Многофазный трансформатор

 

Изобретение относится к трансформаторостроению и может быть использовано в многофазных полупроводниковых преобразователях электрической энергии. В многофазном трансформаторе средний витой магнитопровод выполнен в виде кольца, а пазы для охватывающих его обмоток образованы зубцами V-образной формы, шихтованными из листов холоднокатаной электротехнической стали так, что направление проката перпендикулярно торцевым поверхностям среднего магнитопровода, и приклеенными к этим поверхностям ферромагнитным клеем. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления, уменьшении отходов и увеличении эффективности использования электротехнической стали при изготовлении, повышении КПД и улучшении качества преобразования электроэнергии. 2 ил.

Изобретение относится к трансформаторостроению и может быть использовано в многофазных полупроводниковых преобразователях электрической энергии.

Известен многофазный трансформатор, вторичная обмотка которого разделена на обособленные секции, из которых формируются фазы многофазной системы (см. Климов И. С. Пути создания многофазных трансформаторов и генераторов-трансформаторов. Электричество, 1958, 8, с. 50-54). Однако конструкция такого трансформатора является достаточно сложной для практической реализации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является многофазный трансформатор, содержащий средний витой магнитопровод с обмотками, уложенными в радиальные пазы, и два боковых витых магнитопровода, выполненных без обмоток и примыкающих к зубцам торцевых поверхностей среднего магнитопровода (см. RU патент 2115186, Н 02 М 5/14, 1998, БИ 19).

В многофазном трансформаторе такой конструкции пазы для укладки обмоток на обоих торцах среднего витого магнитопровода фрезеруются. Из-за этого усложняется технология изготовления трансформатора, увеличиваются затраты на его производство, появляются безвозвратные отходы в стружку электротехнической стали и возникают замыкания витков стальной ленты магниторовода по фрезерованным поверхностям, которые приводят к увеличению потерь в стали на вихревые токи. Кроме того, основной магнитный поток в зубцах такого трансформатора направлен поперек проката ленты электротехнической стали, из которой изготавливается средний магнитопровод. Однако известно, что магнитное сопротивление холоднокатаной электротехнической стали в направлении проката в 1,5-2 раза меньше, чем в поперечном направлении. Поэтому сопротивление магнитному потоку в зубцовой зоне трансформатора, изготавливаемого подобным образом, оказывается в 1,5-2 раза больше, чем в ярме среднего магнитопровода, при их одинаковых сечениях. В результате сечение, а значит, и массу зубцов приходится увеличивать.

Так как зубцы имеют в поперечном сечении форму, близкую к трапецеидальной, при которой ширина зубцов вдоль paдиусa трансформатора оказывается различной - возрастающей в направлении от центра к внешней его границе, - то магнитная индукция в каждом зубце вдоль радиуса трансформатора также оказывается неодинаковой, что обуславливает дополнительные потери энергии в зубцовой зоне и рост нелинейных искажений ЭДС вторичных обмоток.

Заявляемое изобретение позволит решить задачи упрощения технологии изготовления трансформатора, уменьшения отходов электротехнической стали, увеличения КПД и улучшения качества ЭДС вторичных обмоток.

С этой целью средний витой магнитопровод выполнен в виде кольца, а пазы для охватывающих его обмоток образованы зубцами V-образной формы, шихтованными из листов холоднокатаной электротехнической стали так, что направление проката перпендикулярно торцевым поверхностям среднего магнитопровода и приклеенными к этим поверхностям ферромагнитным клеем.

На фиг. 1 показана конструкция многофазного трансформатора - вид сбоку, на фиг. 2 - вид сверху.

Трансформатор содержит средний витой кольцевой магнитопровод 1, на обе торцевые поверхности которого при помощи ферромагнитного клея наклеены шихтованные зубцы 2 V-образной формы, оси симметрии которых относительно центра среднего магнитопровода расположены под углом, α определяемым по формуле: α = π/m, где m - число фаз вторичной обмотки трансформатора.

В пазы, образованные зубцами 2, уложены секции трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток 3, охватывающих средний магнитопровод. С двух противоположных сторон к зубцам, наклеенным на средний магнитопровод, примыкают два боковых кольцевых витых магнитопровода 4.

Многофазный трансформатор работает следующим образом. При подключении трехфазной первичной обмотки к питающей сети в среднем магнитопроводе трансформатора создается вращающееся магнитное поле, которое наводит в многофазной вторичной обмотке m-фазную систему ЭДС. При этом ЭДС двух любых соседних вторичных обмоток сдвинуты между собой по фазе на угол 2π/m. В результате происходит преобразование трехфазной первичной системы напряжений в m-фазную вторичную систему.

Благодаря высокой симметрии магнитной цепи, достигаемой за счет практически одинаковой ширины активной части зубца V-образной формы в радиальном направлении трансформатора, распределение потока в его зубцовой зоне оказывается более равномерным, чем в прототипе. В этом случае индукция в зубцах, а значит, и амплитуды вторичных напряжений и фазовые сдвиги между ними оказываются практически одинаковыми, а нелинейные искажения напряжений вторичных обмоток трансформатора снижаются, что обеспечивает повышение эффективности использования электротехнической стали в зубцовой зоне и КПД трансформатора. Кроме того, шихтовка зубцов из листов холоднокатаной электротехнической стали с направлением проката, совпадающим с направлением магнитного потока, протекающего через них, а также наличие в теле зубцов полости V-образной формы позволяет значительно уменьшить их массу (примерно на 30-40%), а следовательно, и массу трансформатора в целом.

Следует также отметить, что при изготовлении шихтованных зубцов исключается замыкание отдельных витков ленты электротехнической стали, имеющее место в прототипе при фрезеровании пазов на торцах среднего магнитопровода. В результате снижаются потери на вихревые токи в стали как среднего магнитопровода, так и зубцов. А наличие в зубцах полости V-образной формы способствует лучшему охлаждению активной зоны трансформатора в процессе его paботы.

Таким образом, заявляемое изобртение позволит в сравнении с прототипом упростить технологию изготовления многофазного трансформатора, уменьшить отходы и увеличить эффективность использования электротехнической стали при его изготовлении, повысить КПД и улучшить качество преобразования электроэнергии.

Формула изобретения

Многофазный трансформатор, содержащий средний витой кольцевой магнитопровод с охватывающими его трехфазной первичной и многофазной вторичной обмотками и два боковых витых кольцевых магнитопровода без обмоток, отличающийся тем, что пазы для охватывающих средний витой кольцевой магнитопровод обмоток образованы зубцами V-образной формы, выполненными шихтованными из листов холоднокатаной электротехнической стали, направление проката которых совпадает с направлением магнитного потока, и наклеенными на торцовые поверхности среднего витого кольцевого магнитопровода так, что оси их симметрии относительно его центра расположены под углом α=π/m, где m - число фаз вторичной обмотки, а два боковых витых кольцевых магнитопровода примыкают с противоположных торцевых плоскостей среднего витого кольцевого магнитопровода к его зубцам V-образной формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2