Электроиндукционный аппарат
Владельцы патента RU 2537640:
Школьников Вячеслав Александрович (RU)
Ковалёв Борис Фадеевич (RU)
Кочегаров Игорь Александрович (RU)
Изобретение относится к электроиндукционным аппаратам, преимущественно к трансформаторам и линейным реакторам переменного тока. Аппарат содержит броневой сердечник, состоящий из стержня, поперечных и бокового ярем. Стержень и боковое ярмо выполнены в виде полых цилиндрических магнитопроводов, навитых из ленты магнитного материала. Поперечные ярма состоят из нескольких распределенных по торцевой поверхности магнитной системы аппарата частей трапециевидной формы, навитых из ленты магнитного материала. В сердечнике стержня вдоль его оси выполнен немагнитный разрыв, расположенный против стыка любых двух частей сердечников поперечных ярем. Сердечник стержня навит из ленты изотропного магнитного материала. Из изотропного магнитного материала могут быть навиты также и сердечники поперечных и бокового ярем. Технический результат заключается в уменьшении тока холостого хода аппарата и снижения потерь в магнитном материале. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к электроиндукционным аппаратам, преимущественно к трансформаторам и линейным реакторам переменного тока, применяемым для преобразования энергии в электрических сетях, для регулирования энергии в электрических сетях для регулирования и стабилизации напряжения и тока в электрических, светотехнических и радиотехнических установках, а также в качестве балластных и токоограничивающих сопротивлений.
Известен электроиндукционный аппарат, например однофазный трансформатор, активная часть которого содержит обмотки и броневой сердечник, состоящий из стержня, на котором размещены обмотки, поперечных и боковых ярем (1).
Указанный электроиндукционный аппарат имеет сложную конструкцию и технологию изготовления, а также большой габаритный размер по высоте и большой расход магнитного материала.
Сложность конструкции мощного аппарата объединяется сложностью конструкций стержней, поперечных и боковых ярем. Стержень, на котором размещены обмотки, с целью уменьшения расходов материалов, уменьшения габаритных размеров, а также увеличения механической прочности обмоток и повышения тем самым их электродинамической стойкости, имеет в сечении вид многоугольника, вписанного в окружность. По этой причине стержень оказывается составленным из нескольких пакетов, набранных из пластин магнитного материала различных размеров. Наряду с этим требуется также устройство для стяжки пакетов. Такую же конструкцию имеют, соответственно, и замыкающие стержень поперечные и боковые ярма.
Сложность технологии изготовления мощного электроиндукционного аппарата обусловлена наличием технологической операции нарезки пластин магнитного материала, причем различных размеров, а также трудоемкой технологической операции набора из них или шихтовки пакетов сердечников стержня, поперечных и боковых ярем. При этом необходимы также изготовление устройств (оснастки) для стяжки пакетов и сам технологический процесс стяжки.
Сложность конструкции электроиндукционного аппарата малой мощности обусловлена сложностью формы пластин магнитного материала, из которого набирается его сердечник, например Ш-образный. При изготовлении аппарата малой мощности к операции шихтовки добавляется технологическая операция штамповки пластин, для которой необходимы твердосплавные штампы, требующие частой их заточки или замены.
Большой габаритный размер по высоте электроиндукционного аппарата обусловлен высотой поперечных ярем.
Большой расход магнитного материала обусловлен большой массой магнитопровода аппарата, а в аппаратах малой мощности - еще большими отходами магнитного материала, образующимися при штамповке пластин, из которых шихтуется сердечник.
Перечисленные недостатки характерны и для многофазной конструкции электроиндукционного аппарата.
Известен электроиндукционный аппарат, например однофазный трансформатор, активная часть которого содержит обмотку или несколько обмоток и броневой сердечник, состоящий из стержня, поперечных и боковых ярем, причем стержень и боковое ярмо выполнены в виде полых цилиндрических магнитопроводов, навитых из ленты магнитного материала, размещенных друг относительно друга таким образом, что между ними размещена обмотка или несколько обмоток, а сердечник каждого из поперечных ярем выполнен из нескольких распределенных по торцевой поверхности магнитной системы аппарата частей, замыкающих стержень и боковое ярмо в радиальных относительно оси стержня направлениях, причем каждая из частей поперечных ярем выполнена трапециевидной формы, навитой из ленты магнитного материала и с основанием на боковом ярме, а в сердечнике вдоль его оси выполнен немагнитный разрыв (2).
Указанный электроиндукционный аппарат свободен от перечисленных выше недостатков. Однако он имеет повышенный ток холостого хода из-за наличия немагнитного разрыва в сердечнике аппарата, уменьшающего площадь контакта сердечника и с частями поперечных ярем, а также повышенные сопротивление и потери в магнитном материале, так как магнитный поток замыкается в магнитной системе аппарата преимущественно в направлениях поперек проката ленты магнитного материала, из которого навиты участки магнитной цепи аппарата, в котором магнитные свойства магнитного материала хуже, чем в направлении проката.
Целью настоящего изобретения является уменьшение тока холостого тока электроиндукционного аппарата и уменьшение потерь в магнитном материале его магнитной системы.
Указанная цель достигается тем, что немагнитный разрыв в сердечнике аппарата вдоль его оси расположен в магнитной системе аппарата против стыка сердечников любых двух частей поперечных ярем, а также выполнением сердечников отдельных или всех участков магнитной цепи аппарата из изотропного магнитного материала.
Это позволяет уменьшить ток холостого хода аппарата и уменьшить потери в магнитном материале его магнитной системы.
Предлагаемое техническое решение распространяется и на многофазные конструкции электроиндукционного аппарата.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный электроиндукционный аппарат отличается наличием новых признаков, а именно расположением немагнитного разрыва против стыка сердечников любых двух частей поперечных ярем, а также выполнением магнитопроводов магнитной системы аппарата из изотропного магнитного материала.
Таким образом, заявленный электроиндукционный аппарат соответствует критерию изобретения «новизна».
При изучении других известных технических решений в данной области технические признаки, отличающие заявленный объект от прототипа, не были выявлены, что обеспечивает заявленному объекту соответствие критерию «существенные отличия».
На фиг.1. изображен однофазный трансформатор, разрез. На фиг.2. - это тоже, что и на фиг.1., вид снизу.
Однофазный трансформатор содержит обмотки 1, полые цилиндрический стержень 2 и боковое ярмо 3, навитые из ленты магнитного материала. Сердечник каждого из поперечных ярем состоит из нескольких частей 4, навитых из ленты магнитного материала, замыкающих сердечники стержня 2 и бокового ярма 3 в радиальных от оси стержня направлениях. Части 4 поперечных ярем распределены по торцевой поверхности магнитной системы трансформатора. В сердечнике стержня 2 вдоль его оси выполнен немагнитный разрыв 5, расположенный против стыка сердечников любых двух частей 4 поперечных ярем.
На фиг.3 изображен линейный реактор, разрез.
Линейный реактор по конструкции отличается от трансформатора только тем, что содержит одну обмотку 1 и немагнитный промежуток или зазор 6 в магнитной системе. Немагнитный промежуток 6 может быть выполнен или между частями 4 поперечных ярем и стержнем 2, или только в стержне 2, или в указанных местах совместно.
При подключении первичной обмотки трансформатора к сети в обмотке возникает ток, который создает магнитный поток, замыкающийся по стержню, поперечным и боковому ярмам. Поток индуктирует ЭДС как в первичной, так и вторичной обмотках. При подключении к вторичной обмотке нагрузки в ней возникает ток и на ее зажимах устанавливается определенное напряжение.
При подключении обмотки линейного реактора к сети в обмотке возникает ток, который создает магнитный поток, замыкающийся по стержню и ярмам через немагнитный промежуток. В результате вольтамперная характеристика реактора получает линейный характер.
Экспериментальные исследования, проведенные на конструкции реактора переменного тока, показали, что применение заявленной конструкции электроиндукционного материала позволяет на 30% уменьшить ток холостого хода аппарата и уменьшить потери в магнитном материале его магнитной системы на 15-22%.
Источники информации
1. Петров Г.Н. Электрические машины. 4.1. - М.: Энергия, 1974, рис. 2-35а, с.77.
2. Патент РФ №2273910, МПК H01F 30/16, H01F 17/06. Электроиндукционный аппарат. Ковалев Б.Ф., Школьников В.А. Опубл. 10.04.2006. Бюл. №10.
1. Электроиндукционный аппарат, преимущественно трансформатор или линейный реактор переменного тока, содержащий обмотку или несколько обмоток и броневой сердечник, состоящий из стержня, поперечных и бокового ярем, причем стержень и боковое ярмо выполнены в виде полых цилиндрических магнитопроводов, навитых из ленты магнитного материала, размещенных друг относительно друга таким образом, что между ними размещена обмотка или несколько обмоток, а сердечник каждого из поперечных ярем выполнен из нескольких распределенных по торцевой поверхности магнитной системы аппарата частей, замыкающих стержень и боковое ярмо в радиальных от оси стержня направлениях, причем каждая из частей поперечных ярем выполнена трапециевидной формы, навитой из ленты магнитного материала и с основанием на боковом ярме, а в сердечнике стержня вдоль его оси выполнен немагнитный разрыв, отличающийся тем, что немагнитный разрыв расположен против стыка любых двух частей сердечников поперечных ярем.
2. Электроиндукционный аппарат по п.1, отличающийся тем, что сердечник стержня навит из ленты изотропного магнитного материала.
3. Электроиндукционный аппарат по п.2, отличающийся тем, что сердечник бокового ярма навит из ленты изотропного материала.
4. Электроиндукционный аппарат по п.3, отличающийся тем, что сердечники поперечных ярем навиты из ленты изотропного материала.
