RU2444076C1 - Transformer - Google Patents

Transformer Download PDF

Info

Publication number
RU2444076C1
RU2444076C1 RU2010132671/07A RU2010132671A RU2444076C1 RU 2444076 C1 RU2444076 C1 RU 2444076C1 RU 2010132671/07 A RU2010132671/07 A RU 2010132671/07A RU 2010132671 A RU2010132671 A RU 2010132671A RU 2444076 C1 RU2444076 C1 RU 2444076C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
core
layers
winding
turns
transformer
Prior art date
Application number
RU2010132671/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Владимирович Казаков (RU)
Олег Владимирович Казаков
Шамсумухамет Исламович Вафин (RU)
Шамсумухамет Исламович Вафин
Владимир Викторович Казаков (RU)
Владимир Викторович Казаков
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ)
Priority to RU2010132671/07A priority Critical patent/RU2444076C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2444076C1 publication Critical patent/RU2444076C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: transformer includes a short-circuited turn (4), arranged tightly with a short-circuited turn of a wire (3) along the middle line of a winding core (2), and inverters (5) for single shift of layers in turns of the winding core (2), connected into the break of these layers in that place, where the total length of turns becomes equal to the half of the total length of the winding core turns (2). The transformer may have all structures inherent in the prototype. It may replace all types of measurement and power transformers. Since dimensions of all proposed transformers are considerably lower than dimensions of standard three-phase transformers, this replacement will also provide for higher symmetry of voltage and current transformations. Compactness, best characteristics and commercial appeal of the transformer will make it possible to use it instead of power planar transformers in the electronic industry.
EFFECT: smaller dimensions of windings and the core, losses of energy in the transformer, increased stiffness of the core, higher reliability, increased range of currents and voltages, improved characteristics of the core and windings, reduced costs for manufacturing.
2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромагнитных трансформаторах.The invention relates to electrical engineering and can be used in electromagnetic transformers.

Известен индуктивный элемент (Патент Великобритании №1203948, H01F 17/04, 03.09.1970), содержащий одну или более обмоток, охваченных одним или более слоями ферромагнетика, образующего замкнутый сердечник, связывающий обмотки. Обмотки и слои ферромагнетика имеют разрывы и, благодаря этому, путем выбора соединений витков обмоток и слоев ферромагнетика возможно получение дросселей, трансформаторов и других индуктивных элементов с необходимыми параметрами. В процессе сборки индуктивного элемента используются как существующие обмотки и слои ферромагнетика, так и обмотки, слои ферромагнетика, слои изоляции и соединения, создаваемые непосредственно при этом методами химического, фотохимического, электрохимического, термического и вакуумного осаждения, травления, электрофореза, эмалирования, глазирования, вжигания металлов в изоляцию, акустической обработки, лазерной обработки, фрезерования, сварки, пайки, преднапряженного прижима, с использованием различных защитных масок и непрерывным измерением параметров элемента. Такая комбинированная технология последовательного наращивания на тонкой подложке обеспечивает плотную и, следовательно, компактную конструкцию планарных (линейных) индуктивных элементов. Плоская форма индуктивного элемента улучшает отвод тепла от обмоток и сердечника, но для снижения вихревых потерь и ослабления скин-эффекта выполнять обмотки рекомендуется проводом, вертикальный размер сечения которого больше горизонтального (Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов.: уч. пособие для вузов. - 5-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 528 с.), и объемный индуктивный элемент имеет лучшие характеристики, чем планарный (Самарин А. Технология и область применения микроконтактных соединений Claw Connect. - «Компоненты и технологии», №12, 2006 г., с.136-142). При изготовлении индуктивного элемента использовано предельно большое количество лучших технологий, однако сохранилась классическая конструкция индуктивного элемента. Это не позволяет существенно уменьшить его размеры и улучшить характеристики.Known inductive element (UK Patent No. 1203948, H01F 17/04, 09/03/1970) containing one or more windings covered by one or more layers of a ferromagnet forming a closed core connecting the windings. The windings and layers of the ferromagnet have gaps and, due to this, by choosing the connections of the turns of the windings and layers of the ferromagnet, it is possible to obtain chokes, transformers and other inductive elements with the necessary parameters. In the process of assembling an inductive element, both existing windings and layers of a ferromagnet are used, as well as windings, layers of a ferromagnet, insulation layers and compounds created directly by chemical, photochemical, electrochemical, thermal and vacuum deposition, etching, electrophoresis, enameling, glazing, burning metals in insulation, acoustic processing, laser processing, milling, welding, soldering, prestressing, using various protective masks and continuous and measuring element parameters. This combined technology of sequential growth on a thin substrate provides a dense and, therefore, compact design of planar (linear) inductive elements. The flat shape of the inductive element improves the heat removal from the windings and the core, but in order to reduce vortex losses and weaken the skin effect, it is recommended to carry out the windings with a wire whose vertical cross-sectional dimension is greater than the horizontal one (Tikhomirov P.M. Transformer design .: study guide for universities. - 5th ed. - M.: Energoatomizdat, 1986. - 528 p.), And a three-dimensional inductive element has better characteristics than a planar one (Samarin A. Technology and the scope of Claw Connect. - Components and Technologies, No. 12, 2006, p.136-142 ) In the manufacture of the inductive element, an extremely large number of the best technologies were used, however, the classical design of the inductive element was preserved. This does not significantly reduce its size and improve performance.

Известен преобразователь тока в напряжение (Сидиряков Е.В., Лямец Ю.Я., Козлов В.Н. Патент РФ №1347025, G01R 19/00, 23.10.1987), содержащий замкнутый сердечник, на котором размещены короткозамкнутая и измерительная обмотки. Благодаря низкому электрическому сопротивлению короткозамкнутой обмотки преобразователя можно выбирать любую точку на кривой намагничивания его сердечника, в том числе обеспечить его полное размагничивание при любом измеряемом токе во внешнем проводе, пронизывающем сердечник преобразователя. Однако рассматриваемый преобразователь имеет большие размеры и потери в обмотках, поэтому не может использоваться в качестве силовых трансформаторов.A known current to voltage converter (Sidiryakov E.V., Lyamets Yu.Ya., Kozlov V.N. RF Patent No. 1347025, G01R 19/00, 10/23/1987), containing a closed core, on which are short-circuited and measuring windings. Due to the low electrical resistance of the short-circuited winding of the converter, you can select any point on the magnetization curve of its core, including ensuring its complete demagnetization at any measured current in the external wire penetrating the converter core. However, the converter in question has large dimensions and losses in the windings, and therefore cannot be used as power transformers.

Наиболее близким техническим решением является трансформатор (Казаков В.В., Немцев Г.А. Патент РФ №2320045, H01F 30/06, H01F 27/28, 20.03.2008), содержащий сердечник, образованный вертикальными стержнями, верхние торцы которых магнитно соединены через верхнее ярмо, а нижние - через нижнее ярмо, причем торцы стержней электрически изолированы от ярем, первичные обмотки, охватывающие стержни, причем стержни навиты в виде рулонов из эмалированной ленты ферромагнитного материала с высокой электропроводностью, магнитной проницаемостью и индукцией насыщения, например из электролитического железа с чистотой 99,998%, и совмещают функцию вторичных обмоток или их части, что позволяет существенно уменьшить размеры и улучшить характеристики трансформатора.The closest technical solution is a transformer (Kazakov V.V., Nemtsev G.A. RF Patent No. 2320045, H01F 30/06, H01F 27/28, 03/20/2008), containing a core formed by vertical rods, the upper ends of which are magnetically connected through the upper yoke and the lower through the lower yoke, the ends of the rods being electrically isolated from the yoke, the primary windings covering the rods, the rods being wound in the form of rolls of enameled tape of a ferromagnetic material with high electrical conductivity, magnetic permeability and saturation induction, e.g. an example of electrolytic iron with a purity of 99.998%, and combine the function of the secondary windings or parts thereof, which can significantly reduce the size and improve the characteristics of the transformer.

Необходимость увеличения толщины немагнитной электрической изоляции между стержнями и ярмами при изготовлении трансформаторов с высоким выходным напряжением приводит к ухудшению характеристик сердечника и надежности изоляции обмоток.The need to increase the thickness of non-magnetic electrical insulation between the rods and yokes in the manufacture of transformers with high output voltage leads to a deterioration in the characteristics of the core and the reliability of the insulation of the windings.

По причине того, что при такой конструкции трансформатора только часть сердечника, а именно его стержни, могут одновременно выполнять функцию обмоток, дальнейшее уменьшение размеров трансформатора и потерь в его обмотках и сердечнике ограничено.Due to the fact that with this design of the transformer only part of the core, namely its rods, can simultaneously perform the function of windings, a further reduction in the size of the transformer and losses in its windings and core is limited.

Снижение потерь в стержнях-обмотках от вихревых токов и скин-эффекта достигается тем, что они наматываются в виде рулонов лентой, содержащей большое количество одинаковых, калиброванных по ширине и электрически изолированных между собой тонких слоев, выполненных из ферромагнетика с высокой электропроводностью и высокой отрицательной магнитной резистивностью. При этом многослойность ленты не увеличивает распределенную емкость обмотки. Поскольку стержни одновременно выполняют функцию именно вторичных обмоток, то в каждом слое ленты, которой навита такая обмотка, наводится одна и та же собственная ЭДС, что исключает перераспределение тока между слоями из-за скин-эффекта. Поэтому транспонирование проводников в таких обмотках не требуется. Однако соседние слои ленты своими концами электрически соединены вместе и образуют петлю, охватывающую часть поперечного сечения сердечника, расположенную между этими слоями. Поэтому между концами этих слоев установится разность ЭДС, равная ΔUсл=ω·B·(lпр2·dж), где ω - циклическая частота тока в обмотках, В - индукция магнитного поля в сердечнике, lпр2 - длина ленты, dж - толщина слоя, причем благодаря охваченности сечения стержня общими витками, значение В распределено равномерно по сечению стержня. Для компенсации разности ЭДС слоев в ленте внутренние витки обмотки навиваются только нижним слоем ленты, последующие витки - с поочередным добавлением следующих слоев. Такой метод компенсации требует точного расчета количества отличающихся внутренних и последующих витков, т.к. погрешность компенсации разности межслоевой ЭДС вызовет увеличение потерь во вторичной обмотке. Также усложняется конструкция выводов вторичной обмотки, что снижает их надежность.The reduction of losses in the winding rods from eddy currents and the skin effect is achieved by the fact that they are wound in the form of rolls with tape containing a large number of identical, calibrated in width and electrically isolated from each other thin layers made of a ferromagnet with high electrical conductivity and high negative magnetic resistivity. Moreover, the multilayer tape does not increase the distributed capacity of the winding. Since the rods at the same time perform the function of secondary windings, then in each layer of the tape which such a winding is wound, the same intrinsic EMF is induced, which eliminates the redistribution of current between the layers due to the skin effect. Therefore, transposition of conductors in such windings is not required. However, the adjacent layers of the tape at their ends are electrically connected together and form a loop covering the part of the cross section of the core located between these layers. Therefore, between the ends of these layers an EMF difference is established equal to ΔU SL = ω · B · (l CR2 · d W ), where ω is the cyclic current frequency in the windings, B is the magnetic field induction in the core, l CR2 is the tape length, d W - the thickness of the layer, and due to the coverage of the rod section by common turns, the value of B is distributed evenly over the rod section. To compensate for the difference in the EMF of the layers in the tape, the inner turns of the winding are wound only with the lower layer of the tape, the subsequent turns with the subsequent addition of the following layers. This compensation method requires an accurate calculation of the number of different internal and subsequent turns, because the error in the compensation of the difference in the interlayer EMF will cause an increase in losses in the secondary winding. The design of the terminals of the secondary winding is also complicated, which reduces their reliability.

В описании трансформатора не поясняется, каким образом внутренние концы стержней-обмоток подключаются к выходам трансформатора. Провод, которым выполняется такое соединение, может, например, проходить через торец стержня-обмотки и являться частью токовой петли, охватывающей вертикальное сечение стержня-обмотки. Такая новая электромагнитная система схожа с трансформатором тока с разорванной вторичной обмоткой. Поэтому ток, протекающий по соединительному проводу, может вызвать перпендикулярное магнитное насыщение стержня, многократно уменьшая его магнитную проницаемость в направлении рабочего магнитного потока. Аналогичное явление происходит и при любом другом расположении соединительного провода. Это ограничивает ток нагрузки трансформатора.The transformer description does not explain how the inner ends of the winding rods are connected to the transformer outputs. The wire through which such a connection is made can, for example, pass through the end of the winding rod and be part of a current loop covering the vertical section of the winding rod. Such a new electromagnetic system is similar to a current transformer with a torn secondary winding. Therefore, the current flowing through the connecting wire can cause perpendicular magnetic saturation of the rod, repeatedly reducing its magnetic permeability in the direction of the working magnetic flux. A similar phenomenon occurs with any other arrangement of the connecting wire. This limits the load current of the transformer.

Задачей изобретения является уменьшение размеров обмоток и сердечника, потерь энергии в трансформаторе, увеличение жесткости сердечника, повышение надежности, увеличение диапазона токов и напряжений, улучшение характеристик сердечника и обмоток, уменьшение затрат на изготовление трансформатора.The objective of the invention is to reduce the size of the windings and core, energy loss in the transformer, increase the stiffness of the core, increase reliability, increase the range of currents and voltages, improve the characteristics of the core and windings, reduce the cost of manufacturing a transformer.

Технический результат достигается тем, что в трансформатор, содержащий первичные обмотки, охватывающие обмотку-сердечник, провод, соединяющий внутренний контакт обмотки-сердечника с первым выводом выхода трансформатора, дополнительно введены изолированный короткозамкнутый виток, расположенный вдоль замкнутой средней линии внутри обмотки-сердечника рядом с проводом, так же образующим короткозамкнутый виток вдоль замкнутой средней линии, причем каждый виток обмотки-сердечника выполнен в виде тонких изолированных, в том числе между собой, слоев ферромагнетика с высокой электропроводимостью путем синхронного наращивания этого витка вокруг всей наружной поверхности поперечного сечения обоих короткозамкнутых витков, за исключением пространства отверстия для прохождения изолированной части провода внутрь обмотки-сердечника и других технологических отверстий; инверторы слоев обмотки-сердечника; причем, все начала слоев ферромагнетика соединены вместе на короткозамкнутой линии провода, образуя внутренний контакт обмотки-сердечника, наращивание витков обмотки-сердечника прерывается, когда их суммарная длина, определяемая в поперечном сечении обмотки-сердечника, становится равной половине общей длины витков обмотки-сердечника, и концы слоев, наращенных до прерывания, соединены со входами параллельно установленных инверторов слоев, количество которых определяется из условия максимального заполнения линии, на которой прервалось наращивание витков; начала слоев витков, наращиваемых далее, подключаются к выходам инверторов слоев; наружные концы слоев последнего витка обмотки-сердечника соединены вместе по одной замкнутой линии, образуя наружный контакт обмотки-сердечника, соединенный со вторым выводом выхода трансформатора.The technical result is achieved by the fact that in the transformer containing the primary windings covering the core winding, the wire connecting the inner contact of the core winding with the first output terminal of the transformer, an isolated short-circuited coil located along a closed midline inside the core winding next to the wire is additionally introduced , also forming a short-circuited coil along a closed midline, and each coil of the core winding is made in the form of thin insulated, including between fight ferromagnetic layers with high conductivity through the simultaneous extension of the coil around the entire outer surface of the cross-section of both short-circuited windings, except for the opening of the space for passage of the isolated portion of the wire inside the winding-mandrel holes and other process; core layer inverters; moreover, all the beginnings of the layers of the ferromagnet are connected together on a short-circuited line of the wire, forming the inner contact of the core winding, the extension of the turns of the core winding is interrupted when their total length, determined in the cross section of the core winding, becomes equal to half the total length of the turns of the core winding, and the ends of the layers extended before the interruption are connected to the inputs of the parallel installed inverters of the layers, the number of which is determined from the condition of maximum filling of the line on which it interrupted s capacity turns; the beginnings of the layers of coils being further expanded are connected to the outputs of the inverters of the layers; the outer ends of the layers of the last turn of the core winding are connected together in one closed line, forming the outer contact of the core winding connected to the second output terminal of the transformer.

Таким образом, для достижения технического результата изобретения в трансформатор внесены следующие изменения: введен короткозамкнутый виток, расположенный вплотную с короткозамкнутым витком провода вдоль средней линии обмотки-сердечника; введены инверторы для однократной перестановки слоев в витках обмотки-сердечника, подключаемые в разрыв этих слоев в том месте, где суммарная длина витков становится равной половине общей длины витков обмотки-сердечника.Thus, in order to achieve the technical result of the invention, the following changes are made to the transformer: a short-circuited coil is introduced, which is located closely with a short-circuited coil of wire along the midline of the core winding; Inverters were introduced for a single permutation of the layers in the turns of the core winding, connected to the gap of these layers in the place where the total length of the turns becomes equal to half the total length of the turns of the core winding.

Эскиз трансформатора в горизонтальном разрезе представлен на фиг.1, а в вертикальном - на фиг.2. На фиг.3 показан эскиз обмотки-сердечника, а на фиг.4 - ее вертикальный разрез. На фиг.5 показан эскиз инвертора слоев, на фиг.6 - электрическая схема инвертирования слоев, а на фиг.7 - схема подключения инвертора.A sketch of the transformer in horizontal section is shown in figure 1, and in the vertical - in figure 2. Figure 3 shows a sketch of the winding core, and figure 4 is its vertical section. In Fig.5 shows a sketch of the inverter layers, Fig.6 is an electrical diagram of the inversion of the layers, and Fig.7 is a connection diagram of the inverter.

Трансформатор содержит:The transformer contains:

1 - первичные обмотки,1 - primary windings,

2 - обмотку-сердечник,2 - core winding,

3 - провод,3 - wire

4 - изолированный короткозамкнутый виток,4 - insulated short-circuited coil,

5 - инверторы слоев витков обмотки-сердечника.5 - inverters of the layers of the turns of the core winding.

Первичные обмотки 1 охватывают обмотку-сердечник 2. Вся обмотка-сердечник 2 дополнительно выполняет функцию вторичных обмоток трансформатора. Внутри обмотки-сердечника 2 параллельно установлены провод 3, изолированный короткозамкнутый виток 4 и инверторы 5 для однократной перестановки слоев в витках обмотки-сердечника 2. Эскиз инвертора 5 слоев показан на фиг.5, где: I, II, III, …, n - номера слоев, или контактов инвертора, соответствующие номерам инвертируемых слоев витков обмотки-сердечника 2. Инверторы 5 представляют собой набор электропроводящих тонкостенных коаксиальных трубок прямоугольного сечения, изолированных между собой и, например, допускающих разрыв своей одной фронтальной стороны периметра, параллельный продольной оси инвертора.The primary windings 1 cover the core winding 2. The entire core winding 2 additionally serves as the secondary windings of the transformer. Inside the core winding 2, a wire 3, an insulated short-circuited coil 4 and inverters 5 are installed in parallel for a single permutation of the layers in the turns of the core winding 2. A sketch of the inverter 5 layers is shown in figure 5, where: I, II, III, ..., n - the numbers of layers or contacts of the inverter corresponding to the numbers of inverted layers of the turns of the core winding 2. Inverters 5 are a set of electrically conductive thin-walled coaxial tubes of rectangular cross section, isolated between themselves and, for example, allowing rupture of one of their frontally th side of the perimeter, parallel to the longitudinal axis of the inverter.

Провод 3 соединяет внутренний контакт обмотки-сердечника 2 с первым выводом выхода трансформатора. Изолированный короткозамкнутый виток 4 расположен вдоль замкнутой средней линии lc внутри обмотки-сердечника 2 рядом (параллельно) с проводом 3, так же образующим короткозамкнутый виток вдоль замкнутой средней линии lc. Вокруг всей наружной поверхности поперечного сечения обоих короткозамкнутых витков 3 и 4 синхронно наращены витки обмотки-сердечника 2 за исключением пространства отверстия для прохождения изолированной части провода 3 внутри обмотки-сердечника 2 и других технологических отверстий. Каждый виток обмотки-сердечника 2 выполнен в виде изолированных, в том числе между собой, и полностью идентичных тонких слоев ферромагнетика с высокой электропроводимостью. Все начала слоев ферромагнетика соединены вместе на короткозамкнутой линии провода 3, образуя внутренний контакт обмотки-сердечника 2. Параллельно установленные инверторы 5 подключены в разрыв слоев ферромагнетика в витках обмотки-сердечника 2, т.е. наращивание витков обмотки-сердечника 2 прервано в том месте, где суммарная длина, определяемая в поперечном сечении обмотки-сердечника 2, становится равной половине общей длины витков обмотки-сердечника 2. Концы слоев ферромагнетика, наращенных до прерывания, соединены с вводами параллельно установленных инверторов 5 слоев обмотки-сердечника 2. Количество инверторов 5 определяется из условия максимального заполнения линии, на которой прервалось наращивание витков обмотки-сердечника 2. Начала слоев витков, наращиваемых далее, подключены к выходам инверторов 5. Наружные концы слоев последнего витка обмотки-сердечника 2 соединены вместе по одной замкнутой линии, образуя наружный контакт обмотки-сердечника 2, который соединен со вторым выводом выхода трансформатора.Wire 3 connects the internal contact of the core winding 2 to the first output terminal of the transformer. An isolated short-circuited coil 4 is located along a closed midline l c inside the core winding 2 next to (parallel) with a wire 3, also forming a short-circuited coil along a closed midline l c . Around the entire outer surface of the cross-section of both short-circuited turns 3 and 4, the turns of the core winding 2 are synchronously expanded, with the exception of the space of the hole for passing the insulated part of the wire 3 inside the core winding 2 and other technological holes. Each coil of the core winding 2 is made in the form of isolated, including among themselves, and completely identical thin layers of a ferromagnet with high electrical conductivity. All the beginnings of the layers of the ferromagnet are connected together on a short-circuited line of the wire 3, forming the internal contact of the core-winding 2. Parallel installed inverters 5 are connected to the gap layers of the ferromagnet in the turns of the coil-core 2, i.e. the extension of the turns of the core winding 2 is interrupted at the point where the total length, determined in the cross section of the core winding 2, becomes equal to half the total length of the turns of the core winding 2. The ends of the layers of the ferromagnet, extended before the interruption, are connected to the inputs of the parallel installed inverters 5 layers of the core winding 2. The number of inverters 5 is determined from the condition of maximum filling of the line on which the build-up of the turns of the core winding was interrupted 2. The beginning of the layers of coils to be further expanded to the outputs of the inverters 5. The outer ends of the layers of the last turn of the core winding 2 are connected together in one closed line, forming the outer contact of the core winding 2, which is connected to the second output terminal of the transformer.

Трансформатор работает следующим образом.The transformer operates as follows.

При подключении переменного напряжения U1 сети с циклической частотой ω к выводам первичной обмотки 1 трансформатора с количеством витков N1, в замкнутой магнитной цепи, образованной обмоткой-сердечником 2, наводится магнитный поток Фраб=U1/ωN1), пропорциональный ампер-виткам I1=i1·N1 первичной обмотки, равномерный по поперечному сечению Sc обмотки-сердечника 2, благодаря тому, что оно охвачено общими витками, и наводящий в обмотке-сердечнике 2 с количеством витков N2 напряжение U2=kUωN2Фраб, где kU=(Dвнеш+2Dвнутр)/(3Dвнеш+3Dвнутр), Dвнеш и Dвнутр - внешний и внутренний диаметры поперечного сечения обмотки-сердечника 2. Так как электропроводное полотно обмотки-сердечника 2 в направлении протекания рабочего тока разделено на два одинаковых по длине отрезка, то между концами соседних слоев каждого отрезка многослойного полотна наводится одинаковая разность ЭДС, равная ΔUсл=ω·B·[lпр2/2)·dж], где ω - циклическая частота тока в обмотках; В - индукция рабочего магнитного поля в обмотке-сердечнике 2; lпр2 - длина полотна в направлении протекания рабочего тока в нем; dж - толщина железа одного слоя. Однократное инвертирование расположения слоев в середине многослойного полотна ферромагнетика с высокой электропроводностью, из которого скатана обмотка-сердечник 2, обеспечивается с помощью инверторов 5. Благодаря однократной перестановке расположения соседних слоев полотна, включенных последовательно через инверторы 5 слоев, разности ЭДС слоев обоих отрезков направлены встречно и их сумма равна нулю.When connecting an alternating voltage U 1 of a network with a cyclic frequency ω to the terminals of the primary winding 1 of the transformer with the number of turns N 1 , in a closed magnetic circuit formed by the core winding 2, a magnetic flux Φ slave = U 1 / ωN 1 ), proportional to turns I 1 = i 1 · N 1 of the primary winding, uniform across the cross section S c of the core winding 2, due to the fact that it is covered by common turns, and inducing in the core winding 2 with the number of turns N 2 the voltage U 2 = k U ωN slave 2 F where k U = (D + 2D ext Int) / (3D + 3D ext Int), D and D ext inner - outer and inner diameters of the cross section of the core-winding 2. Since the electrically conductive sheet of the core-winding 2 in the direction of flow of the operating current is divided into two equal length segments, the same EMF difference equal to ΔU is induced between the ends of adjacent layers of each segment of the multilayer web SL = ω · B · [l CR2 / 2) · d W ], where ω is the cyclic frequency of the current in the windings; In - the induction of the working magnetic field in the core winding 2; l CR2 - the length of the blade in the direction of flow of the working current in it; d W - the thickness of the iron of one layer. A single inversion of the arrangement of layers in the middle of a multilayer fabric of a high-conductivity ferromagnet from which the core winding 2 is rolled is provided by inverters 5. Due to a single rearrangement of the arrangement of adjacent layers of the fabric connected in series through inverters of 5 layers, the differences in the EMFs of the layers of both segments are directed opposite and their sum is zero.

Во вторичных обмотках трансформаторов, выполненных из многослойных проводов, состоящих из изолированных между собой и полностью идентичных тонких слоев, влияние скин-эффекта на распределение тока между этими слоями отсутствует, так как в этих слоях наводятся одинаковые ЭДС, и ток равномерно распределяется между слоями проводов. Поэтому инверторы 5 слоев выполняют только функцию уравнивания ЭДС слоев. Существуют два полностью эквивалентных объяснения причины возникновения межслоевой разности ЭДС: 1) наружный слой ферромагнитной обмотки охватывает большее значение магнитного потока, чем внутренние слои; 2) соседние слои такой обмотки образуют замкнутую петлю, охватывающую пронизывающий ее поток.In the secondary windings of transformers made of multilayer wires, consisting of insulated and completely identical thin layers, there is no effect of the skin effect on the current distribution between these layers, since the same EMF is induced in these layers, and the current is evenly distributed between the layers of the wires. Therefore, inverters of 5 layers perform only the function of equalizing the EMF of the layers. There are two completely equivalent explanations for the cause of the interlayer difference of the EMF: 1) the outer layer of the ferromagnetic winding covers a greater value of the magnetic flux than the inner layers; 2) the adjacent layers of such a winding form a closed loop covering the thread penetrating it.

Сопротивление Rкз короткозамкнутого витка 4 существенно меньше суммарного сопротивления соединительных проводов, обмотки-сердечника 2 и нагрузки трансформатора. Это обеспечивает обнуление любого магнитного потока, перпендикулярного к Фраб, и исключает ухудшение магнитных характеристик обмотки-сердечника 2 из-за тока нагрузки трансформатора.The resistance R KZ short-circuited coil 4 is significantly less than the total resistance of the connecting wires, the core winding 2 and the load of the transformer. This ensures zeroing of any magnetic flux perpendicular to the slave , and eliminates the deterioration of the magnetic characteristics of the core winding 2 due to the load current of the transformer.

Таким образом, по сравнению с аналогами и прототипом достигнуты следующие преимущества:Thus, in comparison with analogues and prototype achieved the following advantages:

1) весь сердечник трансформатора дополнительно выполняет функции его вторичных обмоток. Это позволяет уменьшить размеры обмоток и сердечника, а значит, потери энергии в трансформаторе, пропорциональные этим размерам;1) the entire core of the transformer additionally performs the functions of its secondary windings. This allows you to reduce the size of the windings and the core, and therefore, the energy loss in the transformer, proportional to these sizes;

2) благодаря сплошному сердечнику, не имеющему ярем, все точки каждого витка обмотки-сердечника 2, выстроившиеся в линию, параллельную средней линии lс обмотки-сердечника 2, являются эквипотенциальными. Поэтому сняты ограничения по максимуму вторичного напряжения U2 трансформатора, связанные с необходимостью увеличения немагнитной изоляции между частями сердечника. Также, как и одновременное увеличение жесткости конструкции сердечника, это существенно увеличивает надежность трансформатора;2) due to the solid core, which does not have a jerk, all points of each turn of the core winding 2, aligned in a line parallel to the midline l from the core winding 2, are equipotential. Therefore, the restrictions on the maximum secondary voltage U 2 of the transformer are removed, associated with the need to increase non-magnetic insulation between the parts of the core. As well as a simultaneous increase in the rigidity of the core structure, this significantly increases the reliability of the transformer;

3) использование инверторов 5 слоев простой конструкции увеличивает коммерческую привлекательность, т.к. уменьшает затраты на изготовление трансформатора; при этом большое количество слоев в витках обмотки-сердечника 2, используемое для увеличения тока нагрузки и снижения потерь, улучшает характеристики сердечника и обмоток;3) the use of inverters 5 layers of simple design increases commercial attractiveness, because reduces the cost of manufacturing a transformer; however, a large number of layers in the turns of the core winding 2, used to increase the load current and reduce losses, improves the characteristics of the core and windings;

4) благодаря нейтрализации короткозамкнутым витком 4 перпендикулярного намагничивания обмотки-сердечника 2 током соединительного выходного провода 3 или иными токами, вызывающими это намагничивание, сняты ограничения по максимуму тока I2 нагрузки трансформатора.4) due to the neutralization by a short-circuited coil 4 of the perpendicular magnetization of the core winding 2 by the current of the connecting output wire 3 or by other currents causing this magnetization, the restrictions on the maximum current I 2 of the transformer load are lifted.

Трансформатор может быть изготовлен из тех же материалов, из которых изготовлен прототип. Например, обмотка-сердечник 2 может быть изготовлена из 5-50 мкм слоев из 99,998-99,999% электролитического железа, изготовленного электрически-магнитным рафинированием на Кыштымском медно-электролитном заводе, или на Industrial metal powders {India) pvt. ltd., эмалированного 3 мкм полиимидом с красящим наполнителем Al2O3 и имеющего следующие характеристики: удельное сопротивление ρ26°C=0,0947 мкОм·м; относительная магнитная проницаемость µ=100000…120000; индукция насыщения Вmax=2,66-2,70 Т; коэрцитивная сила Hc<2 А/м.The transformer can be made of the same materials from which the prototype is made. For example, the core winding 2 can be made of 5-50 μm layers of 99.998-99.999% electrolytic iron produced by electro-magnetic refining at the Kyshtym Copper-Electrolyte Plant, or at Industrial metal powders {India) pvt. ltd., enameled with 3 μm polyimide with a coloring filler Al 2 O 3 and having the following characteristics: resistivity ρ 26 ° C = 0.0947 μOhm · m; relative magnetic permeability µ = 100000 ... 120000; saturation induction B max = 2.66-2.70 T; coercive force H c <2 A / m.

Обмотку-сердечник 2 можно изготовить стыковой низкотемпературной (80°С) сваркой полос фольги из ферромагнитного металла с помощью устройства ДИМЕТ (производства Обнинского центра порошкового напыления) парами меди или железа, или из предварительно отштампованных полуцилиндрических или прямоугольных деталей, стыкуя их с помощью устройства ДИМЕТ. Обмотка-сердечник 2 может быть изготовлена так же методом послойного наращивания железа по пента-карбонильной технологии и образования изоляции оксидированием с применением соответствующих масок.The core winding 2 can be produced by butt low-temperature (80 ° C) welding of foil strips of ferromagnetic metal using the DIMET device (manufactured by the Obninsk powder spraying center) with copper or iron vapor, or from pre-stamped semi-cylindrical or rectangular parts, joining them using the DIMET device . The core winding 2 can also be made by the method of layer-by-layer growth of iron using penta-carbonyl technology and the formation of insulation by oxidation using appropriate masks.

Трансформатор может иметь все конструкции, присущие прототипу, и может заменять все виды измерительных и силовых трансформаторов. Так как размеры трех трансформаторов, изготовленных согласно заявляемому изобретению, существенно меньше, чем размеры стандартных трехфазных трансформаторов, то такая замена так же обеспечит повышение симметричности трансформации напряжений и токов.The transformer can have all the designs inherent in the prototype, and can replace all types of measuring and power transformers. Since the dimensions of the three transformers made according to the claimed invention are significantly smaller than the dimensions of standard three-phase transformers, such a replacement will also provide an increase in the symmetry of the transformation of voltages and currents.

Компактность, лучшие характеристики и коммерческая привлекательность трансформатора позволит использовать его вместо силовых планарных трансформаторов в электронной промышленности.The compactness, best characteristics and commercial attractiveness of the transformer will make it possible to use it instead of power planar transformers in the electronics industry.

Claims (2)

1. Трансформатор, содержащий первичные обмотки, охватывающие обмотку-сердечник, провод, соединяющий внутренний контакт обмотки-сердечника с первым выводом выхода трансформатора, отличающийся тем, что он дополнительно содержит инверторы слоев витков обмотки-сердечника и изолированный короткозамкнутый виток, расположенный внутри обмотки-сердечника вдоль ее замкнутой средней линии параллельно проводу, установленному вдоль средней линии обмотки-сердечника с возможностью образования короткозамкнутого витка, причем каждый виток обмотки-сердечника выполнен в виде тонких изолированных, в том числе между собой, слоев ферромагнетика с высокой электропроводимостью, расположенных путем синхронного наращивания этого витка вокруг всей наружной поверхности поперечного сечения обоих короткозамкнутых витков за исключением отверстия для прохождения изолированной части провода внутри обмотки-сердечника, при этом все начала слоев ферромагнетика соединены вместе на короткозамкнутой линии провода с возможностью образования внутреннего контакта обмотки-сердечника, наращивание витков обмотки-сердечника прервано при суммарной длине в поперечном сечении обмотки-сердечника, равной половине общей длины витков обмотки-сердечника, концы слоев ферромагнетика, наращенных до прерывания, соединены с входами параллельно установленных инверторов, количество которых соответствует условию максимального заполнения линии, на которой прервано наращивание витков, а начала слоев витков обмотки-сердечника, наращиваемых далее, подключены к выходам инверторов;
наружные концы слоев последнего витка обмотки-сердечника соединены вместе по одной замкнутой линии с возможностью образования наружного контакта обмотки-сердечника, соединенного со вторым выводом выхода трансформатора.
1. A transformer containing primary windings covering the core winding, a wire connecting the inner contact of the core winding with the first output terminal of the transformer, characterized in that it further comprises inverters of the layers of the turns of the core winding and an isolated short-circuited coil located inside the core winding along its closed midline parallel to the wire installed along the midline of the core-winding with the possibility of forming a short-circuited coil, each coil of the winding -the core is made in the form of thin insulated, including between each other, layers of a ferromagnet with high electrical conductivity located by synchronously building up this coil around the entire outer surface of the cross section of both short-circuited turns except for the hole for passing the insulated part of the wire inside the core winding, all the beginnings of the layers of the ferromagnet are connected together on a short-circuited line of the wire with the possibility of the formation of an internal contact of the winding-core, the turns of the core winding are interrupted with a total length in the cross section of the core winding equal to half the total length of the turns of the core winding, the ends of the layers of the ferromagnet extended to interrupt are connected to the inputs of parallel installed inverters, the number of which corresponds to the condition of maximum filling of the line on which the interrupt build-up of turns, and the beginning of the layers of turns of the core winding, further expanded, are connected to the outputs of the inverters;
the outer ends of the layers of the last turn of the core winding are connected together in one closed line with the possibility of forming an external contact of the core winding connected to the second output terminal of the transformer.
2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что инверторы слоев витков обмотки-сердечника выполнены в виде набора электропроводящих тонкостенных коаксиальных трубок прямоугольного сечения, изолированных между собой, и, например, допускающих разрыв своей одной фронтальной стороны периметра, параллельный продольной оси инвертора. 2. The transformer according to claim 1, characterized in that the inverters of the layers of the turns of the core winding are made in the form of a set of electrically conductive thin-walled coaxial tubes of rectangular cross section, insulated between each other, and, for example, allowing rupture of their one front side of the perimeter parallel to the longitudinal axis of the inverter.
RU2010132671/07A 2010-08-03 2010-08-03 Transformer RU2444076C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010132671/07A RU2444076C1 (en) 2010-08-03 2010-08-03 Transformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010132671/07A RU2444076C1 (en) 2010-08-03 2010-08-03 Transformer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2444076C1 true RU2444076C1 (en) 2012-02-27

Family

ID=45852423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010132671/07A RU2444076C1 (en) 2010-08-03 2010-08-03 Transformer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2444076C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3059746A1 (en) 2015-02-20 2016-08-24 Vladimir V. Kazakov Transformer with ferromagnetic foil windings
RU184270U1 (en) * 2018-06-04 2018-10-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" THREE-PHASE TRANSFORMER OF DC SUPPLY SUBSTANCES

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU43058A1 (en) * 1934-11-06 1935-05-31 Э.Я. Борусевич Transformer for feeding cathode lamps
US3247476A (en) * 1961-06-14 1966-04-19 Intron Int Inc Electromagnetic device
GB1203948A (en) * 1966-09-30 1970-09-03 Telefunken Patent Verwertungsg Inductive component
SU630654A1 (en) * 1977-05-24 1978-10-30 Северо-Западный Заочный Политехнический Институт Transformer
SU1347025A1 (en) * 1985-09-23 1987-10-23 Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова Current-to-voltage converter
US4916425A (en) * 1986-04-22 1990-04-10 Nachum Zabar Electromagnetic device
US6597270B2 (en) * 2001-02-19 2003-07-22 Murata Manufacturing Co., Ltd. Multilayer impedance component
RU2221295C2 (en) * 2001-04-11 2004-01-10 Ермилов Михаил Александрович Electromagnetic device
RU49646U1 (en) * 2004-12-27 2005-11-27 Смирнов Николай Владимирович TRANSFORMER
RU2320045C1 (en) * 2006-09-20 2008-03-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова" Transformer

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU43058A1 (en) * 1934-11-06 1935-05-31 Э.Я. Борусевич Transformer for feeding cathode lamps
US3247476A (en) * 1961-06-14 1966-04-19 Intron Int Inc Electromagnetic device
GB1203948A (en) * 1966-09-30 1970-09-03 Telefunken Patent Verwertungsg Inductive component
SU630654A1 (en) * 1977-05-24 1978-10-30 Северо-Западный Заочный Политехнический Институт Transformer
SU1347025A1 (en) * 1985-09-23 1987-10-23 Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова Current-to-voltage converter
US4916425A (en) * 1986-04-22 1990-04-10 Nachum Zabar Electromagnetic device
US6597270B2 (en) * 2001-02-19 2003-07-22 Murata Manufacturing Co., Ltd. Multilayer impedance component
RU2221295C2 (en) * 2001-04-11 2004-01-10 Ермилов Михаил Александрович Electromagnetic device
RU49646U1 (en) * 2004-12-27 2005-11-27 Смирнов Николай Владимирович TRANSFORMER
RU2320045C1 (en) * 2006-09-20 2008-03-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова" Transformer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3059746A1 (en) 2015-02-20 2016-08-24 Vladimir V. Kazakov Transformer with ferromagnetic foil windings
RU184270U1 (en) * 2018-06-04 2018-10-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" THREE-PHASE TRANSFORMER OF DC SUPPLY SUBSTANCES

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2374713C2 (en) Planar high-voltage transformer
KR20150002731A (en) Three-phase choke
CN110690033A (en) Linear electromagnetic device
RU2320045C1 (en) Transformer
EP2787515B1 (en) Inductor gap spacer
JPH0366108A (en) Stationary electromagnetic induction apparatus
RU2444076C1 (en) Transformer
RU49646U1 (en) TRANSFORMER
US1872247A (en) Winding for electrical apparatus
US10504645B2 (en) Gapless core reactor
US9755426B2 (en) Fault current limiter
RU2444077C1 (en) Transformer
US3362000A (en) Means for increasing the inductance of shunt reactors
RU2448384C1 (en) Transformer
US3161807A (en) Coil assembly for an electric magnet
JP2023502403A (en) Electromagnetic induction device
RU2393568C1 (en) Transformer
KR101220110B1 (en) High voltage pulse generating apparatus using amorphous magnetic core and manufacturing method of the amorphous magnetic core
RU2584821C1 (en) Controlled electric reactor with transverse magnetisation
CN216487618U (en) Hollow iron core
JP6437849B2 (en) Three-phase electromagnetic equipment
Siddu et al. Eddy Current and Magneto-Structural Analysis on Transformer Winding with Continuously Transposed Conductors
WO2018132340A1 (en) Insulation for tranformer or inductor
RU2792828C1 (en) Three phase transformer
Lebedev Transformer basics

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130804