МНОГОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 2002 года по МПК H01F30/14 

Изобретение относится к трансформаторостроению и может быть использовано в многофазных полупроводниковых преобразователях электрической энергии.

Известен многофазный трансформатор, вторичная обмотка которого разделена на отдельные секции, из которых формируются фазы многофазной системы (И.С. Климов. Пути создания многофазных трансформаторов и генераторов-трансформаторов. Электричество, 1958, 8, с. 50-54). Oднако конструкция такого трансформатора является достаточно сложной для практической реализации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является многофазный трансформатор, содержащий 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 через немагнитные прокладки (патент РФ, 2115186, Н 02 М 5/14, 1998).

В многофазном трансформаторе такой конструкции пазы для укладки обмоток на обоих торцах среднего магнитопровода фрезеруются, что приводит к усложнению технологии его изготовления и безвозвратным потерям электротехнической стали на стружку. При этом зубцы имеют в поперечном сечении форму, близкую к трапецеидальной, при которой ширина зубцов вдоль радиуса среднего магнитопровода оказывается различной - возрастающей в направлении от центра магнитопровода к внешней его части. В результате индукция магнитного поля вдоль зубца оказывается неодинаковой, что обуславливает дополнительные потери энергии в зубцовой зоне среднего магнитопровода и рост нелинейных искажений ЭДС, а следовательно, и напряжений вторичных обмоток трансформатора.

Кроме того, фрезерование пазов в среднем магнитопроводе приводит к замыканию листов электротехнической стали между собой, в результате чего увеличиваются потери на вихревые токи.

Техническое решение направлено на упрощение технологии изготовления трансформатора, уменьшение расхода электротехнической стали, увеличение КПД, а также улучшение качества преобразования электроэнергии.

Решение поставленной задачи достигается тем, что на обе торцевые поверхности среднего витого кольцевого магнитопровода наклеены при помощи ферромагнитного клея витые зубцы, а секции трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток уложены в пазы, образованные витыми зубцами и торцевыми поверхностями среднего витого кольцевого магнитопровода.

На фиг. 1 показана конструкция многофазного трансформатора - вид сбоку, на фиг.2 - вид сверху (в разрезе по зубцовой зоне).

Трансформатор содержит средний витой кольцевой магнитопровод 1, на обе торцевые поверхности которого при помощи ферромагнитного клея наклеены витые зубцы 2, оси симметрии которых относительно центра среднего витого кольцевого магнитопровода расположены под углом α, определяемым по формуле: α = π/m, где m - число фаз вторичной обмотки трансформатора.

В пазы, образованные витыми зубцами 2 и торцевыми поверхностями среднего витого кольцевого магнитопровода, уложены секции трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток 3. С двух противоположных сторон к среднему витому кольцевому магнитопроводу, с наклеенными на него зубцами, примыкают два боковых витых кольцевых магнитопровода 4.

Многофазный трансформатор работает следующим образом. При подключении трехфазной первичной обмотки к питающей сети в среднем витом кольцевом магнитопроводе трансформатора создается вращающееся магнитное поле, которое наводит в многофазной вторичной обмотке систему многофазных ЭДС, сдвинутых друг относительно друга на угол 2π/m. В результате происходит преобразование трехфазной первичной системы напряжений в m-фазную вторичную систему.

Благодаря высокой симметрии магнитной цепи, достигаемой за счет практически одинаковой ширины активной части витого зубца вдоль его оси, распределение потока в зубцовой зоне трансформатора оказывается более равномерным, чем в прототипе. В этом случае индукция в зубцах, а значит и амплитуды вторичных напряжений и фазовые сдвиги между ними оказываются практически одинаковыми, а нелинейные искажения напряжений вторичных обмоток трансформатора снижаются, то есть увеличивается эффективность использования электротехнической стали в зубцовой зоне. Одновременно снижается уровень высших гармонических составляющих в кривой напряжения питающей сети. Кроме того, наличие полости в теле зубцов позволяет значительно уменьшить их массу (примерно на 25-30%), а следовательно, и массу трансформатора в целом при одновременном снижении расхода электротехнической стали на его изготовление.

Следует также отметить, что при изготовлении витых зубцов исключается замыкание отдельных витков ленты электротехнической стали, имеющее место в прототипе при фрезеровании пазов на торцах среднего витого кольцевого магнитопровода. В результате снижаются потери на вихревые токи в стали как среднего витого кольцевого магнитопровода, так и зубцов.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволит в сравнении с прототипом упростить технологию изготовления многофазного трансформатора, уменьшить расход и увеличить эффективность использования электротехнической стали при его изготовлении, а также улучшить качество преобразования электроэнергии.

Использование: в многофазных полупроводниковых преобразователях электрической энергии. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления, уменьшении расхода и увеличении эффективности использования электротехнической стали, а также улучшении качества преобразования электроэнергии. Два боковых витых кольцевых магнитопровода, примыкающих к торцевым поверхностям среднего магнитопровода, выполнены без пазов, а трехфазная первичная и многофазная вторичная обмотки уложены в пазы между витыми зубцами, наклеенными на торцевые поверхности среднего магнитопровода. 2 ил.

Многофазный трансформатор, содержащий средний витой кольцевой магнитопровод с секциями трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток и примыкающие к нему с двух его противоположных сторон два боковых витых кольцевых магнитопровода без обмоток, отличающийся тем, что на обе торцевые поверхности среднего витого кольцевого магнитопровода наклеены при помощи ферромагнитного клея витые зубцы, а секции трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток уложены в пазы, образованные витыми зубцами и торцевыми поверхностями среднего витого кольцевого магнитопровода.