RU2770461C1 - Шихтованный магнитопровод - Google Patents
Шихтованный магнитопровод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2770461C1 RU2770461C1 RU2021111297A RU2021111297A RU2770461C1 RU 2770461 C1 RU2770461 C1 RU 2770461C1 RU 2021111297 A RU2021111297 A RU 2021111297A RU 2021111297 A RU2021111297 A RU 2021111297A RU 2770461 C1 RU2770461 C1 RU 2770461C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flat sheet
- magnetic circuit
- section
- magnetic core
- cross
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/24—Magnetic cores
- H01F27/245—Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/04—Cores, Yokes, or armatures made from strips or ribbons
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение КПД трансформатора. При сборке магнитопровода при последовательном сложении плоских листовых элементов в результате получаем магнитопровод с эллипсообразным поперечным сечением стержней, который при том же значении площади поперечного сечения стержней имеет меньшие габариты, нежели магнитопровод с многоугольным или круговым поперечным сечением. При этом вследствие сохранения коэффициента заполнения окна силовых обмоток, минимизируется масса магнитопровода и трансформатора, собранного на его основе, и их собственное тепловыделение для каждой конфигурации магнитопровода и трансформатора, что увеличивает КПД. Увеличению КПД также способствует тот факт, что плоские листовые элементы в сборе образуют магнитопровод без воздушных зазоров, пересекающих магнитные силовые потоки при работе. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве одно- и многофазной магнитной системы электрооборудования, материалом изготовления которой является листовая электротехническая сталь или сплав в виде ленты.
Минимизация массы и габаритов преобразовательных устройств является постоянной задачей разработчиков. Независимо от используемой частоты тока минимизация массы и габаритов силовых магнитопроводов трансформаторов и реакторов представляет важную задачу.
Известны конструкции шихтованных магнитопроводов, в которых применен набор плоских листовых элементов разной ширины [Бальян Р.Х. - Трансформаторы для радиоэлектроники, М., Радио, 1971, с. 27-29] с образованием в поперечном сечении магнитопровода ступенчатого многоугольника. Они сложны в изготовлении и коэффициент заполнения окна круглых силовых обмоток не равен 1,0.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является магнитопровод [патент РФ 2444801, H01F 3/04, Бюл. №7, 2010], получаемый сборкой пакетов, сложенных из ленточного аморфного ферромагнитного материала, с прямоугольным поперечным сечением разной толщины. Пакеты выполнены симметрично сдвинутыми относительно вертикальной и горизонтальной оси соответственно ярем и стержней и друг друга. Каждый из последующих пакетов выполнен меньшей площади, чем предыдущий и сдвинут на одинаковое расстояние от сторон предыдущего пакета с образованием в поперечном сечении ярем и стержней симметричной многоступенчатой фигуры, углы которой размещены на одинаковом расстоянии от пересечения вертикальной и горизонтальной осей симметрии. Пакеты выполнены толщиной от 1 до 10 мм, толщина входящих в пакеты плоских листовых элементов из лент от 20 до 40 мкм. В поперечном сечении стержней магнитопровода получается многоугольник, вписанный в круг. Однако коэффициент заполнения окна обмоток также не равен 1,0.
Это влечет такие недостатки, как увеличенный размер обмоток трансформатора и ярем магнитопровода, увеличенная масса железа и меди трансформатора, повышенные потери энергии в них и тепловыделение, и все они способствуют уменьшению КПД трансформатора. Кроме того, для силовых трансформаторов при большой мощности требуется значительная площадь поперечного сечения стержней, и распределение ее в виде многоугольников, вписанных в круг, приводит к увеличению габаритов магнитопровода, что в некоторых случаях недопустимо. Кроме того из-за разности длин магнитных силовых линий, проходящих через крайние точки поперечного сечения стержней, происходит неэффективное использование материала магнитопровода.
Задача предлагаемого изобретения заключается в устранении вышеуказанных недостатков посредством уменьшения габаритов при минимизации массы магнитопровода и достижения максимального, равного 1,0, коэффициента заполнения поперечного сечения (окна обмоток) силового магнитопровода. При этом снижается собственное тепловыделение в железе магнитопровода и в меди обмоток трансформатора и, соответственно, повышается КПД трансформатора, обеспечивается повышенная ресурсная надежность при функционировании.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение КПД трансформаторов и реакторов, собранных на магнитопроводах по предлагаемому изобретению.
Указанный технический результат достигается тем, что у шихтованного магнитопровода, собираемого из плоских листовых элементов, все плоские листовые элементы содержат части стержней, а также части верхнего и нижнего ярма (при наличии их у магнитопровода), и вырезаны из листа электротехнической стали или ленты сплава в соответствии с параметрами, относящимися к поперечному сечению стержней собираемого из плоских листовых элементов магнитопровода, изменяющимися по параметрической зависимости для образования эллипсообразного поперечного сечения стержней магнитопровода
х - локальная полуширина поперечного сечения стержня магнитопровода для i-го плоского листового элемента;
у - локальная толщина поперечного сечения стержня магнитопровода для i-го плоского листового элемента;
r - радиус полукруговой части эллипсообразного поперечного сечения магнитопровода;
а - расстояние между центрами двух полукруговых частей эллипсообразного поперечного сечения стержня магнитопровода;
δ - толщина плоского листового элемента, вырезаемого из листа электротехнической стали или ленты сплава, с нанесенной изоляцией;
i - порядковый номер плоского листового элемента, начиная от одного из крайних слоев.
При сборке магнитопровода при последовательном сложении плоских листовых элементов в результате получаем магнитопровод с эллипсообразным поперечным сечением стержней, который при том же значении площади поперечного сечения стержней имеет меньшие габариты, нежели магнитопровод с многоугольным или круговым поперечным сечением. При этом вследствие сохранения коэффициента заполнения окна силовых обмоток, равным 1,0, минимизируется масса магнитопровода и трансформатора, собранного на его основе, и их собственное тепловыделение для каждой конфигурации магнитопровода и трансформатора, что увеличивает КПД. Увеличению КПД также способствует тот факт, что плоские листовые элементы в сборе образуют магнитопровод без воздушных зазоров, пересекающих магнитные силовые потоки при работе.
У всех плоских листовых элементов магнитопровода часть верхнего или нижнего ярма магнитопровода может быть выполнена отдельно от других частей. В этом случае получаем магнитопривод, состоящий, например, из Ш-образного магнитопровода и одного плоского ярма (при конструктивной необходимости вкладывания готовых обмоток трансформатора на стержни).
На фиг. 1 приведено эллипсообразное поперечное сечение стержня магнитопровода, собираемого из плоских листовых элементов.
На фиг. 2 показаны разные типы шихтованного магнитопровода с эллипсообразным поперечным сечением стержней: а) одностержневой магнитопровод, б) тороидальный, в) двухстержневой, г) трехстержневой.
Эллипсообразное поперечное сечение стержня магнитопровода состоит из двух полукруговых частей радиусом r и прямоугольной части (2 r × а) между ними (фиг. 1). При сборке магнитопровода из плоских листовых элементов, начиная с одного края, постепенно увеличивается толщина сборки, а стержни магнитопровода в своем поперечном сечении набирают сначала первую полукруговую часть, затем прямоугольную часть, и наконец, вторую полукруговую часть. При этом локальная полуширина ±Х поперечного сечения стержня для плоского листового элемента вырезается по заявленной параметрической зависимости.
Количество стержней у магнитопровода может быть разным. На фиг. 2а показан одностержневой магнитопровод. Такие обычно применяют в однофазных высоковольтных трансформаторах малой мощности (для получения кругового поперечного сечения стержня в параметрической зависимости а=0). На фиг. 2б показан тородоидальный магнитопровод, пригодный для сборки однофазных и трехфазных трансформаторов. Двухстержневые и трехстержневые магнитопроводы, показанные на фиг. 2в и 2г, пригодны для сборки однофазных и трехфазных трансформаторов соответственно, они имеют верхнее и нижнее ярма. Для плоских листовых элементов расстояние между осями стержней неизменно, а полуширина ±Х изменяется по заявленной параметрической зависимости.
При последовательной сборке магнитопровода из плоских листовых элементов образуются стержни с эллипсообразным поперечным сечением. Расположение плоских листовых элементов показано на фиг. 2 штриховкой, при этом при толщине S они имеют вид: а) полосы, б) кольца, в) О-образной формы, г) двойной О-образной формы.
Для мощных силовых трансформаторов и реакторов для работы при 50 Гц переменного тока магнитопроводы имеют значительные размеры. Обычно их собирают из полос электротехнической стали. Для меньших мощностей плоские листовые элементы вырубались Ш-образной, П-образной или других форм.
По предлагаемому изобретению плоские листовые элементы вырезаются из поставочного листа электротехнической стали в виде цельного элемента. Вся сборка магнитопровода сводится к последовательному сложению плоских листовых элементов друг на друга, начиная с одного края. Технология резки электротехнической стали отработана. Например, Научно-производственная компания «Рапид» (http://npk-rapid.ru) предлагает лазерные станки с ЧПУ для раскроя тонколистовой и электротехнической стали, с волоконным промышленным лазером IPG мощностью до 1 кВт. Возможна также гидравлическая резка с помощью струи жидкости под большим давлением.
Отсутствие воздушных стыков в каждом плоском листовом элементе приводит в собранном магнитопроводе к уменьшению электромагнитных потерь при работе трансформатора и реактора, собранных на их основе, и к заметному повышению КПД. Кроме того, собранные магнитопроводы обладают жесткой несущей конструкцией.
В некоторых случаях, при необходимости использования готовых обмоток трансформатора, магнитопровод может быть выполнен из плоских листовых элементов, у которых часть верхнего или нижнего ярма магнитопровода выполнена отдельно от других частей. При сборке получаем магнитопровод, состоящий из П-образного или Ш-образного магнитопровода и одного плоского отдельного ярма, но по-прежнему с эллипсообразным поперечным сечением стержней.
Предложенная конструкция шихтованного магнитопровода с эллипсообразным поперечным сечением стержней для силовых трансформаторов и реакторов способствует минимизации массы, габаритов и собственного тепловыделения силовых трансформаторов и реакторов, повышает КПД и обеспечивает повышенную ресурсную надежность, что существенно важно, например, для аэрокосмической техники и ракетостроения. Кроме того, минимизация собственного тепловыделения уменьшает требования к мощности автономной системы охлаждения, например, космического аппарата.
Claims (9)
1. Шихтованный магнитопровод, собираемый из плоских листовых элементов, отличающийся тем, что все плоские листовые элементы содержат части стержней, а также части верхнего и нижнего ярма (при наличии их у магнитопровода), и вырезаны из листа электротехнической стали или ленты сплава в соответствии с параметрами, относящимися к поперечному сечению стержней собираемого из плоских листовых элементов магнитопровода, изменяющимися по параметрической зависимости для образования эллипсообразного поперечного сечения стержней магнитопровода
х - локальная полуширина поперечного сечения стержня магнитопровода для i-го плоского листового элемента;
y - локальная толщина поперечного сечения стержня магнитопровода для i-го плоского листового элемента;
r - радиус полукруговой части эллипсообразного поперечного сечения магнитопровода;
a - расстояние между центрами двух полукруговых частей эллипсообразного поперечного сечения стержня магнитопровода;
δ - толщина плоского листового элемента, вырезаемого из листа электротехнической стали или ленты сплава, с нанесенной изоляцией;
i - порядковый номер плоского листового элемента, начиная от одного из крайних слоев.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что у всех плоских листовых элементов часть верхнего или нижнего ярма магнитопровода выполнена отдельно от других частей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021111297A RU2770461C1 (ru) | 2021-04-21 | 2021-04-21 | Шихтованный магнитопровод |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021111297A RU2770461C1 (ru) | 2021-04-21 | 2021-04-21 | Шихтованный магнитопровод |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2770461C1 true RU2770461C1 (ru) | 2022-04-18 |
Family
ID=81212571
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021111297A RU2770461C1 (ru) | 2021-04-21 | 2021-04-21 | Шихтованный магнитопровод |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2770461C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1638738A1 (ru) * | 1988-08-29 | 1991-03-30 | Всесоюзный Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Светотехнической Промышленности | Способ изготовлени витого ленточного магнитопровода |
RU2444801C1 (ru) * | 2010-07-14 | 2012-03-10 | Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" | Плоская многофазная магнитная система |
KR20180097229A (ko) * | 2017-02-23 | 2018-08-31 | 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) | 변압기의 철심 |
RU2714448C1 (ru) * | 2019-08-26 | 2020-02-17 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Способ получения разверток лент для изготовления кольцевых ленточных элементов магнитопроводов (варианты) |
RU2716212C1 (ru) * | 2019-04-30 | 2020-03-10 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Кольцевой ленточный магнитопровод с эллипсообразным поперечным сечением (варианты) |
-
2021
- 2021-04-21 RU RU2021111297A patent/RU2770461C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1638738A1 (ru) * | 1988-08-29 | 1991-03-30 | Всесоюзный Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Светотехнической Промышленности | Способ изготовлени витого ленточного магнитопровода |
RU2444801C1 (ru) * | 2010-07-14 | 2012-03-10 | Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" | Плоская многофазная магнитная система |
KR20180097229A (ko) * | 2017-02-23 | 2018-08-31 | 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) | 변압기의 철심 |
RU2716212C1 (ru) * | 2019-04-30 | 2020-03-10 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Кольцевой ленточный магнитопровод с эллипсообразным поперечным сечением (варианты) |
RU2714448C1 (ru) * | 2019-08-26 | 2020-02-17 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Способ получения разверток лент для изготовления кольцевых ленточных элементов магнитопроводов (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ortiz et al. | Optimized design of medium frequency transformers with high isolation requirements | |
US7034648B2 (en) | Amorphous metal core transformer | |
US9601256B2 (en) | Wound iron core for static apparatus, amorphous transformer and coil winding frame for transformer | |
US7777602B2 (en) | Superconducting wire and superconducting coil made therewith | |
EP2444983A2 (en) | Liquid cooled magnetic component with indirect cooling for high frequency and high power applications | |
US9412510B2 (en) | Three-phase reactor | |
CN113283073B (zh) | 一种三相高频大功率变压器的多目标优化设计方法 | |
CA2942011A1 (en) | Electromagnetic apparatus and method for providing the same | |
WO2011158290A1 (ja) | 静止電磁機器 | |
US11972896B2 (en) | Compact inductor employing redistributed magnetic flux | |
US20120299681A1 (en) | Flat band winding for an inductor core | |
You et al. | AC loss measurement and simulation in a REBCO coil assembly utilising low-loss magnetic flux diverters | |
RU2770461C1 (ru) | Шихтованный магнитопровод | |
US20130207761A1 (en) | Electrical reactor with magnetization | |
JP2000082625A (ja) | アモルファス鉄心変圧器 | |
CN108666067B (zh) | 一种高效率集成式llc谐振变压器 | |
JP7244708B2 (ja) | コイル素子 | |
RU2796472C1 (ru) | Трехфазный пространственный шихтованный магнитопровод | |
RU2753190C1 (ru) | Пространственный ленточный магнитопровод | |
JP2016157915A (ja) | 巻線の渦電流損失が低減される変圧器 | |
JP2005129966A (ja) | アモルファス鉄心変圧器 | |
EP4287221A1 (en) | Heat transfer from transformer windings | |
JP2009283882A (ja) | 巻鉄心型3相変圧器 | |
RU2700279C2 (ru) | Способ изготовления магнитопровода | |
KR100322916B1 (ko) | 3상 3각 권철심 변압기의 제조방법 |