RU2600571C2 - Transformer, containing three-phase and circular windings - Google Patents

Transformer, containing three-phase and circular windings Download PDF

Info

Publication number
RU2600571C2
RU2600571C2 RU2014149963/07A RU2014149963A RU2600571C2 RU 2600571 C2 RU2600571 C2 RU 2600571C2 RU 2014149963/07 A RU2014149963/07 A RU 2014149963/07A RU 2014149963 A RU2014149963 A RU 2014149963A RU 2600571 C2 RU2600571 C2 RU 2600571C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
magnetic
windings
transformer
grooves
Prior art date
Application number
RU2014149963/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014149963A (en
Inventor
Илья Юрьевич Кузьмин
Александр Иванович Черевко
Елена Владимировна Лимонникова
Михаил Михайлович Музыка
Игорь Александрович Сакович
Сергей Владимирович Платоненков
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ)
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ)
Priority to RU2014149963/07A priority Critical patent/RU2600571C2/en
Publication of RU2014149963A publication Critical patent/RU2014149963A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2600571C2 publication Critical patent/RU2600571C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/12Two-phase, three-phase or polyphase transformers
    • H01F30/14Two-phase, three-phase or polyphase transformers for changing the number of phases

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used in multiphase semiconductor converters, rectifiers, inverters, reversible converters, DC voltage converters. Transformer comprises three-phase and circular windings and formed of two parts: outer and inner magnet cores containing equal odd number of semi-closed slots, multiple of three made to full height of coil groups. Said windings are arranged in slots of inner and outer magnet cores, respectively, and made as drum equal coiled double-layered, have fractional number of slots per pole and phase and shortened pitch. Magnetic axis of the three-phase winding is inclined relative to circular winding magnetic axis by one slot pitch, which provides for suppression of magnetic field higher spatial harmonic components and slot ripples, spaced apart at different magnetic cores. Windings have improved cooling conditions, thereby reducing specific consumption of materials for manufacture of transformer.
EFFECT: technical result consists in improvement of magnetization curve, higher efficiency and power factor.
1 cl, 4 dwg

Description

Область использования. Изобретение относится к трансформаторостроению и может быть использовано в многофазных полупроводниковых преобразователях, в частности в выпрямителях, инверторах, обратимых преобразователях, преобразователях постоянного напряжения и т.д.Area of use. The invention relates to transformer construction and can be used in multiphase semiconductor converters, in particular in rectifiers, inverters, reversible converters, DC voltage converters, etc.

Уровень техники. Из уровня техники известен многофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем, содержащий средний магнитопровод, шихтованный из пакетов разного профиля с пазами на торцевых, внутренних и боковых поверхностях, в которые уложены трехфазная и многофазная обмотки. Два крайних пакета среднего шихтованного магнитопровода имеют пазы на полную высоту катушечной группы. Центральная часть среднего шихтованного магнитопровода имеет пазы у наружной и внутренней поверхностей для укладки в них витков обмоток. Дополнительные магнитопроводы выполнены витыми без пазов (Патент РФ №2305339, МПК H01F 30/14, Н02М 5/14, 2007 г.) К недостаткам данного аналога относятся следующие факторы:The level of technology. A multiphase transformer with a rotating magnetic field is known from the prior art, comprising a middle magnetic circuit, bursted from packets of different profiles with grooves on the end, inner and side surfaces in which three-phase and multiphase windings are laid. Two extreme packages of the middle lined magnetic core have grooves to the full height of the coil group. The central part of the middle charged magnetic circuit has grooves at the outer and inner surfaces for laying winding coils therein. Additional magnetic cores are made twisted without grooves (RF Patent No. 2305339, IPC H01F 30/14, Н02М 5/14, 2007). The following factors are the disadvantages of this analogue:

- наличие прямого открытого паза, в силу чего в кривой магнитного поля появляются зубцовые гармонические составляющие с относительными частотами vZ=kZ/p±1, где:- the presence of a direct open groove, due to which the tooth harmonic components with relative frequencies v Z = kZ / p ± 1 appear in the magnetic field curve, where:

k - числа натурального ряда (1, 2, 3, …);k - numbers of the natural number (1, 2, 3, ...);

Z - число пазов;Z is the number of grooves;

p - число пар полюсов обмотки;p is the number of pairs of winding poles;

- низкий коэффициент использования электротехнической стали вследствие раннего насыщения магнитной системы при низких значениях магнитодвижущей силы (МДС);- low utilization of electrical steel due to early saturation of the magnetic system at low values of magnetomotive force (MDS);

- зубцовые гармонические составляющие имеют значительную амплитуду (более 1 Тл) и препятствуют росту основной гармоники магнитной индукции, что способствует значительному росту намагничивающего тока и снижению коэффициента мощности трансформатора.- tooth harmonic components have a significant amplitude (more than 1 T) and prevent the growth of the fundamental harmonic of magnetic induction, which contributes to a significant increase in the magnetizing current and a decrease in the power factor of the transformer.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является многофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем, содержащий средний витой магнитопровод с пазами на торцевых поверхностях, в которые уложены первичная трехфазная обмотка и два боковых витых магнитопровода с пазами на торцевых поверхностях, примыкающих к торцам среднего витого магнитопровода с многофазными обмотками, каждая из которых охватывает тот боковой магнитопровод, в пазы которого она уложена (Патент РФ №2115186, МПК H01F 30/14, Н02М 5/14, 1998 г.). Данное изобретение принято за прототип.The closest to the claimed invention in technical essence and the achieved result is a multiphase transformer with a rotating magnetic field, containing a middle twisted magnetic circuit with grooves on the end surfaces, in which the primary three-phase winding and two side twisted magnetic circuit with grooves on the end surfaces adjacent to the ends of the middle a twisted magnetic circuit with multiphase windings, each of which covers the side magnetic circuit in the grooves of which it is laid (RF Patent No. 2115186, IPC H01F 30 / 14, H02M 5/14, 1998). This invention is taken as a prototype.

К недостаткам прототипа можно отнести следующее:The disadvantages of the prototype include the following:

- применение в качестве выходной многофазной многолучевой обмотки, что существенно усложняет технологию изготовления трансформатора с вращающимся магнитным полем, а также не способствует устранению высших гармоник, обусловленных насыщением стали, в кривых линейных напряжений;- the use as an output multiphase multipath winding, which significantly complicates the manufacturing technology of a transformer with a rotating magnetic field, and also does not contribute to the elimination of higher harmonics due to steel saturation in the linear voltage curves;

- применение открытых пазов в наружной и внутренней частях среднего шихтованного магнитопровода;- the use of open grooves in the outer and inner parts of the middle lined magnetic core;

- наличие значительных магнитных потоков рассеяния в связи с намоткой обмоток по цилиндрической поверхности среднего витого магнитопровода, не имеющего пазов на боковой поверхности, так как пазы у среднего магнитопровода проточены только на его торцевых поверхностях;- the presence of significant magnetic fluxes of scattering in connection with the winding of the windings on the cylindrical surface of the middle twisted magnetic circuit that does not have grooves on the side surface, since the grooves in the middle magnetic circuit are cut only on its end surfaces;

- применение трехфазной и круговой обмоток с диаметральным шагом, что негативно сказывается на качестве питающего и выходного напряжения;- the use of three-phase and circular windings with a diametrical pitch, which negatively affects the quality of the supply and output voltage;

- применение дополнительных боковых витых магнитопроводов, что существенно увеличивает массу, габариты и стоимость трансформатора;- the use of additional side twisted magnetic cores, which significantly increases the mass, dimensions and cost of the transformer;

- относительно низкие значения коэффициента полезного действия (КПД) и коэффициента мощности трансформатора;- relatively low values of coefficient of performance (COP) and power factor of the transformer;

- применение обмоток, имеющих целое число пазов на полюс и фазу, что не способствует подавлению высших гармоник магнитного поля в кривых, индуцированных в обмотках ЭДС;- the use of windings having an integer number of grooves per pole and phase, which does not contribute to the suppression of higher harmonics of the magnetic field in the curves induced in the EMF windings;

- неэффективные условия охлаждения обмоток вследствие отсутствия канала для прохождения воздуха между первичной и вторичной обмотками;- ineffective cooling conditions of the windings due to the lack of a channel for the passage of air between the primary and secondary windings;

- невозможность применения скоса магнитных осей первичной обмотки относительно вторичной как основного средства по ликвидации проявления зубцовых гармоник магнитного поля в кривых фазных и линейных ЭДС;- the impossibility of using the bevel of the magnetic axes of the primary winding relative to the secondary as the main means of eliminating the manifestation of tooth harmonics of the magnetic field in the phase and linear EMF curves;

- повышенный расход меди за счет значительных лобовых частей обмоток.- increased copper consumption due to the significant frontal parts of the windings.

Задача изобретения. Изобретение позволяет устранить основные недостатки прототипа. Новый трансформатор с вращающимся магнитным полем (ТВМП) превосходит прототип по линейности основной кривой намагничивания, КПД и коэффициенту мощности, а также по параметрам электромагнитной совместимости с питающей сетью и нагрузкой. Кроме того, снижаются габариты магнитопровода за счет исключения двух дополнительных боковых витых магнитопроводов, одновременно улучшается качество питающего и выходного напряжения преобразователя за счет изготовления шихтованного цилиндрического магнитопровода ТВМП с полузакрытым пазом, замены трехфазной и круговой силовых обмоток с диаметральным шагом на обмотки с укороченным шагом и дробным числом пазов на полюс и фазу, данное мероприятие позволяет подавлять высшие пространственные гармонические составляющие магнитного поля, а также зубцовые гармонические составляющие за счет применения при намотке обмоток дробного числа пазов на полюс и фазу, вызывает снижение магнитных потоков рассеяния лобовых частей обмоток ТВМП и способствует увеличению его установленной мощности, повышению КПД до 90…95% и коэффициента мощности до 0,85…0,90.The objective of the invention. The invention allows to eliminate the main disadvantages of the prototype. The new transformer with a rotating magnetic field (TWMP) surpasses the prototype in linearity of the main magnetization curve, efficiency and power factor, as well as in electromagnetic compatibility with the mains and the load. In addition, the dimensions of the magnetic circuit are reduced due to the elimination of two additional side twisted magnetic cores, while the quality of the supply and output voltage of the converter is improved due to the fabrication of a blended cylindrical magnetic circuit of the TVMP with a half-closed groove, the replacement of three-phase and circular power windings with a diametrical pitch with shortened pitch and fractional windings the number of grooves per pole and phase, this event allows you to suppress the higher spatial harmonic components of the magnetic field as well as harmonic percussion components due to the use of a fractional number of grooves per pole and phase when winding the windings, causes a decrease in the magnetic fluxes of the scattering of the frontal parts of the TVMP windings and helps to increase its installed power, increase the efficiency to 90 ... 95% and the power factor to 0.85 ... 0.90.

Раскрытие изобретения. Сущность изобретения состоит в том, что магнитопровод ТВМП состоит из двух составных концентрических частей: круглого внутреннего магнитопровода, в проточенные полузакрытые пазы которого уложена круговая обмотка, и кольцевого внешнего магнитопровода, в полузакрытые пазы которого уложена трехфазная обмотка.Disclosure of the invention. The essence of the invention lies in the fact that the TVMP magnetic circuit consists of two concentric components: a round internal magnetic circuit, in the half-closed grooves of which the circular winding is laid, and an annular external magnetic circuit, in which the three-phase winding is laid in the half-closed grooves.

Число пазов на внешнем и внутреннем магнитопроводах выбирается одинаковым числом, кратным трем и не являющимся четным.The number of grooves on the external and internal magnetic circuits is chosen by the same number, a multiple of three and not even.

Внешний и внутренний магнитопроводы стыкуются так, чтобы обеспечить расположение их зубцов строго напротив друг друга, так как именно при таком их взаимном расположении достигается наибольшее приближение кривой магнитного поля к синусоидальной форме.The external and internal magnetic circuits are joined in such a way as to ensure the location of their teeth strictly opposite to each other, since it is with such a mutual arrangement that the magnetic field curve is most closely approximated to a sinusoidal shape.

Воздушный зазор между магнитопроводами имеет постоянную величину, определяемую, исходя из требований к основной кривой намагничивания трансформатора.The air gap between the magnetic circuits has a constant value, determined on the basis of the requirements for the main magnetization curve of the transformer.

В полузакрытые пазы, проточенные как на внешнем, так и на внутреннем магнитопроводах, укладываются укороченные трехфазная и круговая обмотки, причем число пазов на полюс и фазу для трехфазной и круговых обмоток выбирается дробным со знаменателем дробности, равным двум.In half-closed grooves, grooved both on the external and internal magnetic circuits, shortened three-phase and circular windings are laid, and the number of grooves per pole and phase for three-phase and circular windings is selected fractional with a fractional denominator of two.

Магнитная ось круговой обмотки совпадает с аксиальной осью центральной симметрии внутреннего магнитопровода, а магнитная ось трехфазной обмотки располагается под углом к аксиальной оси симметрии так, чтобы получить скос трехфазной обмотки относительно круговой на одно зубцовое деление.The magnetic axis of the circular winding coincides with the axial axis of the central symmetry of the internal magnetic circuit, and the magnetic axis of the three-phase winding is located at an angle to the axial axis of symmetry so as to obtain a bevel of the three-phase winding relative to the circular one tooth division.

В результате концентрического расположения одного магнитопровода относительно другого образуется единая магнитная система, в которой между шихтованными магнитопроводами формируется требуемый воздушный зазор, обеспечивающий необходимую линейность основной кривой намагничивания магнитопровода всего ТВМП, что позволяет получить высокий КПД и коэффициент мощности, а применение трехфазной и круговой обмоток с укороченным шагом, выбор дробного числа пазов на полюс и фазу для трехфазной и круговой обмоток обуславливает подавление высших пространственных гармонических составляющих магнитного поля, вследствие наличия наклона магнитной оси круговой обмотки относительно трехфазной происходит подавление зубцовых гармоник, которые не поддаются компенсации при использовании только коэффициента укорочения либо коэффициента распределения; вышеназванные мероприятия улучшают электромагнитную совместимость полупроводникового преобразователя с питающей сетью и нагрузкой.As a result of the concentric arrangement of one magnetic circuit relative to another, a single magnetic system is formed in which the required air gap is formed between the charged magnetic circuits, which provides the necessary linearity of the main magnetization curve of the magnetic circuit of the entire TVMP, which allows for high efficiency and power factor, and the use of three-phase and circular windings with shortened step, the choice of the fractional number of grooves per pole and phase for three-phase and circular windings causes the suppression of higher x spatial harmonic components of the magnetic field due to the presence of the magnetic axis of inclination relative to the three-phase windings circular is suppressed tooth harmonics that are not amenable to compensation by using only a shortening coefficient distribution coefficient; the above measures improve the electromagnetic compatibility of the semiconductor converter with the mains and the load.

Предлагаемое техническое решение является новым, имеющим 7 (семь) принципиальных отличий от прототипа:The proposed technical solution is new, having 7 (seven) fundamental differences from the prototype:

- для обеспечения линейности основной кривой намагничивания магнитопровода трансформатора при замыкании основного вращающегося магнитного потока в конструкцию введен воздушный зазор, также подавляющий высшие гармоники магнитного поля;- to ensure the linearity of the main magnetization curve of the transformer magnetic circuit when the main rotating magnetic flux is closed, an air gap is introduced into the structure, which also suppresses higher harmonics of the magnetic field;

- для улучшения электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей с питающей сетью и нагрузкой применяется укороченный шаг по пазам у трехфазной и круговой обмоток, а для подавления высших пространственных гармонических составляющих магнитного поля выбирается дробное число пазов на полюс и фазу для трехфазной и круговых обмоток;- to improve the electromagnetic compatibility of semiconductor converters with the mains and the load, a shortened pitch along the grooves of the three-phase and circular windings is used, and to suppress the higher spatial harmonic components of the magnetic field, a fractional number of grooves per pole and phase for the three-phase and circular windings is selected;

- для практически полного подавления зубцовых гармоник магнитного поля используется скос магнитной оси трехфазной обмотки относительно магнитной оси круговой на одно зубцовое деление;- for almost complete suppression of the tooth harmonics of the magnetic field, the bevel of the magnetic axis of the three-phase winding relative to the circular magnetic axis by one tooth division is used;

- трехфазная и круговая обмотки с отводами укладываются в полузакрытые пазы внешнего и внутреннего магнитопроводов соответственно с применением общей технологии выполнения обмоток;- three-phase and circular windings with taps are placed in the half-closed grooves of the external and internal magnetic circuits, respectively, using the general technology of the windings;

- улучшаются условия охлаждения обмоток за счет их расположения на различных магнитопроводах с внутренней и внешней сторон;- the cooling conditions of the windings are improved due to their location on various magnetic circuits from the inside and outside;

- уменьшается удельный расход меди за счет сокращения длины лобовых частей обмоток;- decreases the specific consumption of copper by reducing the length of the frontal parts of the windings;

- исключаются два дополнительных боковых витых магнитопровода, за счет чего улучшаются массогабаритные характеристики и понижается показатель удельного расхода материалов (кг/кВт).- two additional lateral twisted magnetic cores are eliminated, due to which the overall dimensions and characteristics are improved and the specific consumption rate of materials is reduced (kg / kW).

Предлагаемое решение имеет изобретательский уровень, так как совокупность существенных признаков устройства приводит к новому техническому результату - повышению КПД, коэффициента мощности и улучшению электромагнитной совместимости полупроводниковых преобразователей, снабженных предлагаемым трансформатором, с питающей сетью и нагрузкой за счет применения новой конструкции магнитопровода трансформатора, который из двух частей: внутренней и внешней, - имеющих одинаковое число пазов, а также где шлиц одного зубца располагается напротив другого для наибольшего приближения кривой магнитного поля к синусоидальной форме, образуя единую магнитную систему, в которой наличествует требуемый воздушный зазор, обеспечивающий необходимую линейность основной кривой намагничивания магнитопровода трансформатора, что позволяет получить высокий КПД и коэффициент мощности трансформатора, а применение трехфазной и круговой обмоток с укороченным шагом, выбор дробного числа пазов на полюс и фазу для трехфазной и круговой обмоток обуславливают подавление высших пространственных гармонических составляющих магнитного поля и зубцовых гармоник, что улучшает электромагнитную совместимость полупроводникового преобразователя с питающей сетью и нагрузкой, дополнительно применен скос обмоток с целью ликвидации высших гармоник зубцового порядка для обеспечения коэффициента гармоник менее 3…4% без дополнительных мероприятий.The proposed solution has an inventive step, since the set of essential features of the device leads to a new technical result - increased efficiency, power factor and improved electromagnetic compatibility of semiconductor converters equipped with the proposed transformer, with a supply network and load due to the use of a new design of the transformer magnetic circuit, which is of two parts: internal and external, - having the same number of grooves, and also where the slot of one tooth is located willow for the closest possible approach of the magnetic field curve to a sinusoidal shape, forming a single magnetic system in which there is the required air gap, providing the necessary linearity of the main magnetization curve of the transformer magnetic circuit, which allows to obtain high efficiency and power factor of the transformer, and the use of three-phase and circular windings with in a shorter step, the choice of a fractional number of grooves per pole and phase for three-phase and circular windings causes the suppression of higher spatial armonicheskih components of the magnetic field and the tooth harmonics, thereby improving the electromagnetic compatibility of the semiconductor converter to the mains and the load is further applied bevel windings in order to eliminate higher order harmonics perforated for harmonic distortion of less than 3 ... 4% without any additional measures.

Краткое описание чертежей. Изобретение поясняется чертежами в количестве 4-х (четырех) штук.A brief description of the drawings. The invention is illustrated by drawings in the amount of 4 (four) pieces.

На фиг. 1 и фиг. 2 показан трансформатор с вращающимся магнитным полем, который содержит разделенные равномерным по всему двойному полюсному делению воздушным зазором внешний (поз. 1) и внутренний (поз. 2) магнитопроводы, трехфазную (поз. 3) и круговую (поз. 4) барабанные равнокатушечные двухслойные обмотки. При этом электропроводы трехфазной обмотки (поз. 3) располагаются в пазах внешнего магнитопровода (поз. 1), а электропроводы круговой (поз. 4) - в пазах внутреннего магнитопровода (поз. 2). Проводники обмоток электрически изолированы от магнитопроводов (поз. 1, поз. 2) посредством межслойной (поз. 5) и пазовой (поз. 6) изоляции. Изолированные катушечные группы фиксируются в своих пазах клиньями (поз. 7).In FIG. 1 and FIG. Figure 2 shows a transformer with a rotating magnetic field, which contains external (pos. 1) and internal (pos. 2) magnetic cores, three-phase (pos. 3) and circular (pos. 4) two-layer drum equal to the air gap separated by a uniform air gap throughout the double pole division windings. In this case, the electric wires of the three-phase winding (pos. 3) are located in the grooves of the external magnetic circuit (pos. 1), and the circular conductors (pos. 4) are located in the grooves of the internal magnetic circuit (pos. 2). The conductors of the windings are electrically isolated from the magnetic cores (pos. 1, pos. 2) by means of interlayer (pos. 5) and slot (pos. 6) insulation. Isolated coil groups are fixed in their grooves with wedges (key 7).

На фиг. 3 приведено изображение магнитопроводов (поз. 1, поз. 2) трансформатора в сборе в аксонометрии.In FIG. Figure 3 shows the image of the magnetic cores (pos. 1, pos. 2) of the transformer assembly in a perspective view.

На фиг. 4 показана несинусоидальная кривая магнитного поля, а также спектр кривой ЭДС, получаемой при данной конструкции трансформатора при наличии введенных коэффициентов укорочения, распределения и скоса обмоток.In FIG. Figure 4 shows a non-sinusoidal magnetic field curve, as well as the spectrum of the EMF curve obtained with this transformer design in the presence of the introduced shortening, distribution and bevel coefficients of the windings.

Осуществление устройства.The implementation of the device.

Трансформатор формируется из двух частей: внутреннего шихтованного магнитопровода и внешнего шихтованного магнитопровода, имеющих полузакрытые пазы на полную высоту катушечной группы. Обмотки выполняются барабанными всыпными двухслойными с равным шагом.The transformer is formed of two parts: the internal lined magnetic circuit and the external lined magnetic circuit having half-closed grooves to the full height of the coil group. The windings are made by drum loose two-layer with equal pitch.

При формировании общего шихтованного магнитопровода внутренний магнитопровод концентрически вставляется внутрь внешнего с сохранением равномерного воздушного зазора на протяжении двойного полюсного деления.When forming a common lined magnetic circuit, the internal magnetic circuit is concentrically inserted into the external circuit while maintaining a uniform air gap throughout the double pole division.

Взаимное расположение магнитопроводов должно быть обеспечено так, чтобы с краев имело место точное совпадение шлицов зубцов внешнего магнитопровода со шлицами зубцов внутреннего; данная конструкция трансформатора позволяет получить высокий КПД и коэффициент мощности, применение трехфазной и круговой обмоток с укороченным шагом, выбор дробного числа пазов на полюс и фазу для трехфазной и круговых обмоток и скос обмоток относительно друг друга обуславливают подавление высших пространственных гармонических составляющих магнитного поля и зубцовых гармоник, что улучшает электромагнитную совместимость полупроводникового преобразователя с питающей сетью и нагрузкой.The mutual arrangement of the magnetic cores should be ensured so that from the edges there is an exact coincidence of the slots of the teeth of the external magnetic circuit with the slots of the teeth of the internal; this transformer design allows to obtain high efficiency and power factor, the use of three-phase and circular windings with a shortened pitch, the choice of a fractional number of grooves per pole and phase for three-phase and circular windings and bevel windings relative to each other determine the suppression of higher spatial harmonic components of the magnetic field and the tooth harmonics , which improves the electromagnetic compatibility of the semiconductor converter with the mains and the load.

При подаче на трехфазную обмотку трехфазной симметричной системы напряжений она создает в магнитопроводе трансформатора вращающееся магнитное поле, которое в соответствии с законом электромагнитной индукции

Figure 00000001
возбуждает в секциях круговой обмотки ЭДС индукции, сдвинутые относительно друг друга на угол 2π/n, где n - число секций круговой обмотки трансформатора. В результате происходит преобразование симметричной трехфазной системы напряжений в симметричную n-фазную систему напряжений, которая преобразуется в выпрямленное напряжение с помощью полупроводникового коммутатора, подключающего максимально близкие к диаметру отводы круговой обмотки на сборные шины в том случае, если реализовано применение трансформатора в выпрямительном агрегате.When a three-phase symmetrical voltage system is applied to a three-phase winding, it creates a rotating magnetic field in the transformer magnetic circuit, which, in accordance with the law of electromagnetic induction
Figure 00000001
excites in the sections of the circular winding EMF induction shifted relative to each other by an angle of 2π / n, where n is the number of sections of the circular winding of the transformer. As a result, a symmetric three-phase voltage system is converted into a symmetric n-phase voltage system, which is converted to rectified voltage using a semiconductor switch that connects the circular winding taps to the busbars as close as possible to the diameter if the transformer is used in the rectifier unit.

При выполнении внутреннего и внешнего магнитопроводов с полузакрытым пазом и обмоток с укороченным шагом и дробным числом пазов на полюс и фазу кривая магнитного поля значительно приближается к синусоидальной форме. Одновременно с этим зубцовые гармонические составляющие, имеющие наибольшую величину по сравнению с основной гармоникой, смещаются в высокочастотную часть спектра и уменьшаются по амплитуде в 2,5…3,5 раза, не вызывая более ограничение роста основной гармоники магнитного поля, которая индуцирует основную гармонику ЭДС, уравновешивающую приложенное извне трехфазное напряжение.When performing internal and external magnetic circuits with a half-closed groove and windings with a shortened pitch and a fractional number of grooves per pole and phase, the magnetic field curve significantly approaches a sinusoidal shape. At the same time, the tooth harmonic components, which have the largest value compared to the fundamental harmonic, are shifted to the high-frequency part of the spectrum and decrease in amplitude by 2.5 ... 3.5 times, without causing more restriction on the growth of the fundamental harmonic of the magnetic field, which induces the fundamental harmonic of the EMF balancing externally applied three-phase voltage.

Таким образом, устройство позволяет получить конструкцию трансформатора, обладающего улучшенной электромагнитной совместимостью с питающей сетью и нагрузкой. При этом сокращаются магнитные потоки рассеяния лобовых частей первичной и вторичной обмоток, что позволяет увеличить установленную мощность трансформатора, повысить КПД и коэффициент мощности, сократить расход активных материалов: электротехнической меди и стали, - улучшить условия охлаждения обмоток при реализованной разнесенной их конструкции на внешнем и внутреннем магнитопроводах.Thus, the device allows to obtain the design of a transformer having improved electromagnetic compatibility with the mains and the load. At the same time, the magnetic fluxes of scattering of the frontal parts of the primary and secondary windings are reduced, which allows to increase the installed power of the transformer, increase the efficiency and power factor, reduce the consumption of active materials: electrotechnical copper and steel, and - improve the cooling conditions of the windings when their external and internal design is implemented magnetic circuits.

Claims (1)

Трансформатор, содержащий шихтованные внешний и внутренний магнитопроводы, разделенные равномерным воздушным зазором, с расположенными в их полузакрытых пазах соответственно трехфазной и n-фазной с n секциями барабанными равнокатушечными двухслойными обмотками с отводами, отличающийся тем, что оба шихтованных магнитопровода имеют полузакрытые пазы на полную высоту катушечных групп и образуют единую магнитную систему, в которой связь между обмотками осуществляется посредством вращающегося магнитного поля, созданного трехфазной обмоткой, причем число пазов в шихтованных магнитопроводах выбирается одинаковым с нечетным числом, кратных трем, а шлицы зубцов внутреннего магнитопровода на краях трансформатора должны точно совпадать с шлицами зубцов внешнего магнитопровода. A transformer containing external and internal magnetic circuits, separated by a uniform air gap, with three-phase and n-phase, n-phase, double-layer windings with taps located in their half-closed grooves, respectively, characterized in that both charged magnetic circuits have half-closed coil grooves to full height groups and form a single magnetic system in which the connection between the windings is carried out by means of a rotating magnetic field created by a three-phase mended and the number of grooves in the stacked magnetic cores is chosen equal to an odd number multiple of three, the internal teeth and slots on the edges of the magnetic core of the transformer must be exactly the same as the external magnetic splined teeth.
RU2014149963/07A 2014-12-10 2014-12-10 Transformer, containing three-phase and circular windings RU2600571C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014149963/07A RU2600571C2 (en) 2014-12-10 2014-12-10 Transformer, containing three-phase and circular windings

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014149963/07A RU2600571C2 (en) 2014-12-10 2014-12-10 Transformer, containing three-phase and circular windings

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014149963A RU2014149963A (en) 2016-07-10
RU2600571C2 true RU2600571C2 (en) 2016-10-27

Family

ID=56372388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014149963/07A RU2600571C2 (en) 2014-12-10 2014-12-10 Transformer, containing three-phase and circular windings

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2600571C2 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1070615A1 (en) * 1981-05-20 1984-01-30 Институт Электродинамики Ан Усср Variable-ratio transformer with rotary magnetic field
RU2115186C1 (en) * 1996-08-26 1998-07-10 Кубанский государственный технологический университет Multiphase transformer
RU2305339C1 (en) * 2005-11-17 2007-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Машиностроительное предприятие "Звездочка" Multiphase transformer
RU2306628C1 (en) * 2005-12-06 2007-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Архангельский государственный технический университет Федерального агентства по образованию (Рособразование) (АГТУ) Multiphase transformer with circular windings on different spiral cores
RU2324993C1 (en) * 2007-01-09 2008-05-20 Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) Adjustable transformer with rotating field
US7948340B2 (en) * 2007-08-29 2011-05-24 Siemens Industry, Inc. Three-phase multi-winding device
WO2012128930A2 (en) * 2011-03-22 2012-09-27 Siemens Industry, Inc. Modular reconfigurable polyphase power transformer
RU2500051C2 (en) * 2012-02-29 2013-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" Multi-phase transformer and method of its assembly

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1070615A1 (en) * 1981-05-20 1984-01-30 Институт Электродинамики Ан Усср Variable-ratio transformer with rotary magnetic field
RU2115186C1 (en) * 1996-08-26 1998-07-10 Кубанский государственный технологический университет Multiphase transformer
RU2305339C1 (en) * 2005-11-17 2007-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Машиностроительное предприятие "Звездочка" Multiphase transformer
RU2306628C1 (en) * 2005-12-06 2007-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Архангельский государственный технический университет Федерального агентства по образованию (Рособразование) (АГТУ) Multiphase transformer with circular windings on different spiral cores
RU2324993C1 (en) * 2007-01-09 2008-05-20 Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) Adjustable transformer with rotating field
US7948340B2 (en) * 2007-08-29 2011-05-24 Siemens Industry, Inc. Three-phase multi-winding device
WO2012128930A2 (en) * 2011-03-22 2012-09-27 Siemens Industry, Inc. Modular reconfigurable polyphase power transformer
RU2013146902A (en) * 2011-03-22 2015-04-27 Сименс Индастри, Инк. MODULAR RECONFIGURABLE MULTI-PHASE POWER TRANSFORMER
RU2500051C2 (en) * 2012-02-29 2013-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" Multi-phase transformer and method of its assembly

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014149963A (en) 2016-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2525298C2 (en) Transformer with three-phase and circular windings
TWI515999B (en) Stator and electric motor using the same
US20100117479A1 (en) Electromotive machines
CN106208435B (en) Stator assembly, motor with same, compressor and refrigeration equipment
US20200312595A1 (en) Polyphase switching regulator
US6114790A (en) Sixteen and thirty two slot three phase induction motor winding
RU2305339C1 (en) Multiphase transformer
US20120086533A1 (en) Multi-phase transformer
RU2567870C1 (en) Transformer with three-phase and circular windings
RU2600571C2 (en) Transformer, containing three-phase and circular windings
RU2560123C2 (en) Transformer with three-phase, circular power and circular information windings
RU2306628C1 (en) Multiphase transformer with circular windings on different spiral cores
JPWO2019087466A1 (en) Power converter
JP6173842B2 (en) Rotating electric machine
JP5567047B2 (en) Armature winding of rotating electric machine
RU2187163C2 (en) Polyphase transformer
RU113416U1 (en) MULTI-PHASE TRANSFORMER
RU2218626C2 (en) Multiphase transformer
RU2353014C1 (en) Converter transformer
CN204334266U (en) A kind of the seventh harmonic excitation brushless synchronous generator
RU99654U1 (en) ELECTRIC INDUCTION DEVICE
RU2584821C1 (en) Controlled electric reactor with transverse magnetisation
WO2011124285A1 (en) Static electric power converter
RU2534218C1 (en) Polyphase transformer
US3173112A (en) Three-phase reactor

Legal Events

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

Effective date: 20161211