Магнитопровод трансформатора (варианты) Российский патент 2018 года по МПК H01F27/25 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к магнитопроводам трансформаторов.

Известна плоская многофазная магнитная система (патент РФ №2 444 801 C1, H01F 3/04, H01F 27/25, 2010), выполненная из ленточного аморфного ферромагнитного материала, которая содержит верхние и нижние ярма и стержни, которые соединены друг с другом с образованием единой бесстыковой конструкции. Ярма и стержни выполнены в виде собранных из лент пакетов с прямоугольным поперечным сечением равной толщины. Пакеты выполнены симметрично сдвинутыми относительно вертикальной и горизонтальной оси соответственно ярем и стержней и друг друга. Каждый из последующих пакетов выполнен меньшей площади, чем предыдущий, и сдвинут на одинаковое расстояние от сторон предыдущего пакета с образованием в поперечном сечении ярем и стержней симметричной многоступенчатой фигуры, углы которой размещены на одинаковом расстоянии от пересечения вертикальной и горизонтальной осей симметрии. Пакеты выполнены от 1 до 10 мм, толщина лент, входящих в пакеты, от 20 до 40 мкм.

Недостатками данной конструкции являются сложность сборки магнитопровода, низкая индукция насыщения.

Известен магнитопровод (патент РФ №94 049 Ul, H01F 27/25, 2010), выполненный витым из ленты магнитомягкого сплава и термообработанным, который состоит, по меньшей мере, из двух примыкающих друг к другу сердечников, разделенных электроизоляционными прокладками.

Недостатками данной конструкции являются сложность сборки магнитопровода, неэффективное соотношение между индукцией насыщения и потерями в объеме магнитопровода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является трансформатор с параллельными магнитными цепями различной средней длины и характеристиками удельных потерь [патент US №4205288, МПК H01F 33/00, H01F 27/24], имеющий обмотку и магнитный сердечник, содержащий две параллельные магнитные цепи с различными средними длинами. Причем короткая параллельная магнитная цепь изготовлена из магнитного материала, имеющего более низкие удельные потери, а в более длинных параллельных магнитных цепях используется магнитный материал с более высокими удельными потерями при сопоставимых уровнях индукции.

Недостатком данной конструкции является неэффективное соотношение материалов магнитопровода и неравномерное распределение магнитных потоков по сечению магнитопровода.

Задача изобретения - повышение эффективности использования магнитопровода посредством установления оптимального соотношения его материалов при использовании частичного синтеза наилучших свойств магнитных материалов, улучшения охлаждения магнитопровода.

Технический результат - увеличение КПД трансформатора, достижение оптимального соотношения объемов магнитных материалов в магнитопроводе и их эффективное распределение в конструкции.

Поставленная задача решается, а технический результат по первому варианту достигается тем, что магнитные материалы магнитопровода намотаны слоями друг на друга с общим количеством слоев n, с соотношением объемов магнитного материала в двух соседних слоях, равным соотношению суммарных объемов магнитных материалов в n слоях, которое определяется по формуле:,

где V_c2 - суммарный объем второго магнитного материала в n слоях;

V_{c 1} - суммарный объем первого магнитного материала в n слоях;

B_{s 1} - индукция насыщения первого материала;

B_{s 2} - индукция насыщения второго материала;

р_{с 1} - удельные потери первого материала;

р_{с 2} - удельные потери второго материала,

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена трехстержневой.

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена кольцевой.

Поставленная задача решается, а технический результат по второму варианту достигается тем, что магнитные материалы магнитопровода уложены параллельно друг другу с общим количеством слоев n, с соотношением объемов магнитного материала в двух соседних слоях, равным соотношению суммарных объемов магнитных материалов в n слоях, которое определяется по формуле: ,

где V_c2 - суммарный объем второго магнитного материала в n слоях;

V_{c 1} - суммарный объем первого магнитного материала в n слоях;

B_{s 1} - индукция насыщения первого материала;

B_s2 - индукция насыщения второго материала;

р_{с 1} - удельные потери первого материала;

р_{с 2} - удельные потери второго материала.

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена трехстержневой.

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена кольцевой.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен трехстержневой магнитопровод по первому варианту. На фиг. 2 - общий вид трехстержневого магнитопровода по первому варианту. На фиг. 3 - трехстержневой магнитопровод по второму варианту. На фиг. 4 - вариант магнитопровода кольцевого типа по первому варианту. На фиг. 5 - общий вид магнитопровода кольцевого типа по первому варианту. На фиг. 6 - магнитопровод кольцевого типа по второму варианту.

Предложенный магнитопровод содержит магнитный материал 1 и магнитный материал 2, уложенные таким образом, что слой магнитного материала 1 чередуется со слоем магнитного материала 2 до достижения n слоев в продольном (фиг. 1 - фиг. 2 и фиг. 4 - фиг. 5) или поперечном направлении (фиг. 3 и фиг. 6) с соотношением объемов магнитных материалов

где V_c2 - суммарный объем второго магнитного материала в n слоях;

V_{c 1} - суммарный объем первого магнитного материала в n слоях;

B_{s 1} - индукция насыщения первого материала;

B_s2 - индукция насыщения второго материала;

р_{с 1} - удельные потери первого материала;

Р_{с 2} - удельные потери второго материала.

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена трехстержневой.

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена кольцевой.

Предложенный магнитопровод по всем вариантам работает следующим образом: в магнитном поле в магнитопроводе возникает магнитный поток, представляющий собой сумму магнитных потоков в материалах 1 и 2. При достижении индукции насыщения материалом одного вида его магнитное сопротивление резко возрастет и основной рост магнитного потока будет наблюдаться в материале с более высокой индукцией насыщения. Также при достижении индукции насыщения магнитным материалом одного вида его температура будет выше температуры материала с более высокой индукцией насыщения, в связи с чем конструкция магнитопровода позволяет рассредоточить источники нагрева равномерно по сечению, а также повысить эффективность за счет оптимального соотношения потерь в магнитопроводе и индукции насыщения.

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает синтез характеристик материалов магнитопровода и позволяет равномерно распределить нагрев по его сечению.

Итак, заявленное изобретение позволяет повысить КПД трансформатора, улучшить его охлаждение.

Изобретение относится к электротехнике, к магнитопроводам трансформаторов. Технический результат состоит в повышении кпд, достижении оптимального соотношения объемов магнитных материалов в магнитопроводе и их эффективное распределение в конструкции. По первому варианту магнитные материалы намотаны слоями друг на друга с общим количеством слоев n, с соотношением объемов магнитного материала в двух соседних слоях, равным соотношению суммарных объемов магнитных материалов в n слоях, которое определяется по формуле: , где V_c2 - суммарный объем второго магнитного материала в n слоях; V_c1 - суммарный объем первого магнитного материала в n слоях; B_sl - индукция насыщения первого материала; B_s2 - индукция насыщения второго материала; p_c1 - удельные потери первого материала; p_c2 - удельные потери второго материала. По второму варианту магнитные материалы магнитопровода уложены параллельно друг другу с общим количеством слоев n, с соотношением объемов магнитного материала в двух соседних слоях, равным соотношению суммарных объемов магнитных материалов в n слоях, которое определяется по формуле: , где V_c2 - суммарный объем второго магнитного материала в n слоях; V_c1 - суммарный объем первого магнитного материала в n слоях; B_s1 - индукция насыщения первого материала; B_s2 - индукция насыщения второго материала; p_c1 - удельные потери первого материала; p_c2 - удельные потери второго материала. Конструкция магнитопровода может быть выполнена трехстержневой или кольцевой. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Магнитопровод трансформатора, содержащий параллельные магнитные цепи разной средней длины из различных магнитных материалов, отличающийся тем, что магнитные материалы намотаны слоями друг на друга с общим количеством слоев n, с соотношением объемов магнитного материала в двух соседних слоях, равным соотношению суммарных объемов магнитных материалов в n слоях, которое определяется по формуле: ,

где V_с2 - суммарный объем второго магнитного материала в n слоях;

V_c1 - суммарный объем первого магнитного материала в n слоях;

B_s1 - индукция насыщения первого материала;

B_s2 - индукция насыщения второго материала;

p_c1 - удельные потери первого материала;

p_c2 - удельные потери второго материала.

2. Магнитопровод трансформатора по п. 1, отличающийся тем, что конструкция магнитопровода выполнена трехстержневой.

3. Магнитопровод трансформатора по п. 1, отличающийся тем, что конструкция магнитопровода выполнена кольцевой.

4. Магнитопровод трансформатора, содержащий параллельные магнитные цепи разной средней длины из различных магнитных материалов, отличающийся тем, что магнитные материалы уложены параллельно друг другу с общим количеством слоев n, с соотношением объемов магнитного материала в двух соседних слоях, равным соотношению суммарных объемов магнитных материалов в n слоях, которое определяется по формуле: ,

где V_с2 - суммарный объем второго магнитного материала в n слоях;

V_c1 - суммарный объем первого магнитного материала в n слоях;

B_s1 - индукция насыщения первого материала;

B_s2 - индукция насыщения второго материала;

p_c1 - удельные потери первого материала;

p_c2 - удельные потери второго материала.

5. Магнитопровод трансформатора по п. 4, отличающийся тем, что конструкция магнитопровода выполнена трехстержневой.

6. Магнитопровод трансформатора по п. 4, отличающийся тем, что конструкция магнитопровода выполнена кольцевой.