Трансформатор силовой Советский патент 1981 года по МПК H01F27/28 

I

Изобретение относится к области электротехиЕКИ, в частности, к обмоткам силовых траисформаторов

Иэвестеи трансформатор, обмотки которого содержат параллельные ветви. В таких обмотках применяют транспозицию ветвей, которые способствуют более равномерному распределению то« ка по сечению витка i

Опиако, токи отдельных ветоей обычно превышают токи соответствукицие равномерному распределенню, что вызы-, вает добавочные потерн и нагревы в обмотке.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является трансформатор силовой, содержащий установленную на стержне магнитопровода многоходсюую винтовую двухслойную обмотку с общей транспозицией ходов на переходе меяяу слоями и радиальным расположением отводов, снаружи которой расположена, по крайней мере, еще одна обмопса. При

1этом соседние пары отводов образуют практически одинаковые центральные уг лы 2:1 .

Недостаток устройства - сушествен;но неравномерное распределение тока по ходам, несмотря на применение транспозиций. Указанный недостаток ведет к увеличению потерь электроэнергии, снижвнню динамической стойкости трансфо MaiTopa при коротких замыканиях, к по10вышению местных иагревов и, как следствие, к уменыпению срока службы трансформатора.

Для компенсации указанных недостагкол при проектировании трансформаторов

IS преходится увеличивать вложение материалов в конструкцию.

Цель изобретения - снижение потерь электроэнергии и расхода материалов за счет более равномерного распреде20лення тока между ходами обмотки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном трансформаторе силовом, содержащем установленную на стержгне магнитопровода многоходовую винтовую двухслойную обмотку с общей транспозицией ходов на переходе между слоями и радиальным расположением отводов, снаружи которой расположена, по крайней мере, еще одна обмотка, угол i между радиусами, по которым направлены отв.оды двух ближайших к переходу ходов внутреннего слоя обмотки, выполнен болъщим, чем угол cLo , образуемый радиусами других соседних отводов. При этом отношение углов определяется иэ условия

/ 8-Уг Е.

cL j 8.тг Е. а ц

K-i

где В - составляющая индукции магнитного поля рассеяния, нормальная к поверхности контура от водов и усредненная по этой поверхности ; средние диаметры внутреннего

и наружного слоев данной обмотки;

Dn - наружньтй диаметр наружной обмотки ;

Е - ЭДС, индуктируемая в контуре двух указанных ходов магннт ным полем рассеяния в области обмотки;

Си - угловая частота тока. На фиг. 1 приведена принципиальная схема обмоток одного стержня трансформатора ; на фиг. 2 схематически показано поперечное сечение стержня; на фиг. обмотка, вид сверху; на фиг. 4 - контуры, образуемые отводами обмотки; на фиг. 5 - распределение тока по ходам обмотки.

На стержне магнитопровода 1 рюс- положена многоходовая винтовая двухслойная обмотка 2, а снаружи - обмотка 3 (фиг. 1-3), Обмотка 2 имеет общую транспозицию ходов 4 на переходе 5 между слоями (фиг. 2) и радиальное расположение отводов 6 (фиг. 3).

Ходы 4, заканчивающиеся отводами 6, соединяются параллельно перемычкам 7. Нумерация ходов 4 на фиг. 2 н (i - номер хода) соответствует нумерации отводов на фиг. 3 и 4.

На фш 4 обозначено 6L - центральный угол между отводами двух ближайщих к переходу ходов внутреннего слоя (седьмого и восьмого) ; oLp- центральный угол между любыми другими соседними отводами; D,j- средние диаметры слоев обмотки 2 ; DJ- наружный диаметр обмотки 3.

Параллельные ветви обмотки (ходы 4 заканчивающиеся отводами 6 и перемычками 7) образуют систему замкнутых контуров, в которых магнитное поле рассеяния индуктирует ЭДС. Под действием этих ЭДС в указанных контурах возникают циркулирующие токи, которые, накладьтаясь на основные, являются неравномерного распределения результирующих токов по ветвям. Это распределение может быть рассчитано по известной методике и измерено в опыте.

Изменяя соотношение между углами d.Kd-Q, можно изменять размеры указанных контуров и тем самым влиять на распределение тока. Необходимым условием реализации этого положения 5тляется наличие снаружи винтовой обмотки с отводами еще хотя бы одной обмотки, так как лишь в этом случае в области отводов магнитное поле будет достаточно сильным. Это требование практически всегда выполняется, так как рассмат риваемая обмотка обычно не бывает наружной.

Качество распределения тока в обмотке характеризуется относительным током наиболее нагруженной ветвиП 3 |3 где 3 - реальный ток ветви, Jp - ток, соответствующий равномерному распределению.

Чем ближе ток 3 к единице, тем меньше добавочные потери и нагрев и вьшде электродинамическая стойкость обмотки. На фиг. 5 приведено типичное распределение тока в обмотке в виде зависимости тока от номера хода i для нескольких значений отношения cL/cic Для oL/ ei-Q 1,- соответствующего реалг ной конструкции известного устройства, приведены опытные (пунктир) и расчетные (сплошные линии) значения токов, а для остальньхх значений d/do - расчетные, С увеличением oL/dio ток 3/0 наиболее нагруженного восьмого хода заметно уменьшается (фиг, 5), а токи остальных ходов несколько увеличивают ся. При «i/do 3 токи 3 и Ilg уравниваются, а при больших значениях А/ do наиболее нагруженным становится седьмой ход, ток которого3 в отличие от тока 3 g с увеличением d. /do не уменьшается, а растет, при некотором значении ct/ Ы-о достигает исходного значения тока в , а при дальнейшем увеличении cL/do превысит его. Введем обозначения: - число параллельных ветвей j (пртг; токи ветвей с номерам mи vn a(j - исходное значение тока 3 (при eL/cLo 1)Г (Ь - значение cL/elo при котором тп - тfiij - значение d /ot-o при котором ЗтоТогда результаты приведенного анализа графиков (фиг. 5) можно обобщить следующим образом. Положительный э4н фект, т. е, снижение тока наиболее нагруженной ветви, имеет место Пря r eL|dLo причем максимальный эффект наступает при oL/eL о fi . Дл реализации шлесообразно использовать областьС; с1Д(; так как при |3 oL / d-o PIJ , эффект не вьпие, а габарИ1Ъ1 отводов больше,Вьфазим величину fft-i через парамет ры обмотки и магнитного поля. Имеем )Eo+EV(m-iKEQ-eo)+E io5M И где Е - ЭДС ветви L ; -ЕрПРи iem ПРИ i 1« W , Е - ЭДС в контуре в (фиг ЕО,О - контурах вида eiiltcj, d1in& соответственно (фиг с , JiLw , io5M--fQ: Е. « jV. - ЭДС и потокоспепление воо ражаемого контура образован ного ветвью 1 и некоторой ба зисной линией в области обмотки ; ии - угловая частота; Ci-))M(ni-i - множители, отражающие наличие общей транспозиции ходов 4 на переходах 5 (фиг, и соответствующие выбору в . качестве базисных линий от вода номер 1 во внутреннем слое и отвода номер 8 в наружном (фиг, 3 и 4), Мерой циркулирующего тока ветви является отклонение ЭДС от средней: AE E - |iEi-i(li-m..)eo.E4lE-to Е.-«5м ,) b5M- i-offM mJr; 4 Условие eL /do Й будет выполнено, если или с учетом (2) (.,j 5w-AE После рассе$шия в области отводов можно считать осесимметричным, тогда ()Bdo, (А) . где В - составляющая индукции поля рассеяния, нормальная х поверхности контура отводов и усредненная по этой оверхности. Кроме того. ut (т-1)обм- Ето5м где Ц - потокосцепление контура, образуемого ходами ти гп - 1, в области обмотки. Подставляя (4) и (5) в (З), получаем |(DX)v(4-ii4H si, откуда 1±..в LuftdoПоложительный эффект от использования настоящего изобретения состоит в том, что распределение тока и, еле- .. довательно, потерь в обмотке трансформатора становится более равномерным, в связи с чем заданные температура наиболее нагретой точки обмотки, уровень динамической стойкости и срок службы трансформатора могут быть обеспечены при меньших потерях электроэнергии и расходе материалов. Например, как вуд-но из графика (фиг. 5) при «L/cLo 3 ток наиболее нагруженной ветви обмот ки известного устройства снижается .с , 1,14 до 1,О7, это означает , что перегрузка этой ветви по току снижается с 14 до 7%, а добавочные потерн с 14)3 - 13 100 30% до 07) - 1 100 14%, Формула изобретения Трансформатор силовой, содержащий установленную на стержне магнитопровода многоходовую винтовую двухслойную 5 обмотку с общей транспозицией ходов на переходе между слоями и радиальным расположением отводов, снаружи расположена, по крайней мере, еще одна обмотка, отличающийся тем, ю что, с целью уменьшения потерь электроэнергии и расхода материалов за счет более равномерного распределения тока между ходами обмотки, угол ot, между радиусами, по кото1ялм направлены отво- s ды двух ближайших к переходу ходов внутреннего слоя обмотки, выполнен бопьщим, чем угол А О , образуемый радиусами других соседних отводов, причем от нощеиие углов cL и do ограничено еле- . дукяоим условием г4) etЛ где D, пр вет тор Че лис Е - ЭДС, индуктируемая в контуре двух указанных ходов магнитным полем рассеяния, в области обмотки; IU - угловая частота тсжа; В - составляющая индукшга магнитного поля рассеяния, нормальная к поверхности контура отводов и усредненная по этой поверхности; и средние диамет внутреннего и наружного слоев данной обмотки;D,J- наружный диаметр наружной обмотки. {Уточники информации, инятые во внимание при экспертизе 1.. Лёйтес Л. В. Токи в параллельных вях обмоток трансформаторов и . Электричество, 1973, № 4. 2. Трансформатор ОРЦ-417000/75О. теж активной части 6ОВБ 522.О37, т. 2,

а X А

(р1/г.1