BRPI1103036A2 - método para fabricação de núcleos triangulares de transformador feitos de metal amorfo - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA FABRICAçãO DE NúCLEOS TRIANGULARES DE TRANSFORMADOR FEITOS DE METAL AMORFO. A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de núcleos para transformpdor trifásico (10), no qual o núcleo (14) é composto de três armações (16) projetadas para serem combinadas, de modo que cada perna do núcleo do transformador (18) seja composta de duas pernas da armação (18), no qual as pernas do núcleo do transformador (16) são dispostas em uma configuração triangular e a seção transversal das pernas do núcleo (20) tem, uma forma circular ou poligonal e em que as armações do núcleo (16) são feitas de camadas de pelo menos uma cinta continuamente enrolada (22) de material magnético com pouca perdas no qual a largura das cintas (22) é ajustada de acordo com a camada respectiva da perna do núcIeo (20) por meio do corte a laser (24).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE NÚCLEOS TRIANGULARES DE TRANSFOR- MADOR FEITOS DE METAL AMORFO". Descrição

A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de núcleos para transformadores de força trifásicos considerando que o núcleo é composto de três armações projetadas para serem combinadas, de modo que cada perna do núcleo do transformador é composta de duas pernas da armação, e as pernas do núcleo do transformador são dispostas em uma configuração triangular.

Descrição do Estado da Técnica

Um transformador é um dispositivo que transfere energia elétrica de um circuito para outro através de condutores indutivamente acoplados - as bobinas do transformador. Para transformar a força, transformadores tri- fásicos foram desenvolvidos há longo tempo atrás. Transformadores trifási- cos têm um núcleo compreendendo três ou cinco extensões dispostas em linha e em paralelo, e ambas as extremidades de cada extensão são conec- tadas em culatras comuns. No caso de um núcleo de cinco pernas, as três extensões internas são providas com enrolamentos das bobinas enquanto as extensões externas somente servem como condutor para o fluxo magné- tico, bem como as extensões internas, também. No caso de núcleos de três pernas, todas as três pernas são providas com en rolamentos. Regularmente, os transformadores são formados por meio de metal laminado cujas folhas são empilhadas ou enroladas para formar o núcleo do transformador.

Uma disposição de transformador especial é uma onde as per- nas do transformador e as bobinas são dispostas nos cantos de um triângu- lo. Essas extensões foram conectadas em culatras tendo a forma de triângu- los. Essa disposição permite economizar espaço, prove uma configuração simétrica para o fluxo magnético e oferece benefícios com relação às perdas do núcleo do transformador. Esses transformadores triangulares ficaram co- nhecidos como transformador hexaformer ou delta. Aqui, o núcleo é monta- do a partir de três subnúcleos, cada um sendo formado como uma armação quase retangular considerando que cada um dos três subnúcleos é feito de laminações de aço continuamente enroladas. O ajuste da largura da Iamina- ção para obter a seção transversal necessária é feito pelo fendimento, que é um processo mecânico.

Embora esses transformadores economizem espaço, sua efici- ência poderia ser melhor. Além do mais, a fabricação de tal transformador é complexa e trabalhosa.

Portanto, é um objetivo da invenção projetar um método para a fabricação de um núcleo de transformador com economia de espaço que seja mais eficiente do que esses do estado da técnica, enquanto a fabrica- ção de tais núcleos é menos complexa e trabalhosa.

Dessa forma, o método de acordo com a invenção é caracteri- zado pelo fato de que a largura da fita de aço é ajustada para obter a forma circular ou poligonal desejada da seção transversal por meio do corte a Ia- ser.

Dessa forma, o método de acordo com a invenção é caracteri- zado pelo fato de que a fita provida para formar o núcleo do transformador é uma fita de metal amorfo, em particular uma fita de aço amorfo. Os núcleos feitos de aço amorfo têm menores perdas. Entretanto, devido à estrutura amorfa, o fendimento e/ou o corte do metal amorfo é difícil e exige algum conhecimento.

A idéia básica de acordo com a invenção é prover os elementos do núcleo feitos de metal amorfo que estão geralmente disponíveis como folhas tendo uma espessura de aproximadamente 25 mícrons providas como uma faixa sem fim. Essas folhas são utilizadas para a fabricação das ditas armações pelo enrolamento da faixa continuamente. Por meio disso, é pro- vido, conforme a invenção, cortar a faixa para a forma desejada da seção transversal da armação por meio do corte a laser.

Dessa forma, o enrolamento da faixa e seu corte são efetuados de preferência simultaneamente, assim a forma desejada do elemento da armação é atingida exatamente pelo corte de forma da faixa. Consequente- mente, a ferramenta de corte é posicionada próxima do mecanismo de enro- lamento a fim de definir a largura da faixa de acordo com a camada respecti- va com relação à seção transversal da perna do núcleo.

Confomne uma modalidade da invenção, o enrolamento das ca- madas da faixa para formar uma armação é efetuado por um mecanismo de enrolamento que preferivelmente está operando de modo parcialmente au- tomático ou totalmente automático.

Um aspecto essencial adicional do método, de acordo com a in- venção, é caracterizado em que as camadas do metal laminado são feitas de metal amorfo. Alternativamente, as camadas do metal laminado são feitas de aço em liga com silício cujo aço é relativamente quebradiço, também, mas menos quebradiço do que o metal amorfo.

Finalmente, é um objetivo preferido da invenção prover um transformador triangular tendo um núcleo fabricado de acordo com o método ilustrado antes, que é caracterizado pelo fato de que as bobinas são enrola- das nas pernas do núcleo quando a fabricação do núcleo triangular termina.

Enquanto o enrolamento da bobina com transformadores con- vencionais é feito separadamente, considerando que as bobinas acabadas são deslocadas facilmente na perna do núcleo respectiva antes da culatra ser montada nele, com os transformadores triangulares, o enrolamento é efetuado diretamente desde que o circuito fechado das armações não permi- ta abri-lo e assim não exista possibilidade de pré-fabricar a bobina e deslo- cá-la para a perna do núcleo.

A grande vantagem dos núcleos de transformador feitos de me- tal amorfo é que tais núcleos têm perdas ainda menores do que os núcleos feitos de Si-aço respectivamente do que outras ligas de ferro com pequena perda com relação ao fluxo magnético. Portanto, o uso de metal amorfo é mais propriamente essencial para aumentar a eficiência do transformador.

No caso de faixas de metal amorfo, o corte das faixas é difícil devido à estrutura amorfa do material. O corte mecânico é muito ineficiente, respectivamente impreciso, comparado com o corte a laser, de modo que, de acordo com a presente invenção, uma modalidade preferida é o uso de feixes de laser para cortar a faixa amorfa para uma largura apropriada. No caso do corte a laser, a largura a cortar é fácil e precisamen- te ajustável. O processo permite alta velocidade. Camadas de faixa única ou um feixe de camadas pode ser cortado de uma vez. De preferência, é possí- vel colocar o dispositivo de corte a laser próximo do mecanismo de enrola- mento, de modo que o corte respectivo é feito para atingir a largura da fita de metal de acordo com a camada respectiva com relação à forma desejada da seção transversal do elemento de extensão que pode ser semicircular ou poligonal.

De preferência, o laser usado para cortar as bordas das faixas amorfas é um laser de CO2 ou ele é um laser de estado sólido, ao passo que a força do laser é pelo menos 2 W, mas ela pode ser mais alta no caso de fitas tendo uma espessura maior, por exemplo, fitas feitas de Si-aço.

Se um feixe de camadas é cortado, a força do laser pode ser es- colhida de modo que as camadas se soldem no corte. Isso tem o benefício de fixar as camadas juntas e elas ficam mais fáceis de lidar quando enrolan- do os subnúcleos. Portanto, é uma vantagem adicional do método reivindi- cado, de acordo com a invenção, cortar as faixas de acordo com sua cama- da respectiva a fim de obter a forma desejada da seção transversal do ele- mento da armação.

O método de corte a laser, conforme a invenção, não pode so- mente ser aplicado para a fabricação de núcleos delta, mas também para núcleos hexaformer. Com núcleos hexaformer, cintas de metal de duas lar- guras diferentes são usadas para enrolar os circuitos do núcleo, que prove- em uma seção transversal de perna de núcleo hexagonal, quando elas são adequadamente posicionadas. A segunda largura é metade da primeira lar- gura e pode facilmente, portanto, ser produzida pelo fendimento de uma cin- ta no meio. Para o metal amorfo, o corte a laser é também um método prefe- rido para fazer o corte.

O uso do corte a laser para a fabricação de núcleos triangulares é especialmente preferido no caso de metal amorfo, mas pode também ser aplicado em Si-aço. Essas modalidades vantajosas adicionais e aperfeiçoamentos da invenção são a matéria exposta das reivindicações dependentes.

Por meio de exemplos de várias modalidades preferidas da in- venção que são mostradas no desenho anexo, a invenção, modalidades vantajosas e aperfeiçoamentos da invenção, bem como vantagens especiais da invenção serão ilustrados e descritos em mais detalhes.

É mostrado na

figura 1 uma vista lateral de um transformador provido com bo- binas enroladas em um núcleo do transformador de acordo com a invenção,

figura 2 uma vista superior da seção de base do núcleo do trans- formador de acordo com a invenção e

figura 3 uma vista esquemática do corte da largura de uma faixa para um núcleo do transformador de acordo com a invenção.

Na figura 1, uma vista lateral de um transformador 10 é mostra- da, a qual é provida com bobinas 12 enroladas em um núcleo do transfor- mador 14 de acordo com a invenção. O transformador 10 é formado por três armações idênticas 16, cujas armações 16 formam elementos de núcleo.

As três armações 16 são colocadas juntas a fim de formar uma coluna triangular 14 que é o núcleo do transformador de acordo com a in- venção.

Cada elemento de núcleo 16 tem dois lados longos e dois lados pequenos, ao passo que os dois lados longos são retos e formam elementos de extensão 18 onde cada um é colocado em paralelo com o elemento de extensão respectivo 18 de uma armação adjacente 16 e assim formam uma perna do núcleo 20.

Além disso, a seção transversal de cada elemento de extensão .18 é semicircular ou poligonal a fim de completar a seção transversal da perna do núcleo 20 para o círculo ou polígono completo.

As bobinas 12 são enroladas nas pernas do núcleo 20 depois que o núcleo do transformador triangular 14 é terminado.

A figura 2 mostra uma vista superior da seção de base 15 do nú- cleo do transformador 14 de acordo com a invenção que revela o Iayout tri- angular do núcleo do transformador 14. Além disso, esse projeto do trans- formador 10 economiza espaço, devido à pequena base que o núcleo do transformador 14 exige. Como pode ser observado a partir da figura 2, a se- ção transversal de cada elemento de extensão 18 é semicircular e forma, junto com o elemento de extensão 18 do elemento de núcleo adjacente 16, uma perna do núcleo tendo uma seção transversal circular.

A figura 3 é uma vista superior esquemática de uma faixa ou fita .22 que é provida para ser enrolada camada por camada no núcleo do trans- formador 14. De modo a conseguir a forma desejada da seção transversal dos elementos de extensão 18, a fita precisa ser cortada proporcionalmente, desde que de outra maneira a forma não possa ser atingida por uma confi- guração de laminação onde a faixa ou fita 22 é laminada em uma pluralidade de camadas.

Portanto, o corte da largura de uma faixa 22 é necessário para conseguir a forma do elemento de extensão 18 de uma armação 16 para um núcleo do transformador 14 de acordo com a invenção. De acordo com a invenção, o corte é feito por meio de um laser 24 tendo um feixe de laser 26, enquanto que preferivelmente um laser de CO2 é usado para cortar ou apa- rar a faixa ou fita 22 e tem uma força de pelo menos 10 W.

O feixe de laser 26 é guiado na faixa ou fita 22 ao longo da linha de corte desejada 28 que corresponde com a largura da faixa ou fita 22 exi- gida para a camada respectiva do circuito do núcleo 14, onde a faixa ou a fita 22 é enviada (rebarba 30) para o enrolamento da armação 16 como um elemento de núcleo.

LISTAGEM DE REFERÊNCIA

.10 transformador .12 bobina .14 núcleo do transformador .15 base do transformador .16 armação, elemento de núcleo .18 elemento de extensão .20 perna do núcleo 22 faixa, fita, cinta

24 laser

26 feixe do laser

28 linha de corte

30 direção de envio para enrolamento

Claims (15)

1. Método para a fabricação de núcleos para transformador trifá- sico (10), no qual o núcleo (14) é composto de três armações (16) projetadas para serem combinadas, de modo que cada perna do núcleo do transforma- dor (18) seja composta de duas pernas de armação (18), em que as pernas do núcleo do transformador (16) são dispostas em uma configuração triangu- lar e a seção transversal das pernas do núcleo (20) têm uma forma circular ou poligonal e em que as armações do núcleo (16) são feitas de camadas de pelo menos uma cinta continuamente enrolada (22) de material magnético de pequena perda, caracterizado pelo fato de que a largura das cintas (22) é ajustada de acordo com a camada respectiva da perna do núcleo (20) por meio do corte a laser (24).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corte a laser (24) da fita ou da cinta (22) é feito ao mesmo tempo que o enrolamento da cinta (22) a fim de formar a armação (16).

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a fabricação das armações do núcleo (16) é efetuada pelo enro- lamento de uma primeira cinta (22) em um mandril e pelo menos uma se- gunda cinta (22) na primeira cinta enrolada (22).

4. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a fabricação das armações do núcleo (16) é efetuada pelo enrolamento de pelo menos uma segunda cinta (22) de largura diferente so- bre a primeira cinta enrolada (22).

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fabricação das armações do núcleo (16) é efetuada pela mon- tagem de pelo menos dois circuitos de cintas enroladas (22).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o laser (24) usado para cortar as cintas (22) tem uma força de pelo menos 10 W.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado pelo fato de que o laser (24) é um laser de CO2.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado pelo fato de que o laser (24) é um laser de estado sólido.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que a cinta (22) do material magnético de pequena perda consiste em metal amorfo.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a cinta (22) de material magnético de pe- quena perda é feita de aço em liga com silício.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que múltiplas cintas (22) são simul- taneamente cortadas e soldadas juntas por meio de um laser (24), o que resulta em certa estabilidade mecânica da armação (16).

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o núcleo do transformador (14) é recozido para melhorar as suas características magnéticas.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o núcleo do transformador (16) é revestido com um material polimérico para prover estabilidade mecânica.

14. Núcleo de transformador fabricado de acordo com o método como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracteri- zado pelo fato de que ele consiste em três armações (16) dispostas para formar uma configuração triangular.

15. Transformador tendo um núcleo, de acordo com a reivindica- ção 14, que é provido com bobinas (12) nas pernas do núcleo (20).