|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Трансформатор высокого напряжения, включающий в себя по меньшей мере одну первичную обмотку (1), намотанную вокруг магнитопровода (2), и по меньшей мере одну вторичную обмотку (3), при этом концы первичной обмотки (1) подсоединены к источнику постоянного тока низкого напряжения, в котором также предусмотрены средства для прерывания постоянного тока, предназначенные для периодического прерывания подачи постоянного тока в упомянутую первичную обмотку (1). Первичная обмотка (1) по меньшей мере частично размещена в пределах внешнего контура магнитопровода (2). 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Трансформатор высокого напряжения, включающий в себя по меньшей мере одну первичную обмотку (1), намотанную вокруг магнитопровода (2), и по меньшей мере одну вторичную обмотку (3), при этом концы первичной обмотки (1) подсоединены к источнику постоянного тока низкого напряжения, в котором также предусмотрены средства для прерывания постоянного тока, предназначенные для периодического прерывания подачи постоянного тока в упомянутую первичную обмотку (1). Первичная обмотка (1) по меньшей мере частично размещена в пределах внешнего контура магнитопровода (2).
Евразийское (21) 201692259 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. H01F27/30 (2006.01)
2017.06.30 H01F38/12 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2015.05.25
(54) ТРАНСФОРМАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
(31) GE2014A000050
(32) 2014.05.27
(33) IT
(86) PCT/IB2015/053865
(87) WO 2015/181704 2015.12.03
(71) Заявитель: КАСТФУТУРА С.П.А. (IT)
(72) Изобретатель:
Бьянки Рауль, Де Кастро Франческо, Корбелла Марко (IT)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU) (57) Трансформатор высокого напряжения, включающий в себя по меньшей мере одну первичную обмотку (1), намотанную вокруг магнитопровода
(2) , и по меньшей мере одну вторичную обмотку
(3) , при этом концы первичной обмотки (1) подсоединены к источнику постоянного тока низкого напряжения, в котором также предусмотрены средства для прерывания постоянного тока, предназначенные для периодического прерывания подачи постоянного тока в упомянутую первичную обмотку (1). Первичная обмотка (1) по меньшей мере частично размещена в пределах внешнего контура магнитопровода (2).
(2)
РСТЯВ2015/053865
ТРАНСФОРМАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Настоящее изобретение относится к трансформатору высокого напряжения,
который включает в себя по меньшей мере одну первичную обмотку, намотанную вокруг
магнитопровода, и по меньшей мере одну вторичную обмотку.
Концы первичной обмотки подсоединены к источнику постоянного тока низкого
напряжения, также предусмотрены средства для прерывания постоянного тока,
предназначенные для периодического прерывания подачи постоянного тока в упомянутую
первичную обмотку.
Описанная выше конфигурация является обычной конфигурацией известного трансформатора высокого напряжения, в частности, настоящее изобретение относится к трансформаторам высокого напряжения, используемым как воспламенители для газа, дизельного топлива и подобных горючих веществ, то есть для создания электрического импульса для воспламенения топлива.
Трансформатор по настоящему изобретению относится ко всем трансформаторам высокого напряжения, в частности, к трансформаторам на основе катушки Румкорфа, которые предназначены для генерирования высокого напряжения и характеризуются незамкнутой магнитной цепью.
Также следует отметить, что термин "низкое напряжение" относится, в частности, к выпрямленному напряжению сети, равному приблизительно 250 В.
Термин "низкое напряжение", то есть напряжение, к которому подсоединены концы первичных обмоток, следует понимать как напряжение, которое является "низким" по сравнению с выходным напряжением на концах вторичной обмотки.
Таким образом, низкое напряжение означает первичное напряжение, а именно -напряжение между концами первичной обмотки, которое приблизительно в сто раз ниже вторичного, высокого, напряжения, то есть напряжения между концами вторичной обмотки.
В настоящее время практически все высоковольтные воспламенители основаны на катушке Румкорфа, при этом индукционная катушка, известная также как катушка Румкорфа, представляет собой катушку, обеспечивающую пробойный разряд.
Это такой тип трансформаторов, которые используются, в частности, для создания импульсов высокого напряжения на основе источника постоянного тока низкого
напряжения. Чтобы вызвать изменения магнитного потока, необходимые для индукции электродвижущей силы во вторичной обмотке, постоянный ток, протекающий в первичной обмотке, периодически прерывают с помощью таких средств прерывания как, например, вибрирующие контакты.
Такой тип трансформатора также называют индукционной катушкой.
Принцип действия такого трансформатора достаточно прост, он состоит из двух соленоидов, первичного и вторичного, намотанных вокруг одного сердечника, изготовленного из подходящего магнитного материала, такого, например, как феррит. Первый соленоид называют первичной обмоткой, и он состоит из нескольких десятков витков изолированного эмалированного медного провода большого диаметра, от нескольких десятых миллиметра до нескольких миллиметров. В противоположность ему, вторичный соленоид состоит из тысяч витков медного провода, хорошо изолированного, эмалированного, и имеющего диаметр несколько сотых миллиметра.
Электрический ток, проходящий через первичную обмотку, создает магнитное поле, при этом вторичная обмотка имеет магнитную связь с магнитопроводом. Таким образом, первичная обмотка действует как индуктор, запасая энергию в соответствующем магнитном поле. При внезапном прерывании электрического тока, проходящего через первичную обмотку, происходит быстрое исчезновение магнитного поля с последующим образованием импульса высокого напряжения во вторичной обмотке под действием электромагнитной индукции.
Вследствие большого числа витков вторичной обмотки напряжение создаваемого импульса составляет несколько тысяч вольт. Этого напряжения достаточно для создания импульса, электрической искры или разряда, назвать можно по-разному, достаточного(-ой) для воспламенения газов и/или жидких видов топлива.
В современных и известных трансформаторах вибрирующие контакты для прерывания постоянного тока, имеющиеся в катушке Румкорфа, заменены современными электронными схемами.
Как упоминалось выше, современные высоковольтные воспламенители в большинстве случаев включают в себя схемы на основе катушки Румкорфа, которые оптимизируют интервалы прерывания тока и обеспечивают возможность их регулирования.
При том, что в часть со стороны входа в трансформатор были внесены определенные усовершенствования, некоторые компоненты самих трансформаторов за последние годы практически не изменились.
Это связано с тем, что изменением известных компонентов, входящих в состав трансформатора, невозможно увеличить величину магнитного потока, поскольку конфигурация этих компонентов является результатом определенных компромиссов.
Если величина генерируемого магнитного потока зависит от характеристик низкого напряжения, подаваемого на концы первичной обмотки, то величина охватываемого магнитного потока зависит от добротности и размеров магнитопровода, а также от расстояния, отделяющего витки вторичной обмотки от магнитопровода. Наиболее удалённые от магнитопровода витки охватывают меньшее количество магнитного потока, хотя изготовлены из большего количества материала по сравнению с витками, находящимися наиболее близко к магнитопроводу.
Из такой очевидной двойственности вытекает необходимость нахождения баланса между расстоянием от обмоток до магнитопровода и размерами обмоток, что позволит увеличить магнитный поток.
Кроме того, в известных трансформаторах витки первичной обмотки могут свободно передвигаться и смещаться вдоль магнитопровода, а также деформироваться, например, при сборке с упомянутой схемой. Это приводит к неравномерному распределению магнитного потока и, следовательно, главным образом в случае нескольких вторичных обмоток, к различию их рабочих характеристик вследствие различающихся выходных напряжений двух или более вторичных обмоток.
Таким образом, существует неудовлетворенная известными устройствами потребность в трансформаторе высокого напряжения, позволяющем оптимизировать генерирование магнитного потока, сохраняя при этом низкую стоимость изготовления и конструктивную простоту компонентов.
Настоящее изобретение обеспечивает достижение указанных выше целей путем создания трансформатора высокого напряжения, в котором первичная обмотка по меньшей мере частично размещена в пределах внешнего контура магнитопровода.
Предпочтительно, чтобы была обеспечена возможность по меньшей мере частичного размещения вторичной обмотки в пределах внешнего контура магнитопровода.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения магнитопровод имеет по меньшей мере один паз, выполненный в толще внешних стенок магнитопровода и предназначенный для вмещения первичной обмотки и/или вторичной обмотки.
То есть форма магнитопровода изменена таким образом, чтобы он вмещал в
пределах своего габаритного размера по меньшей мере одну из упомянутых двух обмоток трансформатора.
В дополнение к оптимизации магнитного потока такая конструкция позволяет уменьшить объем трансформатора и, как следствие, обеспечить экономию материалов и, следовательно, стоимость трансформатора, при этом не только сохраняя, но и усовершенствуя рабочие характеристики трансформатора по настоящему изобретению.
Описанное выше конструктивное решение позволяет уменьшить расстояние между вторичной обмоткой и магнитопроводом, что обеспечивает наилучшие эксплуатационные характеристики трансформатора по настоящему изобретению при уменьшении количества используемого материала и, как следствие, стоимости трансформатора.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый паз представляет собой спиралеобразную выемку, выполненную в толще внешних стенок магнитопровода таким образом, чтобы образовывать витки, предназначенные для вмещения витков первичной обмотки.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения магнитопровод имеет по меньшей мере два радиальных расширения, размещенных на его торцевых сторонах.
Наличие упомянутых радиальных расширений увеличивает габаритный размер магнитопровода, однако это позволяет легко разместить не только первичную, но и вторичную, обмотки.
В соответствии с одним из усовершенствований магнитопровод разделен на две части, выполненные с возможностью соединения одна с другой.
Преимущества такой конструкции понятны и заключаются, главным образом, в значительном упрощении монтажа и соединения компонентов трансформатора по настоящему изобретению.
Кроме того, такая конструкция, как описана выше, является особенно полезной в сочетании с упомянутым вариантом осуществления настоящего изобретения, предусматривающим наличие по меньшей мере двух радиальных расширений.
Это конструктивное решение имеет немного большую стоимость, чем известные варианты конструкции трансформатора, однако, позволяет охватить наибольший из возможных по величине магнитный поток и тем самым как можно лучше оптимизировать рабочие характеристики трансформатора при максимально возможном уменьшении его размеров.
Предпочтительно витки первичной обмотки намотаны вокруг магнитопровода так,
чтобы обеспечить их равномерное распределение вдоль магнитопровода.
Вторичная обмотка предпочтительно размещена на первичной обмотке.
Конкретные формы сердечника, которые будут описаны в некоторых приведенных вариантах осуществления настоящего изобретения, показывают, как магнитопровод, входящий в состав трансформатора по настоящему изобретению, позволяет сохранять одинаковое и равномерное разнесение витков первичной обмотки, постоянно обеспечивая наилучший баланс вторичной(-ых) обмотки(-ок).
Для получения дополнительных преимуществ с точки зрения улучшения конструкции и сборки может быть представлен магнитопровод, имеющий в толще по меньшей мере один проход, предназначенный для введения в него по меньшей мере одного из двух концов первичной обмотки.
В заключение, витки первичной обмотки и витки вторичной обмотки предпочтительно покрыты оболочкой, изготовленной из изоляционного материала.
Эти и другие особенности и преимущества настоящего изобретения станут более понятны из нижеследующего описания некоторых вариантов осуществления этого изобретения, показанных на прилагаемых фигурах, на которых:
Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе известного трансформатора высокого напряжения;
Фиг. 2а-2с представляют собой три вида в разрезе трех вариантов исполнения магнитопровода, входящего в состав трансформатора по настоящему изобретению;
Фиг. 2d и Фиг. 2е представляют собой вид в перспективе магнитопровода, в частности, вариантов осуществления изобретения, показанных на Фиг. 2а и Фиг. 2с;
Фиг. 3 представляет собой вид в разрезе одного варианта исполнения трансформатора по настоящему изобретению;
Фиг. 4 представляет собой вид в разрезе еще одного варианта исполнения трансформатора по настоящему изобретению;
Фиг. 5 представляет собой принципиальную схему возможного варианта исполнения цепи низкого напряжения, подсоединенной к концам первичной обмотки, входящей в состав трансформатора по настоящему изобретению.
Следует отметить, что на фигурах, приведенных ниже, показаны некоторые возможные варианты исполнения трансформатора по настоящему изобретению, однако эти варианты осуществления настоящего изобретения предназначены лишь для объяснения и лучшего понимания его заявленных особенностей.
Такие варианты осуществления настоящего изобретения не следует рассматривать
как ограничивающие идею изобретения настоящей патентной заявки, которая заключается в модификации магнитопровода трансформатора высокого напряжения для обеспечения размещения по меньшей мере части витков первичной обмотки в пределах габаритного размера упомянутого магнитопровода.
На Фиг. 1 показан вид в разрезе известного трансформатора высокого напряжения.
Этот трансформатор включает в себя по меньшей мере одну первичную обмотку 1, намотанную вокруг магнитопровода 2, и по меньшей мере одну вторичную обмотку 3.
Концы первичной обмотки 1 подсоединены к источнику постоянного тока низкого напряжения, в котором также предусмотрены средства для прерывания постоянного тока, предназначенные для периодического прерывания подачи постоянного тока в упомянутую первичную обмотку.
На Фиг. 5 показаны, в соответствие с возможным вариантом осуществления настоящего изобретения, цепь низкого напряжения и средства прерывания подачи постоянного тока, которые описаны ниже.
Магнитопровод 2 обычно изготавливают из феррита или другого подходящего электромагнитного материала.
Вторичная обмотка 3 обычно состоит из нескольких тысяч витков, размещённых в пазах, разнесенных на некоторое расстояние один от другого, изготовленных из изоляционного материала.
На Фиг. 1 также показаны изоляционные опоры 4 витков, относящихся к вторичной обмотке 3.
Как описано выше, ток, проходящий через первичную обмотку 1, создает магнитное поле, передаваемое магнитопроводом 2, при прерывании которого во вторичной обмотке под действием электромагнитной индукции создается высокое напряжение.
На Фиг. 2а-2с показаны три вида в разрезе магнитопровода 2, входящего в состав трансформатора по настоящему изобретению.
Такие варианты осуществления настоящего избретения позволяют разместить первичную обмотку 1 вокруг магнитопровода 2 так, чтобы она по меньшей мере частично находилась в пределах внешнего контура магнитопровода 2.
Магнитопровод 2, показанный на Фиг. 2а-2с, имеет по меньшей мере один паз 21, в который уложены витки первичной обмотки 1.
Паз 21 выполнен в толще внешних стенок магнитопровода 2 и, таким образом, предназначен для вмещения первичной обмотки.
Как показано, в частности, на Фиг. 2а, паз 21 представляет собой спиралеобразную выемку, выполненную в толще внешних стенок магнитопровода 2 так, чтобы образовывать витки, предназначенные для вмещения витков первичной обмотки 1.
Такая конфигурация также позволяет неподвижно закрепить первичную, обмотку.
Таким образом, магнитопровод 2 имеет спиралеобразную выемку, расположенную глубже относительно диаметра D1, то есть наибольшего диаметра магнитопровода 2, при этом глубина упомянутой спиралеобразной выемки достигает диаметра 62, то есть наименьшего диаметра магнитопровода 2.
Предпочтительно, чтобы разность диаметра D1 и диаметра d2 равнялась величине диаметра провода, из которого выполнены витки первичной обмотки 1, которую, таким образом, помещают в феррит.
Кроме того, спиралеобразная выемка, выполненная в сердечнике 2, также совпадает по количеству витков с первичной обмоткой 1 и, следовательно, обеспечивает их эффективное и наилучшее распределение.
Магнитопровод 2, показанный на Фиг. 2а, изображен на Фиг. 3 в сочетании с первичной обмоткой 1 и вторичной обмоткой 3.
Прежде всего следует отметить, что витки первичной обмотки 1 содержатся в пределах наиболее выступающей внешней границы 22 магнитопровода 2, и что они намотаны вокруг магнитопровода так, чтобы обеспечить их равномерное распределение вдоль магнитопровода 2.
Затем на первичной обмотке 1 размещены витки вторичной обмотки 3.
Вторичная обмотка 3 расположена непосредственно на магнитопроводе 2, что позволяет уменьшить как диаметр провода, так и расстояние между витками вторичной обмотки 3 и магнитопроводом 2.
Как показано, в частности, на Фиг. 2а-2с, длина L1 магнитопровода 2 пропорциональна количеству вторичных обмоток, предусмотренных в трансформаторе.
Кроме того, количество витков первичной обмотки 1 и вторичной обмотки 3 и расстояние между ними также регулируется в соответствии с расчётными данными.
Как и на Фиг. 2а, на Фиг. 2Ь и Фиг. 2с показаны два вида в разрезе двух вариантов исполнения магнитопровода 2, входящего в состав трансформатора по настоящему изобретению.
Магнитопровод 2 имеет один или более паз (пазов) 21, так что диаметр D1 получают большим, чем диаметр 62, и при этом разница между упомянутыми диаметрами по меньшей мере равна внешнему диаметру первичной обмотки 1, при этом длину секции,
имеющей диаметр d2, рассчитывают такой, чтобы она вмещала предусмотренное количество витков. В случае нескольких первичных обмоток 1 их витки равномерно распределены под каждой соответствующей вторичной обмоткой, Фиг. 2с.
Предпочтительно прохождение провода обмотки по диаметру D1 магнитопровода 2 обеспечивается с помощью соответствующих каналов, выполненных в нем с глубиной, которая равна диаметру первичной обмотки 1.
Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения магнитопровод 2 имеет по меньшей мере один проход, выполненный в толще магнитопровода 2 и предназначенный для введения в него по меньшей мере одного из двух концов первичной обмотки 1.
Возврат одного из двух концов первичной обмотки 1 может обеспечиваться путём соответствующих геометрических изменений, выполненных в магнитопроводе 2.
Например, можно обеспечить возврат одного из двух концов первичной обмотки 1 через канал 25, выполненный по центру магнитопровода 2. Канал 25 показан на Фиг. 2d, на которой приведен вид в перспективе варианта осуществления настоящего изобретения с Фиг. 2а, в частности, его вид в перспективе и в разрезе, чтобы проиллюстрировать канал 25, проходящий по всей длине магнитопровода 2.
В качестве альтернативы на Фиг. 2е показан вид в перспективе варианта выполнения магнитопровода, показанного на Фиг. 2с, в котором проход для возврата одного из двух концов первичной обмотки выполнен в виде одного или более углубления(-ий) 26, выполненного(-ых) в толще магнитопровода 2.
Кроме того, следует отметить, что хотя на прилагаемых фигурах проиллюстрировано использование только одной первичной обмотки 1 и одной вторичной обмотки 3, также можно обеспечить использование двух или более вторичных обмоток 3 на той же первичной обмотке 1 путём изменения механических размеров некоторых компонентов, таких, например, как длины магнитопровода 2, количества витков и шаг первичной обмотки 1.
На Фиг. 4 показан еще один вариант исполнения трансформатора по настоящему изобретению, в соответствии с которым вторичная обмотка 3 по меньшей мере частично также размещена в пределах внешнего контура магнитопровода 2.
Предпочтительно магнитопровод 2 имеет два радиальных расширения 23 и 24, размещенных на торцевых сторонах магнитопровода 2.
Как показано на Фиг. 4, радиальные расширения 23 и 24 определяют пространство, в пределах которого полностью помещаются все витки вторичной обмотки 3.
Таким образом, в этом случае благодаря расширению концов магнитопровода 2, в пределах габаритного размера магнитопровода 2 размещены не только витки первичной обмотки 1, но и витки вторичной обмотки 3.
В соответствии с показанным вариантом осуществления настоящего изобретения магнитопровод 2 разделен на две части, выполненные с возможностью соединения одна с другой.
В частности, чтобы упростить монтаж компонентов, по меньшей мере одна из двух частей, на которые разделен магнитопровод 2, представляет собой радиальное расширение 23, которое прикрепляют к остальной части магнитопровода 2 после размещения вторичной обмотки 3 в пределах пространства, определенного двумя радиальными расширениями 23 и 24.
Предпочтительно, в соответствии с ещё одним вариантом осуществления настоящего изобретения, витки первичной обмотки 1 и витки вторичной обмотки 3 покрыты оболочкой, изготовленной из изоляционного материала.
На Фиг. 5 показан возможный вариант исполнения цепи низкого напряжения, подсоединённой к концам первичной обмотки 1.
В этом случае ограничительный резистор R1 и диод D1 на основе нормального напряжения сети обеспечивают формирование постоянной составляющей тока из переменного тока сети. Эта составляющая заряжает за определенное временя конденсатор СТ, при этом время зарядки зависит от постоянной R1*C1 времени.
Как только напряжение на входе блока выпрямительных кремниевых диодов ("SIDAC", "silicon diode for alternating current") достигает заранее определенного значения, конденсатор резко разряжается, создавая изменение магнитного потока, необходимое для работы катушки Румкорфа.
Теперь конденсатор разряжен, и, следовательно, напряжение на его выводах равно 0, блок выпрямительных кремниевых диодов запирается, и конденсатор снова заряжается для нового разряда.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Трансформатор высокого напряжения, включающий в себя по меньшей мере одну первичную обмотку (1), намотанную вокруг магнитопровода (2), и по меньшей мере одну вторичную обмотку (3),
причем концы первичной обмотки (1) подсоединены к источнику постоянного тока низкого напряжения,
в котором также предусмотрены средства для прерывания постоянного тока, предназначенные для периодического прерывания подачи постоянного тока в упомянутую первичную обмотку (1),
отличающийся тем, что
первичная обмотка (1) по меньшей мере частично размещена в пределах внешнего контура магнитопровода (2).
2. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что вторичная обмотка (3) по меньшей мере частично размещена в пределах внешнего контура магнитопровода (2).
3. Трансформатор по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что магнитопровод (2) имеет по меньшей мере один паз (21), выполненный в толще внешних стенок магнитопровода (2) и предназначенный для вмещения первичной обмотки (1) и/или вторичной обмотки (3).
4. Трансформатор по п. 3, отличающийся тем, что упомянутый паз (21) представляет собой спиралеобразную выемку, выполненную в толще внешних стенок магнитопровода (2) таким образом, чтобы образовывать витки, предназначенные для вмещения витков первичной обмотки (1).
5. Трансформатор по одному или более из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый магнитопровод (2) имеет по меньшей мере два радиальных расширения (23,24), размещенных на торцевых сторонах магнитопровода (2).
6. Трансформатор по одному или более из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что магнитопровод (2) разделен на две части, выполненные с возможностью соединения одна с другой.
7. Трансформатор по одному или более из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что витки первичной обмотки (1) намотаны вокруг магнитопровода (2) таким образом, чтобы обеспечить их равномерное распределение вдоль магнитопровода,
причем вторичная обмотка (3) размещена на первичной обмотке.
8. Трансформатор по одному или более из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый магнитопровод (2) имеет по меньшей мере один проход,
8.
выполненный в толще магнитопровода (2) и предназначенный для введения в него по меньшей мере одного из двух концов упомянутой первичной обмотки (1).
9. Трансформатор по одному или более из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что витки первичной обмотки (1) и витки вторичной обмотки (3) покрыты оболочкой, изготовленной из изоляционного материала.
ИЗВЕСТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР
ФИГ. 1
ФИГ. 2е
Фаза
VTK
Нейтраль
, ш U ^ ^ . .
ФИГ. 5
(19)
(19)
|
