Многофазный трансформатор

Изобретение относится к электротехнике, трансформаторостроению и может быть использовано в многофазных статических преобразователях электрической энергии. Технический результат состоит в повышении стабильности характеристик и повышении технологичности при одновременном сохранении высокого значения КПД. Многофазный трансформатор содержит внутренний витой кольцевой магнитопровод, выполненный из двух колец равной высоты, склеенных по торцовым не шлифованным поверхностям. На торцовые шлифованные поверхности указанных колец наклеены шихтованные зубцы прямоугольной формы. Два шлифованных с одного торца боковых витых кольцевых магнитопровода примыкают шлифованными торцами к зубцам. Многофазная вторичная обмотка охватывает внутренний магнитопровод и уложена в пазы между зубцами. Секции трехфазной первичной обмотки выполнены в виде одинаковых катушек, витки которых охватывают зубцы. Катушки соединены между собой в пределах каждой фазы последовательно таким образом, что величина магнитного потока, создаваемого ими во внутреннем магнитопроводе, равна сумме величин магнитных потоков, создаваемых ими в зубцах. 5 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к трансформаторостроению и может быть использовано в многофазных статических преобразователях электрической энергии.

Известна группа многофазных трансформаторов по патенту РФ на изобретение №2115186 (МПК 6 H01F 30/14, Н02М 5/14; 1998 [1]) и патенту РФ на изобретение №2125312 (МПК 6 H01F 30/14, Н02М 5/14; 1999 [2]), содержащих средний витой магнитопровод с обмотками, уложенными в радиальные пазы, и два боковых витых магнитопровода, выполненных без обмоток и примыкающих к зубцам торцовых поверхностей среднего магнитопровода. Выполнение путем фрезерования в среднем магнитопроводе радиальных пазов для укладки обмоток предопределяет высокие производственные энергозатраты, безвозвратные отходы в стружку электротехнической стали и замыкание витков ленты магнитопровода по фрезерованным поверхностям, что приводит к увеличению потерь энергии в магнитопроводе на вихревые токи. Кроме того, направление магнитного потока в зубцах такого трансформатора перпендикулярно направлению проката ленты электротехнической стали, из которой посредством навивки изготавливается средний магнитопровод. Из-за этого сопротивление магнитному потоку в зубцовой зоне трансформатора оказывается в 1,5-2 раза больше, чем в остальной части среднего магнитопровода, при их одинаковых сечениях. Для выравнивания этих сопротивлений сечение зубцов приходится увеличивать в 1,5-2 раза, что приводит к увеличению массы трансформатора и его стоимости.

Известна группа многофазных трансформаторов по патенту РФ на изобретение №2187163 (МПК 7 H01F 30/14; 2002 [3]) и патенту РФ на изобретение №2218626 (МПК 7 H01F 30/14; 2003 [4]), содержащих средний витой кольцевой магнитопровод с охватывающими его трехфазной первичной и многофазной вторичной обмотками и два боковых витых кольцевых магнитопровода без обмоток. Обмотки уложены в пазы между зубцами из листов холоднокатаной электротехнической стали, наклеенными на торцовые поверхности среднего витого кольцевого магнитопровода. Боковые магнитопроводы примыкают к торцам зубцов, противоположным приклеенным к среднему магнитопроводу.

Недостатком указанных трансформаторов является конструкция среднего витого магнитопровода. Для уменьшения сопротивления магнитной цепи в местах примыкания зубцов к среднему магнитопроводу их соответствующие торцовые поверхности шлифуют. После шлифовки обеих торцовых поверхностей среднего магнитопровода торцы ленты электротехнической стали, из которой он выполнен, оказываются смятыми, что обуславливает их замыкание между собой и приводит к снижению КПД трансформатора за счет увеличения потерь на вихревые токи в среднем магнитопроводе.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по назначению и совокупности существенных признаков является известный по патенту РФ на изобретение №2246151 (H01F 30/14, 2003 [5]) многофазный трансформатор, содержащий средний витой кольцевой магнитопровод, выполненный из двух склеенных по торцовым не шлифованным поверхностям колец равной высоты с охватывающей его трехфазной первичной и многофазной вторичной обмотками, уложенными в пазы между шихтованными зубцами прямоугольной формы, наклеенными на его шлифованные торцовые поверхности, и два шлифованных с одного торца боковых витых кольцевых магнитопровода, примыкающих шлифованными торцами к зубцам.

Недостатком указанного трансформатора [5] является то, что первичная обмотка выполнена охватывающей средний витой кольцевой магнитопровод, а зубцы установлены так, что ширина пазов между ними увеличивается от центра к периферии магнитопровода. Такая конструкция приводит тому, что поперечное сечение обмоточных секций оказывается переменным. Это приводит к невозможности механизации работ по изготовлению первичной обмотки, охватывающей средний магнитопровод и уложенной в пазы между зубцами, так как отсутствуют намоточные станки, способные обеспечить выполнение обмоток требуемых габаритов и конфигурации непосредственно на магнитопроводе. Намотка первичной обмотки выполняется вручную, что приводит к большой нестабильности характеристик трансформаторов в пределах одной партии и обуславливает низкую производительность труда при его изготовлении. Последний фактор, в свою очередь, приводит к большой длительности процесса изготовления трансформатора и повышению стоимости трансформатора. Ручная намотка первичной обмотки, кроме того, усложняет ремонт трансформатора.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение стабильности характеристик многофазных трансформаторов и повышение технологичности многофазного трансформатора при одновременном сохранении высокого значения КПД.

Сущность изобретения состоит в том, что многофазный трансформатор содержит:

- внутренний витой кольцевой магнитопровод, выполненный из двух колец равной высоты, склеенных по торцовым не шлифованным поверхностям, на торцовые шлифованные поверхности которых наклеены шихтованные зубцы прямоугольной формы;

- два шлифованных с одного торца боковых витых кольцевых магнитопровода, примыкающих шлифованными торцами к зубцам;

- трехфазную первичную обмотку;

- многофазную вторичную обмотку, охватывающую внутренний магнитопровод и уложенную в пазы между зубцами;

причем:

- секции трехфазной первичной обмотки выполнены в виде одинаковых катушек, витки которых охватывают зубцы;

- катушки соединены между собой в пределах каждой фазы последовательно таким образом, что величина магнитного потока, создаваемого ими во внутреннем магнитопроводе, равна сумме величин магнитных потоков, создаваемых ими в зубцах.

Сущность многофазного трансформатора поясняется следующими графическими материалами.

На фиг.1 показано продольное сечение многофазного трансформатора.

На фиг.2 показано поперечное сечение (разрез А-А фиг.1).

На фиг.3 показан пример схемы движения магнитных потоков в продольном сечении трансформатора.

На фиг.4 и 5 показан пример выполнения трансформатора с 9-фазной вторичной обмоткой, поперечное сечение (соответственно, разрезы В-В и Г-Г фиг.3).

Многофазный трансформатор (фиг.1, 2) содержит внутренний витой кольцевой магнитопровод (не обозначено), выполненный из двух одинаковых колец 1, склеенных между собой по торцовым нешлифованным поверхностям. На торцовые шлифованные поверхности этих колец 1 при помощи ферромагнитного клея наклеены шихтованные зубцы 2 прямоугольной формы. Оси симметрии соседних зубцов образуют угол, определяемый по формуле

α=π/m,

где m - число фаз вторичной обмотки трансформатора.

В пазы, образованные зубцами 2, уложены секции 3 m-фазной вторичной обмотки, витки которой охватывают внутренний магнитопровод.

Секции трехфазной первичной обмотки выполнены в виде одинаковых катушек 4, витки которых охватывают зубцы 2. В пределах каждой фазы катушки 4 соединены между собой последовательно таким образом, что создаваемые ими во внутреннем магнитопроводе магнитные потоки суммируются.

Торцами, противоположными приклеенным к внутреннему магнитопроводу, зубцы 2 примыкают к шлифованным поверхностям боковых витых кольцевых магнитопроводов 5. Противоположная поверхность боковых кольцевых магнитопроводов 5 выполнена нешлифованной. Высота каждого бокового магнитопровода 5 равна высоте одного кольца внутреннего магнитопровода.

Примеры конкретного выполнения.

Для 9-фазного трансформатора количество фаз вторичной обмотки равно m=9, а угол между осями симметрии соседних зубцов 2 равен α=π/9. Трансформатор содержит 36 зубцов 2 и 36 катушек 6-41 первичной обмотки (фиг.4, 5), по одной катушке на зубец 2. В пределах одной фазы первичного напряжения катушки соединение катушек выполнено последовательно и согласно. При этом к фазе А подключаются катушки 6, 7, 8, 15, 16, 17, 24, 25, 26, 33, 34, 35. К фазе В подключаются катушки 12, 13, 14, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 39, 40, 41. К фазе С подключаются катушки 9, 10, 11, 18, 19, 20, 27, 28, 29, 36, 37, 38. Соединение катушек и их размещение на зубцах 2 в пределах каждой фазы выполняется таким образом, что величина магнитного потока, создаваемого ими во внутреннем магнитопроводе, равна сумме величин магнитных потоков, создаваемых ими в зубцах (фиг.3).

Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенным выше примером.

Многофазный трансформатор работает следующим образом.

Трехфазную первичную обмотку подключают к трехфазной питающей сети.

При протекании переменного тока в первичной обмотке трансформатора во внутреннем магнитопроводе трансформатора создается вращающееся магнитное поле, которое наводит в многофазной вторичной обмотке m-фазную систему ЭДС. При этом ЭДС двух любых соседних фаз вторичной обмотки сдвинуты между собой по фазе на угол (2π/m). В результате происходит преобразование трехфазной первичной системы напряжений в m-фазную вторичную систему.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом многофазном трансформаторе заявляемый технический результат - сохранение высокого значения КПД - достигается за счет следующих признаков. Многофазный трансформатор содержит внутренний витой кольцевой магнитопровод, на шлифованные поверхности которого наклеены шихтованные прямоугольные зубцы. С другой стороны зубцы примыкают к шлифованным поверхностям боковых магнитопроводов. Многофазная вторичная обмотка выполнена охватывающей внутренний магнитопровод. При этом секции трехфазной первичной обмотки выполнены в виде одинаковых катушек, витки которых охватывают зубцы. Катушки соединены между собой в пределах каждой фазы последовательно таким образом, что величина магнитного потока, создаваемого ими во внутреннем магнитопроводе, равна сумме величин магнитных потоков, создаваемых ими в зубцах. При этом внутренний магнитопровод выполнен из двух колец равной высоты, склеенных по торцовым не шлифованным поверхностям.

Заявляемый технический результат - повышение технологичности многофазного трансформатора - достигается за счет того, что секции трехфазной первичной обмотки выполнены в виде одинаковых катушек, витки которых охватывают зубцы. Такое техническое решение позволяет снизить время изготовления трансформатора за счет замены ручной намотки катушек первичной обмотки (как правило, с числом витков в несколько раз большим, чем у катушек вторичной обмотки) трансформатора механизированным изготовлением катушек первичной обмотки и их установкой на зубцы трансформатора. Кроме того, это повышает ремонтопригодность трансформатора.

Заявляемый технический результат - повышение стабильности характеристик многофазных трансформаторов - достигается за счет того, что первичная обмотка трансформатора выполнена в виде одинаковых катушек, витки которой охватывают зубцы. При таком техническом решении возможна механизация изготовления катушек первичной обмотки и их установки на зубцы трансформатора. При этом, по сравнению с прототипом, отпадает необходимость намотки первичной обмотки вручную, что и приводит к заявляемому повышению стабильности характеристик многофазного трансформатора.

Заявляемый многофазный трансформатор может быть изготовлен на предприятиях электротехнической промышленности.

Источники информации.

1. Патент РФ №2115186 на изобретение; МПК 6 H01F 30/14, Н02М 5/14; 1998 г.

2. Патент РФ №2125312 на изобретение; МПК 6 H01F 30/14, Н02М 5/14; 1999 г.

3. Патент РФ №2187163 на изобретение; МПК 7 H01F 30/14; 2002 г.

4. Патент РФ №2218626 на изобретение; МПК 7 H01F 30/14; 2003 г.

5. Патент РФ №2246151 на изобретение; МПК 7 H01F 30/14, 2003 г.

Многофазный трансформатор, содержащий внутренний витой кольцевой магнитопровод, выполненный из двух колец равной высоты, склеенных по торцовым не шлифованным поверхностям, на торцовые шлифованные поверхности которых наклеены шихтованные зубцы прямоугольной формы, два боковых витых кольцевых магнитопровода, шлифованных с одного торца, примыкающих этими шлифованными торцами к зубцам, трехфазную первичную обмотку и многофазную вторичную обмотку, уложенную в пазы между зубцами и охватывающую внутренний магнитопровод, отличающийся тем, что секции трехфазной первичной обмотки выполнены в виде одинаковых катушек, витки которых охватывают зубцы, причем катушки соединены между собой в пределах каждой фазы последовательно таким образом, что величина магнитного потока, создаваемого ими во внутреннем магнитопроводе, равна сумме величин магнитных потоков, создаваемых ими в зубцах.