Броневой наборный магнитопровод

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении трансформаторов, дросселей и других устройств с броневыми магнитопроводами. Сущность: каждая магнитопроводная пластина выполнена в виде контура с зазором на одном из участков ярма, значение величины которого, отсчитываемой от внутренней грани стержневого выступа, образующего центральный стержень магнитопровода, не менее значения величины высоты намотки обмотки, расположенной на центральном стержне магнитопровода. Повышение технологичности магнитопровода достигается уменьшением количества типоразмеров применяемых при его изготовлении магнитопроводных пластин до одного типоразмера и уменьшением расхода материалов. 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении трансформаторов, дросселей и других устройств с броневыми магнитопроводами.

Известен броневой наборный магнитопровод (шихтованный сердечник ШС), состоящий из центрального стержня, на котором размещена обмотка, двух участков крайних стержней и четырех участков ярма, содержащий в каждом слое две магнитопроводные пластины, прилегающие друг к другу, образуя магнитную цепь, шихтованный вперекрышку с зеркальным расположением этих пластин в каждом последующем слое по сравнению с предыдущим [1, с. 26-28, рис. 2.4 а, в] В этом магнитопроводе одна из пластин не имеет стержневых выступов, а другая пластина имеет центральный стержневой выступ, на котором размещена обмотка, и два крайних одинаковых стержневых выступа, имеющих ширину так же, как и ширина ярма, равную половине ширины центрального стержневого выступа.

Описанная конструкция пластин обусловливает следующие недостатки этого магнитопровода: 1. Большое магнитное сопротивление магнитопровода, обусловленное большим магнитным сопротивлением зазоров в стыках каждого слоя между стержневыми выступами одной пластины и прилегающей к ним другой пластиной без стержневых выступов из-за малой площади их соприкосновения, равной произведению ширины стержневого выступа на его толщину, имеющую малую величину.

2. Большое магнитное сопротивление магнитопровода из-за большой величины индукции в слоях ярма, образованных пластинами с стержневыми выступами, и малой величины индукции в слоях ярма, образованных пластинами без стержневых выступов. Эта разница в индукциях является следствием того, что магнитное сопротивление в каждом слое набора между пластиной без стержневых выступов и прилегающими к ней стержневыми выступами другой пластины этого слоя является большим, как описано в пункте 1, а магнитное сопротивление между прилегающими друг к другу стержневыми выступами пластин смежных слоев набора является малым из-за большой площади соприкосновения плоскостей стержневых выступов пластин смежных слоев набора, отчего по слоям ярма, образованным пластинами с стержневыми выступами, протекает не только магнитный поток, возбужденный в центральном стержневом выступе этой пластины, но и часть магнитного потока, возбужденного в центральных стержневых выступах пластин, расположенных в смежных слоях набора, т.е. в этих слоях ярма индукция имеет большую величину, чем на участке центрального стержня, а в слоях ярма, образованных пластинами без стержневых выступов, индукция имеет величину меньшую, чем на участке центрального стержня магнитопровода.

Для компенсации описанного недостатка магнитопровода создан вариант его исполнения с уширенным ярмом, который отличается тем, что у него ширина ярма равна не 1/2 ширины центрального стержня, а имеет увеличенную ширину [1, с. 28, 187, 375-386] Вариант с уширенным ярмом имеет увеличенные габариты, вес, расход материалов и затрат на производство из-за деунификации деталей магнитопроводов и технологической оснастки.

Отрицательное влияние неравномерности индукции в слоях ярма приводит к увеличению в некоторых случаях тока намагничивания в 2 раза [2, с. 120] 3. Большое магнитное сопротивление между крайними стержневыми выступами пластин соседних слоев вследствие малой площади их соприкосновения, равной произведению ширины стержневого выступа на его длину. Для компенсации этого недостатка в магнитопроводе с уширенным ярмом уширяют также и крайние стержни [1, с. 143, рис. 5.6 б, с. 187] 4. Сложность конструкции магнитопровода, обусловленная применением двух пластин разной конструкции, для производства каждой из которых требуется технологическая оснастка.

Известен броневой наборный магнитопровод, состоящий из центрального стержня, на котором размещена обмотка, двух участков крайних стержней и четырех участков ярма, содержащий в каждом слое две одинаковые магнитопроводные пластины, стержневые выступы которых прилегают друг к другу, образуя магнитную цепь, шихтованный вперекрышку с зеркальным расположением этих пластин в каждом последующем слое по сравнению с предыдущим [3, фиг. 3, 6, 9] Этот магнитопровод принят в качестве прототипа как более близкий к предложенному по своей технической сущности.

Недостатками противопоставленного магнитопровода являются: 1. Большое магнитное сопротивление магнитопровода из-за того, что магнитный поток, возбужденный в центральном стержне магнитопровода и проходящий между магнитопроводными пластинами соседних слоев магнитопровода, преодолевает большое магнитное сопротивление зазора между этими пластинами, обусловленное малым поперечным сечением этого зазора, равным площади соприкосновения крайних стержневых выступов магнитопроводных пластин соседних слоев.

Этот недостаток противопоставленного магнитопровода может устраняться, как и в аналоге [1] за счет исполнения варианта магнитопровода с уширенными крайними боковыми стержнями, но при этом сохраняются свойственные этому аналогу недостатки.

2. Большие габариты, вес и расход материала на изготовление магнитопровода с уширенными крайними стержневыми выступами.

3. Большие затраты на производство магнитопроводов вследствие деунификации их магнитопроводных пластин, обусловленной наличием их варианта с уширенными крайними стержневыми выступами.

Задачей, не решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение перечисленных недостатков известных броневых наборных магнитопроводов.

Решение этой задачи достигается тем, что каждая магнитопроводная пластина магнитопровода выполнена в виде контура с зазором на одном из участков ярма, значение величины которого, отсчитываемой от внутренней грани стержневого выступа, образующего центральный стержень магнитопровода, не менее значения высоты намотки обмотки, расположенной на центральном стержне магнитопровода.

В предложенном магнитопроводе магнитное сопротивление имеет малую величину из-за того, что магнитный поток, возбуждаемый в центральном стержне магнитопровода и проходящий между магнитопроводными пластинами соседних слоев набора, преодолевает малое магнитное сопротивление зазора между этими пластинами, обусловленное большим поперечным сечением этого зазора, равным сумме площади соприкосновения крайних стержневых выступов магнитопроводных пластин и площади соприкосновения участка ярма, прилегающего к зазору в контуре магнитопроводной пластины магнитопровода.

Предложенное техническое решение является новым, т.к. из уровня техники не известны броневые наборные шихтованные вперекрышку магнитопроводы, у которых каждая магнитопроводная пластина выполнена в виде контура с зазором на одном из участков ярма, значение величины которого отсчитываемой от внутренней грани стержневого выступа, образующего центральный стержень магнитопровода, не менее значения величины высоты намотки обмотки, расположенной на центральном стержне магнитопровода.

Предложенное решение обладает изобретательским уровнем, т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники, что подтверждается изложенным выше сопоставительным анализом известных и предложенного броневых наборных магнитопроводов.

Предложенное техническое решение является промышленно применимым, т.к. при его использовании при изготовлении трансформаторов, дросселей и др. достигается получение технического результата в виде повышения добротности дросселей из-за уменьшения магнитного сопротивления магнитопроводов, а также уменьшения их габарита, веса и расхода материалов.

На фиг. 1 изображен пример варианта предлагаемого броневого наборного магнитопровода, состоящего из трех слоев магнитопроводных пластин; на фиг. 2 конструкция примененной в этом магнитопроводе магнитопроводной пластины; на фиг. 3-5 расположение магнитопроводных пластин соответственно в первом, втором и третьем слоях набора магнитопровода.

Магнитопровод (cм. фиг. 1) набран из пластин 1, толщина каждой из которых равна в и состоит из участков ярма 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, имеющих ширину а/2, участка центрального стержня 3, имеющего ширину а и длину Н, двух участков крайних стержней 4.1, 4.2, имеющих ширину а/2. На центральном стержне 3 размещена обмотка 5, имеющая высоту намотки обмотки с (максимально).

Каждый слой набора магнитопровода содержит по две магнитопроводных пластины 1 одинаковой конструкции, изображенной на фиг. 1 и состоящей из участков стержневого выступа 1.1, образующего центральный стержень магнитопровода, внутреннее ребро которого обозначено р, участок крайнего стержня 1.2, участок ярма 1.3, участок ярма 1.4, участок ярма 1.5, участок зазора в контуре магнитопроводной пластины Б.

Значение величины Б≥с. В случае Б=с≅а/2 участок ярма 1.5 отсутствует. Ширина участков 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 одинакова и равна а/2.

В магнитопроводе (см. фиг. 1) стержневые выступы 1.1 и участки ярма 1.3, 1.4, 1.5 пластин 1 шихтованы вперекрышку с зеркальным расположением пластин 1 в смежных слоях. Обозначение пластин в первом слое показано на фиг. 3, во втором слое на фиг. 4, в третьем слое на фиг. 5. В обозначениях всех элементов пластин на этих чертежах первые две цифры соответствуют обозначениям этих элементов на фиг. 2, третья цифра указывает порядковый номер слоя пластин в наборе магнитопровода, четвертая цифра обозначает порядковый номер пластины в слое.

Сборка (шихтовка) магнитопровода с обмоткой (см. фиг. 1, 3) осуществляется следующим образом.

С одной стороны отверстия обмотки 5 вводится стержневой выступ 1.1.1.1 первой пластины первого слоя набора магнитопровода через зазор Б, который перемещается до упора обмотки 5 и участка ярма 1.3.1.1, при этом ребро р этой пластины скользит по внутренней поверхности одной стенки отверстия обмотки 5, после чего эта пластина 1 перемещается в перпендикулярном направлении до упора стержневого выступа 1.1.1.1 с другой стенкой отверстия обмотки 5. Затем с другой стороны в отверстие обмотки 5 над стержневым выступом 1.1.1.1 вводится стержневой выступ 1.1.1.2 второй пластины первого слоя и перемещается аналогично описанному выше для первой пластины первого слоя с той разницей, что ребро р стержневого выступа 1.1.1.2 этой пластины скользит по внутренней стороне другой стенки отверстия обмотки 5 до упора участка ярма 1.3.1.2 с другой стороной обмотки 5, после чего эта пластина 1 перемещается в перпендикулярном направлении до упора стержневого выступа 1.1.1.2 с одной внутренней стенкой отверстия обмотки 5.

После описанного перемещения стержневого выступа 1.1.1.2 до упора со стенкой отверстия обмотки 5 этот стержень перемещается вниз и располагается в одной плоскости со стержневым выступом 1.1.1.1 первой пластины первого слоя. На этом заканчивается сборка первого слоя пластин магнитопровода с обмоткой 5.

Аналогично производится сборка всех последующих слоев магнитопроводных пластин 1 с обмоткой 5 до заданного заполнения отверстия обмотки 5 пластинами 1, при этом сборка всех последующих пластин 1 производится с учетом зеркального расположения пластин 1 в каждом последующем слое по отношению к предыдущему.

Работа предлагаемого броневого наборного магнитопровода происходит следующим образом.

При подключении переменного напряжения U к обмотке 5 под воздействием протекающего по этой обмотке тока создается магнитодвижущая сила (в дальнейшем МДС), под воздействием которой в магнитопроводе по участкам стержней 3, 4.1, 4.2 и участкам ярма 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 протекает магнитный поток.

Рассмотрим протекание магнитного потока, возбуждаемого под воздействием МДС во втором слое (cм. фиг. 4) участка стержня 3 магнитопровода.

Магнитный поток, возбуждаемый в стержневом выступе 1.1.2.2 протекает по трем путям: 1-ый путь через пластины второго слоя (см. фиг. 4) проходит (для одной части магнитного потока) через площадь соприкосновения этого выступа с участком ярма 1.3.2.1, далее через участок ярма 1.3.2.1, участок крайнего стержня 1.2.2.1, участок ярма 1.4.2.1, площадь соприкосновения участков 1.4.2.1 и 1.5.2.2 и замыкается через участок ярма 1.5.2.2. Аналогично проходит другая часть этого магнитного потока через участки 1.5.2.1, площадь соприкосновения участков 1.5.2.1 и 1.4.2.2, участки 1.4.2.2, 1.2.2.2 и 1.3.2.2. По описанным путям проходит малая часть магнитного потока, т.к. величина их магнитного сопротивления велика из-за малой площади соприкосновения стержневого выступа 1.1.2.2 с участком ярма 1.3.2.1 и участков ярма 1.4.2.1 с 1.5.2.2 и 1.5.2.1 с 1.4.2.2, определяемой малой величиной толщины в магнитопроводных пластин 1.

2-ой путь через вторую пластину первого слоя (см. фиг. 3, 4) проходит через площадь соприкосновения стержневых выступов 1.1.2.2 и 1.1.1.2 и далее через участок ярма 1.3.1.2 и через площадь соприкосновения участков 1.4.2.2, 1.2.2.2, 1.3.2.2 соответственно с участками 1.3.1.2, 1.2.1.2, 1.4.1.2, и замыкается через участок 1.3.2.2.

3-ий путь через вторую пластину третьего слоя (см. фиг. 4, 5) проходит через площадь соприкосновения стержневых выступов 1.1.2.2 и 1.1.3.2 и далее через участок ярма 1.3.3.2 и через площадь соприкосновения участков 1.4.2.2, 1.2.2.2, 1.3.2.2 соответственно с участками 1.3.3.2, 1.2.3.2, 1.4.3.2, и замыкается через участок 1.3.2.2.

По второму и третьему путям протекает большая часть магнитного потока, т. к. магнитное сопротивление этих путей имеет малую величину из-за большой площади соприкосновения стержневых выступов 1.1.2.2 с 1.1.1.2 и 1.1.3.2, а также участков 1.4.2.2, 1.2.2.2, 1.3.2.2 соответственно с участками 1.3.1.2 и 1.3.3.2, 1.2.1.2 и 1.2.3.2, 1.4.1.2 и 1.4.3.2.

Аналогично проходит магнитный поток, возбужденный под воздействием МДС в стержневом выступе 1.1.2.1.

Количество пластин 1 в наборе зависит от их толщины в и высоты набора, при этом во всех слоях набора, кроме двух крайних слоев, прохождение магнитного потока аналогично описанному выше для второго слоя. В крайних слоях поток проходит по первому и второму путям для одного крайнего слоя и по первому и третьему пути для второго крайнего слоя.

В предложенном магнитопроводе достигнута малая величина магнитного сопротивления за счет:
малой величины магнитного сопротивления между пластинами соседних слоев из-за большой площади соприкосновения шихтуемых вперекрышку участков этих пластин, равной сумме площадей соприкосновения участков крайних стержневых выступов и участков ярма, прилегающих к зазору в контуре магнитопроводной пластины;
одинаковой величины индукции во всех пластинах, составляющих участки ярма, из-за одинаковой величины магнитного сопротивления во всех контурах всех слоев магнитопровода.

В предложенном магнитопроводе достигнута простота конструкции за счет применения одного типоразмера магнитопроводной пластины.

Экономический эффект предложенного магнитопровода можно характеризовать следующими показателями:
повышением коэффициента полезного действия трансформаторов, повышением добротности дросселей за счет малой величины магнитного сопротивления магнитопровода;
уменьшением веса (до 18%) и габарита (до 25%) магнитопровода с уширенным ярмом вследствие уменьшения ширины ярма и крайних стержней;
сокращением затрат на технологическую оснастку и производство магнитопроводов вследствие применения только одного типоразмера пластин.

Формула изобретения

Броневой наборный магнитопровод, состоящий из участка центрального стержня, предназначенного для размещения обмотки, двух участков крайних стержней и четырех участков ярма, содержащий в каждом слое две одинаковые магнитопроводные пластины, стержневые выступы которых, образующие центральный стержень магнитопровода, имеют ширину, равную половине ширины центрального стержня магнитопровода, прилегающие друг к другу, образуя магнитную цепь, шихтованный вперекрышку с зеркальным расположением этих магнитопроводных пластин в каждом последующем слое по сравнению с предыдущим, отличающийся тем, что каждая магнитопроводная пластина выполнена в виде контура с зазором на одном из участков ярма, значение величины которого, отсчитываемой от внутренней грани стержневого выступа, образующего центральный стержень магнитопровода, не менее значения величины высоты намотки обмотки, расположенной на центральном стержне магнитопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5