Трехфазный трансформатор Советский патент 1993 года по МПК H01F33/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению и преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, а также в электроустановках общепромышленного назначения.

Целью изобретения является уменьшение массогабэритных показателей трехфазного трансформатора, повышение его КПД.

На фиг.1-3 представлены принципиальные схемы трехфазного трансформатора, векторными диаграммами МДС, магнитных потоков и ЭДС, наводимых в обмотках; на фиг.4 и 5 - конструкции плоскошихтованных четырехстержневых магнитопроводов для предложенного устройства.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема трехфазного трансформатора (заимствована из чертежа ТЦ4.724.028 СБ), содержащего три 0-образ- ных магнитопровода, лежащих в одной плоскости, два крайних из которых внешними . поверхностями стержней прилегают к внешним поверхностям стержней среднего магнитопровода так, что получается групповой четырехстержневой магнитопровод. На каждый стержень намотаны четыре секции первичной обмотки с одинаковым количеством витков, каждая Секция, намотанная на средние стержни представляет собой фазную обмотку первичной обмотки, а две секции помещенные на крайних стержнях группового магнитопровода, соединенные последовательно-встречно образуя третью фазу первичной обмотки. Вторичные обмотки намотаны поверх первичной в той же закономерности. Вторичных обмоток может быть несколько. Обмотки могут быть соединены звездой и треугольником.

00

СА) О VI

СО 00

OJ

При подаче на входные клеммы А, В, С трехфазного напряжения Ui по фазным обмоткам пойдет ток. Каждый 0-образный сердечник находится под действием МДС двух фазных обмоток: 1-й находится под воздействием FA и FB, второй - FB и FC, третий - FC и FA (см.фиг.2). Магнитный поток в каждом 0-образном сердечнике создаётся геометрической разностью двух фазных МДС:

, Fi FB-FA

F2 FC - FB

F3 - FC .

Под действием МДС Fy в сердечнике 1 возникает магнитный поток Ф1 .Фаза потока Ф совпадает с фазой FI . Аналогично возникают магнитные потоки в сердечниках иЗ: ФгиФз.

Средние фазные обмотки ВО и СО охватывают по п§ре автономных магнитных потоков Фги-Ф2 . Фг и Фз соответственно. Суммарный магнитный поток, охватываемый обмоткой ВО равен геометрической разности автономных магнитных потоков в сердечниках 2 и 1, т.е.

Фв Ф1 -Ф2.

Аналогично для фазы С: Фс Ф - Фз.

Магнитный поток Фв наводит в обмотках, помещенных на стержень В, ЭДС, пропорциональные количеству витков, содержащихся в этих обмотках. они отстают от магнитного потока Фв на 90°. Для примера на векторной диаграмме указа н вектор ЭДСфазы В первичной обмотки - Ев. Вектор Ее получен аналогично.

ЭДС фазы А получена сложением векторов: ; - ; Ц . .. -. / .. ;;.;....

;::;.ЁА 1з -€1,- : v :: ;; . .;л :-;

где Е) - ЭДС, наводимая магнитным потси- ком Ф1в секции первичной обмотки, помещенной на крайнем левом стержне составного магнитопррвода:

ЕЗ - то же, но в секции, помещенной на крайнем правом стержне составного магни- топровода.

Вектора ЕА, Ев и ЕС равны по модулю и сдвинуты друг относительно друга на

угол - --радиан.

- -.- :О . - .. . . : ;

Таким образом получена трехфазная система ЭДС первичной обмотки.

Аналогично получается трехфазная система ЭДС вторичной обмотки.

Магнитные потоки средних стержней сердечника:

Фв Ф1 - Фг , .Фс Ф2 -Фз.

Из приведенных выражений ясно, что эти магнитные потоки определяются автономными магнитными .потоками в 0-образных сердечниках Ф, Фг и Фз . Площадь средних стержней группового магнитопровода

равна удвоен ному значению площади поперечного сечения крайнего стержня. При этом плотность магнитного потока в край-, них и средних стержнях имеет одинаковое значение.

Рассмотрим диаграмму магнитных потоков в магнитопроводе трансформатора, изображенную на фиг.2. Учитывая, что модули векторов Ф1 и -Фг равны по величине, а угол между ними равен 120°, по теореме

косинусов получаем .

Фв Л/Ф1 2 +Ф22;-2 Ф Фг -cos 120°

30

Ф1

Из этого следует, что Магнитный поток среднего стержня больше магнитного потока крайнего стержня в раз. Значит, если ; средние стержни выполнить едиными, а не

раздвоенными, как это получается у прототипа, то поперечное сечение средних стержней должно превышать поперечное сечение крайних стержней магнитопровода в . У прототипа Scp 28к, т.е. поперечное сечение средних стержней магнитопровода равно удвоенному сечению крайнего

СТёрЖНЯ/ .- -..;/. ;;: : -; : /:-- : ;.,.,:. Л Л.;; -..; . ;:;. ..

Реализация единого среднего стержня возможна в плоскошихтованной конструкции четырехстержневото магнитопровода. Предлагаемый в заявляемом, техническом решений трехфазный трансформатор выполнен на плоскошихтованном четырех- стержневом магнитопроводе (см.фиг.З),

ширина средних двух стержней составляет приблизительно 1,73 ширины крайних стержней.. . .. :. ;: ; - , . . -.. : .

Разрезные ленточные сердечники характеризуются повышенной стоимостью изза сложности технологической оснастки и необходимости ее частой замены.

Учитывая то, что для трансформаторов с витыми разрезными сердечниками и с плоскошихтованными сердечниками возможно

применение активных материалов с равными значениями удельной загрузки (плотностей магнитного потока и электрического тока), можно сделать вывод, что предлагаемый переход с витых разрезных сердечников на шихтованный соответствует достижению поставленной цели.

Предельная рабочая индукция в шихтованных сердечниках с уширением ярма при применении холоднокатанной стали находится в пределах 1,25-1,65 Тл, а в ленточных разрезных - 1,5-1,65 Тл.

Предлагаемое усовершенствование приводит к уменьшению средней длины витка обмоток, размещаемых на средних стержнях. Это приводит к уменьшению массы провода на трехфазный трансформатор. Уменьшение ширины средних стержней магнитопровода приводит к уменьшению массы магнитопровода. При сохранении . прежними значений загрузки активных материалов уменьшатся потери в стали и в меди трансформатора, а значит, повысится КПД устройства. Уменьшение ширины средних стержней магнитопровода приводит к уменьшению длины трехфазного трансформатора.

На фиг.З представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого трехфазного трансформатора.

Трехфазный трансформатор содержит шихтованный из пластин четырехстержне- вой магнитопровод 1. Ширина двух средних стержней выбрана больше ширины крайних примерно в 1,73 раза. На стержнях магнитопровода помещены секции первичной обмотки 2,3,4 и 5 и секции вторичной обмотки 6, 7, 8 и 9. Количества витков в секциях первичной обмотки одинаковы. Количества витков в секциях вторичной обмотки равным между собой.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на клеммы А, В и С первичной обмотки трехфазного трансформатора в режиме холостого хода по фазным обмоткам потекут токи, которые создадут трехфазную систему.МДС. Как у прототипа,магнитный поток Фь наводится МДС Fi FB FA. магнитный поток Фз наводится МДС Рз Рд-Рс . магнитный поток Фг, протекающий в участке ярма между.средними, стержнями, наводится - МДС F2 Fc - FB . По левому среднему стержню проходит магнитный поток Фа, по правому среднему стержню - магнитный поток Фс. Как показано выше модули магнитных потоков Фа и Фс равны, т.е. Фв - Фс . Следовательно при наличии единых средних стержней в магнитопроводе их ширина должна быть равна увеличенной в V3 раз ширине крайних стержней. Магнитные потоки Фв и Фс наводят фазные ЭДС в обмотках,

размещенных на левом и правом средних стержнях магнитопровода. Величины ЭДС пропорциональны количествам витков в фазных обмотках. Обмотка фазы А содержит две секции, размещенные на крайних узких

стержнях магнитопровода. В одной из секций магнитным потоком Фь наводится ЭДС ЕЧ, в другой секции магнитным потоком Фз наводится ЭДС Ез. Так как секции соединены встречно-последовательно, то EA-tV

-EI. Учитывая, что модули EI Ез и. что угол

--2

между векторами Ез и - Ei , равен

радиан, получаем Ед ЈTEi. Все секции одной обмотки содержат одинаковое ко- личество витков. 3 начит, с учетом равенства потоков Фв Фс , получаем равенство фазных ЭДС Ед Ев ЕС. Из векторной диаграммы следует, что векторы ЕА , Ев и ЕС сдвинуты по фазе на угол

2

радиан. Таким образом получена трехфазная система ЭДС. Таких трехфазных ЭДС различных по величине можно получить несколько, а именно столько, сколько

обмоток находятся на магнитопроводе. .Величины ЭДС будут пропорциональны количествам витков в секциях обмоток

35

Е2

Е1,

W1

где Е2 - ЭДС вторичной обмотки;

EI - ЭДС первичной обмотки;

wi -количество витков в секции первич- ной обмотки;

W2 - количество витков в секции вторичной обмотки.

При подключении к выходным клеммам а, в и с трехфазной нагрузки по секциям вторичной обмотки потечет ток. Первичный ток при этом изменится таким образом, что сохранится равенство МДС первичной и вторичной обмоток.

0 На фиг.4 представлена схема шихтовки магнитопровода заявленного устройства прямоугольными пластинами. На фиг.4а показан нечентный слой пластин; на фиг.4б - четный слой пластин. Каждый слой пластин

5 содержит восемь деталей: по две пластины четырех типоразмеров. Ширина средних двух пластин примерно равна 1,73 ширины крайних пластин.

С целью улучшения параметров трансформатора а магнитопроводе можно приме

нять известные способы: косоугольный стык и уширение ярма.

Применяя Ь и Т-образные пластины (см фиг.5), можно обеспечить изготовление магнитопровода предлагаемого трехфазного трансформатора из пластин двух типоразмеров. При этом слой пластин содержит четыре детали, что приводит к уменьшению числа воздушных зазоров вдвое. Последнее приводит к резкому снижению магнитного сопротивления сердечника и создает возмож-1 ность уменьшения толщины пакета пластид. Как и в случае применения прямоугольных пластин сборка сердечника из пластин типа t-и Т производится вперекрышку. Но в этом случае появляется возможность намотки обмоток на пакеты пластин с предварительным наложением изоляции. После укладки обмоток пакеты собираются встык, плотно прижимаются друг к другу и свариваются жестко швами плазменной сварки. Сборка встык позволяет повысить коэффициент заполнения окна проводниковым материалом, т.е. повысить мощность габарита и существенно снизить трудоемкость сборки трансформатора.

Следует отметить, что технологический

процесс изготовления ленточных разрезных магнитопроводов в большей мере снижает исходные характеристики магнитных материалов по сравнению с процессом изготовления шихтованных магнитопроводов. Удельные потери в шихтованных сердечниках возрастает в 1,15 раза, а в витых разрезных в 1,3 раза.

5

Предварительные расчеты показали, что переход в трехфазном трансформаторе с группового сердечника, составленного из трех магнитопроводов ПЛМ34х50-90 по НПО.666.001 на шихтованный магнитопровод по заявленному техническому решению дает уменьшение длины трансформатора примерно на 7%, обеспечивает уменьшение расхода материалов на средние катушки на 10 6% Общая масса трансформатора уменьшается примерно на 3%. Снижение массы сердечника и массы обмоток средних катушек приводит, к повышению КПД устройства на 3,5%.

Формула изобретения

Трехфазный трансформатор, содержащий четырехстержневой магнитопровод, первичную и вторичную обмотки, каждая из

которых состоит из четырех секций, имеющих соответственно равные количества витков для каждой обмотки и размещенных на каждом из четырех стержней, причем секции размещенные на двух средних стержнях, представляют собой обмотки двух фаз, а две секции, расположенные на крайних стержнях, соединены последовательно- встречно и представляют собой третью фазу, отличающийся тем, что, с целью

улучшения мэссогабаритных показателей, повышения КПД, магнитопровод трансформатора выполнен плоскошихтованным, причем ширина средних стержней магнитопровода составляет около 1.73 ширины

Использование: в электротехнике. Сущность: трансформатор содержит шихтованный из пластин четырехстержневой магнитопровод 1. Ширина двух средних стержней больше ширины крайних примерно в 1,75 раза. На стержнях магнитопровода помещены секции первичной обмотки и секции вторичной обмотки. 5 ил. wЁ

Фиг 1

f ue. 3

Физ. k