PL202719B1 - Transformator średniej częstotliwości - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest transformator średniej częstotliwości, zwłaszcza do zastosowań kolejowych.

Transformatory średniej częstotliwości są stosowane w wielosystemowych przetwornicach zasilających (modułach przetwarzających) wraz z przetwornicami doładowującymi. Konwencjonalne transformatory średniej częstotliwości charakteryzują się zwykle stosunkowo dużymi wymiarami i stosunkowo dużą wagą. Znane konstrukcje prostokątne i cylindryczne, na przykład mają stosunek mocy do masy wynoszący około 0,4 - 0,6 g/W przy częstotliwości 6 - 12 kHz przy zdolności przenoszenia od 30 kW do 100 kW.

Z powodu duż ych wymiarów i stosunkowo dużej masy jednostkowej znane transformatory średniej częstotliwości są łączone szeregowo za modułami średniej częstotliwości, i zwykle są chłodzone powietrzem i/lub wodą. Z powodu wytwarzania ciepła, są niekiedy potrzebne dodatkowe płyty chłodzące, które dodatkowo zajmują miejsce w szafie zasilania elektrycznego.

Jednakowoż, nawet znane transformatory o krańcowo małej objętości i masie nie nadają się do bezpośredniego instalowania w modułach przetwornic mocy średniej częstotliwości, zwłaszcza w pobliżu tranzystorów IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors - tranzystorów bipolarnych z izolowaną bramką).

Z opisu patentowego DE 4227891 znany jest transformator do zastosowania w ukł adach satelitarnych. Uzwojenie tego transformatora jest pokryte masą izolacyjną, która jest dołączona do ścian rdzenia po jednej stronie. Ponadto, transformator zawiera element dystansowy z ogranicznikiem do utrzymywania szczeliny pomiędzy rdzeniem i masą izolacyjną.

Instalacja w module przetwornicy mocy z góry wymaga, aby uzwojenia, pierwotne i wtórne nawinięte na rdzeniu magnetycznym, ewentualnie ferrytowym mogły być wprowadzone w strumień powietrza chłodzącego wentylatora modułu. Konstrukcja i objętość znanych transformatorów wyklucza to. Uzwojenia w znanych transformatorach są oparte i pozycjonowane w bezpośredniej bliskości wokół uziemionego rdzenia, dla osiągnięcia dobrego współczynnika sprawności. Powoduje to w wyniku niebezpieczeństwo częściowych wyładowań w szczelinach między uzwojeniami, odstępnikami i rdzeniem.

Ponadto alternatywna możliwość umieszczania transformatora średniej częstotliwości na zewnątrz przedziału zasilania elektrycznego w zasysanym powietrzu atmosferycznym wymaga dodatkowej ochrony przed zanieczyszczeniem i jest niekorzystne.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji transformatora średniej częstotliwości o niewielkiej objętości i masie, który nadawałby się do zintegrowania ze znanymi przetwornicami systemowymi (konwerterami zasilania).

Według wynalazku, transformator średniej częstotliwości z rdzeniem oraz sprzężonymi ze sobą magnetycznie uzwojeniami, pierwotnym i wtórnym umieszczonymi w obudowie hermetycznej, która jest termicznie i elektrycznie izolowana charakteryzuje się tym, że obudowa hermetyczna jest swobodnie zawieszona względem rdzenia, przy czym w obudowie hermetycznej są zachowane szczeliny powietrzne po wszystkich stronach między obudową hermetyczną uzwojeń a rdzeniem.

Korzystnie, obudowa hermetyczna jest zaprojektowana jako uchwyt dla rdzenia, w którym rdzeń jest zainstalowany.

Korzystnie, rdzeń składa się z połówek otaczających uzwojenie pierwotne i wtórne.

Rdzeń może składać się z dwóch połówek o kształcie litery „U”, których powierzchnie czołowe złożone są ze sobą nawzajem.

Rdzeń może też składać się z dwóch par składających się z rdzenia częściowego o kształcie litery „U” i rdzenia częściowego o kształcie litery „I”.

Na zewnętrznej powierzchni obudowy hermetycznej uzwojeń rozmieszczone korzystnie są zagięte pod kątem płytki podtrzymujące rdzeń. Rdzeń może być przyklejony do zagiętych pod kątem płytek obudowy hermetycznej. Zagięte pod kątem płytki korzystnie zaopatrzone są w żebra usztywniające.

Na przednich ścianach obudowy hermetycznej uzwojeń rozmieszczone mogą być klamry do podtrzymywania rdzenia z boku.

Obudowa hermetyczna na przednich ścianach korzystnie ma przedłużenia w postaci nadlewów, na których są instalowane połączenia elektryczne.

Obudowę hermetyczną może stanowić odlewany blok, hermetycznie okalający uzwojenie pierwotne i wtórne.

PL 202 719 B1

Odlewany blok może być wykonany z żywicy, korzystnie żywicy epoksydowej z materiałem wypełniającym zdolnym do przenoszenia ciepła, korzystnie azotkiem glinu i/lub silanowanym pyłem kwarcowym.

Uzwojenia, pierwotne i wtórne, mogą być otoczone taśmą z włókna, korzystnie włókna szklanego.

Między uzwojeniami, pierwotnym i wtórnym, na ich powierzchniach końcowych są zainstalowane płaty chłodzące mające kontakt termiczny z uzwojeniami.

Na zewnętrznych powierzchniach uzwojeń, pierwotnego i wtórnego, korzystnie są zainstalowane wystające na boki dodatkowe płaty chłodzące.

Płaty chłodzące mogą być odlane na powłoce lub są izolowane powłoką, korzystnie poliestrową.

Uzwojenia pierwotne i wtórne korzystnie są uzwojeniami formowanymi blokowo. Uzwojenia pierwotne i wtórne w korzystnej wersji są wykonane z drutów foliowych, korzystnie z folii miedzianej, między którymi umieszczone są pośrednie warstwy izolacyjne, korzystnie z miki.

Przewody uzwojenia pierwotnego i wtórnego mogą stanowić przewody, które są przełożone paskami folii. Przewody mają na krawędziach wcięcia i zachodzą jeden nad drugi, przy czym każdy z przewodów znajduje się na przemian powyżej lub poniż ej drugiego z przewodów. Między przewodami może znajdować się pośrednia warstwa izolacyjna.

Po stronie czołowej uzwojenia pierwotnego i wtórnego, między zwojami jest umieszczony materiał przewodzący elektrycznie, przy czym kilka warstw uzwojenia pierwotnego i wtórnego jest opasanych materiałem przewodzącym elektrycznie przynajmniej w obszarze powierzchni czołowych uzwojeń. Materiał przewodzący jest korzystnie w postaci marszczonej taśmy.

Transformator średniej częstotliwości według niniejszego wynalazku może, dzięki swojej niewielkiej objętości i masie, być zintegrowany ze znanymi przetwornicami systemowymi system (modułami konwerterów zasilania). Nie jest już przy tym potrzebna dla transformatora dodatkowa przestrzeń montażowa na zewnątrz konwertera zasilania.

W przypadku transformatora według niniejszego wynalazku można osiągnąć stosunek mocy do masy od 0,2 g/W do 0,25 g/W przy częstotliwości 6 kHz do 12 kHz i przepustowości od 30 kW do 100 kW.

Uzwojenia pierwotne i wtórne transformatora średniej częstotliwości z izolacją, która niezawodnie je odsprzęga i izoluje, są rozmieszczane w izolowanej termicznie i elektrycznie obudowie hermetycznej uzwojeń, która jest całkowicie niezależna od rdzenia, ponieważ między obudową hermetyczną uzwojeń a rdzeniem występują ze wszystkich stron szczeliny powietrzne o wielkości od 3 mm do 10 mm.

Wyeliminowane są metalowe uchwyty i wsporniki mechaniczne, takie jak słupki zaciskowe, połączenia śrubowe itp. stosowane w konwencjonalnych transformatorach do rozsunięcia uzwojeń i rdzeni. Potencja ł rdzenia może być płynny, między potencjałami uzwojenia pierwotnego i uzwojenia wtórnego, bez występowania wyładowań częściowych lub łuku. Dielektryczne prądy przesunięcia powodują tak mały ładunek w rdzeniu, że nie stanowią żadnego niebezpieczeństwa, nawet przy braku zabezpieczenia przed dotknięciem fizycznym.

Stosunkowo duża szczelina powietrzna między obudową hermetyczną uzwojenia a rdzeniem, która może mieć rozmiar od 3 mm do 10 mm, umożliwia skuteczne chłodzenie rdzenia i uzwojenia transformatora średniej częstotliwości w strumieniu powietrza z wentylatora konwertera zasilania. W wyniku tego, uzwojenia i połączenia transformatora są umieszczane w kanale powietrznym modułu konwertera mocy tak, że nie ma punktów, w których mogłoby przeskoczyć wyładowanie łukowe. Sprzyja to również otrzymaniu konstrukcji szczególnie zwartej.

W korzystnej odmianie wykonania, obudowa hermetyczna uzwojenia sł uż y sama za zamocowanie dla rdzenia, w którym umieszczany jest rdzeń (obwód magnetyczny).

Korzystne jest, że montaż transformatora średniej częstotliwości jest uproszczony dzięki temu, że część magnetyczna składa się z rdzeni częściowych, składanych razem tak, że zamykają uzwojenia pierwotne i wtórne. Dla zmontowania transformatora te rdzenie częściowe, korzystnie z naniesionym uprzednio klejem wystarczy wcisnąć z boku w obudowę hermetyczną uzwojeń. Umożliwia to wytwarzanie obudowy hermetycznej uzwojeń razem z uzwojeniami, w postaci bloku uzwojeń, oddzielnie od rdzenia.

Do mocowania rdzenia służą obejmujące go, wystające z zewnętrznej powierzchni obudowy hermetycznej uzwojenia, kątowe płytki i rdzeń jest klejony do płytek kątowych obudowy hermetycznej uzwojenia. Umożliwia to niezawodne unieruchomienie rdzenia bez stosowania części przewodzących elektrycznie, i utrzymywanie nie zamkniętych szczelin powietrznych między obudową hermetyczną uzwojenia a rdzeniem. Jedną z zalet jest to, że przy zmianach temperatury, w wyniku różnych modułów sprężystości, rdzeń się rozszerza i kurczy mniej, niż obudowa hermetyczna uzwojenia tak, że

PL 202 719 B1 względne siły rozszerzania i kurczenia się są małe. Jednym z powodów tego jest fakt, że moduł sprężystości części obudowy hermetycznej o kształcie zagiętej kątowo płytki jest mniejszy od modułu sprężystości materiału rdzenia. Cała konstrukcja jest bardziej wytrzymała na wstrząsy i wibracje, niż konwencjonalne konstrukcje rdzeni. To samo dotyczy braku hałasu.

Korzystne jest, że boczne połączenia transformatora w nadlewach wykorzystuje się jako punkty zawieszenia przy odlewaniu obudowy hermetycznej uzwojeń.

Uzwojenia pierwotne i wtórne mogą zawierać jedno lub więcej uzwojeń częściowych. Przewody pierwotne i wtórne mogą również zawierać subprzewody.

Owinięcie uzwojenia tkaniną z włókna, korzystnie z włókna szklanego, zapewnia otrzymanie stabilnej cienkościennej i szczelnej hermetycznie oraz stabilnej mechanicznie obudowy uzwojenia.

Chłodzenie transformatora średniej częstotliwości jest udoskonalone poprzez zastosowanie płyt chłodzących wystających po bokach z powierzchni końcowych uzwojenia pierwotnego i/lub uzwojeń wtórnych i wstawionych między te uzwojenia. Płytki chłodzące są, korzystnie, odlane we właściwym położeniu, są gazo- i wodoszczelne, i są izolowane cienką warstwą izolacyjną o małej rezystancji termicznej i dobrych właściwościach przenoszenia ciepła, korzystnie są odlewem poliestrowym.

Dalsze poprawienie chłodzenia uzyskuje się zwłaszcza za pomocą dodatkowych płyt chłodzących w kontakcie termicznym z uzwojeniem pierwotnym i/lub wtórnym, i umieszczonych na zewnętrznej powierzchni uzwojeń. Mogą one być w styku elektrycznym z przewodami, na przykład mogą być z nimi lutowane. Poza tym, korzystne jest, jeś li przewody mają w tym obszarze pogrubioną izolacj ę uzwojenia. Płytki chłodzące na zewnętrznej powierzchni uzwojeń mogą również być połączone termicznie z przewodami, lecz izolowane od nich elektrycznie.

Korzystne jest, jeśli uzwojenia pierwotne i wtórne są uzwojeniami pojedynczymi lub nakładanymi jedno na drugie uzwojeniami blokowymi. Korzystne jest, jeśli stanowią one przewody foliowe, zwłaszcza z folii miedzianej, z warstwami materiału izolacyjnego, na przykład miki, między nimi.

Objętość i ciężar oraz straty elektryczne transformatora średniej częstotliwości są również zmniejszone, niezależnie od obecności zamkniętych uzwojeń z szczelinami powietrznymi między nimi, wskutek tego, że przewody uzwojeń pierwotnych i wtórnych zaopatrzone są w subprzewody, które stanowią przekładane przewodniki foliowe.

Korzystne jest, jeśli przewodniki foliowe mają wycięcia boczne. Są one nawinięte płasko, jeden na drugim, w taki sposób, że część jednego subprzewodu jest naprzemian nad i pod drugim subprzewodem. Korzystne jest, jeśli są stosowane dwa subprzewody połączone równolegle. Jednakowoż możliwe jest również stosowanie więcej, niż dwóch subprzewodów w uzwojeniu, przeplatanych i połączonych równolegle. Korzystne jest, jeśli między tymi subprzewodami ułożona jest warstwa izolacyjna.

Przeplatanie uzwojeń foliowych ma tę zaletę, że przy zwartej konstrukcji, nie jest konieczne wyprowadzanie na zewnątrz drutów połączeniowych po bokach uzwojeń. Przeplot zmniejsza impedancje uzwojenia, co daje zmniejszenie strat, co z kolei wpływa na zmniejszenie generacji ciepła. Znaczy to, że transformator może być wykonany ogólnie mniejszy, a jego sprawność rośnie.

Dla stłumienia wyładowań między częściami, nawet przy stosunkowo wysokich napięciach, okazało się szczególnie korzystne, niezależnie od konstrukcji transformatora, umieszczenie warstw materiału przewodzącego elektrycznie między uzwojeniami na końcowych powierzchniach uzwojenia pierwotnego i wtórnego tak, że kilka warstw uzwojeń, pierwotnego i wtórnego jest zakrytych z boku, przynajmniej przy końcu uzwojenia. Warstwy lekko przewodzącego elektrycznie materiału dielektrycznego powyżej i poniżej warstw izolacyjnych uzwojenia blokowego dają ten efekt, że w obudowie i powierzchniach końcowych uzwojeń nie występuje żadna większa różnica potencjałów elektrycznych w stosunku do rdzeni o potencjałach pływających, która powodowałaby wyładowania częściowe. Tym lekko przewodzącym elektrycznie materiałem dielektrycznym jest, korzystnie taśma marszczona.

Dla zminimalizowania strat na prądy wirowe, stosuje się, korzystnie, szczeliny powietrzne we wszystkich punktach podziału rdzenia (obwodu magnetycznego). Przy tym, przez szczelinę powietrzną rozumie się pewien punkt, w którym pole magnetyczne wchodzi w połówki rdzenia (powierzchnie), między którymi odległość jest określona przez folię i grubość warstwy kleju wewnątrz połączenia klejowego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku perspektywicznym transformator średniej częstotliwości, fig. 2 - transformator średniej częstotliwości przedstawiony na fig. 1, widziany w kierunku strzałki II, fig. 3 - transformator średniej częstotliwości przedstawiony na fig. 1, widziany w kierunku strzałki III, fig. 4 - w widoku perspektywicznym rdzeń transformatora z fig. 1, fig. 5 - przekrój przez część obudowy hermetycznej uzwojenia w transformatoPL 202 719 B1 rze z fig. 1, fig. 6 - w widoku perspektywicznym inną odmianę wykonania transformatora średniej częstotliwości, fig. 7 - transformator z fig. 6, widziany w kierunku strzałki II, fig. 8 - transformator średniej częstotliwości przedstawiony na fig. 6, widziany w kierunku strzałki III, fig. 9 - transformator z fig. 6 w częściowym przekroju, fig. 10 - w częściowym przekroju alternatywne rozwią zanie transformatora przedstawionego na fig. 6, fig. 11 - przekrój przez część obudowy hermetycznej uzwojenia transformatora z fig. 6, fig. 12 - w widoku perspektywicznym przeplatane uzwojenie foliowe, a fig. 13 - w widoku perspektywicznym alternatywny przykład wykonania rdzenia.

Fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny transformatora średniej częstotliwości, natomiast fig. 2 i 3 stanowią jego widoki boczne. Transformator średniej częstotliwości zawiera obudowę hermetyczną 1 uzwojenia o przekroju w zasadzie prostokątnym z zaokrąglonymi narożnikami. Obudowa hermetyczna 1 uzwojenia zawiera uzwojenie pierwotne, i podzielone na warstwę górną i dolną (po połowie) uzwojenie wtórne, i stanowi blok hermetycznie otaczający uzwojenia.

Fig. 4 przedstawia w widoku perspektywicznym rdzeń 2 w pierwszym przykładzie wykonania. Rdzeń 2 jest składany z dwóch par identycznych połówek 2a, 2b rdzenia, które są umieszczone w obudowie hermetycznej 1 uzwojenia transformatora z końcami zwróconymi ku sobie. Dla unieruchomienia połówek rdzenia 2a, 2b, dwa przeciwległe boki obudowy hermetycznej 1 uzwojenia są ukształtowane jako zagięte pod kątem płytki 4 powyżej rdzenia 2, i razem z obudową hermetyczną 1 uzwojenia obejmują i przytrzymują zewnętrzne kolumny rdzenia. Zagięte płytki 4 są integralnymi częściami obudowy hermetycznej 1 uzwojenia. Kątowe płytki 4 mają po dwa żebra 5 dla usztywnienia.

Zewnętrzne powierzchnie 6 rdzenia 2 są przyklejone do wewnętrznych powierzchni 7 płytek 4, tak, że między wewnętrznymi powierzchniami rdzenia 2 a obudową hermetyczną 1 uzwojenia, z jednej strony, pozostawione są otwory 3 dla powietrza, a z drugiej strony, pomiędzy zewnętrzną powierzchnią 6 rdzenia 2 i wewnętrzną powierzchnią 7 płytek 4 obudowy hermetycznej 1 może być wypełnienie klejowe. W wyniku tego, rdzeń 2, z wyjątkiem zewnętrznej powierzchni 6 jest swobodnie zawieszony w uzwojeniu.

Na powierzchniach czołowych obudowy hermetycznej 1 uzwojenia do górnej i do dolnej połówki dopasowane są po dwa występy 8, na których rdzeń może spoczywać podczas klejenia, lecz które są w pewnym odstępie od powierzchni czołowych obudowy hermetycznej 1 uzwojenia.

Połączenia elektryczne 9 i 10 uzwojenia pierwotnego i wtórnego znajdują się w przedłużeniach 11 i 12 na powierzchniach czołowych podczas nawijania uzwojenia. Do przedłużeń obudowy hermetycznej 1 uzwojenia mogą być zamocowane klamry 13, dla dodatkowego przytrzymywania rdzenia po każdej stronie, jakkolwiek nie jest to niezbędne. Rdzeń 2 może być przytrzymywany dostatecznie mocno i w obudowie hermetycznej 1 za pomocą tylko kleju, przy występowaniu niewielkiego niepożądanego hałasu lub nawet bez hałasu.

Wszystkie części do mocowania rdzenia 2 wykonane są z materiału nieprzewodzącego tak, że napięcie prądu w rdzeniu 2 może zmieniać się swobodnie. Rdzeń 2, w odróżnieniu od transformatorów konwencjonalnych, nie jest uziemiony. Korzystne jest stosowanie rdzeni ferrytowych, bądź nanokrystalicznych czy amorficznych.

Przedłużenia 11 i 12 zawierają uszczelki (nie pokazane), które zapewniają uszczelnienie od strony płyty wsporczej modułu, i są wykorzystywane do mechanicznego mocowania transformatora. Dla dodatkowego podparcia możliwe jest stosowanie również odlewanych tulejek.

Z powodu niewielkiej objętości, czyli niewielkich rozmiarów konstrukcji i malej masy, transformator może być instalowany w strumieniu chłodzącym modułu prostownika średniej częstotliwości. Jest instalowany tak, że strumień powietrza opływa wszystkie powierzchnie i płynie przez otwór 3 dla powietrza.

Fig. 5 przedstawia przekrój przez obudowę hermetyczną 1 uzwojenia w obszarze jednego z dwóch okien rdzenia. Obudowa hermetyczna 1 uzwojenia otacza uzwojenie pierwotne 14 i uzwojenie wtórne, które składa się z dwóch uzwojeń wtórnych dolnego 15a i górnego 15b. Druty są drutami 16 z folii miedzianej, które są nawinięte w kształcie w zasadzie prostokątnym z przejściową warstwą izolacji międzyzwojowej 17.

Uzwojenie składa się z dolnego uzwojenia wtórnego 15a, pośredniego uzwojenia pierwotnego 14 i górnego uzwojenia wtórnego 15b. Uzwojenia są na zewnątrz podłączone do przedłużeń 11 i 12 obudowy hermetycznej 1. Uzwojenia 14, 15a i 15b są rozdzielone warstwami izolacyjnymi górną 18a i dolną 18b typowymi dla średnich częstotliwości, korzystnie wykonanymi z miki. Na przednich stronach poszczególnych warstw uzwojenia powyżej i poniżej izolacji mikowej, wprowadzone są taśmy 19 z materiału przewodzącego elektrycznie, korzystnie półprzewodnikowe „taśmy marszczone, które

PL 202 719 B1 otaczają warstwy uzwojenia pierwotnego 14 oraz dodatkowych uzwojeń wtórnych dolnego 15a i górnego 15b na przedniej stronie. Centralna taśma marszczona 19, na przykład, jest przesunięta w stronę brzegu tak, że z jednej strony znajduje się poniżej górnej warstwy izolacyjnej 18a i powyżej uzwojenia pierwotnego 14, a z drugiej strony powyżej dolnej warstwy izolacji 18b i poniżej uzwojenia pierwotnego 14. W wyniku tego unika się cząstkowych wyładowań w obszarze przednich powierzchni, izolacji warstwowej i obszarze cienkościennych krawędzi folii.

Wszystkie uzwojenia są otoczone na stałe i uszczelnione hermetycznie materiałami wypełniającymi w odlewanym bloku z żywicy, korzystnie żywicy epoksydowej z materiałami wypełniającymi mającymi właściwość przenoszenia ciepła. Tymi materiałami wypełniającymi nadającymi się do przenoszenia ciepła są na przykład: azotek glinu i/lub silanowany pył kwarcowy lub cząstki metaliczne izolowane na powierzchni przez utlenianie zapewniające, że właściwości izolacyjne odlewu nie są przez te cząstki metaliczne pogorszone. Uzwojenia 14, 15a i 15b są owinięte gruboziarnistą taśmą 20 z tkaniny szklanej, w wyniku czego izolacja uzwojenia jest wyjątkowo trwała i odporna na skokowe działanie ciepła i zimna.

Fig. 6 i 8 przedstawiają inny przykład wykonania transformatora średniej częstotliwości. Ta odmiana wykonania różni się od przykładu wykonania opisanego w odniesieniu do fig. 1-5 tym, że transformator jest zaopatrzony w dodatkowe płaty chłodzące.

Na powierzchniach osłonowych obudowy hermetycznej 1 zwróconych do uzwojenia, powyżej i poniżej rdzenia 2 do każdego uzwojenia dodany jest płat chłodzący 21, który ma kształt w przybliżeniu litery „U”. Środkowa kolumna płata chłodzącego 21, na przykład jest przylutowana do drutu z folii.

Fig. 9 przedstawia przekrój przez transformator średniej częstotliwości w obszarze płata chłodzącego 21. Dla izolacji, płat chłodzący 21 pokryty jest proszkiem. Płaty chłodzące 21 mogą być powleczone przy odlewaniu obudowy hermetycznej 1 uzwojenia (fig. 10).

Dodatkowe płaty chłodzące 22 znajdują się na przednich powierzchniach obudowy hermetycznej 1 uzwojeń, poniżej rdzenia 2. Fig. 11 przedstawia przekrój przez obudowę hermetyczną 1 rdzenia 2 w obszarze dodatkowego płata chłodzącego 22. Dodatkowy płat chłodzący 22 rozpościera się na długości uzwojenia pierwotnego 14. Części dodatkowego płata chłodzącego 22 wystające z obudowy hermetycznej 1 uzwojenia są albo izolowane powłoką poliestrową albo zatapiane w odlewie obudowy hermetycznej 1 uzwojenia. Dla ilustracji, na fig. 11 przedstawiono po lewej stronie pierwszą część 22a płata chłodzącego z powłoką poliestrową a po prawej stronie drugą część 22b płata chłodzącego zatopioną w odlewanej żywicy. W praktyce jednak po obu stronach stosuje się ten sam materiał.

Dodatkowy płat chłodzący 22 jest zagięty z dopasowaniem do krzywizny uzwojeń. Mogą to być na przykład miedziane części gięte lub bloki profili aluminiowych. Zależnie od typu konstrukcji, mogą być usytuowane tylko płaty chłodzące 21 na powierzchni osłonowej obudowy hermetycznej 1 lub tylko dodatkowe płaty chłodzące 22 na przednich powierzchniach obudowy hermetycznej 1.

Fig. 12 stanowi perspektywiczne przedstawienie dwóch skrzyżowanych przewodników 23 i 24 uzwojenia pierwotnego i/lub wtórnego. Przewodniki miedziane mają, przy 10 kHz, grubość około 0,1 mm - 0,2 mm. W obszarze skrzyżowania, przewodniki 23 i 24 mają wzmocniony przekrój 23a i 24a, dla lepszego odprowadzania ciepła. Każdy z przewodników po stronie zwróconej do drugiego przewodnika ma wcięcie 25 i 26 o kształcie litery „U”. Między przewodnikami znajduje się warstwa izolacyjna 27, która jest również nacięta. Przewodniki 23 i 24 są rozmieszczone tak, że każdy znajduje się na przemian poniżej i powyżej warstwy izolacyjnej 27.

Ten typ skrzyżowania jest w zasadzie możliwy w przypadku wielu przewodników, przy czym przewodniki i warstwy izolacyjne muszą być odpowiednio wcięte.

Fig. 13 przedstawia alternatywną odmianę wykonania rdzenia 28, który różni się względem odmiany wykonania z fig. 4 tym, że ten rdzeń składa się z dwóch par rdzeni częściowych: o kształcie litery „U” 28a i o kształcie litery „I” 28b. Rdzenie częściowe o kształcie litery „U” i o kształcie litery „I”, każdej pary są sklejone z utworzeniem okna powietrznego 29 o określonej grubości dla sterowania prądem magnesującym. Klejenie rdzeni częściowych w ich punktach wzajemnego styku 30 odbywa się za pośrednictwem foliowych warstw dystansujących 31 o kształcie litery „U”, wykonanych na przykład z materiału izolacyjnego, przy czym grubość folii określa szerokość otworów powietrznych. Foliowe warstwy dystansowe 31 umieszczane są w jeszcze ciastowatym kleju, przed złożeniem rdzeni częściowych razem. W wyniku tego, otrzymuje się wyjątkowo trwałe połączenie. Tego typu łączenie w dużym stopniu zapobiega powstawaniu prądów wirowych i wytwarzaniu ciepła.

PL 202 719 B1

Korzystne jest, jeśli rdzeń ma stosunkowo dużą liczbę otworów, z których każdy jest stosunkowo wąski. Jako takie, rdzenie częściowe 28b o kształcie litery „U”, mogą zawierać kilka rdzeni dodatkowych 28c i 28d, które z kolei są sklejane w ich punktach styku 30 za pomocą przejściowej warstwy folii dystansowych 31 o kształcie litery „U”, o określonej grubości. Fig. 13 przedstawia rdzeń 28 przed klejeniem odnośnych rdzeni częściowych 28a i 28b.

Claims (23)

1. Transformator średniej częstotliwości z rdzeniem oraz sprzężonymi ze sobą magnetycznie uzwojeniami, pierwotnym i wtórnym umieszczonymi w obudowie hermetycznej, która jest termicznie i elektrycznie izolowana, znamienny tym, że obudowa hermetyczna (1) jest swobodnie zawieszona względem rdzenia (2, 28), przy czym w obudowie hermetycznej (1) są zachowane szczeliny powietrzne (3) po wszystkich stronach między obudową hermetyczną (1) a rdzeniem (2, 28).

2. Transformator według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa hermetyczna (1 jest zaprojektowana jako uchwyt dla rdzenia (2), w którym rdzeń (2) jest zainstalowany.

3. Transformator według zastrz. 2, znamienny tym, że rdzeń (2) składa się z połówek (2a, 2b) otaczających uzwojenie pierwotne (14) i wtórne (15a, 15b).

4. Transformator według zastrz. 3, znamienny tym, że rdzeń (2) składa się z dwóch połówek (2a, 2b) o kształcie litery „U”, których powierzchnie czołowe złożone są ze sobą nawzajem.

5. Transformator według zastrz. 2, znamienny tym, że rdzeń (28) składa się z dwóch par składających się z rdzenia częściowego (28a) o kształcie litery „U” i rdzenia częściowego (28b) o kształcie litery „I”.

6. Transformator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że na zewnętrznej powierzchni obudowy hermetycznej (1) uzwojeń rozmieszczone są zagięte pod kątem płytki (4) podtrzymujące rdzeń (2).

7. Transformator według zastrz. 6, znamienny tym, że rdzeń (2) jest przyklejony do zagiętych pod kątem płytek (4) obudowy hermetycznej (1).

8. Transformator według zastrz. 7, znamienny tym, że zagięte pod kątem płytki (4) zaopatrzone są w żebra usztywniające (5).

9. Transformator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że na przednich ścianach obudowy hermetycznej (1) uzwojeń rozmieszczone są klamry (13) do podtrzymywania rdzenia (2) z boku.

10. Transformator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że obudowa hermetyczna (1 na przednich ścianach ma przedłużenia (11, 12) w postaci nadlewów, na których są instalowane połączenia elektryczne (9, 10).

11. Transformator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że obudowę hermetyczną (1) stanowi odlewany blok, hermetycznie okalający uzwojenie pierwotne (14) i wtórne (15a, 15b).

12. Transformator według zastrz. 11, znamienny tym, że odlewany blok jest wykonany z żywicy, korzystnie żywicy epoksydowej z materiałem wypełniającym zdolnym do przenoszenia ciepła, korzystnie azotkiem glinu i/lub silanowanym pyłem kwarcowym.

13. Transformator według zastrz. 11, znamienny tym, że uzwojenia, pierwotne (14) i wtórne (15a, 15b), są otoczone taśmą (20) z włókna, korzystnie włókna szklanego.

14. Transformator według zastrz. 13, znamienny tym, że między uzwojeniami, pierwotnym (14) i wtórnym (15a, 15b), na ich powierzchniach końcowych są zainstalowane płaty chłodzące (21) mające kontakt termiczny z uzwojeniami.

15. Transformator według zastrz. 13, znamienny tym, że na zewnętrznych powierzchniach uzwojeń, pierwotnego (14) i wtórnego (15a, 15b), są zainstalowane wystające na boki dodatkowe płaty chłodzące (22).

16. Transformator według zastrz. 14, znamienny tym, że płaty chłodzące (21) są odlane na powłoce lub są izolowane powłoką, korzystnie poliestrową.

17. Transformator według zastrz. 13, znamienny tym, że uzwojenia pierwotne (14) i wtórne (15a, 15b) są uzwojeniami formowanymi blokowo.

18. Transformator według zastrz. 17, znamienny tym, że uzwojenia pierwotne (14) i wtórne (15a, 15b) są wykonane z drutów foliowych, korzystnie z folii miedzianej, między którymi umieszczone są pośrednie warstwy izolacyjne (18a, 18b), korzystnie z miki.

19. Transformator według zastrz. 17, znamienny tym, że przewody uzwojenia pierwotnego (14) i wtórnego (15a, 15b) stanowią przewody (23, 24), które są przełożone paskami folii.

PL 202 719 B1

20. Transformator według zastrz. 19, znamienny tym, że przewody (23, 24) mają na krawędziach (25, 26) wcięcia i zachodzą jeden nad drugi, przy czym każdy z przewodów (23, 24) znajduje się na przemian powyżej lub poniżej drugiego z przewodów (23, 24).

21. Transformator według zastrz. 20, znamienny tym, że między przewodami (23, 24) znajduje się pośrednia warstwa izolacyjna (27).

22. Transformator według zastrz. 13, znamienny tym, że po stronie czołowej uzwojenia pierwotnego (14) i wtórnego (15a, 15b), między zwojami jest umieszczony materiał przewodzący elektrycznie, przy czym kilka warstw uzwojenia pierwotnego (14) i wtórnego (15a, 15b) jest opasanych materiałem przewodzącym elektrycznie przynajmniej w obszarze powierzchni czołowych uzwojeń.

23. Transformator według zastrz. 22, znamienny tym, że materiał przewodzący jest w postaci marszczonej taśmy (19).