Трехфазный трансформатор малой мощности Советский патент 1992 года по МПК H01F33/00 

Фиг. 2

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может найти применение во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры, в устройствах автоматики и других.

Известны трехкатушечные трехфазные трансформаторы малой мощности на трех- стержневых ферромагнитных сердечниках шихтованных, ленточных замкнутых и ленточных разъемных (разрезных). Все три стержня у каждого из указанных сердечников имеют одинаковую ширину и одинаковую площадь поперечного сечения, На стержнях сердечника размещены по катушке. Общее число катушек равно трем. Недостатком этих трансформаторов является наличие трех катушек, которые представляют собой самые сложные и трудоемкие узлы трансформаторов, что приводит к повышению себестоимости.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является трехфазный трансформатор малой мощности, который состоит из двух катушек, каждая из которых содержит первичную сбмотку и по крайней мере одну вторичную обмотку. Магнитная система его содержит два 0-образных магнитопровода, расположенных смежно, на крайних стержнях которых размещены катушки, Магнито- проводы стянуты в единый блок ленточным бандажом и скобой. Первичные и вторичные обмотки этого трансформатора соединены в трехфазную систему по Т-образной схеме, причем одна из катушек имеет обмотки, разделенные отводами на две концентрические части, при этом для получения симметричного вторичного напряжения на нагрузке вторичная обмотка разделена отводом на две концентрические части с соотношением витков внутренней части к виткам наружной части от 0,92 до 0,99.

Недостатком известного устройства являются завышенные длина трехфазного трансформатора, расход материала на сердечник и потери в сердечнике за счет удвоенной ширины среднего стержня сердечника.

Цель предлагаемого изобретения - уменьшение длины трансформатора, расхода материала на сердечник и потерь.

Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном трансформаторе малой мощности применен трехстержневой, шихтованный из пластин, изготовленных из ферромагнитного материала, сердечник, на крайних стержнях которого размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные в трехфазную систему по Т-образной схеме, при этом обмотки одной из катушек имеют отводы, которые делят обмотки на

две концентрические части: внутреннюю и наружную. Для вторичной обмотки отношение витков внутренней части к виткам наружной части находится в пределах от 0,92

до 0,99. Усовершенствование заключается в том, что ширина среднего стержня у заявляемого устройства больше ширины крайних стержней. У прототипа ширина среднего стержня больше ширины крайних

0 стержней в 2 раза.

Кроме того, у разрезных ленточных сердечников магнитные свойства исходных материалов ухудшаются в большей степени, чем у шихтованных. Если у шихтованных

5 сердечников коэффициент увеличения потерь при частоте 50 Гц составляет 1.15, то для разрезных ленточных сердечников -1,3. Допускаемые предельные отклонения размеров ленточных сердечников назнача0 ются по 14-16 квалитету. Это приводит к необходимости больших зазоров между сердечником и катушкой, т.е. - к снижению заполнения объема трансформатора активными материалами. Увеличение зазоров

5 между катушкой и сердечником в трансформаторах малой мощности ведет к увеличению средней длины витка обмоток и к ухудшению условий охлаждения.

Допустимые предельные отклонения на

0 штампованные пластины значительно меньше. Они назначаются по 11-12 квалите- там (см. ГОСТ 20249-80. Пластины и магни- топроводыпластинчатые для

трансформаторов и дросселей. Типы и ос5 новные размеры). Поэтому пластинчатые магнитопроводы позволяют уменьшить зазоры между катушкой и сердечником.

Применение рациональных соотношений размеров элементов пластин и исполь0 зование уширения ярма позволяют реализовать в стержнях шихтованных сердечников плотности магнитного потока, не уступающие допустимым значениям плотности магнитного потока в ленточных раз5 резных сердечниках,

На фиг.1 изображена фронтальная проекция предлагаемого трехфазного трансформатора; на фиг.2 - его принципиальная электрическая схема; на фиг.З показана век0 торная диаграмма ЭДС частей первичной обмотки и магнитных потоков в стержнях сердечника.

Трехфазный трансформатор имеет шихтованный из пластин сердечник 1 и две ка5 тушки 2 и 3. Сердечник 1 может быть зашихтован плартинами любой известной конфигурации, например: пластинами типа Е,Е; E.I: L.T; прямоугольными пластинами. На фиг.1 показан сердечник, шихтованный пластинами типа Е.1. Сердечник имеет стержни 4.5 и б, замкнутые ярмаг :и. На крайних стержнях А и 6 размещены катушки 2 и 3. Средний стержень 5 сердечника свободен от катушек и служит для замыкания магнитных потоков, наводимых катушками 2 и 3 при прохождении по ним тока.

Катушка 2 содержит две обмотки: первичную 2-1 и вторичную 2-2. Катушка 3 содержит первичную обмотку 3-1 и вторичную 3-2. Вторичных обмоток может быть не- сколько. Первичные обмотки 2-1 и 3-1, а также вторичные обмотки 2-2 и 3-2 соединены по Т-образной схеме (см.фиг.2).

Концы первичных обмоток 2-1 и 3-1 (А, В и С) соединены таким обрасом, что конец первичной обмотки 3-1 соединен с серединой первичной обмотки 2-1. Концы вторичных обмоток 2-2 и 3-2 (а, Ь, с) соединены так, что конец вторичной обмотки 3-2 соединены со вторичной обмоткой 2-2 в точке Oi, сме- щенной от точки О, которая является серединой данной вторичной обмотки.

Отвод от точки СИ делит вторичную обметку 2-2 на две концентрические части, при этом соотношение витков внутренней концентрической части к наружной имеет значение от 0,92 до 0,99.

Устройство работаэт следующим образом.

При подаче на клеммы А, В, С трехфаз- ного напряжения (см. фиг.2) в стержнях 4 и б наводятся магнитные потоки Ф и Фб| которые индуцируют в обмотках 2-1 и 3-1 ЭДС

.W2-i Ф4т, В;

E3-i 4KfM/3-i Фет, В, где Е2-1 и Ез-i - ЭДС частей обмотки;

К - коэффициент формы кривой;

f - частота, Гц;

Л/2-1 - количество витков части первич- ной обмотки, размещенной на стержне 4;

Л/з-1 - количество витков части первичной обмотки, размещенной на стержне 6;

Ф4т и Фбт амплитудные значения магнитных потоков в стержнях 4 и 6.

Для соединения двух обмоток 2-1 и 3-1 в трехфазную систему по Т-образной схеме количество витков в обмотках связаны соотношением

W3-1 -f-W2-i ,

Из векторной диаграммы (см. фиг.2)слеУЗ

дует, что Ез-1 2 Е2 1; вектора Ез-i и Е2-1 перпендикулярны, поэтому магнитные по- токи ФА и Фе по модулю равны и сдвинуты

п по фазе на угол д-.

Магнитные потоки Ф4 и Фвзамыкаются по стержню 5 так, что магнитный поток в

стержне 5 определяется геометрической суммой магнитных потоков в стержнях 4 и 6:

+ Фб

Учитывая сказанное выше , амплитуда

ЭТОГО ПОТОКа Фбт 3б Ф4п1.

Значит, площадь сечения среднего стержня сердечника Ss 84 2 SG, где S4 Se-площадь сечений крайних стержней.

Магнитные потоки Ф4 и Фе наводят в частях 2-2 и 3-2 вторичной обмотки ЭДС, которые можно рассчитать по значению напряжения, поданного на первичную обмотку, и по количествам витков в обмотках:

W Е2-2 Lh VV2

W2-l

2 ;Е3-2 х

X

W3-2

W3-1 f

где Е2-2 и Ез-2 - ЭДС частей вторичной обмотки;

W2-1 и Л/з-1 количество витков в частях первичной обмотки;

W2-2 и Л/з-2 количество витков в частях вторичной обмотки.

Если конец обмотки 3-2 присоединен к точке О, которая делит обмотку 2-2 на две концентрированные части, содержащие равное количество витков, то в режиме холостого хода на клеммах а, Ь, с изведется симметричная трехфазная система ЭДС. При подключении к клеммам а, Ь, с симметричной трехфазной нагрузки по обмоткам трансформатора потечет ток. Т.к. части обмоток 2-2 концентричны, то нижняя часть будет иметь меньшее сопротивление, а верхняя часть - большее сопротивление. Падение напряжения на нижней части будет меньше падения напряжения на верхней части. Поэтому в режиме нагрузки напряжения на фазах будут иметь перекос.

Для получения в режиме номинальной нагрузки на выходе симметричного трехфазного напряжения конец обмотки 3-2 присоединяется к обмотке 2-2 в точке OL которая делит обмотку 2-2 на две концентрические части, с соотношением количества витков внутренней части к количеству витков наружной части от 0,92 до 0,99.

Так как толщина пакета пластин в стержнях одинакова получаем

ZL

34 - Зб 2 а5 %

где 34, as и as - ширина соответствующих стержней сердечника.

У устройства по а.с. СССР № 826435 магнитные потоки в сердечниках автономны и ширина среднего стержня магнитолро- вода равна удвоенной ширине крайних стержней. При этом плотность магнитного

потока в средних и в крайних стержнях имеет одинаковое значение,

Как показано в технической лите0атуре, в рационально сконструированных шихтованных сердечниках допустимые значения плотности магнитного потока не уступают последним в ленточных сердечниках. Учитывая это, можно сделать вывод, что плотность магнитного потока в стержнях сердечников у известного трансформатора и у предложенного можно принимать равными. Если обозначить ширину крайних стержней сердечников устройств а, то ширина среднего стержня сердечника прототипа составит 2а, а для предлагаемого устройства - 2 а « 1,4 1 а . Значит, длина предложенного трансформатора уменьшится на 2а-1,,59а. Уменьшение ширины среднего стержня ведет к уменьшению расхода материала на сердечник, а последнее приводит при сохранении плотности магнитного потока в стержнях к снижению потерь в стали.

Работоспособность предложенного устройства проверена на макете двухкатушечного трехфазного трансформатора мощностью 110 ВА. Ширина крайних стержней сердечника принята равной 20 мм. Переход от прототипа к предложенному устройству позволил уменьшить длинутрансформатора

с 144 мм до 132 мм, т.е. 100% 8.3%.

Формул а изобретения

Трехфазный трансформатор малой мощности, содержащий трехстержневой ферромагнитный сердечник, на крайних стержнях которого размещены катушки первичных и вторичных обмоток, соединенные в трехфазную систему по Т-образной схеме, при этом одна из катушек вторичной обмотки разделена отводом на две концентрические части с отношением витков внутренней части к наружной от 0,92-0,99. о тличающийся тем, что, с целью уменьшения длины, снижения расхода материала сердечника и потерь в нем, сердечник выполнен шихтованным и ширина его среднего стержняпревышает ширину

крайних стержней в 2 раз.

Применение; в электротехнике, в частности во вторичных источниках питания. Сущность: трансформатор имеет шихтованный сердечник 1 и две катушки 2 и 3, размещенные на крайних стержнях 4 и 6 маг- нитопровода. Средний стержень 5 свободен от катушек и служит для замыкания магнитных потоков от катушек 2 и 3 при прохождении по ним тока. Ширина среднего стержня превышает ширину крайних стержней вт2раза, а обмотки соединены в трехфазную систему по Т-образной схеме. Такое решение позволяет уменьшить длину, сни-, зить расход материала и потерь в нем. 3 ил. 3-2 VI %1 % CJ 00

2-1

г-г

/

/-.

1

/

3-1

3-2

/

J

N

Фиг. /

Фв

ЕГО

фиг.З