала;
напряжение насыщения;
питание плотность тока и др.

Вычисления производятся для того, чтобы узнать оптимальную габаритную и потребляемую мощность, индуктивности и число витков первичной и вторичной обмотки.

Приобрести высокочастотный трансформатор

Целесообразно подобрать оптимальное устройство для стабилизации напряжения с переменной частотой вам помогут в нашем магазине. Высокочастотный трансформатор, купить который на сайте компании «Родник 4» можно по довольно низкой цене, обеспечит существенную экономию электроэнергии и безопасность работы каждого прибора в электрической сети.

rodnik4.ru

Высокочастотный трансформатор

Изобретение относится к электротермии, в частности к индукционному нагреву, и может быть использовано в электротермических установках для высокочастотной сварки металлов, плавки, пайки, закалки. Высокочастотный трансформатор состоит из первичной 1, 2 и вторичной 3, 4 одновитковой дисковых обмоток, выполненных в форме плоской спирали и расположенных соосно с радиальным зазором в дисках вторичной обмотки и соединенных с дисками вторичной обмотки выводных шин. Выводные шины 7 вторичной дисковой обмотки размещены в радиальном зазоре этой обмотки перпендикулярно плоскости дисков. 5 ил.

Известен высокочастотный трансформатор, состоящий из спиральной многовитковой цилиндрической первичной обмотки, расположенной концентрично внутри одновитковой вторичной обмотки, между которыми выполнен воздушный зазор, служащий электрической изоляцией между обмотками. Высокочастотный трансформатор согласует выходное напряжение лампового генератора с напряжением технологической цепи (индуктора, кондуктора и т.д.) [1] Трансформаторы такой конструкции обладают большим полем рассеяния, высоким КПД. Экранирование таких трансформаторов выполняют с большими зазорами, что приводит к увеличению объема, занимаемого всей конструкцией. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является трансформатор [2] содержащий первичную дисковую обмотку (с. 172, рис. 6-12), вторичную одновитковую дисковую обмотку с радиальным зазором в дисках и соединенные с ними выводные шины (с. 170, рис. 6-10). Выводные пластины 4 на рис. 6-14, соединенные выводной колодкой, расположены в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного потока и являются концентраторами "настила" тока и тем больше, чем больше частота тока, что приводит к их перегреву и снижению КПД. Известные трансформаторы будут иметь повышенные потери в переходных частях вторичной обмотки (с. 96, 97, рис. 3-19) при использовании их на высоких частотах (440 кГц и выше) и при мощностях сотни тысяч кВт. Не спасает положение "компенсация" выводных шин в известном решении, т. к. перехлестнутая часть вторичной обмотки, расположенная ближе к первичной обмотке, экранирует расположенную дальше (т.к. проникновение поля и тока в медь на частоте 440 кГц 0,1 мм), в результате экранированная часть не взаимодействует с магнитным полем как первичной катушки, так и с перехлестнутой частью вторичной катушки ввиду высокой частоты и отсутствия магнитопровода. Таким образом, трансформаторы известных конструкций не позволяют решить проблемы, связанные с передачей энергии от вторичных обмоток трансформатора к нагрузочным устройствам с наименьшими потерями при частотах тока более сотен тысяч герц и нагрузках более сотен тысяч киловатт. В книге Тира Л.Л. [2] рассматриваются трансформаторы повышенной частоты до 10000 Гц (10 кГц) (с.3) с сердечниками из электротехнической стали, которые увеличивают коэффициент связи и позволяют уменьшить число витков в обмотках. На высоких частотах (выше 66 кГц, ГОСТ 12.2.007.10-87) сердечники из электротехнической стали не применяют в виду недопустимых потерь на вихревые токи. На высоких частотах широкое применение нашли "воздушные" трансформаторы, т.е. не имеющие сердечника. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД трансформатора. Поставленная задача решается за счет того, что в высокочастотном трансформаторе, состоящем из первичной и вторичной одновитковой дисковых обмоток, выполненных в форме плоской спирали и расположенных соосно с радиальным зазором в дисках вторичной обмотки и соединенных с дисками вторичной обмотки выводных шин, согласно изобретению, выводные шины вторичной дисковой обмотки размещены в радиальном зазоре этой обмотки перпендикулярно плоскости дисков. Благодаря такой конструкции направление линий тока первичной и вторичной обмоток совпадают по всей длине вторичной обмотки, причем электродинамические силы от близости в зазоре выводных шин направлены всегда перпендикулярно плоскости выводных шин, следовательно, влиять на распределение плотности тока по радиусу вторичной обмотки не могут. Тем самым в зазоре устраняются потери энергии в переходных частях вторичной обмотки и повышается КПД трансформатора. Изобретение поясняется чертежами, на которых представлена конструкция высокочастотного трансформатора. На фиг. 1 представлен вид сбоку, на фиг. 2 вид сверху, на фиг. 3 - разрез В-В на фиг. 1, на фиг. 4 электрическая схема автотрансформатора, на фиг. 5 электрическая схема трансформатора. Трансформатор состоит из двух частей, каждая из которых содержит первичные полуобмотки 1 и 2 в виде плоских спиралей и вторичные полуобмотки, состоящие из двух пар дисков 3 и 4 с радиальным зазором (фиг. 1). Выводные шины 6, 7 (фиг. 2, 3) расположены в радиальном зазоре дисков вторичной обмотки 3, 4 и соединены с последними с помощью сварки, пайки и т. д. Радиальный зазор дисков вторичной обмотки 3, 4 делают таким, чтобы с учетом толщины пластин выводных шин зазор между ними был не более 8 мм для уменьшения индуктивности выводных шин. Для выполнения условия сборки высокочастотного трансформатора наружные диски вторичной обмотки выполнены съемными, поэтому выводные шины 6, 7 сделаны разъемными. Первичная 1 и вторичная 3 полуобмотка электрически соединены друг с другом в точке 5 вблизи у выводной шины 7 (фиг. 2). Аналогично соединены первичная 2 и вторичная 4 полуобмотки (точка соединения не показана). Зазоры 8, 9 между первичными 1, 2 и вторичными 3, 4 полуобмотками заполнены диэлектриком. В трансформаторах (фиг. 5) (автотрансформаторах, фиг. 4) средние точки вторичной и первичной обмоток с целью электробезопасности заземляют. В предлагаемой конструкции предложена реализация схемы автотрансформатора и заземление выполнено через пластину 13, которая является лишь конструктивным элементом. Концы 10, 11 (фиг. 1) первичных полуобмоток 1, 2 закреплены на изоляторе 12, они являются высоковольтными и посредством их трансформатор подключается к конденсаторной батарее (не показана). Предлагаемая конструкция обладает достаточной жесткостью (крепеж для установки в корпус не показан). Ток от источника питания проходит по первичной полуобмотке 1 от высоковольтного конца 10 до точки 5 соединения с вторичной полуобмоткой 3, протекает по вторичным полуобмоткам 3 и 4, соединенных выводными шинами 6, 7 и соединительной пластиной 13. Затем через вторую точку соединения первичной и вторичной полуобмоток (не показана) переходит на первичную полуобмотку 2, обтекает ее и через высоковольтный конец 11 замыкается на источник питания. Технологическая цепь, например, индуктор, подсоединяется к выводным шинам 6 и 7, в которых суммируется ток вторичных полуобмоток, наведенный электромагнитным полем первичных полуобмоток. Кроме наведенного тока в индукторе течет ток первичных полуобмоток, т.к. первичные и вторичные полуобмотки соединены последовательно, причем в индукторе эти токи суммируются. Особенностью трансформатора является величина зазоров 8, 9, которые должны находиться в пределах 5oC8 мм. При больших зазорах, как показывает практика, плотность тока вторичной обмотки резко растет к центру трансформатора, что приводит к увеличению потерь на нагрев меди. В зазоры 8, 9 могут быть введены диски из твердого высокочастотного диэлектрика (фторопласта, оргстекла и т.п.). Высокочастотный трансформатор опробован при выпуске партии труб размером 57х3,2 мм на ТЭСА 20-114. Использование высокочастотного трансформатора заявляемой конструкции позволяет легче встраивать его в линию трубоэлектросварочного стана за счет уменьшения его габаритов, снизить потери электроэнергии на нагрев обмоток и повысить КПД на 5-10% Внедрение трансформатора предполагается на ТЭСА 20-114 на экспериментальном заводе электросварных труб г. Топки Кемеровской области.

Формула изобретения

Высокочастотный трансформатор, содержащий первичную и одновитковую вторичную обмотки, выполненные в виде дисков в форме плоской спирали и расположенные соосно, в дисках вторичной обмотки выполнены радиальные зазоры с расположенными в них выводными шинами, соединяющими диски вторичной обмотки, отличающийся тем, что выводные шины расположены перпендикулярно плоскости дисков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике сильных импульсных магнитных полей, и предназначено преимущественно для использования в обмотке тороидального поля токамака, работающего в импульсном режиме

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к импульсной технике и может быть использовано во входных разделительных цепях сеточных высоковольтных импульсных модуляторов

Изобретение относится к ступенчатому выключателю, преимущественно для трансформатора со ступенчатой регулировкой напряжения, имеющего в качестве изолирующего материала литьевую смолу, состоящему из однофазных идентичных модулей ступенчатого выключателя, которые имеют все необходимые элементы для переключения нагрузки и свой собственный корпус, куда они помещены, причем модули ступенчатого выключателя связаны через приводной вал с моторным приводом

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

Изобретение относится к области электротехники и касается основного электротехнического оборудования электростанций, подстанций, линий электропередачи и других электроустройств

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области трансформаторостроения, и может быть использовано в устройствах, использующих одновременно трансформатор и дроссель, например в автономных инверторах

www.findpatent.ru

Высокочастотный трансформатор

Изобретение относится к электротермии, в частности к индукционному нагреву. Сущность изобретения заключается в том, что высокочастотный трансформатор содержит выполненную из двух частей первичную дисковую обмотку, вторичную обмотку, состоит из двух последовательно соединенных листовых витков с отверстиями, в которые частично или полностью вставлен магнитопровод, причем части первичной обмотки располагают над внешними поверхностями листов вторичной обмотки и соединяют с ними кондуктивно последовательно, а магнитопровод выполняют с возможностью перемещения вдоль оси обмоток или снабжают катушкой подмагничивания. Изобретение уменьшает потери в магнитопроводе и выводах вторичной обмотки и упрощает конструкцию. 2 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к электротермии, в частности, к индукционному нагреву, и может быть использовано для согласования источника питания высокой частоты с низкоомной нагрузкой, а также для регулирования режима нагрева.

Известен трансформатор галетного типа с замкнутым магнитопроводом [1]. Галета состоит из дисковой первичной обмотки, изолированной термостойкой изоляцией и залитой алюминием. Заливка образует виток вторичной обмотки. Изменение коэффициента трансформации производится переключением витков первичной и вторичной обмоток. Недостатком указанного устройства является сложность его изготовления, ограничение по частоте до 10 кГц и снижение КПД при уменьшении коэффициента мощности индуктора. Известен трансформатор для высокочастотного нагрева с незамкнутым ферритовым сердечником [2] , недостатком которого является узкий диапазон его использования при высокочастотном нагреве с небольшим изменением индуктивностей нагрузок (не более чем в 2-3 раза) ввиду резкого снижения КПД при работе в более широком диапазоне изменения параметров. Известен высокочастотный трансформатор [3], содержащий первичную обмотку, выполненную в виде спиральной катушки, и вторичную одновитковую обмотку, соединенную последовательно с первичной и имеющую дополнительные выводы для подключения нагрузки. Трансформатор имеет элементы из ферромагнитного или электропроводного материала, установленные внутри обмоток ассиметрично с возможностью перемещения вдоль обмоток. Недостатком указанного устройства является более низкий КПД, чем у трансформаторов других типов, и узкий диапазон изменения нагрузок. Прототипом настоящего изобретения следует считать трансформатор для высокочастотного нагрева с дисковыми обмотками и замкнутым магнитопроводом [4], в котором путем переключения дисков первичной и вторичной обмоток возможно менять коэффициент трансформации в широких пределах. Основным недостатком устройства по прототипу является ограничение его использования в диапазоне частоты тока до 10 кГц. Это происходит потому, что при повышении частоты тока свыше 10 кГц резко увеличиваются потери в магнитопроводе, который выполнен из листовой электротехнической стали. Другим недостатком устройства по прототипу следует считать сложность конструкции и повышенные потери в выводах вторичной обмотки и контактных приспособлениях для переключения дисков. Повышенные потери во вторичной обмотке возникают из-за того, что ток во вторичной обмотке протекает вследствие эффекта близости по узким сторонам диска, обращенным друг к другу. В связи с указанными техническими и технологическими недостатками использования устройства по прототипу существует задача создания устройства, работающего в более широком диапазоне изменения частоты тока, осуществляющего согласование высокочастотного источника питания с нагрузкой, в том числе с низкоомной нагрузкой, с возможностью плавного регулирования режима работы при изменении параметров нагрузки, обладающего при этом простотой конструкции и эксплуатации, при снижении массогабаритных показателей и улучшении энергетических параметров. Поставленная задача решается авторами следующим образом. В известном устройстве, высокочастотном трансформаторе для индукционного нагрева, содержащем дисковые обмотки и магнитопровод, первичную дисковую обмотку выполняют из двух частей, вторичную обмотку выполняют состоящей из двух последовательно соединенных листовых витков с отверстиями, в которые частично или полностью вставлен магнитопровод, причем части первичной обмотки располагают над внешними поверхностями листов вторичной обмотки и соединяют с ними кондуктивно последовательно, а магнитопровод выполняют с возможностью перемещения вдоль оси обмоток и/или снабжают катушкой подмагничивания. Технический результат от применения предлагаемого устройства состоит в возможности его применения при частоте тока как до 10 кГц, так и более, в возможности согласования высокочастотного источника питания с нагрузкой, включая низкоомную нагрузку, а также в упрощении конструкции и снижении стоимости при повышении энергетических показателей, таких как КПД, коэффициент связи и др. Основным техническим преимуществом настоящего изобретения по сравнению с прототипом является возможность его применения в широком диапазоне изменения частоты тока за счет того, что потери во вторичной обмотке малы из-за большой ширины пути протекания тока и малого зазора, потери во вторичной обмотке малы благодаря вытеснению тока к центру обмотки магнитопроводом, а потери в магнитопроводе малы благодаря применению для его изготовления магнитодиэлектрических материалов с малыми потерями, в частности высокочастотного феррита. При больших мощностях все элементы конструкции трансформатора легко выполнить водоохлаждаемыми. Другим техническим преимуществом настоящего изобретения по сравнению с прототипом является возможность плавного регулирования режима работы и поддержания оптимального согласования высокочастотного источника питания при изменении параметров нагрузки в широком диапазоне, включая низкоомную нагрузку. Это происходит благодаря тому, что согласование осуществляется изменением сопротивления обмоток трансформатора путем перемещения магнитопровода относительно обмоток и/или путем изменения тока намагничивания катушки, надетой на магнитопровод. Техническим преимуществом настоящего изобретения по сравнению с прототипом является также уменьшение массогабаритных показателей, упрощение конструкции, удобство при эксплуатации и ремонте, благодаря чему достигается удешевление предлагаемого устройства за счет уменьшения расхода дорогостоящих материалов обмоток и магнитопровода. Это происходит благодаря тому, что из-за малой величины зазора между первичной и вторичной обмотками магнитопровод можно значительно уменьшить в размерах, поместив его в отверстие в обмотках, таким образом, предлагаемая конструкция позволяет уменьшить размеры магнитопровода, увеличить его эффективность. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых схематически изображен высокочастотный трансформатор: на фиг. 1 - вид устройства с продольным разрезом; на фиг. 2 - вид сверху по А. На чертежах показано: 1 - первичная дисковая обмотка, витки которой изолированы друг от друга и от витков вторичной обмотки; 2 - вторичная обмотка, состоящая из двух листовых витков с отверстием; 3 - магнитопровод, имеющий возможность перемещения в отверстии относительно первичной и вторичной обмоток; 4 - катушка подмагничивания; 5 - изоляция, препятствующая контактированию витков вторичной обмотки друг с другом; 6 - выводы подключения первичной обмотки к высокочастотному источнику питания; 7 - выходные шины вторичной обмотки, подсоединяемые к нагрузке (нагрузка не показана). Предлагаемое устройство работает следующим образом. При подключении источника высокочастотной энергии к выводам 6 первичной обмотки 1 по ней течет ток, создающий магнитный поток, сцепленный с витками вторичной обмотки 2 и проходящий по магнитопроводу 3, вставленному в отверстия в обмотках и имеющему возможность перемещения вдоль оси отверстий, изменяя величину магнитного сопротивления потоку. Во вторичной обмотке наводится ЭДС, под действием которой во вторичной обмотке 2 течет ток, величина которого зависит от состояния ее выводов 7. Если к выводам 7 подключена нагрузка (не показана), ток во вторичной обмотке равен сумме тока нагрузки и тока первичной обмотки. Из-за малого расстояния между витками вторичной обмотки и большой ширины пути протекания тока активное сопротивление и индуктивность вторичной обмотки могут иметь очень малую величину даже при большой частоте тока. Индуктивность первичной и вторичной обмоток может изменяться плавно в широких пределах путем перемещения магнитопровода и/или изменяя ток в катушке подмагничивания и надетой на магнитопровод 3, что позволяет использовать устройство в широком диапазоне изменения нагрузки и частоты тока источника. Пример реализации изобретения Изготовлен высокочастотный трансформатор для согласования источника питания мощностью 10 кВт и частотой тока 66 кГц с петлевым индуктором для пайки. Индуктивность нагрузки составляет 0,06

Гн. Массогабаритные и энергетические параметры трансформатора приведены в таблице. Напряжение на первичной обмотке составляет 800 В, ток первичной обмотки 20 А. Напряжение на вторичной обмотке 17,4 В, ток вторичной обмотки 325 А. Магнитопровод выполнен из феррита 2000 Н

. Режим нагрева и мощность, передаваемая индуктором в деталь, регулируется двумя способами: 1) перемещением магнитопровода вдоль оси обмоток; 2) изменением тока в катушке подмагничивания, надетой на магнитопровод. Катушка запитывается от внешнего стандартного регулируемого источника питания напряжением от 0 до 30 В с током до 2,5 А. Данный образец высокочастотного трансформатора подтвердил все технические преимущества настоящего изобретения. Источники информации 1. Шамов А. Н., Бодажков В.А. Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок. Издание 2-е, Л.: Машиностроение, 1974, 280 с. 2. Пейсахович В.А., Мирский Н.Л. Высокочастотный трансформатор с незамкнутым ферритным сердечником. Промышленное применение токов высокой частоты. Вып. 11. Л.: Машиностроение, 1965, 320 с. 3. А. с. N 1488885, кл. H 01 F 19/04. Бюл. 23. 4. Вологдин Bс.В. Трансформаторы для высокочастотного нагрева. Вып. 7. Издание 3-е. М.-Л.: Машиностроение. 1965, 100 c.

Формула изобретения

Высокочастотный трансформатор для индукционного нагрева, содержащий дисковые обмотки и магнитопровод, отличающийся тем, что первичную дисковую обмотку выполняют из двух частей, вторичную обмотку выполняют состоящей из двух последовательно соединенных листовых витков с изоляцией, препятствующей контактированию витков вторичной обмотки друг с другом, при этом обе обмотки выполняют с отверстиями, в которые частично или полностью вставляют магнитопровод, причем части первичной обмотки располагают над внешними поверхностями листов вторичной обмотки и соединяют с ними кондуктивно последовательно, а магнитопровод выполняют с возможностью перемещения вдоль оси обмоток или снабжают катушкой подмагничивания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

www.findpatent.ru

Высокочастотные трансформаторы тока | Экран для высокочастотного трансформатора

Высокочастотные трансформаторы тока применяется с целью передачи измерительных сведений в предохранительные установки, а также устройства управления. За счет этого гарантируется защита ключей от перезагрузки по току. В качестве последних выступают транзисторы.

Такие трансформаторы функционируют на высоких частотах, показатель способен достигать 1 МГц. Они в обязательном порядке должны гарантировать корректную и оперативную транспортировку импульсов во вторичную цепь, что изолируется от первичной на полное функционирующее напряжение.

Основные виды и характеристики

Данная разработка относится к электрометрии, а именно, к индуктивному нагреванию. Она эффективно используется для контроля и корректировки режима нагрева. Известны следующие типы трансформаторов:

Галетные с магнитопроводом замкнутого типа. Чтобы корректировать коэффициент трансформации необходимо переключить витки обмоток.
Для высокочастотного нагрева с сердечником незамкнутого типа (ферритовым). Главный минус применения такого агрегата заключается в незначительном диапазоне эксплуатации при высокочастотном нагреве с незначительным изменением индуктивных нагрузок в результате неожиданного уменьшения КПД в условиях функционирования корректировки показателей с более значительным диапазоном.
Высокочастотный, что идет с первичной обмоткой, сделанную как спиральная катушка. А вторичная идет одновитковой. Последняя характеризуется наличием вспомогательных выводов, необходимых при подсоединении.

Такие установки представляется возможность приобрести на сайте Родник-4 по выгодной цене.

Экраны ВЧ трансформаторов

Экран для высокочастотного трансформатора изготавливают из стального материала и как правило делаю его в несколько слоев. Таким образом он предстает в виде кожуха.

Экран трансформатора качественно и надежно защищает от емкостных, а также индуктивных наводок. Тем не менее, экранирование проводов способно привести к ряду сложностей. Это связано с увеличением паразитной емкости монтажа, которые способствуют фазовым сдвигам, а также в ослаблениям.

В соответствии с изложенным, рекомендуется первоначально произвести оценку наводки, после чего произвести экранирование только самых небезопасных проводников.

Также требуется в обязательном порядке гарантировать безопасное, качественное заземление.

Трансформаторы напряжения

Высокочастотные трансформаторы напряжения 2-х и 3-ообмоточные используются с целью измерения мощности, энергии, а также применяются для:

питания цепей автоматики;
предохранения линий электрических передач от замыканий на землю;
сигнализации.

Такие установки различают по:

количеству фаз;
числу обмоток;
способу охлаждения;
принципу установки;
классу точности.

Приобретение высокочастотных трансформаторов тока и напряжения возможно на выгодных для клиента условиях на сайте производства.

rodnik4.ru

Электрический высокочастотный резонансный трансформатор (варианты)

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим трансформаторам для устройств передачи электрической энергии. Технический результат состоит в повышении передаваемой мощности и рабочей частоты за счет исключения магнитопровода, обеспечения возможности подключения к выходу трансформатора низкоомных нагрузок. В качестве магнитопровода используется резонансная обмотка для повышения связи между первичной и вторичной обмотками, обусловленной добротностью образуемого ею четвертьволнового вибратора. Электрический высокочастотный трансформатор дополнительно снабжен резонансной обмоткой (резонатором), выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения и состоящей из последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки. Поверх резонансной обмотки у ее начала в области формирования пучности тока размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой. Резонансная частота контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой. Начала первичной, вторичной и резонансной обмоток электрически соединены между собой и заземлены, а второй вывод резонансной обмотки изолирован. Начала первичной и вторичной обмоток могут быть соединены между собой, начало резонансной обмотки заземлено, а ее конец изолирован. Первичная и вторичная обмотки могут быть гальванически не связаны, начало резонансной обмотки заземлено, а ее конец изолирован. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

Известен электрический трансформатор напряжения - электромагнитный статический преобразователь электрической энергии, содержащий первичную и вторичную обмотки и магнитопровод. Энергия из одной обмотки в другую передается изменяющимся во времени магнитным потоком, охватывающим обе обмотки трансформатора. Для снижения магнитного сопротивления переменному магнитному потоку обмотки располагают на ферромагнитном сердечнике-магнитопроводе.

Эффективность передачи энергии в трансформаторе из первичной обмотки во вторичную определяется коэффициентом магнитной связи между обмотками. При этом в силу практического равенства магнитного потока вдоль всего магнитопровода, соотношение напряжений на выводах обмоток соответствует соотношению числа их витков. (Копылов Н.П. Электрические машины. - М.: Логос, 2002 г., стр.131-239).

Недостатком известного трансформатора является ограничение его параметров по частоте и мощности из-за имеющихся у магнитопроводящих материалов свойств нелинейной зависимости их от частоты и интенсивности магнитного потока, что является следствием доменной природы магнитных свойств ферромагнетиков. При большой частоте и большой величине магнитного потока магнитные домены магнитопроводящего сердечника перестают реагировать на изменения магнитного потока.

Известно устройство для преобразования электрической энергии, предложенное в 1897 г. Н.Тесла. Согласно изобретению устройство содержит первичную низковольтную обмотку, соединенную с электрическим генератором повышенной частоты, и вторичную высоковольтную обмотку для передачи электрической энергии по одному проводу. Длина вторичной обмотки приблизительно равна четверти длины волны электромагнитного поля. Высоковольтная обмотка располагается внутри первичной обмотки, а прилегающий к первичной обмотке вывод высоковольтной обмотки заземляется. При этом в высоковольтной обмотке возбуждаются стоячие волны тока и напряжения. В области, прилегающей к первичной обмотке, возбуждается пучность тока и, следовательно, пучность магнитной индукции, а в противоположной области высоковольтной обмотки возбуждается пучность напряжения с созданием высокого потенциала на выводе высоковольтной обмотки трансформатора. (Н.Тесла. Электрический трансформатор. Патент США №593138 от 12.11.1897 г.).

Недостатком данного электрического трансформатора является невозможность прямого подключения низкоомной нагрузки к вторичной обмотке из-за высокого выходного сопротивления трансформатора. Для обеспечения возможности подключения низкоомной нагрузки требуется применение специального согласующего устройства, например второго, понижающего, трансформатора Тесла.

Известен электрический высокочастотный трансформатор, содержащий низковольтную обмотку и высоковольтную обмотку, выполненную в виде спирали проводом разного сечения, причем сечение провода обмотки увеличивается по мере приближения к области пучности тока. Такое исполнение высоковольтной обмотки способствует снижению потерь на сопротивлении обмотки трансформатора при работе на повышенных частотах. При этом повышается добротность четвертьволновой высоковольтной обмотки и усиливается эффект образования пучности тока. (Патент РФ 2337423 от 07.09.2007 г.).

Недостатком известного электрического высокочастотного трансформатора является невозможность подключения к выходу трансформатора низкоомных нагрузок. Прямое подключение обычной низкоомной нагрузки равно аварийному режиму, соответствующему режиму короткого замыкания трансформатора, что не позволяет осуществить необходимую трансформацию и передачу электрической энергии.

Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования и передачи электрической энергии.

Технический результат заключается в увеличении передаваемой мощности, повышении рабочей частоты, исключении использования магнитопровода и обеспечении возможности подключения к выходу трансформатора низкоомных нагрузок.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у её начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансная частота контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, а начала первичной, вторичной и резонансной обмоток электрически соединены между собой и заземлены, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками и расширения диапазона рабочей частоты.

В другом варианте электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у ее начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансная частота контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, а начала первичной и вторичной обмоток соединены между собой, начало резонансной обмотки заземлено, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками и расширения диапазона рабочей частоты.

В другом варианте электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у ее начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансная частота контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, первичная и вторичная обмотки гальванически не связаны, начало резонансной обмотки заземлено, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками и расширения диапазона рабочей частоты.

Исключение из конструкции трансформатора магнитопроводящего ферромагнитного сердечника снимает ограничение на увеличение магнитной индукции и рабочей частоты при работе электрического высокочастотного резонансного трансформатора. Увеличение передаваемой мощности и повышение рабочей частоты достигается в результате замены магнитопроводящего сердечника трансформатора на резонансную обмотку (резонатор), выполненную в виде спирали с электрической длиной, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения в ней.

На фиг.1-3 представлен электрический высокочастотный резонансный трансформатор и схема его соединения с питающим генератором и нагрузкой.

Устройство содержит электрический высокочастотный резонансный трансформатор 1, имеющий первичную обмотку 2 с индуктивностью L1, соединенную через первый резонансный конденсатор 3 емкостью C1 с генератором 4, и вторичную обмотку 5 с индуктивностью L2, соединенную через второй резонансный конденсатор 6 емкостью C2 с нагрузкой 7, а также резонансную обмотку 8, обладающую индуктивностью Lp и собственной емкостью Ср. Начала первичной обмотки 3, вторичной обмотки 6 и резонансной обмотки 8 объединены и соединены с землей 9, а конец 10 резонансной обмотки 8 изолирован.

Электрический высокочастотный трансформатор работает следующим образом. Электрическая энергия повышенной частоты от генератора 4 подается на входной контур, образуемый индуктивностью L1 первичной обмотки 2 и емкостью C1 первого резонансного конденсатора 3. Магнитный поток, создаваемый током в первичной обмотке 2, переносит энергию из входного резонансного контора в выходной резонансный контур, образуемый индуктивностью L2 вторичной обмотки 5 и емкостью С2 второго резонансного конденсатора 6, и отдает ее нагрузке 7. Магнитный поток первичной обмотки 2 возбуждает также резонансную обмотку 8, вдоль которой в условиях резонанса устанавливаются стоячие волны напряжения и тока. При этом создаваемые резонансной обмоткой 8 пучности тока находятся в области расположения первичной обмотки 2, что приводит к увеличению интенсивности магнитного потока в обмотке 2, уменьшению магнитного потока рассеяния трансформатора 1 и увеличению коэффициента связи и величины магнитной индукции при передаче энергии к нагрузке практически без ограничения по частоте.

Работа электрического высокочастотного резонансного трансформатора 1 с резонансной обмоткой 8 в качестве дополнительного намагничивающего четвертьволнового вибратора осуществляется при равенстве частот питающего генератора 4, входного контура (L1, C1), образуемого первичной обмоткой 2 и первым конденсатором 3, выходного контура (L2, C2), образуемого вторичной обмоткой 5 и емкостью второго конденсатора 6, а также частотой резонансной обмотки 8, обладающей индуктивностью Lp, собственной емкостью Ср.

Рабочие резонансные частоты входного и выходного контуров и резонансной обмотки электрического высокочастотного резонансного трансформатора определяются их электрическими параметрами и соответствуют следующим выражениям.

Рабочая частота входного резонансного контура:

Рабочая частота выходного резонансного контура:

Рабочая частота резонансной обмотки (резонатора) 8:

где L1, L2, C1, C2 - индуктивности обмоток в Гн, и емкости конденсаторов в Ф первичного и вторичного контуров;

L0, С0 - распределенная погонная индуктивность в Гн/м, и емкость, Ф/м резонансной обмотки 8; lэ - длина катушки резонансной обмотки 8.

Резонансные частоты f1, f2, f3 и частота тока fг питающего генератора 4 равны между собой и являются рабочей частотой электрического высокочастотного резонансного трансформатора.

В варианте исполнения трансформатора по фиг.2 начала первичной обмотки 2 и вторичной обмотки 5 соединены между собой, начало 9 резонансной обмотки 8 заземлено, а ее конец 10 изолирован.

В другом варианте, в соответствии с фиг.3, начала первичной обмотки 2 и вторичной обмотки 5 между собой и с началом резонансной спиральной обмотки 8 гальванически не связаны, начало 9 резонансной обмотки 8 заземлено, а её конец 10 изолирован.

В электрическом высокочастотном резонансном трансформаторе резонансная обмотка 8, выполненная в виде спирали с четвертьволновой электрической длиной, выполняет функцию ферромагнитного сердечника. Первичная 2 и вторичная 5 обмотки намотаны поверх четвертьволновой резонансной обмотки 8 и расположены в области формирования пучности тока по длине резонансной обмотки 8, которая в условиях резонанса работает в качестве четвертьволнового вибратора. Энергетический обмен между первичной и вторичной обмотками происходит через магнитное поле, возбуждаемое в области пучности тока резонансной катушки. За счет увеличения добротности четвертьволнового вибратора, образуемого резонансной обмоткой 8, значительно увеличивается коэффициент связи и энергетический обмен между первичной и вторичной обмотками.

Используемая в электрическом высокочастотном резонансном трансформаторе резонансная обмотка (резонатор) не требует применения ферритов или трансформаторного железа, выполняет функции магнитопровода, практически не имеющего предела магнитного насыщения, расширяя рабочий частотный диапазон в 10-100 раз, повышает коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками, что значительно повышает величину передаваемой мощности.

1. Электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у ее начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансные частоты контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, а начала первичной, вторичной и резонансной обмоток электрически соединены между собой и заземлены, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками с расширением диапазона рабочей частоты.

2. Электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у ее начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансные частоты контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, начала первичной и вторичной обмоток соединены между собой, начало резонансной обмотки заземлено, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками с расширением диапазона рабочей частоты.

3. Электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у ее начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансные частоты контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, первичная и вторичная обмотки гальванически не связаны, начало резонансной обмотки заземлено, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками с расширением диапазона рабочей частоты.