RU122525U1 - TRANSFORMER FOR INDUCTION ELECTROTHERMAL INSTALLATIONS - Google Patents

Abstract

1. Трансформатор для индукционных электротермических установок, включающий водоохлаждаемые обмотки - многовитковую первичную и одновитковую вторичную, образованную расположенными параллельно полыми дисками, каждый из которых имеет осесимметричное окно и разрез, отличающийся тем, что первичная обмотка выполнена из витков в форме полых дисков, имеющих окно и разрез, образующий концы витка, а также сходную с дисками вторичной обмотки конфигурацию внешних контуров и окон, при этом диски первичной обмотки размещены по одному между дисками вторичной обмотки и электрически соединены между собой, образуя многовитковую обмотку, путем соединения концов витков, расположенных с разных сторон разрезов.2. Трансформатор для индукционных электротермических установок по п.1, отличающийся тем, что диски первичной обмотки электрически соединены между собой при помощи шин, примыкающих к разрезам дисков, а в дисках первичной обмотки выходы разрезов на внешний контур в двух соседних дисках смещены относительно друг друга на расстояние, не меньшее суммы значений ширины разреза и ширины шины, электрически соединяющей диски.3. Трансформатор для индукционных электротермических установок по п.1, отличающийся тем, что диски первичной обмотки электрически соединены между собой при помощи полых шин, полости которых сообщаются с полостями дисков.1. Transformer for induction electrothermal installations, including water-cooled windings - multi-turn primary and single-turn secondary, formed by parallel hollow disks, each of which has an axisymmetric window and a cut, characterized in that the primary winding is made of turns in the form of hollow disks having a window and a section that forms the ends of a turn, as well as a configuration of external circuits and windows similar to the disks of the secondary winding, while the disks of the primary winding are placed one by one between the disks of the secondary winding and are electrically connected to each other, forming a multi-turn winding, by connecting the ends of the turns located on different sides cuts. 2. The transformer for induction electrothermal installations according to claim 1, characterized in that the disks of the primary winding are electrically connected to each other using tires adjacent to the cuts of the disks, and in the disks of the primary winding the outputs of the cuts to the outer contour in two adjacent disks are displaced relative to each other by a distance , not less than the sum of the values of the width of the cut and the width of the tire electrically connecting the disks. 3. The transformer for induction electrothermal installations according to claim 1, characterized in that the disks of the primary winding are electrically connected to each other by means of hollow tires, the cavities of which communicate with the cavities of the disks.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к трансформаторам с дисковыми обмотками и может быть применена в электротермических установках для индукционного нагрева повышенной частоты и мощности.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular to transformers with disk windings and can be used in electrothermal installations for induction heating of increased frequency and power.

Повышение мощности, отдаваемой трансформатором в нагрузку, связано с повышением тепловых потерь, выделяющихся в его обмотках. Поэтому создание трансформатора большой мощности требует решения задачи снижения тепловых потерь в обмотках. Величина тепловых потерь в обмотке пропорциональна величине тока протекающего в обмотке и величине ее активного сопротивления. Одним из способов снижения активного сопротивления обмотки является ее выполнение из параллельно соединенных и однотипных катушек. Принимая во внимание, что часть тока, текущего по первичной обмотке трансформатора, расходуется на создание полей рассеяния, то их снижение путем уменьшения сопротивления рассеяния, позволяет снизить величину тока первичной обмотки без снижения отдаваемой в нагрузку мощности.The increase in power given by the transformer to the load is associated with an increase in the heat loss generated in its windings. Therefore, the creation of a high power transformer requires solving the problem of reducing heat losses in the windings. The magnitude of the heat loss in the winding is proportional to the magnitude of the current flowing in the winding and the magnitude of its active resistance. One way to reduce the active resistance of a winding is to make it from parallel connected and similar coils. Taking into account that a part of the current flowing through the primary winding of the transformer is spent on creating scattering fields, their reduction by reducing the scattering resistance allows one to reduce the magnitude of the current of the primary winding without reducing the power transferred to the load.

Известен трансформатор ТЗ3-3200 предназначенный для согласования напряжений индукторов с напряжением источников энергии в установках индукционного нагрева. (Трансформаторы ТЗ4-800 и ТЗ3-3200 для установок индукционного нагрева, УДК 621.314.223.029.5:621.314.228, ОКП 34 4243 3109/12, Информэлектро, 1982)Known transformer TZ3-3200 designed to match the voltages of inductors with the voltage of energy sources in installations of induction heating. (Transformers TZ4-800 and TZ3-3200 for induction heating installations, UDC 621.314.223.029.5: 621.314.228, OKP 34 4243 3109/12, Informelectro, 1982)

Трансформатор состоит из магнитопровода и восьми секций обмоток. Каждая секция имеет шестивитковую катушку первичной обмотки, размещенную в алюминиевом литье, являющимся витком вторичной обмотки. Трубки, из которых навиты катушки первичной обмотки, покрыты жаропрочной изоляцией. В литье вторичного витка заложена трубка для охлаждающей воды. Первичная обмотка имеет 48 витков, разделенных на восемь катушек. Катушки первичной обмотки включены по две последовательно в четыре параллельные ветви. Вторичная обмотка состоит из восьми витков, которые соединяются параллельно контактными пластинами индуктора.The transformer consists of a magnetic circuit and eight sections of windings. Each section has a six-turn primary coil placed in aluminum casting, which is a turn of the secondary winding. The tubes from which the primary winding coils are wound are coated with heat-resistant insulation. In the casting of the secondary coil, a cooling water pipe is laid. The primary winding has 48 turns, divided into eight coils. The primary coils are connected in two in series in four parallel branches. The secondary winding consists of eight turns that are connected in parallel with the contact plates of the inductor.

Таким образом, за счет параллельного соединения катушек первичной и вторичной обмоток получен трансформатор с номинальным током в первичной обмотке 4000А и мощностью 3200 кВА на частоте 2400 Гц.Thus, due to the parallel connection of the coils of the primary and secondary windings, a transformer with a rated current in the primary winding of 4000A and a power of 3200 kVA at a frequency of 2400 Hz was obtained.

Недостатками такого трансформатора являются большие габариты и масса обмоток выполненных из четырех параллельно соединенных ветвей, что в свою очередь, приводит и к увеличению габаритов магнитопровода и потерь в нем.The disadvantages of such a transformer are the large dimensions and the mass of the windings made of four parallel connected branches, which in turn leads to an increase in the dimensions of the magnetic circuit and losses in it.

Недостатком также является наличие в конструкции факторов влияющих на снижение КПД, а именно:The disadvantage is the presence in the design of factors affecting the reduction of efficiency, namely:

- изготовление вторичной обмотки из алюминия, имеющего удельное электрическое сопротивление в 1,6 раза выше сопротивления меди, что приводит к повышенным, в сравнении с медной обмоткой, тепловым потерям,- the manufacture of a secondary winding of aluminum having a specific electrical resistance of 1.6 times higher than the resistance of copper, which leads to increased, in comparison with a copper winding, heat loss,

- необходимость применения ошиновки четырех секций для их параллельного соединения, а также применение жаропрочной изоляции, увеличивающей зазоры между первичной и вторичной обмотками, приводит к повышению индуктивности рассеяния трансформатора.- the need to use the busbar of the four sections for their parallel connection, as well as the use of heat-resistant insulation, which increases the gaps between the primary and secondary windings, leads to an increase in the leakage inductance of the transformer.

К недостаткам относится и снижение свойств электроизоляции первичной обмотки, возникающее при воздействии на нее расплавом алюминия, на стадии изготовления секции обмотки.The disadvantages include the decrease in the properties of the electrical insulation of the primary winding, which occurs when exposed to a molten aluminum, at the stage of manufacture of the winding section.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является трансформатор для индукционных электротермических установок по изобретению по заявке на патент Российской Федерации №2010134079/07 (H01F 27/30, 27/28, пр. 13.08.2010, реш. о выдаче патента 28.04.2011, прототип). Трансформатор для индукционных электротермических установок - прототип состоит из водоохлаждаемых обмоток - первичной многовитковой в виде плоской спирали (диска) и вторичной одновитковой, образованной расположенными соосно и параллельно полыми дисками, каждый из которых имеет окно и разрез, образующий концы витка. Многовитковая плоская спираль (диск) первичной обмотки выполнена из медной профилированной трубки и расположена между плоскими дисками, образующими виток вторичной обмотки, соосно с ними. Предпочтительно диски вторичной обмотки выполняются из прямоугольных полых дисков, в центре которых выполнены осесимметричное окно и разрез одной из сторон. Дисковые первичная и вторичная обмотки образуют в сборе секцию обмоток трансформатора. Обмотки трансформатора могут собираться из нескольких секций. Магнитопровод трансформатора проходит через окна секций обмоток и замыкается снаружи.Closest to the claimed utility model is a transformer for induction electrothermal installations according to the invention according to the patent application of the Russian Federation No. 201034079/07 (H01F 27/30, 27/28, etc. 13.08.2010, dec. On the grant of a patent 04/28/2011, prototype ) Transformer for induction electrothermal installations - the prototype consists of water-cooled windings - the primary multi-turn in the form of a flat spiral (disk) and a secondary single-turn, formed by coaxially and parallelly hollow disks, each of which has a window and a section forming the ends of the coil. The multi-turn flat spiral (disk) of the primary winding is made of a profiled copper tube and is located between the flat disks forming a turn of the secondary winding, coaxially with them. Preferably, the secondary winding disks are made of rectangular hollow disks in the center of which an axisymmetric window and a section of one of the sides are made. Disc primary and secondary windings form an assembly section of the transformer windings. Transformer windings can be assembled from several sections. The transformer magnetic circuit passes through the windows of the winding sections and closes outside.

Недостатком трансформатора-прототипа является ограничение его мощности величиной допустимого тока в первичной обмотке.The disadvantage of the prototype transformer is the limitation of its power by the value of the permissible current in the primary winding.

Повышение мощности трансформатора, как известно, требует увеличения тока в обмотках, что вызывает увеличение тепловых потерь. В конструкции-прототипе увеличение тока в медной профилированной спирально намотанной трубке, из которой выполнена первичная обмотка, ограничивается величиной тока, при которой наступает перегрев охлаждающей спираль жидкости. Объем протекания охлаждающей жидкости, в свою очередь, ограничен гидравлическим сопротивлением спирали и давлением в системе охлаждения. При этом конструкция вторичной обмотки трансформатора, выполненная из полых дисков и имеющая значительно меньшее электрическое и гидравлическое сопротивления, способна пропустить необходимый, для увеличения отдаваемой мощности, ток.Increasing the power of the transformer, as you know, requires an increase in current in the windings, which causes an increase in heat loss. In the prototype design, the increase in current in the copper profiled spirally wound tube from which the primary winding is made is limited by the magnitude of the current at which the cooling liquid spiral overheats. The flow rate of the coolant, in turn, is limited by the hydraulic resistance of the coil and the pressure in the cooling system. At the same time, the design of the secondary winding of the transformer, made of hollow disks and having significantly less electrical and hydraulic resistance, is capable of passing the current necessary to increase the power output.

Кроме этого величину тока первичной обмотки ограничивает степень допустимого нагрева выводных шин (отпаек), отводящих ток с внутренних витков спирали (близлежащих к оси). По этим шинам, выполненным, как правило, из медного листа течет ток спирали, а их охлаждение осуществляется только за счет контакта с трубкой спирали. Чем ближе к оси виток, с которого снимается ток, тем длиннее шина и тем более нагружен тепловой режим ее работы. Также выведение шин с витков расположенных внутри спирали требует смещения трубок внешних витков, что приводит к увеличению зазоров между витками первичной и вторичной обмоток и, следовательно, к повышению индуктивности рассеяния трансформатора.In addition, the magnitude of the primary winding current limits the degree of permissible heating of the output busbars (solders) that divert current from the internal turns of the spiral (adjacent to the axis). On these buses, made, as a rule, a spiral current flows from a copper sheet, and their cooling is carried out only due to contact with the spiral tube. The closer to the axis the coil from which the current is removed, the longer the bus and the more loaded the thermal mode of its operation. Also, the removal of tires from the turns located inside the spiral requires the displacement of the tubes of the outer turns, which leads to an increase in the gaps between the turns of the primary and secondary windings and, consequently, to an increase in the leakage inductance of the transformer.

Из-за указанных недостатков, при построении трансформатора большой мощности, приходится идти по пути параллельного соединения нескольких секций трансформатора. В результате значительно увеличиваются габариты и масса трансформатора, повышается индуктивность рассеяния, а так же увеличиваются габариты магнитопровода, а, следовательно, потери в нем и снижается КПД.Due to these shortcomings, when constructing a high-power transformer, you have to go along the path of parallel connection of several sections of the transformer. As a result, the dimensions and mass of the transformer increase significantly, the scattering inductance increases, and the dimensions of the magnetic circuit increase, and, consequently, the loss in it and the efficiency decrease.

Задача, решаемая заявляемой полезной моделью - повышение номинальной мощности трансформатора для электротермических установок, повышение КПД при снижении массы и габаритов.The problem solved by the claimed utility model is to increase the rated power of the transformer for electrothermal installations, increasing efficiency while reducing weight and dimensions.

Технический результат, достигаемый заявляемой конструкцией, состоит в снижении тепловых потерь и температурного режима работы многовитковой первичной обмотки, вследствие снижения ее электрического сопротивления и улучшения условий охлаждения витков обмотки, а также в снижении индуктивности рассеяния трансформатора, что приводит к снижению тока в первичной обмотке без снижения передаваемой трансформатором мощности.The technical result achieved by the claimed design is to reduce heat loss and temperature conditions of operation of a multi-turn primary winding, due to a decrease in its electrical resistance and improved cooling conditions of the windings, as well as to a decrease in the leakage inductance of the transformer, which reduces the current in the primary winding without reducing power transmitted by the transformer.

Указанный результат достигается за счет того, что в известном трансформаторе для индукционных электротермических установок, включающем водоохлаждаемые обмотки - многовитковую первичную и одновитковую вторичную, образованную расположенными параллельно полыми дисками, каждый из которых имеет осесимметричное окно и разрез, в отличие от известного, первичная обмотка выполнена из витков в форме полых дисков, имеющих окно и разрез, образующий концы витка, а также сходную с дисками вторичной обмотки конфигурацию внешних контуров и окон, при этом диски первичной обмотки размещены по одному между дисками вторичной обмотки и электрически соединены между собой, образуя многовитковую обмотку, путем соединения концов витков, расположенных с разных сторон разрезов.This result is achieved due to the fact that in the known transformer for induction electrothermal installations, including water-cooled windings - multi-turn primary and single-turn secondary, formed by parallel hollow disks, each of which has an axisymmetric window and a section, in contrast to the known, the primary winding is made of turns in the form of hollow disks having a window and a section forming the ends of the turn, as well as the configuration of the external circuits and windows similar to the secondary disks, with In this case, the primary winding disks are placed one by one between the secondary winding disks and are electrically connected to each other, forming a multi-turn winding, by connecting the ends of the turns located on different sides of the cuts.

Дополнительное снижение активного сопротивления первичной обмотки и индуктивности рассеяния трансформатора можно получить в случае, когда диски первичной обмотки электрически соединены между собой при помощи шин, примыкающих к разрезам дисков, а в дисках первичной обмотки выходы разрезов на внешний контур в двух соседних дисках смещены относительно друг друга на расстояние не меньшее суммы значений ширины разреза и ширины шины, электрически соединяющей диски. В этом конкретном варианте выполнения дополнительный эффект достигается за счет соединения концов соседних витков первичной обмотки по кратчайшему пути. В этом варианте соединения витков (дисков) первичной обмотки значительно упрощается конструкция выводных шин-отпаек. В этом случае длины всех шин-отпаек будут одинаковыми, независимыми от расположения витка и, как следствие, температурные режимы их работы будут одинаковыми. При этом близкое расположение места контактного перехода тока в отпайке от места ее охлаждения снижает вероятность перегрева.An additional decrease in the primary resistance of the primary winding and the dissipation inductance of the transformer can be obtained when the primary winding disks are electrically connected to each other by means of busbars adjacent to the disk cuts, and in the primary winding disks, the cut outputs to the external circuit in two adjacent disks are offset from each other at a distance not less than the sum of the values of the width of the cut and the width of the bus that electrically connects the disks. In this particular embodiment, an additional effect is achieved by connecting the ends of adjacent turns of the primary winding along the shortest path. In this embodiment, the connection of turns (disks) of the primary winding greatly simplifies the design of the output bus-tap. In this case, the lengths of all bus-taps will be the same, independent of the location of the coil and, as a result, the temperature conditions of their work will be the same. Moreover, the close location of the contact transition of the current in the tap from the place of its cooling reduces the likelihood of overheating.

Дополнительное снижение температуры нагрева соединительных шин, а также сокращение количества внешних гидравлических соединений достигается при электрическом соединении между собой дисков первичной обмотки при помощи полых шин, используемых также в качестве водяных патрубков, соединяющих диски по воде.An additional decrease in the heating temperature of the connecting busbars, as well as a reduction in the number of external hydraulic connections, is achieved by electrically connecting the primary winding disks with the help of hollow tires, which are also used as water pipes connecting the disks through water.

Предлагаемое решение является новым, так как, в настоящее время, не известно аналогичное решение, характеризуемое приведенной совокупностью признаков.The proposed solution is new, because, at present, a similar solution is not known, characterized by a given set of features.

Сущность заявляемого решения раскрывается на фиг.1 и 2, на которых приведен предпочтительный вариант выполнения трансформатора для высокочастотной установки индукционного нагрева по предлагаемой полезной модели.The essence of the proposed solution is disclosed in figures 1 and 2, which shows a preferred embodiment of a transformer for a high-frequency induction heating installation according to the proposed utility model.

На фиг.1 показана секция трансформатора по полезной модели, состоящая из трехвитковой первичной, одновитковой вторичной обмоток и магнитопровода. На фиг.2 представлена первичная обмотка. На фигурах показаны:Figure 1 shows a section of a transformer according to a utility model, consisting of a three-turn primary, one-turn secondary windings and a magnetic circuit. Figure 2 presents the primary winding. The figures show:

1 - магнитопровод,1 - magnetic circuit,

2 - первичная обмотка,2 - primary winding,

3 -вторичная обмотка,3 - secondary winding,

4 - диски вторичной обмотки 3,4 - disks of the secondary winding 3,

5 - окно диска 4, 6-разрез,5 - window disk 4, 6-section,

7 - выводные колодки вторичной обмотки 3,7 - output pads of the secondary winding 3,

8 - диски первичной обмотки 2,8 - disks of the primary winding 2,

9 - окно диска 8,9 - disk window 8,

10 - разрезы в дисках 8,10 - cuts in disks 8,

11 - соединительные шины,11 - connecting bus

12 - выводные шины,12 - output bus

13 - шины-отпайки,13 - solder tires,

14 - полость в соединительной шине! 1,14 - cavity in the connecting bus! one,

15 - отверстие,15 - hole

На фиг.1 стрелками на первичной обмотке 2 показано направление течения тока в первичной обмотке; стрелками на фитингах показано направление течения охлаждающей жидкости.Figure 1 arrows on the primary winding 2 shows the direction of current flow in the primary winding; arrows on fittings show the direction of flow of the coolant.

На фиг.2 стрелками показано направление течения воды при переходе из полости диска 8 в полость 14 соединительной шины 11 через отверстие 15, также стрелками показаны вход и выход жидкости охлаждающей первичную обмотку.In figure 2, the arrows show the direction of the flow of water during the transition from the cavity of the disk 8 to the cavity 14 of the connecting bus 11 through the hole 15, also the arrows indicate the inlet and outlet of the liquid cooling the primary winding.

Трансформатор состоит из магнитопровода 1 и образующих секцию обмоток - трех витковой первичной 2 и одновитковой вторичной 3. Вторичная обмотка 3 состоит из полых дисков 4. Диски имеют осесимметричные окна 5 и разрезы 6 одной из сторон. Диски располагаются параллельно друг другу, на равных расстояниях и неразъемно соединены с полыми выводными колодками 7. Вторичная обмотка 3 охлаждается жидкостью подаваемой фитингом в выводную колодку 7, проходящую по дискам 4 и далее в другую выводную колодку? и фитинг.The transformer consists of a magnetic circuit 1 and forming a section of windings - three turns primary 2 and one-turn secondary 3. Secondary winding 3 consists of hollow disks 4. Disks have axisymmetric windows 5 and cuts 6 on one side. Are the disks parallel to each other, at equal distances, and permanently connected to the hollow terminal blocks 7. Is the secondary winding 3 cooled by the fluid supplied by the fitting to the terminal block 7, passing through the disks 4 and then to another terminal block? and fitting.

Первичная обмотка-2 состоит также из полых дисков 8 с окнами 9. Диски 8 первичной и диски 4 вторичной обмоток имеют одинаковую конфигурацию внешних контуров и окон;Primary winding-2 also consists of hollow disks 8 with windows 9. Disks 8 of the primary and disks 4 of the secondary windings have the same configuration of external circuits and windows;

окна в дисках имеют одинаковые размеры. Диски 8 имеют разрезы 10, смещенные друг относительно друга и образующие концы витков. Расположенные с разных сторон разрезов концы соседних витков (дисков) 8 электрически соединены между собой шинами 11, в результате образуется многовитковая обмотка 2. Выходы разрезов 10 на внешний контур в двух соседних дисках смещены относительно друг друга на расстояние не меньшее суммы значений ширины разреза 10 и ширины шины 11. За счет этого соединение дисков 8 производится по кратчайшему, одинаковой длины пути. Диски 8 первичной обмотки 2 расположены по одному между дисками вторичной обмотки 3 и отделены от них электроизоляционными зазорами. Первичная обмотка 2 включает выводные шины 12, шины-отпайки 13 и фитинги для подачи и слива охлаждающей жидкости. Шины 11 выполнены Польши, полости 14 которых сообщаются через отверстие 15 с полостями соединяемых дисков 8.windows in disks are the same size. The disks 8 have cuts 10 offset from each other and forming the ends of the turns. The ends of adjacent turns (disks) 8 located on different sides of the cuts are electrically interconnected by buses 11, as a result, a multi-turn winding 2. The outputs of the cuts 10 to the external circuit in two adjacent disks are offset relative to each other by a distance not less than the sum of the cut widths 10 and the width of the tire 11. Due to this, the connection of the disks 8 is made on the shortest, the same path length. The disks 8 of the primary winding 2 are located one by one between the disks of the secondary winding 3 and are separated from them by insulating gaps. The primary winding 2 includes output tires 12, solder buses 13 and fittings for supplying and draining coolant. Tires 11 are made in Poland, the cavities 14 of which communicate through the opening 15 with the cavities of the connected disks 8.

При работе первичная обмотка 2 подключается к источнику высокочастотной энергии выводными шинами 12 или сочетанием одной из них с шинами-отпайками 13. К выводным колодкам 7 вторичной обмотки 3 подключается нагрузка, например, индуктор. Ток первичной обмотки 2 проходит по поверхностям диска 8, переходит через соединительную шину 11, установленную вблизи разрезов 10 в следующий (средний) диск 8 и далее через соединительную шину 11 в крайний диск 8 и через выводную шину 12 идет во внешнюю схему соединения трансформатора. На поверхностях дисков 4 вторичной обмотки 3 возникает наведенный ток, суммируемый выводными колодками 7 и переходящий затем в нагрузку (индуктор).During operation, the primary winding 2 is connected to a high-frequency energy source with output buses 12 or a combination of one of them with solder buses 13. A load, for example, an inductor, is connected to the terminal blocks 7 of the secondary winding 3. The current of the primary winding 2 passes along the surfaces of the disk 8, passes through the connecting bus 11 installed near the cuts 10 to the next (middle) disk 8 and then through the connecting bus 11 to the extreme disk 8 and through the output bus 12 goes to the external connection circuit of the transformer. On the surfaces of the disks 4 of the secondary winding 3, an induced current arises, summed by the terminal blocks 7 and then transferred to the load (inductor).

Очевидно, что зона протекания тока по сторонам диска 8 в сравнении с зоной протекания тока по стороне трубки спиральной катушки в конструкции прототипа существенно шире и, как следствие, активная составляющая электрического сопротивления существенно ниже. К такому же результату приводит и отсутствие межвитковых зазоров - увеличивается ширина зоны протекания тока за счет максимального использования ширины основной токоведущей стороны диска. Кроме этого отсутствие межвитковых зазоров устраняет в потоке электромагнитного поля, проходящего в электроизоляционных зазорах между витками первичной 2 и вторичной 3 обмоток, полей рассеяния, что способствует снижению индуктивности рассеяния трансформатора и повышению его КПД. Этому же способствует и технологическая возможность сокращения электроизоляционных зазоров между плоскими дисками обмоток до размера порядка 1,5 мм.Obviously, the current flow zone on the sides of the disk 8 in comparison with the current flow zone on the side of the spiral coil tube in the design of the prototype is much wider and, as a result, the active component of the electrical resistance is significantly lower. The absence of inter-turn gaps leads to the same result - the width of the current flow zone increases due to the maximum use of the width of the main current-carrying side of the disk. In addition, the absence of inter-turn gaps eliminates the electromagnetic field flowing in the insulating gaps between the turns of the primary 2 and secondary 3 windings, scattering fields, which helps to reduce the leakage inductance of the transformer and increase its efficiency. The technological possibility of reducing the insulating gaps between the flat disks of the windings to a size of about 1.5 mm also contributes to this.

Очевидно также, что в данной конструкции обеспечивается высокая эффективность охлаждения ее токоведущих участков. Конструкция позволяет, в зависимости от объема тепловых потерь, подлежащих снятию, делать выбор схемы охлаждения витков по параллельному или последовательному вариантам.It is also obvious that in this design provides high cooling efficiency of its current-carrying sections. The design allows, depending on the amount of heat loss to be removed, make a choice of a circuit for cooling coils in parallel or sequential versions.

Выполнение витков обеих обмоток в форме плоских дисков с практически одинаковыми габаритами и сечениями позволяет получить равенство тепловых условий их работы, что снимает проблему ограничения мощности трансформатора из-за достижения предельно возможных электрических параметров одной обмоткой и недоиспользования возможностей другой. Кроме того, такой вариант конструкции высокотехнологичен.The execution of the turns of both windings in the form of flat disks with almost the same dimensions and sections allows us to obtain the equality of the thermal conditions of their work, which removes the problem of limiting the power of the transformer due to the achievement of the maximum possible electrical parameters of one winding and the underutilization of the capabilities of the other. In addition, this design option is high-tech.

Выводные шины 12 первичной обмотки 2 и шины-отпайки 13, вне зависимости от того содержат они внутренние полости или нет, имеют равные условия охлаждения, поскольку положение сторон дисков, к которым они присоединены, не зависит от места расположения диска в обмотке. Благодаря этому снимается ограничение величины пропускаемого обмоткой тока вследствие перегрева указанных шин. Эта конструктивная особенность обеспечивает равенство температурного режима работы всех используемых отпаек, а близкое размещение друг от друга зоны активного охлаждения шины-отпайки и места соединения со схемой снижает возможность перегрева отпайки.The output buses 12 of the primary winding 2 and the solder bus 13, regardless of whether they contain internal cavities or not, have equal cooling conditions, since the position of the sides of the disks to which they are attached does not depend on the location of the disk in the winding. Due to this, the limitation of the amount of current transmitted by the winding due to overheating of these tires is removed. This design feature ensures that the temperature conditions of all used solders are equal, and the close arrangement of the active cooling zones of the solder bus and the connection to the circuit from each other reduces the possibility of overheating of the solder.

Таким образом, отличия предлагаемой конструкции, неизвестные из уровня техники, обеспечивают:Thus, the differences of the proposed design, unknown from the prior art, provide:

- снижение электрического сопротивления многовитковой первичной обмотки трансформатора,- reduction of electrical resistance of the multi-turn primary winding of the transformer,

- снижение индуктивности рассеяния трансформатора,- reducing the leakage inductance of the transformer,

- высокую эффективность охлаждения первичной обмотки,- high cooling efficiency of the primary winding,

- расширение возможностей регулирования коэффициента трансформации,- expanding the ability to regulate the transformation ratio,

- выравнивание мощностных возможностей обмоток трансформатора.- equalization of power capabilities of transformer windings.

Реализация предлагаемой конструкции позволяет получить мощный трансформатор с малыми массогабаритными показателями и высокими показателями КПД.Implementation of the proposed design allows you to get a powerful transformer with small overall dimensions and high efficiency.

Промышленная применимость и использование предлагаемой полезной модели очевидны, а ее реализация не требует разработки специальных изделий и технологий. Полезная модель реализуется в промышленных условиях из доступных, известных составляющих и по известным технологиям.The industrial applicability and use of the proposed utility model are obvious, and its implementation does not require the development of special products and technologies. The utility model is implemented in an industrial environment from available, well-known components and known technologies.

Примером конкретного применения может служить трансформатор, разработанный для установок индукционного нагрева на частоты тока 1000, 2400, 4000, 10000 Гц для согласования напряжения индуктора с напряжением источника питания. Конструкция трансформатора принципиально соответствует приведенной на фиг.1. Трансформатор имеет номинальную мощность 3200 кВА, собран из четырех секций, объединенных магнитопроводом. Охлаждение трансформатора - водяное.An example of a specific application can be a transformer designed for induction heating installations at current frequencies of 1000, 2400, 4000, 10000 Hz to match the voltage of the inductor with the voltage of the power source. The design of the transformer basically corresponds to that shown in Fig.1. The transformer has a rated power of 3200 kVA, assembled from four sections connected by a magnetic circuit. Transformer cooling - water.

Каждая секция включает первичную обмотку, состоящую из трех последовательно соединенных витков. Две секции трансформатора имеют первичные обмотки с отпайками от каждого витка, а в двух других секциях первичные обмотки выполнены без отпаек. Витки как первичной, так вторичной обмоток выполнены из полых дисков. Размеры дисков - 282×264 мм, окон под магнитопровод - 142×140 мм, ширина разрезов - 2 мм. Диски выполняются из двух медных листов толщиной 2 мм, герметично соединенных сваркой по периметрам внешнего и внутреннего контуров. Расстояние между листами составляет 3 мм. Вторичные обмотки включают четыре диска, неразъемно установленных параллельно друг другу на выводных полых колодках с возможностью сообщения полостей. Выводные колодки оснащены фитингами для подачи и слива воды.Each section includes a primary winding consisting of three turns connected in series. Two sections of the transformer have primary windings with taps from each turn, and in the other two sections the primary windings are made without taps. The turns of both the primary and secondary windings are made of hollow disks. The dimensions of the disks are 282 × 264 mm, the windows for the magnetic circuit are 142 × 140 mm, the width of the cuts is 2 mm. Disks are made of two copper sheets 2 mm thick, hermetically connected by welding along the perimeters of the external and internal circuits. The distance between the sheets is 3 mm. Secondary windings include four discs, one-piece installed parallel to each other on the output hollow pads with the possibility of message cavities. The output pads are equipped with fittings for supplying and draining water.

Первичные обмотки включают три диска, объединенных между собой шинами, образующими электрическое последовательное соединение. Эти шины выполнены как шины-отпайки. Возможно выполнение этих шин полыми, при этом обеспечивается также последовательное соединение дисков по воде. Крайние диски обмотки включают выводные шины и фитинги.The primary windings include three disks, interconnected by buses, forming an electrical series connection. These tires are designed as solder tires. It is possible to make these tires hollow, while the series connection of the disks over water is also provided. The outermost winding discs include lead-out busbars and fittings.

Первичная и вторичная обмотки выполнены в виде отдельных узлов, с достаточно высокой точностью, что позволяет обеспечить при сборке зазоры между витками (дисками) порядка 1,5 мм. Зазоры между витками первичной и вторичной обмоток заполнены электроизоляционным компаундом «СУРЭЛ-СЛ-КСТ». В качестве формы при заливке секции компаундом используются внешние диски вторичной обмотки и выводные колодки, что значительно упрощает и удешевляет процесс заливки. При заливке секций компаундом, со стороны выводов первичной обмотки, устанавливается диэлектрическая панель (не показана на фиг.1). Благодаря достаточно большим поверхностям, малым зазорам между дисками обмоток и объединяющей их диэлектрической панели, механически связывающего эти узлы электроизоляционного компаунда, достаточно для получения прочной, надежной и ремонтнопригодной секции обмотокThe primary and secondary windings are made in the form of separate units, with sufficiently high accuracy, which makes it possible to ensure gaps between turns (disks) of the order of 1.5 mm during assembly. The gaps between the turns of the primary and secondary windings are filled with an insulating compound "SUREL-SL-KST". As a form, when filling a section with a compound, external secondary winding disks and output pads are used, which greatly simplifies and cheapens the filling process. When filling sections with a compound, on the side of the terminals of the primary winding, a dielectric panel is installed (not shown in figure 1). Due to the sufficiently large surfaces, small gaps between the winding disks and the dielectric panel uniting them, mechanically linking these nodes of the insulating compound, it is enough to obtain a strong, reliable and maintainable winding section

Из известных выпускаемых в настоящее время мощных трансформаторов с дисковыми обмотками для индукционных установок трансформатор ТЗ3-3200 обладает наиболее высокими техническими характеристиками. В таблице приведены параметры этого трансформатора и трансформатора по предлагаемой полезной модели. Преимущества предлагаемого трансформатора видны из сравнения приведенных данных.Of the currently known powerful transformers with disk windings for induction installations, the transformer TZ3-3200 has the highest technical characteristics. The table shows the parameters of this transformer and transformer according to the proposed utility model. The advantages of the proposed transformer are visible from a comparison of the data given.

параметрыoptions трансформатор по полезной модели.utility transformer. трансформатор ТЗ3-3200transformer TZ3-3200 частота, Гцfrequency Hz 24002400 24002400 мощность номинальная, кВАrated power, kVA 32003200 32003200 напряжение на первичной обмотке, Вprimary voltage, V 800800 800800 КПД при токе первичной обмотки 4000А и Cosf_н=0,3, %Efficiency at primary current 4000A and Cosf _n = 0.3,% 9191 8080 падение напряжения при коротком замыкании, %voltage drop during short circuit,% 5-8,55-8.5 15-3015-30 масса трансформатора, кгtransformer weight, kg 190190 300300 габаритные размеры (длина×ширина×высота), ммoverall dimensions (length × width × height), mm 480×500×450480 × 500 × 450 480×690×510480 × 690 × 510

Таким образом, предлагаемая полезная модель за счет новой конструкции обеспечивает снижение массы и габаритов, повышение КПД, снижение напряжения короткого замыкания.Thus, the proposed utility model due to the new design provides a reduction in weight and dimensions, increased efficiency, and reduced short circuit voltage.

Claims (3)

1. Трансформатор для индукционных электротермических установок, включающий водоохлаждаемые обмотки - многовитковую первичную и одновитковую вторичную, образованную расположенными параллельно полыми дисками, каждый из которых имеет осесимметричное окно и разрез, отличающийся тем, что первичная обмотка выполнена из витков в форме полых дисков, имеющих окно и разрез, образующий концы витка, а также сходную с дисками вторичной обмотки конфигурацию внешних контуров и окон, при этом диски первичной обмотки размещены по одному между дисками вторичной обмотки и электрически соединены между собой, образуя многовитковую обмотку, путем соединения концов витков, расположенных с разных сторон разрезов.1. A transformer for induction electrothermal installations, including water-cooled windings - multi-turn primary and single-turn secondary, formed by parallel hollow disks, each of which has an axisymmetric window and a section, characterized in that the primary winding is made of turns in the form of hollow disks having a window and the section forming the ends of the coil, as well as the configuration of the external circuits and windows similar to the secondary winding disks, while the primary winding disks are placed one by one between the disks toric windings and electrically interconnected to form a multi-turn coil by connecting ends of coils disposed on different sides of cuts. 2. Трансформатор для индукционных электротермических установок по п.1, отличающийся тем, что диски первичной обмотки электрически соединены между собой при помощи шин, примыкающих к разрезам дисков, а в дисках первичной обмотки выходы разрезов на внешний контур в двух соседних дисках смещены относительно друг друга на расстояние, не меньшее суммы значений ширины разреза и ширины шины, электрически соединяющей диски.2. The transformer for induction electrothermal plants according to claim 1, characterized in that the primary winding disks are electrically connected to each other by means of buses adjacent to the disk cuts, and in the primary winding disks, the cut outputs to the external circuit in two adjacent disks are displaced relative to each other at a distance not less than the sum of the values of the width of the cut and the width of the bus that electrically connects the disks. 3. Трансформатор для индукционных электротермических установок по п.1, отличающийся тем, что диски первичной обмотки электрически соединены между собой при помощи полых шин, полости которых сообщаются с полостями дисков.

3. The transformer for induction electrothermal plants according to claim 1, characterized in that the primary winding disks are electrically connected to each other by hollow tires, the cavities of which are connected to the disk cavities.