МНОГОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 2005 года по МПК H01F30/14 

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

Известен 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 (см. RU, патент №2115186, Н 02 М 5/14, 1998 г., Бюл. №19). В многофазном трансформаторе такой конструкции пазы для укладки обмоток на обоих торцах среднего витого магнитопровода фрезеруются, что предопределяет высокие производственные энергозатраты, безвозвратные отходы в стружку электротехнической стали и повышенные потери энергии на вихревые токи в среднем магнитопроводе. Увеличение потерь на вихревые токи вызвано тем, что в процессе фрезерования пазов витки ленты замыкаются между собой по фрезерованным поверхностям, в результате чего возникает множество короткозамкнутых контуров, перпендикулярных направлению магнитного потока. Кроме того, магнитный поток в зубцах такого трансформатора перпендикулярен направлению проката ленты электротехнической стали, из которой посредством навивки изготавливается средний магнитопровод. Однако известно, что магнитное сопротивление холоднокатаной электротехнической стали в поперечном направлении в 1,5-2 раза выше, чем в направлении проката. Поэтому сопротивление магнитному потоку в зубцовой зоне трансформатора, изготавливаемого подобным образом, оказывается в 1,5-2 раза больше, чем в ярме среднего магнитопровода, если их сечения равны. В этом случае для выравнивания магнитных сопротивлений зубцовой зоны и ярма сечение зубцов приходится увеличивать в 1,5-2 раза, соответственно, что приводит к увеличению массы трансформатора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является многофазный трансформатор, в котором на обе торцовые поверхности среднего витого кольцевого магнитопровода наклеены при помощи ферромагнитного клея витые зубцы, а секции трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток уложены в пазы, образованные зубцами и торцовыми поверхностями среднего магнитопровода (патент РФ, 2187163, Н 01 F 30/14, 2002).

Для уменьшения сопротивления магнитной цепи в местах примыкания зубцов к среднему магнитопроводу их соответствующие торцовые поверхности шлифуют. При этом воздушные зазоры между зубцами и средним магнитопроводом уменьшаются, что влияет на КПД трансформатора в сторону его увеличения за счет уменьшение тока холостого хода.

Однако после шлифовки обеих торцовых поверхностей среднего магнитопровода торцы ленты электротехнической стали, из которой он навивается, оказываются смятыми, что обуславливает их замыкание между собой и влияет на КПД трансформатора в сторону его уменьшения за счет увеличения потерь на вихревые токи в этом магнитопроводе.

Следует также отметить, что в трансформаторе с витыми зубцами, как и в трансформаторе с зубцами фрезерованными, магнитный поток в зубцах также перпендикулярен направлению проката ленты электротехнической стали, что предопределяет увеличение сечения, а значит, и массы зубцов.

Кроме того, крепление зубцов к торцовым поверхностям среднего магнитопровода только с помощью ферромагнитного клея не обеспечивает достаточной механической прочности получающегося соединения. Вследствие этого, как показывает практика, при укладке секций первичной и вторичной обмоток зубцы зачастую отрываются и сборка трансформатора приостанавливается. Секции обмоток, которые уложены в пазы, образованные оторвавшимися зубцами, снимаются, поверхности среднего магнитопровода в месте склейки и оторвавшихся зубцов зачищаются и склеиваются снова. Из-за этого усложняется технология и увеличивается трудоемкость изготовления трансформатора, и, следовательно, повышаются затраты на его производство.

Дополнительное усложнение технологии имеет место и за счет того, что при изготовлении трансформатора в качестве среднего и боковых магнитопроводов используются витые кольца разной высоты.

Заявляемое изобретение позволит решить задачи повышения КПД, уменьшения массы и упрощения технологии изготовления многофазного трансформатора.

С этой целью средний витой магнитопровод выполнен в виде двух склеенных по торцовым не шлифованным поверхностям колец равной высоты, а трехфазная первичная и многофазная вторичная обмотки уложены в пазы, образованные зубцами прямоугольной формы, наклеенными на внешние торцовые шлифованные поверхности колец среднего магнитопровода и приваренными к ним по внешней и внутренней образующим колец, причем зубцы выполнены шихтованными из листов холоднокатной электротехнической стали, ориентированных так, что направление их проката совпадает с направлением магнитного потока.

На фигуре 1 показана конструкция многофазного трансформатора - вид сбоку, на фигуре 2 - вид сверху.

Трансформатор содержит средний витой кольцевой магнитопровод, выполненный из двух одинаковых колец 1, склеенных между собой по торцовым не шлифованным поверхностям. На торцовые шлифованные поверхности этих колец при помощи ферромагнитного клея наклеены шихтованные зубцы 2 прямоугольной формы, которые приварены к кольцам (например, с помощью электродуговой сварки) по их внешней и внутренней образующим в точках сварки 3. Оси симметрии зубцов расположены относительно центра среднего магнитопровода под углом α, определяемым по формуле

α=π/m,

где m - число фаз вторичной обмотки трансформатора.

В пазы, образованные зубцами 2, уложены секции трехфазной первичной и m-фазной вторичной обмоток 4, охватывающих средний магнитопровод. С двух противоположных сторон к зубцам, наклеенным на кольца среднего магнитопровода, примыкают два боковых кольцевых витых магнитопровода 5, высота которых равна высоте колец среднего магнитопровода.

Многофазный трансформатор работает следующим образом. При подключении трехфазной первичной обмотки к питающей сети в среднем магнитопроводе трансформатора создается вращающееся магнитное поле, которое наводит в многофазной вторичной обмотке m-фазную систему ЭДС. При этом ЭДС двух любых соседних вторичных обмоток сдвинуты между собой по фазе на угол 2π/m. В результате происходит преобразование трехфазной первичной системы напряжений в m-фазную вторичную систему.

Изготовление среднего магнитопровода в виде двух склеенных колец, шлифованных только с одной стороны, обеспечивает разрыв контуров, по которым в этом магнитопроводе замыкаются вихревые токи, что позволяет существенно (до 25%, как показали результаты экспериментальных исследований опытных образцов таких трансформаторов) снизить в нем потери на вихревые токи и за счет этого повысить КПД трансформатора.

Следует также отметить, что шихтовка зубцов из листов холоднокатаной электротехнической стали, которые ориентированы так, что направление проката совпадает с направлением магнитного потока, протекающего через них, а также прямоугольная форма зубцов позволяют значительно уменьшить их массу (примерно на 30-40%) и, следовательно, массу трансформатора в целом. При этом за счет прямоугольной формы зубцов обеспечивается увеличение площади сечения пазов, что способствует лучшему охлаждению активной зоны трансформатора в процессе его работы, то есть увеличению его нагрузочной способности.

Поскольку в предлагаемом трансформаторе зубцы привариваются к кольцам среднего магнитопровода по их внешней и внутренней образующим, то возможность отрыва зубцов от магнитопровода при укладке обмоток исключается и, следовательно, существенно упрощается технология и снижается трудоемкость сборки трансформатора. Упрощению технологии также способствует изготовление боковых и среднего магнитопроводов из витых колец равной высоты.

Таким образом, заявляемое изобретение позволит по сравнению с прототипом повысить КПД, уменьшить массу и упростить технологию изготовления многофазного трансформатора.

Изобретение относится к трансформаторостроению и может быть использовано в многофазных полупроводниковых преобразователях электрической энергии. Средний витой магнитопровод выполнен в виде двух склеенных по торцовым не шлифованным поверхностям колец равной высоты, которая равна высоте колец боковых магнитопроводов. Трехфазная первичная и многофазная вторичная обмотки уложены в пазы, образованные зубцами прямоугольной формы, наклеенными на внешние торцовые шлифованные поверхности колец среднего магнитопровода и приваренными к ним по внешней и внутренней образующим. Зубцы выполнены шихтованными из листов холоднокатаной электротехнической стали, ориентированных так, что направление их проката совпадает с направлением магнитного потока. Технический результат заключается в повышении к.п.д., уменьшении массы и упрощении технологии изготовления. 2 ил.

Многофазный трансформатор, содержащий средний витой кольцевой магнитопровод с охватывающими его трехфазной первичной и многофазной вторичной обмотками, уложенными в пазы между зубцами, наклеенными на его торцевые поверхности, и два боковых витых кольцевых магнитопровода без пазов, отличающийся тем, что средний витой магнитопровод выполнен в виде двух склеенных по торцовым не шлифованным поверхностям колец равной высоты, которая равна высоте колец боковых магнитопроводов, а трехфазная первичная и многофазная вторичная обмотки уложены в пазы, образованные зубцами прямоугольной формы, наклеенными на внешние торцовые шлифованные поверхности колец среднего магнитопровода и приваренными к ним по внешней и внутренней образующим, причем зубцы выполнены шихтованными из листов холоднокатаной электротехнической стали, ориентированных так, что направление их проката совпадает с направлением магнитного потока.