Модульный реконфигурируемый многофазный силовой трансформатор
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания частотно-регулируемого привода (VFD). Технический результат состоит в расширении области применения. Трансформатор переменного тока имеет цилиндрический сердечник и выполнен с одно- или многофазными входами и/или выходами мощности. Сердечник трансформатора выполнен с возможностью обеспечения одно- или многофазные входы или выходы изменением конфигураций первичной и вторичной обмоток трансформатора. Дополнительные способы обмотки сердечников трансформатора минимизируют количество обмоточного провода сердечника, необходимого для производства трансформатора. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.
[0001] УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Область техники
[0003] Настоящее изобретение относится к силовым трансформаторам переменного тока (АС) и конкретнее к многофазным силовым трансформаторам переменного тока для преобразования одной или более фаз входной мощности в многофазный выход посредством выборочной конфигурации витков на единой структуре сердечника трансформатора. Трансформаторы настоящего изобретения пригодны для питания частотно-регулируемого привода двигателя переменного тока (VFD).
[0004] Предшествующий уровень техники
[0005] Определенные известные частотно-регулируемые приводы переменного тока требуют 9 фаз входной мощности тока для того, чтобы обеспечивать управление приводами для трехфазного двигателя переменного тока. Как показано на ФИГ. 1 и 2, каждая из трех фаз входа мощности разделена три отдельные вторичные обмотки с помощью известного 3-9 фазного трансформатора Т. В трансформаторе Т три известных спаренных пучка T1, Т2, Т3 первичный/вторичной обмотки соответственно имеют первичную обмотку, соединенную с одной из фаз входной мощности, и отдельные тороидальные вторичные обмотки в так называемой дельта-конфигурации. В каждом пучке первичная обмотка обмотана вокруг отдельного сердечника совместно используемого плоского ступенчатого ферромагнитного шихтованного сердечника С, и, в свою очередь, вторичные обмотки пучка наматываются вокруг первичной обмотки. Каждый отдельный пучок T1-3 первичной/вторичной обмотки соответственно преобразует одну фазу Ф1 Ф2 Ф3 трехфазной входной мощности переменного тока в девять вторичных фаз выходной мощности, в совокупности ФА-ФI. Совокупная выходная мощность ФА-ФI трансформатора подается в известный частотно-регулируемый привод VFD, выходная мощность которого управляет эксплуатационными приводными параметрами двигателя.
[0006] Таким образом\. в известных системах VFD многофазные трансформаторы со ступенчатым сердечником требуют использовать относительно сложную структуру внутренней обмотки в их первичном/вторичном сердечниках и занимать относительно большую зону установки.
[0007] Известные многофазные трансформаторы со ступенчатым сердечником в общем требуют использования ферромагнитных сердечников, выполненных для особого применения фазового преобразования. Например, сердечник однофазного входного трансформатора (часто ступенчатый сердечник с 1 или 2 сердечниками) имеет структуру, отличную от структуры для двухфазного входа (сердечник с по меньшей мере 2 ступенчатыми сердечниками) или структуры для трехфазного входа (сердечник с по меньшей мере 3 ступенчатыми сердечниками). Подобным образом, необходимы множественные конфигурации пучков первичной/вторичной обмоток в зависимости от количества фаз выхода. Производство пучков дополнительно усложняется, так как они предварительно не собираются. Пучок первичной обмотки должен наматываться вокруг ферромагнитного сердечника, после этого вторичная обмотка может быть обмотана вокруг первичной обмотки. Таким образом, известные трансформаторы со ступенчатым сердечником требуют использовать сложные конфигурации обмотки сердечника и процедуры обмотки, которые расходуют большое количество электропроводного обмоточного провода.
[0008] Таким образом, в уровне техники существует необходимость в модульной структуре сердечника трансформатора, которая может быть использована для множественных типов применений трансформатора, от однофазный вход-однофазный выход, однофазный вход-многофазный выход и до многофазный вход-многофазный выход.
[0009] В уровне техники существует другая необходимость в модульной структуре обмотки трансформатора, которая может быть использована для множественных типов применений трансформатора, от однофазный вход-однофазный выход, однофазный вход-многофазный выход и до многофазный вход-многофазный выход.
[0010] В уровне техники существует еще одна необходимость в реконфигурируемом модульном многофазном трансформаторе, который может заменить известные трансформаторы, выполненные для специализированных применений однофазный вход-многофазный выход или многофазный вход-многофазный выход, включая применения, совместно использующие трехфазное питание местной линии электросети для, в свою очередь, питания многофазных частотно-регулируемых приводов.
[0011] В уровне техники существует дополнительная необходимость в конфигурациях обмотки трансформатора, которые уменьшают количество электропроводного обмоточного провода, необходимого для их создания, и/или упрощают производство трансформаторов.
[0012] КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание трансформатора, включающего модульную структуру сердечника, выполняемую для одно или многофазных входов и/или выходов.
[0014] Другой задачей настоящего изобретения является создание модульной структуры обмотки трансформатора, которая может быть использована для множественных типов применений трансформатора с одно и многофазным входом и выходом.
[0015] Еще одной задачей настоящего изобретения является уменьшение количества различных типов трансформаторных устройств, необходимых для преобразования одно или многофазного входа мощности в многофазный выход мощности созданием реконфигурируемого модульного многофазного трансформатора.
[0016] Дополнительной задачей настоящего изобретения является упрощение способов обмотки электропроводного провода вокруг сердечников трансформатора так, чтобы создать трансформатор, который расходует меньше электропроводного провода во время формирования и/или является более простым в производстве.
[0017] Эти и другие задачи решаются в соответствии с настоящим изобретением трансформатором, имеющим модульную реконфигурируемую вложенную цилиндрическую конфигурацию сердечника и обмотки, пригодную для применений трансформаторов с одно или многофазным входом и/или выходом мощности. Трансформатор, выполненный в соответствии с замыслом настоящего изобретения, в применениях многофазного входа может заменить многие различные отдельные специализированные одиночные применения трансформаторов с одно или многофазным входом и/или выходом, тем самым, уменьшая количество блоков трансформатора, необходимых в производстве и учете сферы распределения. Модульная структура сердечника и обмотки трансформатора настоящего изобретения выполнена с возможностью обеспечивать одно или многофазные входы или выходы. В других предпочтительных вариантах выполнения настоящего изобретения раскрыты способы упрощения схем обмотки сердечников трансформатора, которые также минимизируют количество обмоточного провода сердечника, необходимого для производства трансформаторного устройства.
[0018] Настоящее изобретение предлагает трансформатор, содержащий корпус. Корпус заключает в себя неподвижный первичный сердечник, имеющий цилиндрическую внешнюю поверхность, на которой выполнено множество аксиально ориентированных основных пазов. Корпус также содержит кольцевой неподвижный вторичный сердечник, имеющий цилиндрическую внутреннюю поверхность, на которой выполнено множество аксиально ориентированных дополнительных пазов, причем внутренняя поверхность расположена концентрично относительно внешней поверхности первичного сердечника. В первичных пазах размещена по меньшей мере одна фазная первичная обмотка, имеющая три секции, ориентированная при намотке провода в основных пазах и предназначена для соединения с тремя фазами, соответственно, входной электроэнергии переменного тока через первичный клеммный блок. Во вторичных пазах размещена по меньшей мере одна фазная вторичная обмотка, имеющая девять секций, ориентированных при намотке провода в дополнительных пазах, индуктивно связанная по меньшей мере с одной фазной первичной обмоткой, для формирования девяти фаз выходной энергии переменного тока.
[0019] Другой вариант выполнения настоящего изобретения предлагает многофазный трансформатор, имеющий корпус. Корпус заключает неподвижный первичный сердечник, имеющий цилиндрическую внешнюю периферию, имеющую восемнадцать аксиально ориентированных первичных пазов. Трансформатор также имеет кольцеобразный неподвижный вторичный сердечник, имеющий цилиндрическую внутреннюю периферию, имеющую двадцать семь аксиально ориентированных вторичных пазов, концентрически ориентированных вокруг внешней периферии первичного сердечника. Трехфазная первичная обмотка ориентирована в первичных пазах, причем эта обмотка имеет множество секций, соответственно соединенных с фазой входной мощности переменного тока. Первичная обмотка определяет симметричную непрерывную схему катушек секций вокруг первичного сердечника через два смежных первичных паза и далее пропускает множество пазов до повторения такой соответственной схемы витков. Девятифазная вторичная обмотка, имеющая девять секций, ориентирована во вторичных пазах, индуктивно соединенных с первичной обмоткой, для создания девяти отдельных фаз выходной мощности переменного тока. Девятифазная вторичная обмотка определяет симметричную непрерывную схему катушек секций вокруг вторичного сердечника через два смежных первичных паза и далее пропускает множество пазов до повторения такой соответственной схемы витков.
[0020] Другой вариант выполнения настоящего изобретения предлагает способ изготовления многофазного трансформатора. Способ содержит этапы, на которых используют первичный сердечник, имеющий цилиндрическую внешнюю поверхность, на которой выполнено множество аксиально ориентированных первичных пазов. По меньшей мере одну первичную обмотку, имеющую по меньшей мере три первичных секции, наматывают по симметричной непрерывной схеме обмотки вокруг первичного сердечника через два смежных основных паза и далее пропуская множество пазов до повторения указанной схемы обмотки. Используют кольцеобразный вторичный сердечник, имеющий цилиндрическую внутреннюю поверхность, на которой выполнено множество аксиально ориентированных вторичных пазов. Наматывают по меньшей мере одну вторичную обмотку, имеющую по меньшей мере девять вторичных секций, по симметричной непрерывной схеме обмотки вокруг вторичного сердечника через два смежных первичных паза и далее пропуская множество пазов до повторения указанной схемы обмотки. Цилиндрическую внутреннюю поверхность вторичного сердечника выравнивают относительно внешней поверхности первичного сердечника и жестко закрепляют указанные сердечники так, чтобы оба сердечника были неподвижными друг относительно друга. Первичный и вторичный сердечники заключают в корпус.
[0021] Объекты и признаки настоящего изобретения могут быть применены совместно или отдельно в любой совокупности или специалистом в области техники.
[0022] КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0023] Замыслы настоящего изобретения могут быть ясно поняты из рассмотрения следующего далее подробного описания в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:
[0024] ФИГ. 1 показывает известный в уровне техники трансформатор, имеющий 3-фазный вход с первичной обмоткой и 9-фазный выход с вторичной обмоткой треугольником, соединенный с 3-фазным источником питания для того, чтобы обеспечивать 9 отдельных вторичных выходов;
[0025] ФИГ. 2 представляет собой известную в уровне техники схематическую блок-схему известного в уровне техники трансформатора на ФИГ. 1, питающего частотно-регулируемый привод (VFD) и двигатель переменного тока;
[0026] ФИГ. 3 представляет собой вид в перспективе варианта выполнения трансформатора с модульной структурой настоящего изобретения;
[0027] ФИГ. 4 представляет собой вид в перспективе в разрезе трансформатора на ФИГ. 3;
[0028] ФИГ. 5 представляет собой схематическую блок-схему трансформатора на Фиг. 3 и 4 в примерном применении для питания частотно-регулируемого привода и двигателя переменного тока, на которой множественные фазы обозначаются условными знаками в одной линии питания;
[0029] ФИГ. 6 представляет собой вид сверху варианта выполнения модульных первичного и вторичного сердечников трансформатора настоящего изобретения;
[0030] ФИГ. 7 представляет собой схему вторичной обмотки для одного варианта выполнения настоящего изобретения в распределенной по 9 фазам конфигурации обмотки сердечника трансформатора на ФИГ. 6;
[0031] ФИГ. 8 представляет собой вид сверху альтернативного варианта выполнения первичного и вторичного сердечников трансформатора и их соответственные обмотки настоящего изобретения;
[0032] ФИГ. 9 представляет собой вид в вертикальном разрезе, взятом вдоль линии 9-9 на ФИГ. 8;
[0033] ФИГ. 10 представляет собой схему первичной обмотки для варианта выполнения обмотки настоящего изобретения в 3-фазной непрерывной конфигурации обмотки первичного сердечника трансформатора на ФИГ. 8 и 9;
[0034] ФИГ. 11 представляет собой схему вторичной обмотки для варианта выполнения обмотки настоящего изобретения в 9-фазной непрерывной конфигурации обмотки вторичного сердечника трансформатора на ФИГ. 8 и 9; и
[0035] ФИГ. 12 представляет собой имитацию распределения линий магнитной индукции сердечника трансформатора на ФИГ. 8 и 9.
[0036] Для облегчения понимания одинаковые ссылочные позиции использованы, где возможно, для обозначения одинаковых элементов.
[0037] ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
[0038] После рассмотрения следующего далее описания специалисту в области техники будет ясно, что замысел изобретения может быть легко использован в модульных трансформаторах переменного тока, имеющих модульную вложенную цилиндрическую структуру сердечника, которая облегчает конфигурацию одно или многофазного входа и/или выхода. Различные конфигурации модульных первичного и вторичного сердечников трансформатора могут быть предварительно обмотаны обмотками с различными конфигурациями для различных требований конфигураций фаз входа и выхода. Например, первичные сердечники могут быть предварительно обмотаны для применений одного, двух или трехфазного входа. Подобным образом, вторичные сердечники могут быть предварительно обмотаны для применений одного, двух или трехфазного выхода. Различные совокупности предварительно изготовленных первичного и вторичного сердечников могут быть в дальнейшем собраны в соответствии с описаниями конфигурации требуемого применения.
[0039] Замыслы настоящего изобретения также включают способы обмотки модульных сердечников трансформатора настоящего изобретения, которые упрощают обмотку сердечника и уменьшают расход электропроводного провода сердечника во время производства трансформатора.
[0040] ОБЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
[0041] Вернемся к примерам модульных трансформаторов, выполненных в соответствии с замыслами настоящего изобретения, Фиг. 3 и 4 показывают в общем трансформатор 20, имеющий цилиндрический корпус 21, нижний конец которого прикреплен к поддонной пластине 22. Центральная трубчатая опора 24 имеет в общем цилиндрическую конструкцию, нижний конец которой прикреплен к поддонной пластине 22 так, что она выполнена в общем концентрически с корпусом 21. Верхний конец корпуса 21 покрыт сверху воздухоотражателем 26 и выступающим узлом 28, который вмещается в верхний конец центральной трубчатой опоры 24. Охлаждающий воздух циркулирует через центральное отверстие центральной трубчатой опоры 24 столбовидным образом. Если требуется, вспомогательное устройство циркуляции, такое как электрический вентилятор, может быть размещено в сообщении с центральным отверстием центральной трубчатой опоры 24 для того, чтобы увеличивать циркуляцию охлаждающего воздуха.
[0042] В общем кольцеобразный первичный сердечник 30, выполненный из стопки ферромагнитных тонких листов 32, имеет первичные пазы 34, через которые наматывается первичная обмотка 36 сердечника. Обмоточный провод, используемый для получения обмотки 36, представляет собой изолированный провод известной конструкции и с подходящим количеством витков катушки, необходимым для создания требуемой напряженности электромагнитного поля внутри трансформатора. Катушки обмотки, намотанные в пазах, заканчиваются на концевых обмотках 38, которые соединены с соответствующей фазой входной мощности с помощью входного клеммного блока 39 известной конструкции. Первичный сердечник 30 в общем подобен своей конструкцией конструкции известных роторов асинхронных двигателей переменного тока с центральной опорной трубой 24, занимающей положение вала двигателя.
[0043] В общем кольцеобразный вторичный сердечник 40, выполненный из стопки ферромагнитных тонких листов 42, имеет вторичные пазы 44, через которые наматывается вторичная обмотка 46 сердечника. Как и в случае с первичной обмоткой 36 сердечника, обмоточный провод, используемый для получения вторичной обмотки 46, представляет собой изолированный провод известной конструкции и с подходящим количеством витков катушки, необходимым для создания требуемой напряженности электромагнитного поля внутри трансформатора. Катушки обмотки, намотанные в пазах, заканчиваются на концевых обмотках 48, которые соединены с соответствующей фазой входной мощности с помощью входного клеммного блока 49 известной конструкции. Первичный сердечник 40 подобен своей конструкцией конструкции известных статоров асинхронных двигателей переменного тока, с корпусом 21 трансформатора, занимающим положение корпуса двигателя. Как в роторах и статорах известных асинхронных двигателях, первичный и вторичный сердечники 30, 40 трансформатора 20 могут включать охлаждающие вентиляционные проходы, не показаны. Добавленное возможное преимущество использования структуры сердечника трансформатора, подобной структуре известных индукционных двигателей переменного тока, заключается в том, что обмотки сердечника могут быть изготовлены и установлены в сердечниках способами и устройствами, широко используемыми в производстве двигателей.
[0044] СБОРКА МОДУЛЕЙ ТРАНСФОРМАТОРА
[0045] Примерная процедура сборки трансформатора 20 состоит во вложении друг в друга собранного предварительно обмотанного первичного сердечника 30 в кольцеобразное отверстие собранного предварительно обмотанного вторичного сердечника 40 и жесткого крепления обоих к поддонной пластине 22 так, чтобы поддерживать относительную ориентацию обоих сердечников, когда трансформатор возбуждается. В отличие от асинхронного двигателя или генератора переменного тока, где для целесообразной работы электродинамической машины необходимо относительное вращение обоих сердечников, здесь требуется поддерживать неподвижное относительное положение участков сердечника в трансформаторе. Корпус 21 и центральную трубчатую опору 24 крепят к поддонной пластине 22 и, если требуется, к соответственному сердечнику 30 или 40, с которым либо корпус, либо центральная трубчатая опора находится в смежном контакте. Концевые обмотки 38 первичного сердечника соединяют с первичным клеммным блоком 39. Подобным образом концевые обмотки вторичного сердечника соединяют с вторичным клеммным блоком 49. Верхний воздухоотражатель 26 и выступающий узел 28 закрепляют в их сборочных положениях сверху трансформатора 20. Специалист в области техники может изменять эту примерную последовательность сборки, добавлять или удалять этапы сборки в соответствии с необходимостью в исполнении особой конфигурации производственного оборудования или трансформатора.
[0046] Возможное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что первичный и вторичный сердечники 30, 40 могут быть предварительно изготовлены в различных конфигурациях обмотки трансформатора, необходимых для одно или многофазных входов или выходов, и модульных сердечников, собираемых в любой требуемой совокупности в соответствии с необходимым исполнением трансформатора. Например, модульный однофазный первичный сердечник 30 может быть собран с одно, двух или трехфазным вторичным сердечником 40. Альтернативно, двух или трехфазный (многофазный) первичный сердечник может быть собран с вторичным сердечником, выполненным с возможностью обеспечивать одно или многофазный выход (т.е. 1-, 2- или 3-фазный выход на фазу входа).
[0047] Возвращаясь к примеру двигателя переменного тока, управляемого с помощью VFD, ФИГ. 5 показывает многофазный модульный трансформатор 20 настоящего изобретения, имеющий 3-фазный вход мощности и 9-фазный выход мощности, соединенные с известным VFD. На фигурах множественные фазы обозначаются условными знаками в одной линии питания. VFD имеет 3-фазный выход, соединенный с и управляющий асинхронным двигателем переменного тока.
[0048] ПРИМЕРНЫЕ КОНФИГУРАЦИИ ОБМОТКИ И ПАЗОВ СЕРДЕЧНИКА
[0049] ФИГ. 6 показывает модульную структуру сердечника трансформатора настоящего изобретения, в которой и первичный сердечник 30, и вторичный сердечник 40 соответственно имеют 54 расположенных под одинаковым углом радиально выровненных пазов 34, 44 обмотки. Такая конструкция 54 пазов представляет собой известную геометрию для некоторых конструкций асинхронных двигателей переменного тока.
[0050] На ФИГ. 7 вторичный сердечник 40 из ФИГ. 6 имеет вторичные пазы 44, обозначенные позициями 1-54, и обмотан для трансформатора с 9-фазным выходом. Образован пучок петлей обмотки, содержащий множество жил провода. Вторичный сердечник 40 имеет распределенную схему обмотки, относящуюся к типу широко используемых при изготовлении двигателей переменного тока. "Распределенная" схема обмотки характеризуется множественными катушками 46 замкнутых петлевых секций, которые проходят через паз (на ФИГ. 7 начинаясь в обозначенном пазу #1, пропускают 8 пазов и далее проходят петлю обратно через обозначенный паз #10). Каждая петлевая секция 46 замкнута для образования концевой петли 48, имеющей хвостовой участок. Эта последовательная схема повторяется, при этом один участок 46 петли, совместно использующей один и тот же паз в качестве участка возврата предыдущей петли (здесь вторая петля начинается в обозначенном пазу 19 и возвращаться через обозначенный паз #10 и т.д.), для всех 6 замкнутых петлей 46 обмоток. Все 6 замкнутых петлей 46 обмоток секций соединены параллельно и образуют концевую петлю 48. Концы каждой концевой петли 48 соединены с выходным клеммным блоком 49 (не показан). Каждая концевая петля 48 выполнена из того же пучка обмотки, что и петля 46 обмотки, требуя большое количество провода в концевых обмотках, а также занимая относительно большой объем пространства на концах сердечника 40. Следующая вторичная фазная секция начинается в обозначенном пазу #2, повторяя ту же схему, что и у известной вторичной фазной секции. Третья вторичная фазная секция начинается в обозначенном пазу #3 и т.д., пока не будут готовы все 9 отдельных соответственных секций, которые вместе образуют 9-фазную вторичную обмотку.
[0051] В конструкции сердечника трансформатора на ФИГ. 6 первичный сердечник 30 имеет трехфазную распределенную схему обмотки трех секций, хорошо известных в уровне техники асинхронных двигателей переменного тока, в которой пучок петлей обмотки, содержащий множество жил провода, образован для создания петлей 36, которые соединены параллельно с помощью концевых петлей 38, которые, в свою очередь, соединены с первичным клеммным блоком 39. Для краткости, хорошо известная трехфазная распределенная схема обмотки не показана на фигурах. Тогда как распределенные схемы обмотки хорошо известны в уровне техники асинхронных двигателей переменного тока, они расходуют большие количества провода в концевых обмотках. Настоящее изобретение включает дополнительный подходящий способ создания упрощенных "компактных" обмоток сердечника трансформатора, которые уменьшают количество провода, необходимого для образования концевых обмоток. Компактная схема обмотки, описанная здесь, используется в обмотках статора двигателей переменного тока с постоянными магнитами, но до сих пор не подтверждается, что такая схема применялась в прошлом для многофазных трансформаторов, относящихся к типу настоящего изобретения.
[0052] Способ компактной обмотки и получающиеся в результате узлы сердечника, являющиеся результатом использования такого способа, показаны на Фиг. 8-12. Сердечник трансформатора, предпочтительно используемый для схемы компактной обмотки, показан на Фиг. 8 и 9. Отметим, что витки катушки обмотки, опускающиеся через плоскость на ФИГ. 8, обозначены крестиком X в кругу, а витки катушки обмотки, поднимающиеся через плоскость на этой фигуре, обозначены точкой в кругу. Как показано на ФИГ. 8 и 9, катушки секций, которые в совокупности образуют вторичную обмотку 46, проводят через 27 вторичных пазов 44 сердечника. Каждую петлевую катушку секции, образующую вторичную обмотку 46, образуют наматыванием множественных витков одножильного провода вокруг двух смежных пазов 44 для образования многожильной электропроводной петлевой катушки. Только одна жила провода образует концевые обмотки 48, тем самым экономия значительно количество провода по сравнению с распределенными схемами обмотки, которые включают всю толщину пучка обмотки. Также как отмечено в схеме обмотки вторичного сердечника на ФИГ. 11, отдельные петли катушки секции, образующей вторичную обмотку 46, соединяют последовательно наматыванием петли вокруг двух соседних вторичных пазов 44, пропуская один паз, далее повторяя схему обмотки вокруг следующих двух соседних пазов 44. Как также видно в схеме непрерывной компактной обмотки на ФИГ. 11, две фазы выхода совместно используют вторичные пазы 44 сердечника. В результате 9 фаз выхода могут быть намотаны только в 27 пазах.
[0053] В варианте выполнения на ФИГ. 8-12 первичный сердечник 30 имеет всего 18 первичных пазов 36, в которых проходят петли катушки секций, образующих первичную обмотку 36. Схема обмотки для первичной обмотки 36 и соответственные одножильные концевые обмотки 38 показаны на ФИГ. 10. Способ обмотки множественных жил вокруг двух соседних первичных пазов 34 и одножильной концевой петли 38, заканчивающейся в клеммном блоке 39, является таким же, как и способ, используемый для ранее описанной вторичной обмотки 46. Имитация магнитного потока обмотки сердечника трансформатора, выполненного в соответствии с Фиг. 8-11, показана на ФИГ. 12.
[0054] В сущности замыслы настоящего изобретения позволяют специалисту в области техники выполнять одно или многофазные силовые трансформаторы переменного тока с модульными обмотками предварительно изготовленных первичного и вторичного сердечников, которые могут быть выполнены для различных исполнений и применений фаз входа и выхода. Количество компонентов первичного и вторичного сердечника трансформатора может быть уменьшено по сравнению со специализированными сердечниками, выполненными для только ограниченных применений. Технологии обмотки сердечника, изучаемые здесь, могут упрощать изготовление обмотки и уменьшать количество провода, необходимого для изготовления сердечников. Модульные трансформаторы настоящего изобретения могут совместно использовать одну и ту же относительно компактную зону установки, независимо от того, выполнены они для однофазного или многофазного применений.
[0055] Несмотря на то, что здесь подробно показаны и описаны различные варианты выполнения, которые включают идеи настоящего изобретения, специалист в области техники может легко разработать многие другие измененные варианты выполнения, которые также включают эти идеи.
1. Трансформатор (20), содержащий:
корпус (21), в котором размещены:
неподвижный первичный сердечник (30), имеющий цилиндрическую внешнюю поверхность, на которой выполнено множество аксиально ориентированных основных пазов (34);
кольцевой неподвижный вторичный сердечник (40), имеющий цилиндрическую внутреннюю поверхность, на которой выполнено множество аксиально ориентированных дополнительных пазов (44), причем внутренняя поверхность расположена концентрично относительно внешней поверхности первичного сердечника;
по меньшей мере одну фазную первичную обмотку (36), имеющую три секции, ориентированные при намотке провода в основных пазах (34) и предназначенные для соединения с тремя фазами, соответственно, входной электроэнергии переменного тока (39) через первичный клеммный блок;
по меньшей мере одну фазную вторичный обмотку (46), имеющую девять секций, ориентированных при намотке провода в дополнительных пазах (44), индуктивно связанную по меньшей мере с одной фазной первичной обмоткой (36), для формирования девяти фаз выходной электроэнергии переменного тока.
2. Трансформатор (20) по п. 1, в котором по меньшей мере одна из обмоток (36, 46) имеет симметричную распределенную схему обмотки, имеющую множество секций, соединенных параллельно, причем каждая секция намотана так, что обходит (пропускает) одинаковое количество пазов (34, 44).
3. Трансформатор (20) по п. 2, в котором схема обмотки на сердечнике (30, 40), соответственно, имеет симметричную распределенную схему обмотки, имеющую множество отдельных секций, соединенных параллельно, причем каждая секция намотана так, что обходит (пропускает) одинаковое количество пазов (34, 44).
4. Трансформатор (20) по п. 3, в котором схемы обмотки на обоих сердечниках (30, 40), соответственно, имеют симметричную распределенную схему обмотки, имеющую множество секций, соединенных параллельно, причем каждая секция обходит (пропускает) одинаковое количество пазов (34, 44).
5. Трансформатор (20) по п. 1, в котором каждый соответствующий первичный и вторичный сердечник (30, 40) имеет одинаковое количество соответствующих пазов (34, 44).
6. Трансформатор (20) по п. 1, в котором основные и дополнительные пазы (34, 44) радиально смещены друг относительно друга.
7. Трансформатор (20) по п. 1, в котором первичный сердечник (30) имеет меньше пазов, чем вторичный сердечник (40).
8. Трансформатор (20) по п. 1, в котором по меньшей мере одна из обмоток (36, 46) имеет симметричную непрерывную схему обмотки вокруг ее соответствующего сердечника (30, 40) через два смежных паза (34, 44) и затем обходит (пропускает) множество пазов (34, 44) до повторения указанной схемы обмотки.
9. Трансформатор (20) по п. 8, дополнительно содержащий секции по меньшей мере одной из обмоток (36, 46), причем каждая из секций на сердечнике соответственно имеет симметричную непрерывную схему обмотки вокруг ее соответствующего сердечника (30, 40) через два смежных паза (34, 44), а затем обходит (пропускает) множество пазов (34, 44) до повторения указанной схемы обмотки.
10. Трансформатор (20) по п. 9, дополнительно содержащий секции обеих из соответствующих обмоток (36, 46), причем каждая из этих секций на обоих сердечниках (30, 40) соответственно имеет симметричную непрерывную схему обмотки вокруг ее соответствующего сердечника (30, 40) через два смежных паза (34, 44), а затем обходит (пропускает) множество пазов (34, 44) до повторения указанной схемы обмотки.
11. Трансформатор (20) по п. 1, в котором
все три первичных секции, соответственно, имеют симметричную непрерывную схему обмотки вокруг первичного сердечника (30) через два смежных первичных паза (34), а затем обходят (пропускают) множество пазов (34) до повторения указанной схемы обмотки, при этом
все девять вторичных секций, соответственно, имеют симметричную непрерывную схему обмотки вокруг вторичного сердечника (40) через два смежных дополнительных паза (44), а затем обходят (пропускают) множество пазов (44) до повторения указанной соответствующей схемы обмотки.
12. Система привода с регулируемой скоростью, содержащая
трансформатор (20) по любому из пп. 1-11,
при этом первичная обмотка указанного трансформатора связана через блок входного терминала с соответствующей входной фазой трехфазного источника (39) электроэнергии переменного тока,
девять секций вторичной обмотки (46) трансформатора, генерирующих девятифазный выход (49) электроэнергии переменного тока, связывают вторичную обмотку вторичного сердечника (40) трансформатора и вход контроллера частотно-регулируемого привода; и
трехфазный двигатель переменного тока, соединенный с выходом контроллера.
13. Способ изготовления многофазного трансформатора (20), содержащий этапы, на которых:
используют первичный сердечник (30), имеющий цилиндрическую внешнюю поверхность, на которой выполнено множество аксиально ориентированных первичных пазов (34);
наматывают первичную обмотку (36), имеющую по меньшей мере три первичных секции, по симметричной непрерывной схеме обмотки вокруг первичного сердечника (30) через два смежных основных паза (34), а затем обходят (пропускают) множество пазов (34) до повторения указанной схемы обмотки;
используют кольцевой вторичный сердечник (40), имеющий цилиндрическую внутреннюю поверхность, на которой выполнено множество аксиально ориентированных дополнительных пазов (44);
наматывают вторичную обмотку (46), имеющую по меньшей мере девять вторичных секций, по симметричной непрерывной схеме обмотки вокруг вторичного сердечника (40) через два смежных дополнительных паза, а затем обходят (пропускают) множество пазов (44) до повторения указанной схемы обмотки;
концентрично выравнивают цилиндрическую внутреннюю поверхность вторичного сердечника (40) относительно внешней поверхности первичного сердечника (30) и жестко закрепляют указанные сердечники так, чтобы оба сердечника (30, 40) были неподвижными друг относительно друга; и
заключают первичный и вторичный сердечники (30, 40) в корпус (21).
