Трехфазный трансформатор с пространственным стыковым магнитопроводом Советский патент 1984 года по МПК H01F27/24 

§

/

/ f

00 4 vl

а

-s/yw. / Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве силового трансформатора. Известны трехфазные силовые тран форматы на трехстержневом симметрич ном стыковом пространственном магни топроводе, отличающие уменьшенным расходом стали, меньшими габаритами и подающейся широкой механизации и автоматизации технологией изготовления Г13. Недостатком таких трансформаторов является несинусоидальность ток холостого хода. .Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является трехфазный трансформатор с улучшенной кривой тока холостого хода, содержащий трехстержневой симметричны пространственный магнитопровод, на стержнях которого расположены первичная и вторичная трехфазные обмот ки, на ярмах дополнительные обмотки переменного тока. Дополнительные обмотки соединены в треугольник и включены параллельно с первичной трехфазной обмоткой 2, Недостатком такого трансформатора является повышенный расход актив ных материалов и потерь за счет выполнения дополнительной обмотки на номинашьное напряжение и необходимости ее размещения во внутреннем пространстве магнитопровода,,протекания; тока намагничивания и тока третьей гармоники. Кроме того, такой трансформатор не может быть выполнен по схеме Y /Y и усложняется изготовление системы РПН, Цель изобретения - снижение расх да активных материалов и потерь энергии. Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном трансформатор .с пространственным стыковым магнито проводом, выполненным в виде стержней и ярм, содержсоцем рабочие обмотки на стержнях и дополнительные обмотки на ярмах, соединенные в тре угольник, дополнительные обмотки, соединенные в треугольник, выполнен электрически не зависимо с рабочей обмоткой, а отношение средней длины участка ярма, расположенного между двумя стержнями, к длине стержня составляет 0,75-0,95, На фиг. 1 показан трансформатор общий вид,- на фиг. 2 и 3 - осциллограммы токов холостого хода; на фиг. 4-8 - векторные диаграммы намагничивающих сил, Трехфазный трансформатор с пространственным стыковым магнитопроводом и улучшенной кривой тока холостого хода (фиг, 1) содержит симметричный пространственный магнитопровод, состоящий из трех стержней 1 и двух кольцевых ярм 2 и 2, На стержнях 1 трансформатора разме- . щены рабочие обмотки 3, а на ярмах 2 и 2 размещены дополнительные обмотки 4, соединенные в треугольник и выполненных электрически независимо с рабочими обмотками. При включении трехфазного трансформатора в сеть величина и форма тока холостого хода определяется суммой падений намагничивающих сил на стержне и на двух смежных участках ярм. Известно, что поток каждого стержня Ф в местах соединения стержня с ярмами делится на две части Ф„, смещенные по фазе на ±30 относительно потока стержня (фиг.4) Первые гармоники намагничивающих сил двух смежных ярм также смещены по фазе относительно намагничивающей силы стержня на ±30° и в случае если дополнительные обмотки размещены на ярмах и соединены в треугольник, т.е. в ярмах отсутствует третья гармоника потока, то пятые гармоники намагничивающих сил смещены на +5 -30° +150, а седьмые на +7-30 +210°(фиг. 5 и 6), Ре-, зультирующая намагничивающая сила двух смежных ярм для пятых и седьмых гармоник оказывается в противофазе с намагничивающей силой стержня для этих же гармоник. Это говорит о том, что можно всегда подобрать такой коэффициент геометрии, когда суммарная намагничивающая сила указанных гармоник равна нулю. Аналитически нетрудно показать, что величина тока фазы определяется следующим выражением: )/,K, ,,. где сС и /3 коэффициенты аппрокси-мации кривой намагничивания гиперболическим синусом; приведенное значение индукции первой гармоники, стержня и ярма , -с - длина стержня; -j - коэффициент геометрии магнитопровода, рав v W На практике практическая синусоидальность тока достигается при значениях у 0,75-0,95. При соотношении у меньшим или равным 0,75 синусоидальность тока достигается при соотношении поперечного сечения ярм в 1,1-1,3 раза меньше сечения стержня.

Аналогичного эффекта можно достичь при расположении дополнительной обмотки, соединенной в треугольник, на одном ярме, например на ярме 2. При этом намагничивающая сила пятой и седьмой гармоник смежных участков ярма F, F , не имеющего дополнительной обмотки оказывает-ся в фазе с намагничивающей силой стерня (F5cT тст этих же гармоник). Вызвано это тем, что в ярме в условиях насыщения присутствует третья гармоника потока, которая вызывает изменение фазы намагничигвающей силы пятой и седьмой гармоник. В то же время намагничив кяцие силы пятой и седьмой гармоник смежных участков ярма 75 т имеющего дополнительные обмотки, будут противоположны сумме намагничивающих сил этих же гармоник стержня и двух смежных участков противоположного ярма 2 (фиг. 7 и 8). В этом случае при заданном коэффициенте геометрии можно так подобрать стержи и ярма, что суммарная намагнчивающая сила пятой и седьмой гармоник будет равна нулю. Расчет показывает, что это достигается уменьшением поперечного сечения ярма с дополнительной обмоткой по сравнению с сечением стержня и противоположного ярма. Эксперименты на моделях трансформатора показали, что полная кокшенсация пятой и седьмой гармоник в кривой холостого хода при значениях индукций в/стержнях 1,35-1,65 Тл в случае, если дополнительные обмотки расположены на обоих ярмах, происходит при отношении средней длины участка ярма, расположенного между двумя стержнями, к длине стержня равном 0,75-0,95, В том случае, если это отношение меньше или равно 0,75 полная компенсация происходит при соотношении поФе/г.2

перечного сечения ярм в 1,1-1,3раза меньше сечения стержней. При расположении дополнительных обмоток соединенных в треугольник, на одном ярме компенсации пятых и седьмых гармоник происходит .при уменьшенном в 1,2-1,4 раза поперечном сечении ярма с дополнительными обмотками по сравнению с поперечным сечением дру го го ярма.

На фиг. 2 и 3 приведены осциллограммы токов, холостого хода моделей трансформаторов без условий компенсации высших гармонических намагничивающих сил и при компенсации высших гармонических намагничивающих сил.Осциллограммы полностью подтверждают рабртрспособность транс-, форматоров.

Таким образом, предлагаемый трансформатор, обеспечивая так же, как и прототип существенное улучшение формы кривой тока холостого хода, отличается снижением расходом активных материалов, изоляции и потерь, так как дополнительные обмотки не имеют связи с первой гармоникой потока и напряжением и выполнен со значительно меньшим расходом активных материалов и изоляции. Кроме того, возможность заземления нейтрали обеспечивает снижение изоляции и занимаемого объема рабочей обмотк Благодаря существенному уменьшению объема дополнительных обмоток уменьшаются и потери энергии в обмотке от протекания тока третьей гармоники.

Как показь ает ориентировочный расче.т, снижение массы обмоток предла.гаемого трансформатора составляет 16%, массы стали 3,6%, при этом снижение стоимости активных материалов и изоляции трансформатора состаляет порядка 11%.

flBft

iffllf

WHMW

.

ф1/г.З