МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1999 года по МПК H01F38/00 H01F19/08 H01F21/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области трансформаторостроения, и может быть использовано в устройствах, использующих одновременно трансформатор и дроссель, например в автономных инверторах.

Известен трансформатор [1], содержащий полый магнитопровод и четыре обмотки. В материале магнитопровода двумя ортогональными обмотками создаются переменные магнитные поля в двух взаимно перпендикулярных направлениях. К недостаткам такого трансформатора относятся сложность конструкции, трудность изготовления тороидального полого магнитопровода, невозможность его изготовления из электротехнической стали и невысокая экономичность его работы.

Известен также трансформатор [2], содержащий четыре обмотки и сердечник, выполненные в виде двух концентрически намотанных систем, сцепленных между собой и расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждая из систем выполнена биметаллической, причем один из слоев биметалла является ферромагнитным, а другой слой выполнен из высокопроводящего материала.

Однако этот трансформатор имеет невысокие энергетические показатели при работе одной пары обмоток из-за низкого коэффициента заполнения магнитопровода ферромагнитным материалом, а также труден в изготовлении.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является трехфазный подмагничиваемый трансформатор [3], который содержит два магнитопровода, плоскости которых расположены ортогонально, ряд обмоток: первичную, вторичную и обмотку подмагничивания и фактически совмещает трансформатор и дроссель.

Однако изготовленный по этому принципу трехфазный подмагничиваемый трансформатор характеризуется сложностью конструкции и плохими массогабаритными показателями из-за большого рассеивания между первичной и вторичной обмотками, так как они располагаются на разных стержнях.

Задача изобретения - улучшение массогабаритных и энергетических показателей и упрощение конструкции.

Поставленная задача достигается тем, что в многофункциональном трансформаторе, содержащем два магнитопровода, первичную, вторичную обмотки и ортогонально расположенную им обмотку подмагничивания, фактически являющуюся обмоткой дросселя, два магнитопровода расположены параллельно, первичная и вторичная обмотки охватывают стержни обоих магнитопроводов, а обмотка дросселя расположена между двумя параллельными магнитопроводами ортогонально первичной и вторичной обмоткам.

На фиг. 1 показан предлагаемый трансформатор; на фиг. 2 - путь прохождения магнитного потока, создаваемого основными обмотками; на фиг. 3 - путь прохождения магнитного потока Φ₂, создаваемого обмоткой дросселя в каждом магнитопроводе; на фиг. 4 - геометрическая сумма векторов магнитных потоков обмотки дросселя и обмотки трансформатора; на фиг. 5 - векторная диаграмма распределения токов и напряжений в устройстве, изображенном на фиг 6; на фиг. 6 приведена схема использования многофункционального трансформатора.

Устройство содержит два П-образных магнитопровода 1 и 2, расположенных параллельно. На двух стержнях расположены две первичные 3 и две вторичные 4 обмотки, охватывающие оба стержня магнитопровода. Между параллельными магнитопроводами 1 и 2 находиться обмотка 5, расположенная ортогонально первичным 3 и вторичным 4 обмоткам.

Устройство работает следующим образом.

Первичные обмотки 3 трансформатора наводят магнитный поток Φ₁, проходящий как по магнитопроводу 1, так и по магнитопроводу 2 по путям, указанным на фиг. 2. Обмотка дросселя 5 наводит магнитный поток Φ₂, проходящий перпендикулярно магнитному потоку Φ₁, согласно фиг. 3.

На фиг. 6 приведена схема использования многофункционального трансформатора, используемого для питания нагрузки и коммутации вентилей в автономном инверторе. Дроссель вместе с конденсатором 7 обеспечивает колебательный процесс и запирание вентилей инвертора 6. Обмотки 3 и 4 служат для соединения выходного напряжения инвертора с нагрузкой 8. Так как при колебательном процессе токи I'₂ и напряжения E₁ и E₂ близки к синусоидальным, для всей цепи можно построить векторную диаграмму, изображенную на фиг. 5. Из фиг. 5 видно, что угол между намагничивающим током I_μ и током в обмотке дросселя I₁ близок к π/2. Тогда потоки, создаваемые обмоткой трансформатора Φ₁ и обмоткой дросселя Φ₂, сдвинуты во времени и в пространстве на π/2. Суммарный поток может быть выражен следующим образом:

Из выражения видно, что амплитудное значение суммарного потока не превышает амплитудное значение потоков, создаваемых обмотками трансформатора и дросселя.

Силовые линии потока Φ₂, создаваемого обмоткой дросселя, замыкаются по воздушному зазору между двумя магнитопроводами, поэтому индуктивность намагничивания оказывается низкой и влияние технологических зазоров между листами в магнитопроводе оказывается весьма незначительным.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1244730, кл. H 01 F 27/28,1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 630654, кл. H 01 F 27/24, H 01 F 27/28, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР N 1714700, кл. H 01 F 29/14, 1992.

Использование: в устройствах, использующих одновременно трансформатор и дроссель, например в автономных инверторах. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных и энергетических показателей и упрощении конструкции. Два магнитопровода 1 и 2 располагаются параллельно, первичная 3 и вторичная 4 обмотки охватывают стержни обоих магнитопроводов, а обмотка дросселя 5 расположена между двумя параллельными магнитопроводами 1 и 2 ортогонально первичной 3 и вторичной 4 обмоткам. 6 ил.

Многофункциональный трансформатор, содержащий два магнитопровода, первичную, вторичную обмотки и ортогонально расположенную им обмотку подмагничивания, отличающийся тем, что два магнитопровода расположены параллельно, первичная и вторичная обмотки охватывают стержни обоих магнитопроводов, а обмотка дросселя расположена между двумя параллельными магнитопроводами ортогонально первичной и вторичной обмоткам.