Przedmiotem wynalazku jest transformator elek¬ tryczny mocy, to znaczy transformator do przeno¬ szenia okreslonej mocy miedzy uzwojeniami pier¬ wotnym i wtórnym. W trainsfofrmatarze' mocy wy¬ stepuja okreslone straty mocy, co oznacza, ze rdzen i uzwojenia transformatora sa ogrzewane. Istnieje graniczna wartosc temperatury, do której moze wzrosnac temperatura uzwojen i rdzenia, co powo¬ duje ograniczenie mocy, która moze byc przenoszo¬ na pomiedzy uzwojeniami pierwotnym i wtórnym.Znane sa transformatory elektryczne mocy za¬ wierajace rdzen z materialu magnesowalnego oraz co najmniej pare uzwojen elektrycznych nawinie¬ tych na rdzeniu, przy czym jedno z uzwojen stanowi uzwojenie pierwotne transformatora a drugie uzwojenie lub uzwojenia stanowia uzwo¬ jenie lub uzwojenia wtórne transformatora.W znanych transformatorach mocy znajduje za¬ stosowanie chlodzenie rdzenia, lecz nie jest ono skuteczne, gdy glównie uzwojenia wprowadzaja ograniczenia temperaturowe- Chlodzenie jest jednym z glównych problemów zwiazanych z transformatorami mocy, poniewaz uzwojenia sa zwykle w postaci cewek o znacznych wymiarach, tak ze wewnetrzne zwoje cewek nie sa chlodzone. W zwiazku z tym nalezy uwzglednic dla transformatora ograniczenie temperaturowe oraz ograniczenie mocy. Rdzen spelnia role odprowa¬ dzania ciepla od cewek, lecz objetosc rdzenia, któ¬ ra powinna byc zwiekszona dla zwiekszonych mo- 10 15 20 25 30 cy, wzrasta z wieksza szybkoscia niz jego zdolnosc chlodzenia. W ksiazce opublikowanej w Moskwie 20 lipca 1976 r. przez T.A. Ryczina, na stronach 256—259 sa przedstawione rózne konstrukcje rdzeni transformatorowych. Podstawa konstrukcji trans¬ formatora jest rdzen. Moze on skladac sie ze sworznia (lub kilku sworzni) i jarzma, stanowia¬ cych uklad zamkniety dla linii sil magnetycznych a takze z oddzielnych elementów w ksztalcie litery U. Znane sa konstrukcje: trójfazowa, plaszczowa, sworzniowa, toroidalna, typu torusa obrotowego, typu kablowego i typu „szpuli". Konstrukcja rdze¬ nia rózni sie dla obwodów jednofazowych i trójfa¬ zowych oraz jest okreslona przez wzajemny stosu¬ nek jego wymiarów geometrycznych i sposób wy¬ twarzania.Rdzenie posiadajace rozgaleziony obwód magne¬ tyczny nazywaja sie plaszczowymi, rdzenie posia¬ dajace jeden obwód magnetyczny o stalym prze¬ kroju — sworzniowymi,, a rdzenie o ksztalcie pierscienia — toroidainymi.Przy wytwarzaniu plyt ze stali teksturowej dla wytlaczanych rdzeni pogarszaja sie znacznie wlas¬ nosci magnetyczne na odcinkach, gdzie kienunek walcowania nie jest zgodny z kierunkiem linii sil magnetycznych. Prowadzi to do zwiekszenia masy transformatorów o 15—30%.Lepsze wlasnosci magnetyczne maja rdzenie tas¬ mowe, w których kierunek linii sil magnetycznych jest zgodny z kierunkiem walcowania Oprócz tego 113 195113 195 iifbzna W nich wykorzystywac bardzo cienkie tas¬ my o grubosci do 0,01 mm. Rdzenie tasmowe roz¬ ciete sa obecnie normalizowane.W transformatorach miniaturowych zostaly sze¬ roko rozpowsizechniione irdzenie tasmowe z .rozsze¬ rzonym jarzmem, rdzenie typu kablowego i rdzenie z rozdzielona szczelina.Najczesciej rdzenie sa umieszczone wewnatrz ce¬ wek. Jednakze w pewnych przypadkach okazuje sie wygodne odwrotne ich polozenie wzgledem sie¬ bie, na przyklad w transformatorach pierscienio¬ wych i transformatorach typu kablowego. Trans¬ formator pierscieniowy sklada sie z pierscieniowej, walcowej cewki, wzdluz której obwodu sa roz¬ mieszczone tasmowe rdzenie sworzniowe. Wazna zaleta takiej konstrukcji jest duza powierzchnia chlodzenia.Konstrukcja transformatora typu kablowego jest rozwinieciem konstrukcji transformatora pierscie¬ niowego. Te transformatory sa wytwarzane dla malych mocy, maja male wymiary i mozna im nadawac dowolne ksztalty.W elektronicznych urzadzeniach radiowych wy¬ korzystuje sie plaskie transformatory plaszczowe, majace waski, dlugi otwór i rdzen tasmowy o du¬ zej szerokosci. Rdzen takiego^transformatora jest zlozony z odcinków tasmy (plyt) z materialu mag¬ netycznie miekkiego, które sklada sie jako paczke, izoluje sie i laczy. Na izolowany odcinek nawija sie uzwojenia, na zewnatrz których naklada sie izolacje. Potem konce tasmy obwodu magnetycz¬ nego kolejno odgina sie i uklada sie na zewnatrz uzwojenia. Polowe arkuszy odgina sie w jedna strone, polowe — w druga. Konce tasm zachodza na siebie w celu zmniejszenia wplywu szczeliny.Taki transformator moze byc wykonany o wyso¬ kosci 2—3 mm.Podstawowym wymaganiem dla materialu mag¬ netycznego, stosowanego w transformatorach mocy, sa male straty, wraz ze zwiekszaniem wy¬ miarów transformatora, objetosc rdzenia zwieksza sie szybciej niz powierzchnia chlodzenia. Dlatego wlasnie dla transformatorów mocy bardzo wazne jest wymaganie co do strat.W najbardziej zblizonej konstrukcji znanego transformatora uzwojenia sa umieszczone w ma¬ lych rurach utworzonych z magnesowalnego ma¬ terialu. Obszar powierzchni dostepny dla chlodze¬ nia uzwojen jest zwiekszony, lecz wystepuje tu praktyczna trudnosc w wykonaniu transformatora, poniewaz zwoje cewki lub cewek powinny byc na¬ gwintowane. Jest to operacja czasochlonna, musi byc ona przeprowadzana recznie i nie jest moz¬ liwe upakowanie uzwojen scisle w rurach. Ponadto istnieje zasadnicze ryzyko, ze przy gwintowaniu uzwojen, izolacja drutu tworzacego uzwojenia moze zostac uszkodzona. iWedlug wynalaizkiu transformator elektryczny mocy posiada rdzen zawierajacy czlon o ksztalcie rurowym, który posiada na jego zewnetrznej powierzchni parzysta liczbe spiralnych kanalków usytuowanych tak, jak w gwincie dwuzwojowym albo wielozwojowym o wielokrotnosci parzystej, oraz tuleje o ksztalcie rurowym, rozciagajaca sie w poprzek otwartych konców kanalków. Kazde uzwojenie lezy wzdluz jednego z kanalków i wra¬ ca wzdluz sasiedniego kanalku.Tuleja ma korzystnie ksztalt cylindryczny i cias- 5 no przylega do czlonu. Scianki czlonu i tulei moga miec strukture warstwowa.W korzystnym wykonaniu tuleja zawiera skosne wystepy, które sa odpowiednio usytuowane w sa¬ siedztwie scianki bocznej kanalków. 10 Czlon i tuleja sa ustawione korzystnie wzgledem siebie tak, ze powstaja szczeliny powietrzne stano¬ wiace czesc obwodu magnetycznego utworzonego ze scianek bocznych i dna kazdego z kanalków oraz z czesci tulei, zamykajacej kanalki. Czlon i tu- 15 leja maja korzystnie elementy umozliwiajace kato¬ we ustawienie tulei wzgledem czlonu.Czlon jest zbudowany z cienkiego materialu ma¬ gnesowalnego, przy czym scianki boczne wyznacza¬ jace kanalki stykaja sie ze sciankami bocznymi, # wyznaczajacymi sasiednie kanalki. Kanalki sa otwarte na zewnatrz od strony tulei. Material ma¬ gnesowalny moze miec strukture warstwowa.Zaleta wynalazku jest to, ze konstrukcja ma wydluzony, wydrazony rdzen i taka strukture cew- 25 ki, która ulatwia rozpraszanie ciepla nawet, gdy struktura rdzenia ma postac jednolita. Jest rów¬ niez porównywalnie latwo wytwarzac transforma¬ tor, poniewaz uzwojenia moga zostac nawiniete na konwencjonalnej maszynie nawijajacej cewki przy 30 zastosowaniu znanej struktury rdzenia.Zaleta wynalazku jest zapewnienie transforma¬ tora elektrycznego mocy o prostej i wygodnej kon¬ strukcji.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy- 35 kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia transformator wedlug wynalazku w przekroju i fig. 2 — inne wykonanie transforma¬ tora w przekroju.Transformator przedstawiony na fig. 1 posiada 40 rdzen zawierajacy czlon 10 i tuleje 11 o ksztalcie cylindrycznym. Czlon 10 i tuleja 11 sa wykonane z materialu magnesowalnego i maja taki przekrój, zeby straty magnetyczne podczas pracy transfor¬ matora byly mozliwie jak najmniejsze. Jesli jest 45 wymagane zwiekszenie ilosci materialu rdzenia, wówczas grubosc materialu zostaje zwiekszona, ale stosuje sie rdzen o strukturze warstwowej.Czlon 10 i tuleja 11 maja ksztalt pierscieniowy.Czlon 10 jest umieszczony w tulei 11 i posiada na swojej zewnetrznej powierzchni pare spiralnych ka¬ nalków 12, 13 rozmieszczonych w taki sposób, jatk zwoje w gwincie dwuzwojowym Otwarte konce ka¬ nalków S4 zamkniete przez tuleje 11. Korzystnie, tuleja 11 jest uksztaltowana przez owiniecie kanal¬ ków w scianie prostym wzornikiem cylindrycznym, który moze rniec strukture warstwowa, gdy wyma¬ gana grubosc materialu na obwód magnetyczny jest taka, ze moglyby wystapic istotne straty magne¬ tyczne podczas pracy transformatora.Kanalki 12, 13 maja ksztalt litery U a zewnetrz¬ ne krawedzie sasiednich scian sa polaczone ze soba za pomoca czesci mostkowych 14. Czesci mostkowe 14 maja ksztalt spiralny i wewnetrzne powierzch- 35 nie czesci mostkowych 14 okreslaja dna wewnetrz- 50 55113 195 6 nych wglebien 15, 16, które nie sa zajete przez uzwojenie. Wglebienia 15, 16 umozliwiaja dosten chlodzacego powietrza do scian bocznych kanalków 12, 13.Wewnatrz kanalków 12, 13 sa umieszczone: uzwo¬ jenie wtórne 17 transformatora i uzwojenie pier¬ wotne 18 transformatora. W kazdym kanalku 12, 13 znajduje sie czesc kazdego uzwojenia i mimo tego, ze uzwojenie pierwotne 18 pokazano jako na¬ winiete na uzwojeniu wtórnym 17, to usytuowa¬ nie tych dwóch uzwojen wzgledem siebie moze byc odwrócone.Kazde uzwojenie 17, 18 moze byc uzwojeniem pojedynczym lub wielozwojowym, a operacja na¬ wijania jest tak przeprowadzona, ze drut jest na¬ wijany wzdluz jednego kanalku, poczawszy od jed¬ nego konca rdzenia i wracajac do tego samego konca rdzenia wzdluz drugiego kanalku. Ta ope¬ racja jest powtarzana w przypadku uzwojenia wie- lozwojowego, az do otrzymania zadanej liczby zwo¬ jów. Nastepnie wewnetrzne uzwojenie owija sie izolacja i nawija sia uzwojenie zewnetrzne. Po umieszczeniu uzwojen kompletuje sie obwód ma¬ gnetyczny przez nalozenie tulei 11 na czlon 10, przy czym czesci mostkowe 14 stykaja sie z we¬ wnetrzna powierzchnia tulei 11.Struktura uzwojen jest taka, ze kierunek prze¬ plywu pradu w czesciach uzwojen umieszczonych w kanalkach 12, 13 jest przeciwny. W zwiazku z tym kierunek przeplywu strumienia w sasiednich, bocznych scianach kanalków 12, 13 jest taki sam, a zatem nie wystepuje znoszenie sie strumienia.Transformator przedstawiony na fig. 2 posiada w swoim obwodzie magnetycznym szczeliny po¬ wietrzne. Szczeliny powietrzne sa regulowane, dzieki czemu mozna mierzyc zmiany napiecia na koncówkach uzwojenia wtórnego 17, gdy transfor¬ mator jest obciazony. Transformator z fig. 2 ma czlon 19 i tuleje 20, przy czym podobnie jak w przykladzie z fig. 1 czlon 19 posiada spiralne ka- nalki 21, 22 w których umieszczone sa uzwojenia.W przykladzie wykonania transformatora z fig. 2 czlon 19 ma inna konstrukcje i chociaz kanalki 21, 22 maja przekrój w zasadzie w ksztalcie litery U, to sasiednie sciany boczne kanalków stykaja sie ze soba. Zostaly takze wyeliminowane czesci most¬ kowe, a szczelina miedzy sasiednimi scianami bocz¬ nymi jest mozliwie mala. Ponadto, sciany boczne kanalków sa w zasadzie równoleglej Tuleja 20 ma równiez inna konstrukcje i jest tak uksztaltowana, ze okresla dwa skosne wystepy 23, 24. Kazdy wystep posiada sciane, która jest w zasadzie równolegla do scian bocznych kanalków oraz sciane, która jest odchylona od pierwszej scia¬ ny w kierunku glównej sciany tulei. Sciany kanal¬ ków 21, 22 wystaja poza umieszczone w nich uzwo¬ jenia i wystepy sa usytuowane w kanalkach, przy czym czlon 19 i tuleja 20 sa polaczone tak, jak sru¬ ba z nakretka. Czlon 19 ma kolnierz zewnetrzny. 25 a tuleja 20 ma podobny kolnierz 26. Oba kol¬ nierze 25 i 26 sa skrecone srubami za pomoca któ¬ rych sa one jednoczesnie zamocowane do podsta¬ wy 27. Otwory dla srub w jednym z kolnierzy maja ksztalt wydluzony, dzieki czemu elementy 10 15 20 25 30 35 40 45 5« 55 65 moga byc obracane wzgledem siebie. Nalezy zau¬ wazyc, ze sciana wystepu 24 sasiaduje ze sciana boczna kanalka 21, a sciana wystepu 23 sasiaduje ze sciana boczna kanalka 22. W rezultacie, obwód magnetyczny okreslony przez sciane kazdego ka¬ nalka, zawiera dwie szczeliny powietrzne.Wymiary szczelin powietrznych moga by£ zmie¬ niane za pomoca wzglednego katowego ustawiania czlonu i tulei, co jest mozliwe po zluzowaniu srub.Wymiary szczelin powietrznych moglyby byc re¬ gulowane za pomoca zmiany wzglednego osiowego ustawienia czlonu i tulei.Podobnie, jak w transformatorze z fig. 1, mate¬ rial, z którego wykonane sa oba powyzsze elemen¬ ty, moze miec strukture warstwowa z celu zmniej¬ szenia strat magnetycznych podczas pracy trans¬ formatora.W obu przykladach wykonania zostaly opisane tylko dwa kanalki. Mozna zastosowac wielokrotnie dwa kanaliki. W takim przypadku uzwojenia sa rozdzielone miedzy kanalki, a jedynym wymaga¬ niem jest, zeby kierunek przeplywu pradu w czes¬ ciach uzwojen umieszczonych w sasiednich kanal¬ kach byl przeciwny.Zastrzezenia patentowe 1. Transformator elektryczny mocy posiadajacy rdzen z materialu magnesowalnego i co najmniej pare uzwojen elektrycznych nawinietych na rdze¬ niu, z których jedno uzwojenie stanowi uzwojenie pierwotne transformatora, a drugie /uzwojenie lub uzwojenia stanowia uzwojenie lub uzwojenia wtór¬ ne transformatora, znamienny tym, ze rdzen za¬ wiera czlon (10, 19) o ksztalciel rurowym, który posiada na jego zewnetrznej powierzchni parzysta liczbe spiralnych kanalków (12, 13), (21, 22) usytuo¬ wanych tak, jak w gwincie dwuzwojowym albo wielozwojowym o wielokrotnosci parzystej, oraz tuleje ( 11, 20) o ksztalcie rurowym, rozciagajaca sie w poprzek otwartych konców kanalków (12, 13; 21, 22), przy czym kazde uzwojenie lezy wzdluz jed¬ nego z kanalków i wraca wzdluz sasiedniego-ka¬ nalku. 2. Transformator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze tuleja (11) ma ksztalt cylindryczny i ciasno przylega do czlonu (10). 3. Transformator wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze scianki czlonu (10) i tulei (11) maja struk¬ ture warstwowa. 4. Transformator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze tuleja (20) zawiera skosne wystepy (23, 24), które sa odpowiednio usytuowane w sasiedztwie scianki bocznej kanalków (21, 22). 5. Transformator wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze czlon (19) i tuleja (20) sa ustawione wzgle¬ dem siebie tak, ze powstaja szczeliny powietrzne stanowiace czesc obwodu magnetycznego utworzo¬ nego ze scianek bocznych i dna kazdego z kanal¬ ków oraz z czesci tulei, zamykajacej kanalki. 6. Transformator wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze czlon i tuleja maja elementy umozliwia¬ jace Katowe ustawienie tulei wzgledem czlonu.7 7. Transformator wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze czlon (10, 19) jest zbudowany z cienkiego materialu magnesowalnego, przy czym scianki boczne wyznaczajace kanalki (21, 22) stykaja sie ze sciankami bocznymi, wyznaczajacymi sasiednie ka- nulki. 113 195 8 8. Transformator wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze kanalki (21, 22) sa otwarte, na zewnatrz od strony tulei (11, 20). 9. Transformator wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze material magnesowalny ma strukture war¬ stwowa.FIG.I.FIGZ zr 25 ZGK 5 Btm, zam. 9159 — 105 rgz.Cena 100 zl PL