Магнитопровод трансформатора с магнитным экраном
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в магнитопроводе трансформатора с внутренней частью магнитопровода из магнетизируемого материала. Технический результат состоит в уменьшении или предотвращении магнитных влияний помех, действующих на внешней стороне внутренней части магнитопровода. Магнитные потоки рассеяния создают во внешних областях магнитопровода вихревые токи, которые приводят к потерям мощности и высоким локальным нагревам. За счет частично покрывающего внутреннюю часть магнитопровода экрана из по меньшей мере одного шихтованного магнетизируемого материала потоки рассеяния канализируют и отводят от внешней области внутренней части магнитопровода. Это приводит к сильному уменьшению образования вихревых токов во внутренней части магнитопровода и тем самым препятствует сильным локальным нагревам магнитопровода трансформатора и потерям мощности. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к магнитопроводу трансформатора с внутренней частью магнитопровода из магнетизируемого материала.
При работе трансформаторов наряду с канализированным в магнитопроводе основным магнитным потоком возникают также магнитные потоки рассеяния, которые частично вертикально входят в стержень магнитопровода трансформатора. Очень часто вокруг внешней стороны внутренней части магнитопровода расположено стяжное устройство, которое удерживает шихтованный магнитопровод и расположенные вокруг магнитопровода каркасы катушек под аксиальным давлением.
Магнитопроводом трансформатора в смысле изобретения является любой магнетизируемый магнитопровод для соответствующего назначению применения в электромагнитной машине, как, например, трансформаторе или дросселе. Внутренней частью магнитопровода трансформатора в смысле настоящего изобретения является магнетизируемая часть магнитопровода трансформатора для направления магнитного потока.
Магнитные потоки рассеяния создают во внешних сегментах магнитопровода и/или в стяжном устройстве вихревые токи, которые могут приводить к заметному локальному нагреву магнитопровода или соответственно стяжного устройства. До сих пор с этой проблемой борются за счет того, что внешние области магнитопровода разделяют на сегменты малой ширины и за счет применения узких или имеющих прорези стяжных устройств уменьшают потери мощности и локальные нагревы. Недостатком при этом является, однако, то, что хотя потери мощности могут быть уменьшены, с другой стороны, локальный нагрев, в частности, в случае трансформаторов с высокими мощностями не предотвращается.
Точно так же из уровня техники известны экраны вокруг всего каркаса катушки. Так, DE 3627890 A1 описывает трансформатор с магнитным экраном и способ для изготовления такого экрана. Согласно описанному там изобретению трансформатор содержит трехстержневой шихтованный пакет из листовой стали с намотанными вокруг среднего стержня обмотками трансформатора, причем магнитный экран состоит из медной короткозамыкающей ленты, которая проложена поперек к продольному направлению стержня вокруг шихтованного пакета из листовой стали и обмоток. DE 3940025 A1 раскрывает экранирующую обмотку для трансформаторов из магнетизируемого материала. Соответствующую изобретению экранирующую обмотку наматывают между двумя секциями обмотки трансформатора, причем для экранирующей обмотки применяют магнетизируемый материал с малой магнитной проницаемостью. Недостатком в случае этих известных из уровня техники обмоток является то, что хотя в целом устраняется влияние внешних помех на весь каркас катушки, однако, не исключаются магнитные влияния помех внутри каркаса катушки, в частности, на внешней стороне магнитопровода.
Задачей настоящего изобретения является поэтому уменьшение или соответственно предотвращение магнитных влияний помех, действующих на внешней стороне внутренней части магнитопровода, и если таковое имеется, внутри стяжного устройства на внешней стороне внутренней части магнитопровода.
Задача решается предметом пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительным образом вокруг внутренней части магнитопровода по меньшей мере частично расположен экран, причем экран имеет шихтованную конструкцию с по меньшей мере одним магнетизируемым материалом. За счет применения шихтованных магнетизируемых материалов, как, например, электротехнической листовой стали, поток рассеяния направляется в стальные листы и таким образом вызывает в шихтованном экране только малые потери. Вследствие прохождения магнитных потоков рассеяния во внешней стороне внутренней части магнитопровода не генерируются никакие вихревые токи так, что потери мощности и локальные нагревы внутри этих областей сильно уменьшаются или соответственно полностью избегаются. Потери мощности внутри экрана и локальный нагрев по сравнению с магнитопроводом трансформатора без соответствующего изобретению экрана являются сильно уменьшенными.
Предпочтительным образом между внутренней частью магнитопровода и экраном расположено устройство для создания аксиального давления на внутреннюю часть магнитопровода. Применение шихтованной внутренней части магнитопровода требует постоянного поддержания аксиального давления на шихтованную внутреннюю часть магнитопровода.
Эти устройства, обозначаемые большей частью также как стяжные устройства, расположены непосредственно на внутренней части магнитопровода. Вследствие необходимости высокой прочности эти устройства для создания аксиального давления часто состоят из электропроводящих и магнитнопроводящих материалов, как, например, сталь или листы других металлов. Внутри этих стяжных устройств для создания аксиального давления в случае магнитных влияний помех вызываются локально высокие нагревы и потери мощности за счет индуцированных вихревых токов. Обычным образом стяжное устройство выполнено из шихтованных металлов, которые - как внешние области внутренней части магнитопровода - дополнительно разделены на сегменты. Это минимизирует согласно уровня техники максимально возможную мощность трансформатора при применении описанного магнитопровода трансформатора.
Предпочтительно экран подразделен на сегменты. Разделение экрана на сегменты позволяет, во первых, быстрое и модульное выполнение экрана вокруг внутренней части магнитопровода или соответственно вокруг устройства для оказания аксиального давления. Сегментированная конструкция экрана позволяет изготавливать так же непосредственно согласованный с трансформатором экран. За счет этого исключается опасность больших локальных перегревов устройства для создания аксиального давления и/или внешних областей магнитопровода. Таким образом можно изготавливать трансформаторы с большими потоками рассеяния более надежно, чем до сих пор. Точно так же при применении соответствующего изобретению магнитопровода трансформатора существенно снижены потери мощности.
Кроме того, можно реализовывать более высокие мощности на стержень магнитопровода трансформатора. Сегментированная конструкция внешних областей внутренней части магнитопровода или, соответственно, стяжного устройства в соответствующем изобретению магнитопроводе трансформатора может полностью отпадать, за счет чего можно реализовывать существенно более простую и экономичную относительно затрат конструкцию трансформатора.
Согласно изобретения предусмотрено, что длина экрана в аксиальном направлении равна или больше, чем длина каркаса катушки, предусмотренного вокруг магнитопровода трансформатора. В граничном случае экран может быть расположен вдоль всего стержня магнитопровода трансформатора, и таким образом также снижены негативные магнитные влияния помех на замыкающее ярмо и другие имеющиеся при необходимости конструктивные элементы. Предпочтительно предусмотрено, что ориентирование шихтованной конструкции экрана направлено параллельно к возможному направлению потока рассеяния магнитного поля. Ориентирование при этом может быть направлено параллельно относительно созданного внутри трансформатора или относительно внешнего возможного направления потока рассеяния. Магнитный поток направляют идеальным образом вдоль шихтовки и тем самым отводят от стяжного устройства или соответственно от внешних областей внутренней части магнитопровода.
Предпочтительным признаком изобретения является то, что внутренняя часть магнитопровода выполнена из шихтованных сегментов магнитопровода и экран расположен вдоль внешней стороны самого внешнего сегмента магнитопровода или вдоль устройства для создания аксиального давления.
Кроме того, экран вместе с внутренней частью магнитопровода является фиксированным - обычным образом изолирующим бандажом. Внутри бандажа экран дополнительно фиксирован и электрически изолирован изоляционным материалом, например электроизоляционным картоном или литьевой смолой. Идеальным образом магнетизируемым материалом экрана является электротехническая листовая сталь, как она применяется в электромагнитных приборах.
Дальнейшие предпочтительные формы выполнения следуют из пунктов формулы изобретения. Предмет изобретения подробно поясняется с помощью последующих чертежей. При этом показывают:
Фиг.1 - схематический чертеж разреза соответствующего изобретению магнитопровода трансформатора с двумя окружающими каркасами катушек;
Фиг.2а - схематический чертеж поперечного сечения соответствующего изобретению магнитопровода трансформатора с двумя цельными экранами;
Фиг.2b - схематический чертеж поперечного сечения соответствующего изобретению магнитопровода трансформатора с двумя соответственно выполненными сегментированными экранами.
Фиг.1 показывает схематический чертеж разреза соответствующего изобретению магнитопровода трансформатора 1 вдоль аксиального ориентирования магнитопровода трансформатора 1. Вдоль внешней стороны шихтованной внутренней части магнитопровода 2 видно стяжное устройство 3 для создания аксиального давления на внутреннюю часть магнитопровода 2 и каркасы катушек 5. Вокруг стяжного устройства 3 расположен экран 4, который препятствует проникновению потока рассеяния - вызванного электрическими токами в окружающем каркасе катушки 5 - во внутреннюю часть магнитопровода 2 и в стяжное устройство 3. Внутренняя часть магнитопровода 2, стяжное устройство 3 и экран 4 фиксированы бандажом 6. Бандаж 6 - при соответствующем выборе материала - выполняет в качестве изолирующей оболочки вокруг внутренней части магнитопровода 2 дополнительную функцию. Продольная ось вдоль магнитопровода трансформатора 1 представлена в виде пунктирной линии.
Фиг.2а и Фиг.2b показывают соответственно поперечное сечение соответствующего изобретению магнитопровода трансформатора 1. Наряду с шихтованной конструкцией образующих внутреннюю часть магнитопровода 2 сегментов магнитопровода можно отчетливо видеть окружающее внутреннюю часть магнитопровода 2 стяжное устройство 3. Стяжное устройство 3 может быть выполнено в радиальном направлении или сплошным, или сегментированным. К стяжному устройству 3 согласно фигурам Фиг.2а и Фиг.2b примыкает экран 4. Как представлено на Фиг.2а, экран 4 может иметь шихтованную конструкцию вдоль всей подлежащей экранированию поверхности. Альтернативно согласно Фиг.2b может быть предпочтительной сегментированная конструкция из шихтованных элементов экрана 4 в связи с модульной конструкцией магнитопровода трансформатора 1 и его экрана. Через внешний бандаж 6 фиксируют экран 4, который или полностью, однако, по меньшей мере вдоль ориентирования ярма, охватывает магнитопровод трансформатора 1. Фиксирование экрана 4 вокруг внутренней части магнитопровода 2 может альтернативно происходить через соединительные элементы с внутренней частью магнитопровода 2, со стяжным устройством 3 или с другими (не представленными) крепежными элементами. Возможным является также фиксирование экрана 4 посредством упрочнения материала экрана при растяжении или давлении вокруг внутренней части магнитопровода 2 или соответственно стяжного устройства 3.
1. Магнитопровод трансформатора (1) с внутренней частью магнитопровода (2) из магнетизируемого материала, отличающийся тем, что вокруг внутренней части магнитопровода (2) по меньшей мере частично расположен экран (4), причем экран (4) имеет шихтованную конструкцию с по меньшей мере одним магнетизируемым материалом, между внутренней частью магнитопровода (2) и экраном (4) расположено устройство (3) для создания аксиального давления на внутреннюю часть магнитопровода, экран (4) подразделен на сегменты, и шихтованная конструкция экрана (4) ориентирована параллельно к возможному направлению потока рассеяния внешнего магнитного поля.
2. Магнитопровод трансформатора (1) по п.1, отличающийся тем, что длина экрана (4) в аксиальном направлении равна или больше, чем аксиальная длина каркасов катушек (5), расположенных вокруг магнитопровода трансформатора (1).
3. Магнитопровод трансформатора (1) по п.1, отличающийся тем, что внутренняя часть магнитопровода (2) выполнена с шихтованными сегментами магнитопровода и экран (4) расположен вдоль внешней стороны самого внешнего сегмента магнитопровода.
4. Магнитопровод трансформатора (1) по п.2, отличающийся тем, что внутренняя часть магнитопровода (2) выполнена с шихтованными сегментами магнитопровода и экран (4) расположен вдоль внешней стороны самого внешнего сегмента магнитопровода.
5. Магнитопровод трансформатора (1) по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что экран (4) фиксирован посредством бандажа (6) вокруг экрана (4).
6. Магнитопровод трансформатора (1) по п.5, отличающийся тем, что расположенный между экраном (4) и бандажом (6) изоляционный материал фиксирует экран (4).
7. Магнитопровод трансформатора (1) по любому из пп.1-4 и 6, отличающийся тем, что магнетизируемым материалом экрана (4) является электротехническая листовая сталь.
