RU49646U1

RU49646U1 - TRANSFORMER

Info

Publication number: RU49646U1
Application number: RU2004139216/22U
Authority: RU
Inventors: П.Д. Федоров; Б.С. Алексеев; Н.В. Смирнов
Original assignee: Смирнов Николай Владимирович
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2005-11-27

Abstract

Трансформатор относится к электротехнике, предназначен для работы в цепях переменного тока промышленной частоты (50-60Гц). Рекомендуемый диапазон мощностей от единиц В·А до десятков кВ·А. Для решения поставленной задачи, направленной на создание трансформатора, в котором были бы совмещены функции электро- и магнитопровода, при этом экономились активные материалы и, следовательно, снижалась стоимость трансформатора в целом, в трансформаторе, содержащем сердечник и катушечные обмотки, намотанные из полос металлической ленты, разделенных изоляцией, сердечник и катушечные обмотки выполнены в виде двух концентрически намотанных систем, сцепленных между собой и расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, а металлическая лента выполнена из многослойного ферромагнитного токопроводящего материала.The transformer relates to electrical engineering, designed to operate in alternating current circuits of industrial frequency (50-60Hz). Recommended power range from units В · А to tens of kV · А. To solve the problem, aimed at creating a transformer in which the functions of the electric and magnetic circuits would be combined, while saving active materials and, consequently, reducing the cost of the transformer as a whole, in a transformer containing a core and coil windings wound from strips of metal tape separated by insulation, the core and coil windings are made in the form of two concentrically wound systems interlocked and located in mutually perpendicular planes, and the metal Ceska tape is made of a laminated ferromagnetic conductive material.

Description

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике, в частности, трансформаторостроению, преимущественно для работы в цепях переменного тока промышленной частоты (50-60 Гц) и может быть использована также в качестве дросселей, катушек индуктивности и т.п. Рекомендуемый диапазон мощностей от единиц В·А до десятков кВ·АThe inventive utility model relates to electrical engineering, in particular, transformer construction, mainly for operation in AC circuits of industrial frequency (50-60 Hz) and can also be used as chokes, inductors, etc. Recommended power range from units VA to tens of kVA

В таких устройствах обязательно имеются две части: электро- и магнитопровод. Первая часть выполняется в виде катушки, имеющей в каждой секции определенное количество витков. Количество секций в устройстве может быть от одной и более. Первая часть устройства выполняется обычно из материала с высокой электропроводностью (меди, алюминия), имеющего наружную электрическую изоляцию, нанесенную на поверхность или укладываемую в виде отдельного элемента. Форма материала - проволока, лента, шина. Вторая часть - магнитопровод -изготавливается из листов, пластин или лент, выполненных из ферромагнитного материала, служит для проведения магнитного потока, должна иметь заданную суммарную площадь поперечного сечения.In such devices, there are necessarily two parts: an electric and magnetic circuit. The first part is made in the form of a coil having in each section a certain number of turns. The number of sections in the device can be from one or more. The first part of the device is usually made of a material with high electrical conductivity (copper, aluminum) having an external electrical insulation applied to the surface or laid in a separate element. The shape of the material is wire, tape, bus. The second part - the magnetic circuit - is made of sheets, plates or tapes made of ferromagnetic material, serves to conduct magnetic flux, must have a given total cross-sectional area.

Известны обмотки трансформаторов, выполненные из ленточного проводника, намотанного спирально в виде катушки, охватывающей магнитопровод, (Сергеев Н.П. Справочник молодого сварщика на контактных машинах, М: Высш. шк. 1984, стр.18), а также магнитопровод из ленты, выполненной из электротехнической стали, вматываемой в блок обмоток (Оборудование для контактной сварки: Справочное пособие/ Под Known transformer windings made of a tape conductor, wound spirally in the form of a coil covering the magnetic circuit (Sergeev N.P. Handbook of a young welder on contact machines, M: Higher school. 1984, p. 18), as well as a magnetic circuit made of tape, made of electrical steel wound into a winding block (Resistance Welding Equipment: Reference Guide / Under

ред. В.В.Смирнова. - СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 2000, стр. 26).ed. V.V.Smirnova. - St. Petersburg: Energoatomizdat. St. Petersburg Branch, 2000, p. 26).

Недостатком указанных конструкций является раздельное использование обмотки и магнитопровода только по одному назначению.The disadvantage of these designs is the separate use of the winding and the magnetic circuit for only one purpose.

Электротехническая сталь для изготовления обмоток не может быть использована, так как она имеет очень низкую электроповодность. Выполнение самого блока обмоток из материала с высокой электропроводностью (меди, алюминия) приводит к большому расходу активных материалов, которые очень дорогостоящие.Electrical steel for the manufacture of windings cannot be used, since it has a very low electrical conductivity. The implementation of the block of windings from a material with high electrical conductivity (copper, aluminum) leads to a large consumption of active materials, which are very expensive.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является трансформатор (А.С. СССР №630654, опубл. 30.10.78), в котором катушки обмотки и сердечник трансформатора выполнены в виде двух концентрически намотанных систем, сцепленных между собой и расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, а сами системы намотаны из биметаллической фольги, причем один из слоев биметалла является ферромагнитным, а другой слой выполнен из высокопроводящего материала.Closest to the claimed technical solution is a transformer (AS USSR No. 630654, publ. 30.10.78), in which the winding coils and the core of the transformer are made in the form of two concentrically wound systems, interconnected and located in mutually perpendicular planes, and the systems themselves are wound from bimetallic foil, one of the bimetal layers being ferromagnetic and the other layer made of highly conductive material.

В этом устройстве, по сравнению с предыдущими, совмещены функции электро- и магнитопроводов, т.к. часть электрического тока проходит по обеим частям биметаллической фольги.In this device, in comparison with the previous ones, the functions of electric and magnetic cores are combined, because part of the electric current passes through both parts of the bimetallic foil.

Однако это устройство также имеет ограничения в своих возможностях, т.к. его основная цель - компенсация потребляемой трансформатором реактивной мощности, что эффективно при использовании фольги. Однако это ограничивает область использования трансформаторами малой мощности, а стремление к повышению межвитковой емкости за счет уменьшения толщины изоляции снижает допустимое межвитковое (межслоевое) напряжение (вольт на виток). Биметаллическая лента, состоящая из ферромагнитного слоя, например, стали и высокопроводящего слоя меди, ухудшающего магнитные свойства магнитопровода из-за However, this device also has limitations in its capabilities, as its main goal is compensation of the reactive power consumed by the transformer, which is effective when using foil. However, this limits the use of low-power transformers, and the desire to increase the inter-turn capacitance by reducing the insulation thickness reduces the permissible inter-turn (inter-layer) voltage (volts per turn). Bimetallic tape consisting of a ferromagnetic layer, for example, steel and a highly conductive layer of copper, which worsens the magnetic properties of the magnetic circuit due to

возникающего магнитного зазора на пути магнитного потока, является дорогостоящей.the resulting magnetic gap in the magnetic flux path is expensive.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание трансформатора, в котором бы совмещались функции электро- и магнитопровода, при этом экономились активные материалы и, следовательно, снижалась стоимость трансформатора в целом.The task to which the claimed utility model is directed is to create a transformer in which the functions of the electric and magnetic cores are combined, while saving active materials and, therefore, reducing the cost of the transformer as a whole.

Поставленная задача решается за счет того, что в трансформаторе, содержащем сердечник и катушечные обмотки, намотанные из полос металлической ленты, разделенных изоляцией, при этом сердечник и катушечные обмотки выполнены в виде двух концентрически намотанных систем, сцепленных между собой и расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, металлическая лента выполнена из многослойного ферромагнитного токопроводящего материала.The problem is solved due to the fact that in the transformer containing the core and coil windings wound from strips of metal tape separated by insulation, while the core and coil windings are made in the form of two concentrically wound systems, interconnected and located in mutually perpendicular planes, the metal tape is made of a multilayer ferromagnetic conductive material.

Концентрические системы выполнены из многослойной ленты с хорошими магнитными и электропроводными свойствами. Каждая концентрическая система состоит из двух или более секций. Сечение, требуемое для электропроводности, набирается необходимым количеством слоев в многослойной ленте для каждой секции, а требуемое сечение магнитопровода обеспечивается суммарным поперечным сечением всех витков всех секций каждой концентрической системы.Concentric systems are made of multilayer tape with good magnetic and electrical properties. Each concentric system consists of two or more sections. The cross section required for electrical conductivity is gained by the required number of layers in the multilayer tape for each section, and the required cross section of the magnetic circuit is provided by the total cross section of all turns of all sections of each concentric system.

Как и в прототипе, витки секций как внутри системы, так и в трансформаторе в целом, могут коммутироваться параллельно, последовательно, либо подключаться независимо к источнику переменного тока и к нагрузке.As in the prototype, the turns of sections both inside the system and in the transformer as a whole can be switched in parallel, in series, or connected independently to an AC source and to the load.

Для снижения потерь на вихревые токи толщину каждого слоя нужно уменьшать, а между слоями располагать тонкий слой изоляции.To reduce eddy current losses, the thickness of each layer must be reduced, and a thin layer of insulation should be placed between the layers.

Уменьшение толщины каждого слоя также снижает жесткость ленты и облегчает процесс намотки, что особенно важно при выполнении второй концентрической системы, которая вматывается в уже намотанную первую систему.Reducing the thickness of each layer also reduces the stiffness of the tape and facilitates the winding process, which is especially important when performing the second concentric system, which is wound into the already wound first system.

В случае низкой индукции в системах для снижения габаритов, массы и тепловых потерь часть слоев многослойной ленты может быть выполнена из материала с высокой электропроводностью, например, меди.In the case of low induction in systems to reduce size, mass and heat loss, part of the layers of the multilayer tape can be made of a material with high electrical conductivity, for example, copper.

Для удобства крепления трансформатора, для облегчения намотки и для большей симметрии магнитного потока, вторая (вматываемая) концентрическая система может быть разбита на две части, каждая из которых охватывает один из двух параллельных стержней второй концентрической системы.For the convenience of mounting the transformer, to facilitate winding and for greater symmetry of the magnetic flux, the second (winded) concentric system can be divided into two parts, each of which covers one of the two parallel rods of the second concentric system.

Сущность полезной модели поясняется на чертежах:The essence of the utility model is illustrated in the drawings:

фиг.1 - конструкция предлагаемого трансформатора;figure 1 - the design of the proposed transformer;

фиг.2 - конструкция трансформатора с разбитой на две части второй концентрической системой.figure 2 - design of a transformer divided into two parts of a second concentric system.

Трансформатор (фиг.1) содержит первую концентрическую систему 1 и вторую концентрическую систему 2, сцепленные между собой, которые намотаны из многослойной ленты 3. Между витками ленты 3 расположена изоляция 4. Каждая концентрическая система состоит из двух (фиг.1) или более секций, имеющих выводы 5, причем одна из секций каждой системы является частью первичной обмотки, которые могут быть соединены между собой последовательно или параллельно. Остальные секции являются в зависимости от соединения (последовательно, параллельно) одной или несколькими вторичными обмотками, при этом каждую из них можно использовать в качестве самостоятельной вторичной обмотки.The transformer (figure 1) contains the first concentric system 1 and the second concentric system 2, interconnected, which are wound from a multilayer tape 3. Between the turns of the tape 3 is insulation 4. Each concentric system consists of two (figure 1) or more sections having conclusions 5, moreover, one of the sections of each system is part of the primary winding, which can be interconnected in series or in parallel. The remaining sections are, depending on the connection (sequentially, parallel) one or more secondary windings, each of which can be used as an independent secondary winding.

При включении первичной обмотки в цепь, по виткам каждой концентрической системы проходит ток, при чем для тока, проходящего по первой концентрической системе, магнитопроводом является вторая концентрическая система, и, наоборот, для тока, проходящего по второй концентрической системе, магнитопроводом является первая концентрическая система.When the primary winding is connected to the circuit, current flows through the turns of each concentric system, and for the current passing through the first concentric system, the magnetic circuit is the second concentric system, and, conversely, for the current passing through the second concentric system, the magnetic circuit is the first concentric system .

Благодаря наличию в концентрической системе магнитопровода, в остальных секциях системы индуктируется ЭДС.Due to the presence of a magnetic circuit in the concentric system, EMF is induced in the remaining sections of the system.

При прохождении переменного тока в первичной обмотке в ленте магнитопровода возникают вихревые токи.With the passage of alternating current in the primary winding, eddy currents occur in the magnetic core tape.

Чем меньше толщина слоя ленты, тем меньше величина вихревых токов и тем меньше потери в трансформаторе. Так как магнитопровод в свою очередь является обмоткой трансформатора, для снижения плотности тока, проходящего по ленте, сечение ленты должно быть как можно больше. Для увеличения площади поперечного сечения ленты, при уменьшении толщины ленты, ее делают многослойной и уменьшают толщину каждого слоя.The smaller the thickness of the tape layer, the smaller the eddy currents and the less the loss in the transformer. Since the magnetic circuit, in turn, is the winding of the transformer, to reduce the density of the current passing through the tape, the cross-section of the tape should be as large as possible. To increase the cross-sectional area of the tape, while reducing the thickness of the tape, it is layered and the thickness of each layer is reduced.

Поскольку по виткам многослойной ленты проходит электрический ток и магнитный поток, лента выполняется из ферромагнитного материала с хорошей электропроводностью, например, стали марок 0,8кп; 0,8пс; Юпс.Since electric current and magnetic flux pass through the turns of the multilayer tape, the tape is made of a ferromagnetic material with good electrical conductivity, for example, steel grade 0.8kp; 0.8ps; Ups.

Для увеличения сопротивления вихревым токам слои многослойной ленты могут иметь тонкую изоляцию.To increase the eddy current resistance, the layers of the multilayer tape can have a thin insulation.

Для удобства конструкции и более симметричного распределения магнитных потоков вторая концентрическая система может быть разбита на две части, каждая из которых охватывает один стержень первой концентрической системы (фиг.2).For design convenience and a more symmetric distribution of magnetic fluxes, the second concentric system can be divided into two parts, each of which covers one rod of the first concentric system (Fig.2).

Выполнение обмоток из многослойной ленты, состоящей из металла, обладающего одновременно электро- и магнитопроводностью позволяет значительно сократить затраты на материал, а следовательно снизить стоимость всего устройства в целом, а так же снизить массогабаритные параметры и упростить технологию изготовления.The implementation of the windings of a multilayer tape consisting of a metal having both electrical and magnetic conductivity can significantly reduce the cost of the material, and therefore reduce the cost of the entire device as a whole, as well as reduce weight and size parameters and simplify the manufacturing technology.

Claims

1. A transformer containing a core and coil windings wound from strips of metal tape separated by insulation, wherein the core and coil windings are made in the form of two concentrically wound systems interlocked and located in mutually perpendicular planes, characterized in that the metal tape is made from a multilayer conductive ferromagnetic material.

2. The transformer according to claim 1, characterized in that between each layer of the ferromagnetic conductive material is a layer of insulating material.

3. The transformer according to claim 1, characterized in that part of the layers of the winding is made of ferromagnetic conductive material, and the second part of the layers of the winding is made of material with high electrical conductivity.

4. The transformer according to claim 1, characterized in that one of the two concentrically wound systems is divided into two parts and is located symmetrically on the two rods of the second concentrically wound system.