RU12870U1 - CURRENT AND VOLTAGE CONVERTER - Google Patents

Abstract

1. Устройство преобразования тока и напряжения, содержащее стержневой замкнутый трансформатор с размещенными на его сердечнике первичной и вторичной обмотками, связанными с входными и выходными выводами соответственно, отличающееся тем, что между внутренним слоем указанных обмоток и соответствующим стержнем сердечника трансформатора имеется зазор, служащий для прохождения вдоль него потока хладагента, формируемого узлом нагнетания потока хладагента, причем обе обмотки выполнены бескаркасным способом намотки, а величина площади поперечного сечения зазора составляет от 0,05 до 0,5 от величины площади поперечного сечения трансформатора, причем указанные сечения расположены в плоскости, перпендикулярной направлению движения потока хладагента.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные обмотки намотаны многожильным проводом с термостойкой изоляцией не более чем в три слоя.3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что узел нагнетания потока хладагента выполнен в виде вентилятора.4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что в нагнетаемом потоке хладагента размещен токоограничивающий дроссель, через обмотку которого осуществлена указанная связь первичной обмотки трансформатора с входными выводами.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что обмотка токоограничивающего дросселя размещена на П-образном или Ш-образном сердечнике, прикрепленном к наружной поверхности сердечника трансформатора.6. Устройство по пп.4 и 5, отличающееся тем, что обмотка токоограничивающего дросселя выполнена бескаркасным способом намотки многожильным проводом с термостойкой изоляцией.1. A device for converting current and voltage, containing a closed rod transformer with primary and secondary windings located on its core, connected with input and output terminals, respectively, characterized in that there is a gap between the inner layer of these windings and the corresponding core of the transformer core, which serves to pass along it is the flow of refrigerant formed by the injection site of the flow of refrigerant, both windings are frameless winding method, and the size of the area pop river gap section is between 0.05 and 0.5 times the value of the cross sectional area of the transformer, said cross section lying in a plane perpendicular to the direction of flow hladagenta.2. The device according to claim 1, characterized in that said windings are wound with a stranded wire with heat-resistant insulation in no more than three layers. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the injection unit of the refrigerant flow is made in the form of a fan. 4. The device according to claims 1 to 3, characterized in that a current-limiting inductor is placed in the injected flow of refrigerant, through the winding of which the indicated connection of the primary winding of the transformer with input terminals is made. 5. The device according to claim 4, characterized in that the winding of the current-limiting inductor is placed on a U-shaped or W-shaped core attached to the outer surface of the transformer core. The device according to claims 4 and 5, characterized in that the winding of the current-limiting inductor is made by a frameless method of winding with a stranded wire with heat-resistant insulation.

Description

Устройство преобразования тока и напряженияCurrent and voltage conversion device

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании мощных источников электропитания, например, для электро-сварочных аппаратов. Известны устройства преобразования тока и напряжения, выполненные в виде трансформаторов с размещенными на их сердечниках обмотками и узлами дополнительного охлаждения, выполненными в виде теплоотводящих шин, осуществляющих отток тепла от обмоток (1), и радиаторов, размещенных на поверхности сердечников, служащих для интенсификации теплоотдачи сердечников (2).The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the design of powerful power sources, for example, for electric welding machines. Known devices for converting current and voltage, made in the form of transformers with windings and additional cooling units located on their cores, made in the form of heat sink tires that carry out heat outflow from the windings (1), and radiators located on the surface of the cores, which serve to intensify the heat transfer of the cores (2).

При работе устройств на высоких частотах с большой выходной мощностью интенсивность охлаждения можно увеличить за счет одновременного охлаждения и сердечников и обмоток путем принятия суммарных мер по дополнительному охлаждению, следующих из известных устройств (1 и 2), однако это ведет к усложнению конструкции трансформаторов и, следовательно, к ухудшению массо-габаритных показателей.When operating devices at high frequencies with a large output power, the cooling intensity can be increased due to the simultaneous cooling of both the cores and the windings by taking the total measures for additional cooling resulting from the known devices (1 and 2), however, this leads to a complication of the design of transformers and, therefore , to the deterioration of mass-dimensional indicators.

Наиболее близким к данной полезной модели является устройство преобразования тока и напряжения, содержащее трансформатор с размещенными на его стержневом замкнутом сердечнике первичной и вторичной обмотками, связанными с входными и выходными выводами соответственно (3). В устройстве имеется узел дополнительного охлаждения, однако он недостаточно эффективен при работе на высоких частотах с большой выходной мощностью и сильно усложняет конструкцию, приводя к плохим массо-габаритным показателям, кроме того при изменениях величины тока нагрузки возможен режим возникновения бросков выходного тока, что в целом ведет к снижению надежности.Closest to this utility model is a current and voltage conversion device containing a transformer with primary and secondary windings located on its closed core core connected with input and output terminals, respectively (3). The device has an additional cooling unit, however, it is not efficient enough at high frequencies with a large output power and greatly complicates the design, leading to poor overall dimensions, in addition, when the load current changes, an output current surge condition is possible, which in general leads to a decrease in reliability.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании данной полезной модели, является улучшение массо-габаритных показателей и повышение надежности путем интенсификации охлаждения и ограничения токов нагрузки при ее изменении.The technical result that can be achieved by using this utility model is to improve the overall dimensions and reliability by intensifying cooling and limiting the load currents when it changes.

HOI F 27/08 HOI F 27/08

с рамещенными на его стержневом замкнутом сердечнике первичной и вторичной обмотками, связанными с входными и выходными выводами соответственно (3), между внутренним слоем указанных обмоток и соответствующим стержнем сердечника трансформатора имеется зазор, служащий для прохождения вдоль него потока хладагента, формируемого узлом нагнетания потока хладагента, причем обмотки выполнены бескаркасным способом намотки, а величина площади поперечного сечения зазора составляет от 0,05 до 0,5 от величины площади поперечного сечения трансформатора, причем указанные сечения расположены в плоскости перпендикулярной направлению движения потока хладагента. Указанные обмотки могут быть намотаны многожильным проводом с термостойкой изоляцией не более, чем в три слоя. Узел нагнетания потока хладагента может быть выполнен в виде вентилятора. В нагнетаемом потоке хладагента может быть размещен токоограничивающий дроссель, через обмотку которого осуществлена указанная связь первичной обмотки трансформатора с входными выводами. Обмотка токоограничивающего дросселя может быть размещена на Побразном или Ш-образном сердечнике, прикрепленом к наружной поверхности сердечника трансформатора. Обмотка токоограничивающего дросселя может быть выполнена бескаркасным способом намотки многожильным проводом с высокой температурной изоляцией.with primary and secondary windings located on its rod-shaped closed core connected with input and output terminals, respectively (3), there is a gap between the inner layer of these windings and the corresponding core of the transformer core, which serves to pass along the refrigerant stream formed by the refrigerant flow injection unit, moreover, the windings are made in a frameless way of winding, and the size of the cross-sectional area of the gap is from 0.05 to 0.5 of the size of the cross-sectional area of the transform ora, said sections are arranged in a plane perpendicular to the direction of refrigerant flow. These windings can be wound with a stranded wire with heat-resistant insulation in no more than three layers. The refrigerant flow injection unit may be configured as a fan. A current-limiting reactor can be placed in the pumped-in refrigerant flow, through the winding of which the indicated connection of the transformer primary winding with the input terminals is made. The coil of the current-limiting inductor can be placed on a U-shaped or Sh-shaped core attached to the outer surface of the transformer core. The winding of the current-limiting inductor can be performed in a frameless way by winding with a stranded wire with high temperature insulation.

На фиг.1 изображена конструктивная схема устройства,Figure 1 shows a structural diagram of a device

состоящего из трансформатора и узла нагнетания потокаconsisting of a transformer and a flow injection unit

хладагента, выполненного в виде вентилятора.refrigerant made in the form of a fan.

На фиг.2 изображена конструктивная схема устройства сFigure 2 shows a structural diagram of a device with

токоограничивающим дросселем, прикрепленным к сердечникуcurrent limiting choke attached to the core

трансформатора.transformer.

На фиг.3,4 изображены варианты размещенияIn Fig.3,4 shows the placement options

токоограничивающего дросселя относительно трансформатора иcurrent limiting inductor relative to the transformer and

узла нагнетания потока хладагента.refrigerant flow injection unit.

Устройство содержит трансформатор (фиг.1), на стержневом замкнутом (Ш-образном или П-образном) сердечнике 1 которого размещены первичная 2 и вторичная 3 обмотки, связанные с входными и выходными выводами соответственно, служащими для подсоединения к выводам питания и нагрузки. МеждуThe device comprises a transformer (Fig. 1), on a rod-shaped closed (Ш-shaped or П-shaped) core 1 of which there are primary 2 and secondary 3 windings connected with input and output terminals, respectively, used to connect to the power and load terminals. Between

соответствующим стержнем сердечника 1 и внутренним слоем расположенных на нем обмоток 2,3 имеется зазор, служащий для прохождения вдоль него потока хладагента (например, воздуха), формируемогоузлом нагнетания потока хладагента,the corresponding core core 1 and the inner layer of the windings 2,3 located on it have a gap that serves to pass along the refrigerant stream (for example, air) formed by the refrigerant flow injection unit,

выполненным, например, в виде компрессора, вентилятора и т.д. На фиг, 1-4 изображен узел нагнетания потока хладагента, выполненный в виде вентилятора 4. Вентилятор 4 обеспечивает направление движения потока хладагента (воздуха) вдоль зазора. К внешней поверхности сердечника 1 прикреплен П-образный или Ш-образный сердечник 5 токоограничивающего дросселя (фиг.2), с размещенной на нем обмоткой 6, через которую первичная обмотка 2 трансформатора связана с входными выводами, т.е. обе обмотки соединены последовательно друг с другом. Обмотка 6 дросселя может быть намотана тем же проводом, что и первичная обмотка 2 трансформатора, а может и отдельным проводом. Сердечник 5 токоограничивающего дросселя может иметь замкнутый магнитопровод, а может и не иметь замкнутого магнитопровода в случае его прикрепления к сердечнику трансформатора, в отличие от сердечника 1 трансформатора, который должен быть всегда замкнут, при этом для замыкания магнитного контура дросселя используется часть сердечника 1, ограниченная поверхностями соприкосновения с сердечником 5 дросселя. Крепление сердечника 5 дросселя к сердечнику 1 трансформатора осуществлено при помощи стяжки, выполненной, например, в виде охватывающей оба сердечника ленты. Сердечником токоограниивающего дросселя может являться один из стержней трансфоматора. Обмотки токоограничивающего дросселя и трансформатора выполнены многожильным проводом с термостойкой (высокой температурной) изоляцией, например, силиконовой или тефлоновой, способной выдерживать температуру от 100 град. Обмотки трансформатора выполнены бескаркасным способом намотки.made, for example, in the form of a compressor, fan, etc. In Figs. 1-4, the refrigerant flow injection unit is shown in the form of a fan 4. The fan 4 provides the direction of flow of the refrigerant (air) along the gap. A U-shaped or W-shaped core 5 of a current-limiting inductor is attached to the outer surface of the core 1 (Fig. 2), with a winding 6 placed on it, through which the primary winding 2 of the transformer is connected to the input terminals, i.e. both windings are connected in series with each other. The inductor winding 6 can be wound with the same wire as the transformer primary winding 2, or it can also be a separate wire. The core 5 of the current-limiting inductor may have a closed magnetic circuit, or may not have a closed magnetic circuit if it is attached to the core of the transformer, in contrast to the core 1 of the transformer, which must always be closed, while part of the core 1 is used to close the magnetic circuit of the inductor, limited contact surfaces with the core 5 of the throttle. The core 5 of the inductor is attached to the core 1 of the transformer by means of a tie made, for example, in the form of a tape covering both core. The core of the current-limiting inductor can be one of the transformer rods. The windings of the current-limiting inductor and transformer are made of stranded wire with heat-resistant (high temperature) insulation, for example, silicone or Teflon, capable of withstanding temperatures from 100 degrees. The transformer windings are frameless winding.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Напряжение питания подводят к входным выводам, подсоединенным через цепь обмотки 6 токоограничивющего дросселя к первичной обмотке 2 трансформатора. Тоокоограничивающий дроссель служит для ограничения выходного тока при изменении величины тока нагрузки, подсоединенной к выходным выводам. Узел нагнетания потока хладагента, выполнедный, например, в виде вентилятора 4,The supply voltage is supplied to the input terminals connected through the circuit of the winding 6 of the current-limiting inductor to the primary winding 2 of the transformer. A current-limiting inductor is used to limit the output current when the magnitude of the load current connected to the output terminals changes. A unit for injecting a refrigerant stream, made, for example, in the form of a fan 4,

нагнетает поток хадагента вдоль зазора между внутренним слоемобмоток2,3исоответствующимinjects the flow of the hadagent along the gap between the inner layer of the windings

стержнем сердечника 1 трансформатора на котором они расположены, вызывая интенсивный отвод тепла как от сердечника, так и от внутреннего слоя обмоток. Кроме того он обдувает и внешний слой обмоток, организуя отвод тепла практически от каждого из слоев. Для того, что бы интенсивность охлаждения была эффективной необходимо, что бы величина площади поперечного сечения зазора, по которому проходит хладагент, составляла от 0,05 до 0,5 от величины площади наибольшего поперечного сечения трансформатора, причем указанные сечения расположены в плоскости перпендикулярной направлению движения потока хладагента. Наиболее оптимальный режим работы - при количестве слоев намотки обмоток как трансформатора, так и токоограничивающего дросселя не более трех. Дроссель размещен в поле действия потока хладагента, осуществляющего отток тепла от его обмоки и сердечника ( фиг.3,4). Данная система охлаждения позволяет обеспечить равномерный отвод тепла от всех слоев обмоток и от сердечника трансформатора , обеспечивая работу сердечника трансформатора по полной петле гистерезиса, что дает возможность увеличить плотность тока, и, следовательно, уменьшить число витков при одновременном увеличении выходной мощности.the core core 1 of the transformer on which they are located, causing intense heat removal from both the core and the inner layer of the windings. In addition, he blows around the outer layer of the windings, organizing heat removal from almost each of the layers. In order for the cooling intensity to be effective, it is necessary that the cross-sectional area of the gap through which the refrigerant passes is from 0.05 to 0.5 of the largest cross-sectional area of the transformer, and these sections are located in a plane perpendicular to the direction of movement refrigerant flow. The most optimal mode of operation is when the number of winding layers of the windings of both the transformer and the current-limiting inductor is no more than three. The throttle is placed in the field of action of the flow of refrigerant, carrying out the outflow of heat from its soaking and core (Fig.3,4). This cooling system allows for uniform heat removal from all layers of the windings and from the core of the transformer, ensuring the operation of the transformer core over the full hysteresis loop, which makes it possible to increase the current density and, therefore, reduce the number of turns while increasing the output power.

Составитель описания А.МироновCompiled by A. Mironov

Источники информации, принятые во внимание при составленииSources of information taken into account when compiling

описания:descriptions:

Р.Х.Бальян Трансформаторы для радиоэлектроники М.R.Kh. Balyan Transformers for radio electronics M.

Сов.радио.1971, с. 56, рис. 2.39Sov.radio. 1971, p. 56, fig. 2.39

Там же, с.57, рис.2.40.Ibid., P. 57, fig. 2.40.

Там же, с.54.Ibid., P. 54.

Claims (6)

1. Устройство преобразования тока и напряжения, содержащее стержневой замкнутый трансформатор с размещенными на его сердечнике первичной и вторичной обмотками, связанными с входными и выходными выводами соответственно, отличающееся тем, что между внутренним слоем указанных обмоток и соответствующим стержнем сердечника трансформатора имеется зазор, служащий для прохождения вдоль него потока хладагента, формируемого узлом нагнетания потока хладагента, причем обе обмотки выполнены бескаркасным способом намотки, а величина площади поперечного сечения зазора составляет от 0,05 до 0,5 от величины площади поперечного сечения трансформатора, причем указанные сечения расположены в плоскости, перпендикулярной направлению движения потока хладагента.1. A device for converting current and voltage, containing a closed rod transformer with primary and secondary windings located on its core, connected with input and output terminals, respectively, characterized in that there is a gap between the inner layer of these windings and the corresponding core of the transformer core, which serves to pass along it is the flow of refrigerant formed by the injection site of the flow of refrigerant, both windings are frameless winding method, and the size of the area pop river gap section is between 0.05 and 0.5 times the value of the cross sectional area of the transformer, said cross section lying in a plane perpendicular to the direction of refrigerant flow. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные обмотки намотаны многожильным проводом с термостойкой изоляцией не более чем в три слоя. 2. The device according to claim 1, characterized in that said windings are wound with a stranded wire with heat-resistant insulation in no more than three layers. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что узел нагнетания потока хладагента выполнен в виде вентилятора. 3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the injection unit of the refrigerant stream is made in the form of a fan. 4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что в нагнетаемом потоке хладагента размещен токоограничивающий дроссель, через обмотку которого осуществлена указанная связь первичной обмотки трансформатора с входными выводами. 4. The device according to claims 1 to 3, characterized in that a current-limiting inductor is placed in the injected flow of refrigerant, through the winding of which the specified connection of the primary winding of the transformer with input terminals is made. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что обмотка токоограничивающего дросселя размещена на П-образном или Ш-образном сердечнике, прикрепленном к наружной поверхности сердечника трансформатора. 5. The device according to claim 4, characterized in that the winding of the current-limiting inductor is placed on a U-shaped or W-shaped core attached to the outer surface of the transformer core. 6. Устройство по пп.4 и 5, отличающееся тем, что обмотка токоограничивающего дросселя выполнена бескаркасным способом намотки многожильным проводом с термостойкой изоляцией.

6. The device according to claims 4 and 5, characterized in that the winding of the current-limiting inductor is made by a frameless method of winding with a stranded wire with heat-resistant insulation.