Трансформатор

 

Использование: в преобразовательной технике, а именно в электрических трансформаторах. Сущность: в трансформаторе магнитная система 1 выполнена из трех отдельных стержней 2, набранных из пластин 3, выполненных в форме трапеции в трехстороннюю раму. Стержни 2 и пластины 3 скреплены с помощью накладок 8, болтов 9 и гаек 10. На стержнях 2 установлены обмотки 4. Магнитная система может иметь различные формы его основных элементов: пластин 3 в виде неравнобокой трапеции, пластин с отверстиями, магнитных систем, собранных в переплет и встык, расположения обмоток с возможностью перемещения друг относительно друга с помощью механизма, связанного с элементами крепления пластин. 4 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к электрическим трансформаторам и может быть использовано при изготовлении трансформаторов различного назначения.

Известны силовые трансформаторы [1] содержащие магнитные системы, выполненные в виде стержней и ярм, собранные способом шихтовки или встык из отдельных пластин электротехнической стали, обмотки, расположенные на стержнях, и элементы крепления. Особенностью указанных трансформаторов является то, что стальные пластины, образующие стержни, пристыкованы к пластинам, образующим ярма, и параллельны друг другу. Вследствие этого они образуют плоскую стержневую магнитную систему в виде рамы, состоящей из четырех и более сторон.

Такая конструкция имеет ряд недостатков (например, в ней возникают дополнительные потери энергии в ярмах и в угловых зонах стыковки пластин).

Известен также трансформатор [2] в котором магнитная система выполнена в виде равносторонней рамы, две стороны которой выполнены из одного пакета пластин, согнутых посредине под углом 60^o, а третья сторона выполнена из плоских пластин и примыкает к ним с помощью элементов крепления. Особенностью конструкции трансформатора является то, что каждая пластина одного стержня пристыкована ко всем пластинам другого стержня, при этом пластины одного стержня согнуты, т. е. деформированы, посредине, а часть пластин с двух сторон имеет некруглые отверстия. Указанная стыковка пластин и стержней не решает проблемы уменьшения так называемых угловых потерь, так как магнитные силовые линии прежде чем совпадать по направлению с направлением прокатки в пластине изменяют свое направление на 90^o.

Кроме указанного, в трансформаторе возникают дополнительные потери в зонах изгиба пластин и отверстий, оси которых расположены под углом к поверхности пластины.

Известен также трансформатор [3] который является наиболее близким к патентуемому и принят в качестве прототипа. Магнитная система указанного трансформатора состоит из трех стержней, шихтованных из пластин, имеющих форму параллелограмма с острыми углами по 60^o, при этом пластины выполнены разной ширины. Предложенная конструкция трансформатора отличается упрощенной технологией изготовления пластин, однако, одновременно с этим ухудшает его некоторые параметры и усложняет технологию сборки. Например, площадь сечения стержня магнитной системы в плоскости перехода одного стержня в другой имеет величину, равную площади сечения стержня, находящегося под обмоткой, в то время как согласно рекомендациям по выбору магнитных систем трансформаторов она должна быть увеличена до 5% с целью уменьшения потерь и тока холостого хода. Другим недостатком трансформатора является высокая металлоемкость прессующего устройства и недостаточная жесткость конструкции, поскольку она обеспечивается силами, создаваемыми прессующими балками и стягивающими их шпильками.

Задача изобретения создание трансформатора, имеющего пониженную массу, габариты, упрощенную технологию изготовления и пониженные потери и ток холостого хода за счет снижения коэффициента превышения потерь.

Для этого в известном трансформаторе, содержащем плоскую магнитную систему, выполненную в виде стержневой трехсторонней рамы, каждый стержень которой набран из пластин, имеющих геометрическую форму с одним по крайней мере острым углом, элементы крепления и обмотки, размещенные на стержнях, пластины стержней выполнены в форме равнобокой или неравнобокой трапеции.

Выполнение магнитной системы трансформатора из пластин, имеющих форму равнобокой или неравнобокой трапеции, позволит увеличить площадь сечения магнитопровода в зоне перехода одного стержня в другой и тем самым уменьшить сопротивление магнитному потоку, тепловые потери и ток холостого хода, а также разместить в этой зоне отверстия под элементы крепления, что упростит устройство прессовки, уменьшить металлоемкость и повысит технологичность сборки трансформатора.

Для уменьшения металлоемкости прессующего устройства, упрощения крепления пластин, а также упрощения технологии соединения стержней в магнитную систему в каждой пластине выполнено по крайней мере одно отверстие, центр которого лежит на биссектрисе острого угла.

С целью повышения производительности труда при изготовлении трансформаторов стержни магнитной системы соединяют между собой встык с помощью упругих элементов, которые механически связаны с элементами крепления пластин трансформатора.

Для изменения выходных параметров трансформатора обмотки размещены на стержнях с возможностью перемещения друг относительно друга, при перемещении обмоток изменяются коэффициенты магнитной связи между ними.

Для изменения чувствительности и регулирования параметров трансформатора он снабжен механизмом перемещения обмоток.

На фиг. 1 показан общий вид трансформатора; на фиг. 2 элементы крепления; на фиг. 3 магнитная система трансформатора, собранная из пластин, имеющих форму равносторонней трапеции с острыми углами, равными по 60^o; а на фиг. 4 то же, но с острыми углами, равными по 30^o; на фиг. 5 и 6 - магнитные системы трансформаторов, шихтованные из пластин, имеющих форму разносторонней трапеции; на фиг. 7 трансформатор, в котором пластины имеют по одному отверстию, центр которой расположен на биссектрисе острого угла; на фиг. 6 упомянутая пластина; на фиг. 9 разрез по геометрической оси стержня и элементы крепления пластин; на фиг. 10 трансформатор, стержни которого собраны встык и скреплены с помощью упругих элементов; на фиг. 11 пластина, из которых состоит упомянутые стержни; на фиг. 12 узел крепления пластин и соединения стержней в стык; на фиг. 13 трансформатор, в котором обмотки размещены на стержнях с возможностью перемещения друг относительно друга; на фиг. 14 элементы крепления пластин и кинематическая связь ведущего звена механизма перемещения обмоток с элементом крепления пластин.

Трансформатор состоит из магнитной системы 1 (фиг. 1), которая выполнена из трех отдельных стержней 2 и может быть собрана, например, шихтованным способом (фиг. 1, 3, 6, 7 и 13) или способом встык (фиг. 4 и 10) из ферромагнитных пластин 3, и обмоток 4, 5 и 6, намотанных на каркасы 7. Одна из обмоток, например обмотка 6, может быть первичной, а две другие 4 и 5 - вторичными. Пластины 3 могут быть выполнены в виде равнобокой трапеции с острыми углами по 60^o (фиг. 1, 3, 7, 8, 10 и 13) или по 30^o (фиг. 4), или в виде неравнобокой трапеции (фиг. 5 и 6). Пластины 3 и стержни 2 соединены элементами крепления, выполненными, например, в виде накладок 8, болтов 9 и гаек 10 (фиг. 1 и 2) или шпилек 11 и гаек 10 (фиг. 7 и 9). Вспомогательные устройства трансформатора такие, как корпус, устройства ввода и вывода проводников, элементы для прессовки стрежней и обмоток, стыковые изоляционные прокладки и др. (с целью упрощения на чертежах не показаны).

Возможен вариант трансформатора, у которого магнитная система 1 выполнена из пластин 3, имеющих одно или два отверстия под элементы крепления, центры которых расположены на биссектрисах острых углов (фиг. 8 и 11)).

Возможен вариант трансформатора, у которого стержни 2 магнитной системы 1 соединены между собой встык с помощью упругих элементов, например, пружин растяжения 12, механически связанных с элементами крепления, например шпильками 11 (фиг. 10 и 12).

Возможен вариант трансформатора, у которого обмотки 4 и 5 размещены на стержнях 2 магнитной системы 1 с возможностью перемещения друг относительно друга с помощью механизма 13, ведущие звенья которого выполнены, например, в виде гаек 14 с канавками 15 и кинематически связанных с элементом крепления, например, шпильками 11 (фиг. 13). Механизм 13 имеет гибкие тяги 16, которые с помощью винтов 17 своими концами прикреплены к ведущим звеньям (гайки 14) и каркасам 7 обмоток 4 и 5, пружины растяжения 18, механически связанные со шпильками 11 и каркасами 7 обмоток 4 и 5, и контргайки 19, навинченные на шпильку 11 (фиг. 14).

Трансформатор работает следующим образом.

При подаче напряжения на первичную обмотку 6 в ней возникает электрический ток, возбуждающий основной магнитный поток Φ_o (фиг. 1), соловые линии которого проходят по стержням 2 и наводят во вторичных обмотках 4 и 5 ЭДС.

В трансформаторе, имеющем механизм 13 для перемещения обмоток, обмотки 4, 5 и 6 разнесены по стержням 2. Магнитный поток рассеяния, создаваемый первичной обмоткой 6, будет замыкаться через воздух, если обмотки 4 и 5 находятся в крайней положении на расстоянии L от первичной обмотки 6 (фиг. 13). В этом положении обмоток индуктивное сопротивление трансформатора максимальное, а нагрузочный ток будет минимальным. Для уменьшения индуктивного сопротивления трансформатора и увеличения нагрузочного тока необходимо обмотки 4 и 5 приблизить к первичной обмотке 6 на расстояние L₁. Для этого отвинчивают контргайки 19 и поворачивают гайки 14. При этом гибкие тяги 16 сматываются и под действием пружин 18 каркасы 7 вместе с обмотками 4 и 5 переместятся по стержням 2, вследствие чего расстояние между первичной обмоткой 6 и обмотками 4 и 5 уменьшится до значения L₁. В этом положении обмоток магнитный поток рассеяния будет охватывать витки обмоток 4 и 5 (фиг. 13), вследствие чего индуктивное сопротивление трансформатора уменьшится, а нагрузочный ток возрастает. При перемещении обмоток 4 и 5 в направлении к первичной обмотке 6 будет также увеличиваться расстояние между ними от значения М до значения М₁, следовательно, будет изменяться коэффициент магнитной связи между ними, в результате чего дополнительно будет изменяться нагрузочный ток. Необходимое положение гаек 14 фиксируется контргайками 19.1

Формула изобретения

1. Трансформатор, содержащий плоскую магнитную систему, выполненную в виде стержневой трехсторонней рамы, каждый стержень которой набран из пластин, имеющих геометрическую форму по крайней мере с одним острым углом, элементы крепления и обмотки, размещенные на стержнях, отличающийся тем, что пластины стержней выполнены в форме равнобокой или неравнобокой трапеции.

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что в каждой пластине выполнено по крайней мере одно отверстие, центр которого лежит на биссектрисе острого угла.

3. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что в нем установлены упругие элементы, механически связанные с элементами крепления пластин стержней.

4. Трансформатор по п. 1 или 2, или 3, отличающийся тем, что обмотки размещены на стержнях с возможностью перемещения друг относительно друга.

5. Трансформатор по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что в нем установлен механизм перемещения обмоток.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14