RU2187163C2

RU2187163C2 - Polyphase transformer

Info

Publication number: RU2187163C2
Application number: RU2000110466A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Сингаевский; Н.А. Суртаев; Ю.А. Суртаев; А.Е. Церковный; В.В. Терехов; С.Ю. Герасимов
Original assignee: Кубанский государственный аграрный университет
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2002-08-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: given polyphase transformer is designed for use in polyphase semiconductor converters of electric energy. Two side stranded ring magnetic cores bordering on butt surfaces of center magnetic core come without grooves and three-phase primary and multiphase secondary windings are dropped in slots between twisted teeth cemented on butt surfaces of center magnetic core. EFFECT: simplified manufacturing technology, reduced usage of electrical-sheet steel, improved quality of energy conversion. 2 dwg

Description

Изобретение относится к трансформаторостроению и может быть использовано в многофазных полупроводниковых преобразователях электрической энергии. The invention relates to transformer construction and can be used in multiphase semiconductor converters of electrical energy.

Известен многофазный трансформатор, вторичная обмотка которого разделена на отдельные секции, из которых формируются фазы многофазной системы (И.С. Климов. Пути создания многофазных трансформаторов и генераторов-трансформаторов. Электричество, 1958, 8, с. 50-54). Oднако конструкция такого трансформатора является достаточно сложной для практической реализации. A multiphase transformer is known, the secondary winding of which is divided into separate sections, from which the phases of the multiphase system are formed (I. S. Klimov. Ways to create multiphase transformers and generator transformers. Electricity, 1958, 8, p. 50-54). However, the design of such a transformer is quite complicated for practical implementation.

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 торцовых поверхностей среднего магнитопровода через немагнитные прокладки (патент РФ, 2115186, Н 02 М 5/14, 1998). The closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result is a multiphase transformer containing a middle twisted magnetic core with windings laid in radial grooves and two side twisted magnetic core made without windings and adjacent to the teeth of the end surfaces of the middle magnetic core through non-magnetic gaskets (RF patent 2115186; H 02 M 5/14, 1998).

В многофазном трансформаторе такой конструкции пазы для укладки обмоток на обоих торцах среднего магнитопровода фрезеруются, что приводит к усложнению технологии его изготовления и безвозвратным потерям электротехнической стали на стружку. При этом зубцы имеют в поперечном сечении форму, близкую к трапецеидальной, при которой ширина зубцов вдоль радиуса среднего магнитопровода оказывается различной - возрастающей в направлении от центра магнитопровода к внешней его части. В результате индукция магнитного поля вдоль зубца оказывается неодинаковой, что обуславливает дополнительные потери энергии в зубцовой зоне среднего магнитопровода и рост нелинейных искажений ЭДС, а следовательно, и напряжений вторичных обмоток трансформатора. In a multiphase transformer of this design, the grooves for laying the windings at both ends of the middle magnetic circuit are milled, which complicates the technology of its manufacture and the irrevocable loss of electrical steel to the chips. In this case, the teeth have a cross-sectional shape close to trapezoidal, in which the width of the teeth along the radius of the middle magnetic circuit is different - increasing in the direction from the center of the magnetic circuit to its outer part. As a result, the magnetic field induction along the tooth is not the same, which leads to additional energy losses in the tooth zone of the middle magnetic circuit and an increase in the non-linear distortion of the EMF, and hence the voltage of the secondary windings of the transformer.

Кроме того, фрезерование пазов в среднем магнитопроводе приводит к замыканию листов электротехнической стали между собой, в результате чего увеличиваются потери на вихревые токи. In addition, the milling of grooves in the middle magnetic circuit leads to the closure of the sheets of electrical steel to each other, resulting in an increase in eddy current losses.

Техническое решение направлено на упрощение технологии изготовления трансформатора, уменьшение расхода электротехнической стали, увеличение КПД, а также улучшение качества преобразования электроэнергии. The technical solution is aimed at simplifying the manufacturing technology of the transformer, reducing the consumption of electrical steel, increasing efficiency, as well as improving the quality of electricity conversion.

Решение поставленной задачи достигается тем, что на обе торцевые поверхности среднего витого кольцевого магнитопровода наклеены при помощи ферромагнитного клея витые зубцы, а секции трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток уложены в пазы, образованные витыми зубцами и торцевыми поверхностями среднего витого кольцевого магнитопровода. The solution to this problem is achieved by the fact that on both end surfaces of the middle twisted annular magnetic circuit, twisted teeth are glued with ferromagnetic glue, and sections of the three-phase primary and multiphase secondary windings are laid in grooves formed by twisted teeth and the end surfaces of the middle twisted ring magnetic circuit.

На фиг. 1 показана конструкция многофазного трансформатора - вид сбоку, на фиг.2 - вид сверху (в разрезе по зубцовой зоне). In FIG. 1 shows the construction of a multiphase transformer - side view, figure 2 is a top view (in section along the tooth zone).

Трансформатор содержит средний витой кольцевой магнитопровод 1, на обе торцевые поверхности которого при помощи ферромагнитного клея наклеены витые зубцы 2, оси симметрии которых относительно центра среднего витого кольцевого магнитопровода расположены под углом α, определяемым по формуле: α = π/m, где m - число фаз вторичной обмотки трансформатора. The transformer contains a middle twisted ring magnetic core 1, on both end surfaces of which twisted teeth 2 are glued with ferromagnetic glue 2, the axis of symmetry of which are relative to the center of the middle twisted ring magnetic core at an angle α defined by the formula: α = π / m, where m is the number phases of the secondary winding of the transformer.

В пазы, образованные витыми зубцами 2 и торцевыми поверхностями среднего витого кольцевого магнитопровода, уложены секции трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток 3. С двух противоположных сторон к среднему витому кольцевому магнитопроводу, с наклеенными на него зубцами, примыкают два боковых витых кольцевых магнитопровода 4. In the grooves formed by the twisted teeth 2 and the end surfaces of the middle twisted annular magnetic circuit, sections of the three-phase primary and multiphase secondary windings 3 are laid. On two opposite sides, two side twisted ring magnetic circuits 4 are adjacent to the middle twisted ring magnetic circuit, with the teeth glued to it.

Многофазный трансформатор работает следующим образом. При подключении трехфазной первичной обмотки к питающей сети в среднем витом кольцевом магнитопроводе трансформатора создается вращающееся магнитное поле, которое наводит в многофазной вторичной обмотке систему многофазных ЭДС, сдвинутых друг относительно друга на угол 2π/m. В результате происходит преобразование трехфазной первичной системы напряжений в m-фазную вторичную систему. Multiphase transformer operates as follows. When a three-phase primary winding is connected to the supply network, a rotating magnetic field is created in the middle twisted annular magnetic circuit of the transformer, which induces a multiphase EMF system shifted from each other by an angle of 2π / m in the multiphase secondary winding. As a result, a three-phase primary voltage system is transformed into an m-phase secondary system.

Благодаря высокой симметрии магнитной цепи, достигаемой за счет практически одинаковой ширины активной части витого зубца вдоль его оси, распределение потока в зубцовой зоне трансформатора 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, то есть увеличивается эффективность использования электротехнической стали в зубцовой зоне. Одновременно снижается уровень высших гармонических составляющих в кривой напряжения питающей сети. Кроме того, наличие полости в теле зубцов позволяет значительно уменьшить их массу (примерно на 25-30%), а следовательно, и массу трансформатора в целом при одновременном снижении расхода электротехнической стали на его изготовление. Due to the high symmetry of the magnetic circuit, achieved due to almost the same width of the active part of the twisted tooth along its axis, the flow distribution in the tooth zone of the transformer is more uniform than in the prototype. In this case, the induction in the teeth, and hence the amplitudes of the secondary voltages and the phase shifts between them, turn out to be practically the same, and the nonlinear distortions of the voltages of the secondary windings of the transformer are reduced, that is, the efficiency of using electrical steel in the tooth zone increases. At the same time, the level of higher harmonic components in the voltage curve of the supply network decreases. In addition, the presence of a cavity in the body of the teeth can significantly reduce their mass (by about 25-30%), and therefore the mass of the transformer as a whole, while reducing the consumption of electrical steel for its manufacture.

Следует также отметить, что при изготовлении витых зубцов исключается замыкание отдельных витков ленты электротехнической стали, имеющее место в прототипе при фрезеровании пазов на торцах среднего витого кольцевого магнитопровода. В результате снижаются потери на вихревые токи в стали как среднего витого кольцевого магнитопровода, так и зубцов. It should also be noted that in the manufacture of twisted teeth excludes the closure of individual turns of tape of electrical steel, which takes place in the prototype when milling grooves at the ends of the middle twisted ring magnetic circuit. As a result, eddy current losses in steel are reduced both in the middle twisted ring magnetic circuit and in the teeth.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволит в сравнении с прототипом упростить технологию изготовления многофазного трансформатора, уменьшить расход и увеличить эффективность использования электротехнической стали при его изготовлении, а также улучшить качество преобразования электроэнергии. Thus, the present invention will allow, in comparison with the prototype, to simplify the manufacturing technology of a multiphase transformer, reduce consumption and increase the efficiency of using electrical steel in its manufacture, as well as improve the quality of electricity conversion.

Claims

A multiphase transformer containing a middle twisted ring magnetic core with sections of a three-phase primary and multiphase secondary windings and two lateral twisted ring magnetic circuits adjacent to it from its two opposite sides without windings, characterized in that glued with ferromagnetic glue to both end surfaces of the middle twisted ring magnetic core twisted teeth, and sections of the three-phase primary and multiphase secondary windings are laid in grooves formed by twisted teeth and end surfaces of the middle a coiled magnetic ring.