UA100778C2 - Трансформатор - Google Patents

Abstract

Винахід стосується трансформатора (11), що містить принаймні один стрижень (22) сердечника, на якому розташовані поряд три обмотки (32), ізольовані один від одного відводи яких (28, 30) виведені назовні, причому кожна обмотка (32) утворена з розташованої навколо сердечника обмотки (34) нижчої напруги, поверх якої намотана відповідна обмотка (36) вищої напруги, відводи (30) обмоток (34) нижчої напруги виведені назовні в аксіальному напрямку таким чином, що поперечна відстань між обмотками (32) мінімізована.

Description

Винахід стосується трансформатора, який містить принаймні один стрижень сердечника, на якому поряд розташовані три обмотки, відводи яких виведені ізольовано один від одного.

Трансформатори, застосовувані у вентильних перетворювачах струму, тобто у випрямлячах та інверторах, мають кілька обмоток, які складаються з обмотки нижчої напруги та обмотки вищої напруги, за допомогою яких відповідна дво- або трифазна напруга трансформується в напругу бажаного рівня.

Випрямлений в такий спосіб струм у звичайному випадку ще має залишкову хвилястість, тобто містить компонент згладженої або регульованої перемінної напруги живлення, який залишився після її пропускання через випрямляч для випрямлення і через конденсатор для згладжування пульсацій, та/або через регулятор напруги для зменшення до нижчого рівня.

Для додаткового зменшення цієї залишкової хвилястості часто застосовують 12-, 18-та 24-фазні випрямні схеми. Завдяки цьому у більшості випадків можна взагалі не застосовувати згладжувальний конденсатор.

Іншою суттєвою перевагою є майже синусоїдальний вхідний струм і внаслідок цього невелике навантаження мережі/трансформатора за рахунок реактивної потужності спотворення. Недоліком є ускладнене виконання обмоток трансформатора, на вторинній стороні якого передбачена одна обмотка, з'єднана трикутником, і одна обмотка, з'єднана зіркою, напруга на полюсах яких однакова. Завдяки такій конструкції забезпечується зсув фаз на 30" при 12 фазах. Для зсуву на 20" при 18 фазах або на 15" при 24 фазах необхідно відповідним чином з'єднувати дві сусідні фази, внаслідок чого додатково зростає вартість застосовуваного трансформатора, оскільки для кожної фази доводиться виготовляти повну обмотку, тобто обмотку, що складається з обмотки нижчої напруги та обмотки вищої напруги, з окремим відводом.

Якщо такі обмотки розташовані поряд на одному спільному стрижні сердечника, між розташованими поряд обмотками має бути передбачений достатній проміжок, який необхідний для обов'язкового ізольованого виведення проводу обмотки. Це зумовлює відповідне збільшення габаритів цих трансформаторів і, як наслідок, зростання необхідного простору для їх встановлення.

Проте, часто такого необхідного простору в розпорядженні немає, що або спричиняє суттєві проблеми, пов'язані з просторовим розміщенням, або дозволяє застосовувати лише спрощені варіанти схем, недоліком яких є небажана залишкова хвилястість, тобто наявність залишкових компонентів змінної напруги.

Виходячи з вищеописаного рівня техніки, задача винаходу полягала в розробленні трансформатора зазначеного типу, який завдяки технічним заходам дозволяв би краще використовувати наявний простір і при якомога меншому конструктивному об'ємі вміщував би якнайбільшу кількість обмоток.

Цю задачу вирішено згідно з відрізняльними ознаками пункту 1 формули винаходу.

Згідно з цим передбачено, що кожна обмотка складається з однієї розташованої близько до сердечника обмотки нижчої напруги, на яку намотана відповідна обмотка вищої напруги, а також, що аксіальна відстань між обмотками мінімізована, і що відводи обмоток нижчої напруги виведені в аксіальному напрямку. При цьому відводи обмоток вищої напруги завжди можуть бути виведені назовні в радіальному напрямку.

Отже, відповідне винаходові рішення проблеми, пов'язаної з просторовим розміщенням, забезпечується завдяки тому, що аксіальну відстань між будь-якими двома з трьох розташованих на одному стрижні сердечника обмоток зменшено до мінімуму, який визначається необхідним проміжком між обмотками, а також їх результуючим взаємним впливом внаслідок електричного зворотного зв'язку. Така можливість забезпечується завдяки тому, що відводи обмоток нижчої напруги виведені назовні не так, як раніше, тобто в радіальному напрямку, що призводить до помітного збільшення аксіальної відстані між обмотками, а згідно з винаходом в аксіальному напрямку, тобто паралельно осі обмотки, на ділянці між обмоткою нижчої напруги та обмоткою вищої напруги.

При цьому було виявлено, що особливо переважним є варіант, в якому відводи, виведені в аксіальному напрямку, тобто паралельно осі обмотки чи стрижню сердечника, вміщені в термоусадкову трубку, яка виконує роль ізоляційної та захисної оболонки. Параметри цієї ізоляції розраховані відповідно до електричного навантаження, наприклад при загальній потужності близько 5 МВА із номінальною напругою 2 кВ, випробною напругою 20 кВ та ударною напругою 60 кВ, причому переважно товщина ізоляційного шару (тобто товщина стінок трубки) становить щонайменше 5 мм, переважно 6 мм, тобто разом 12 мм, до чого додається товщина провідника.

Щоб створити зручну для монтажу конструкцію згідно з переважною формою виконання винаходу передбачено, що відводи обмоток нижчої напруги виведені назовні паралельно стрижню сердечника на одну сторону, тобто всі електричні виводи для підключення обмоток нижчої напруги розташовані на одній стороні трансформатора такої конструкції.

На відміну від цього в іншій формі виконання винаходу може також бути передбачено виведення відводів розташованої зовні обмотки нижчої напруги назовні на одну сторону, а відводів обох інших обмоток нижчої напруги - в аксіальному напрямку паралельно стрижню сердечника на протилежну сторону.

Надавати перевагу такій конструкції можна, зокрема, в тому випадку, якщо в розпорядженні є достатньо вільного простору.

Враховуючи позитивний вплив симетрії на електричні, а також механічні параметри, перевагу надають круглій формі обмотки. Якщо при цьому відводи внутрішніх обмоток нижчої напруги по обводу виводять назовні в аксіальному напрямку, тобто паралельно осі обмотки, неминуче по обводу утворюються місця порушення форми, наявність яких після намотування поверх них обмоток вищої напруги неминуче призводить до місцевих відхилень форми обмотки від круглої, наприклад, до утворення обмоток овального перерізу. У цьому випадку виявляється доцільним виведення відводів обмоток нижчої напруги назовні по обводу зі зміщенням на 1207" паралельно стрижню сердечника. Завдяки цьому принаймні приблизно забезпечується вирівнювання контуру обмотки по обводу. Водночас шляхом просторового розподілу відводів різних обмоток нижчої напруги по обводу може бути вирішальним чином зменшений ризик можливого взаємного електричного впливу.

Самозрозуміло, замість кругової форми згідно з винаходом може бути використана також прямокутна або овальна форма поперечного перерізу котушки. Проте, переважно в таких випадках завжди намагаються вибирати якомога рівномірнішу геометричну форму обмотки.

Для одержання якомога рівномірнішої форми кожної повної обмотки, тобто обмотки, що складається з обмоток нижчої та вищої напруги, згідно з переважною вдосконаленою формою виконання винаходу в проміжку між частинами обмотки, тобто між обмоткою нижчої напруги та обмоткою вищої напруги, передбачене розташування рівномірно розподілених по обводу сегментних дистанціювальних елементів із ізоляційного матеріалу.

Ці дистанціювальні елементи призначені для заповнення проміжків, в яких не прокладені відводи обмотки, з метою компенсації будь-яких відхилень форми відмотки від бажаної рівномірної форми і запобігання утворенню подібних небажаних відхилень. Відповідно до цього вибирають таку товщину цих ізоляційних сегментних елементів, яка приблизно відповідає товщині відводу.

Переважно кожен із розташованих по обводу між обмотками сегментних дистанціювальних елементів має таку ширину, що між кожними двома сусідніми розташованими по обводу сегментними дистанціювальними елементами залишається зазор, в якому може бути прокладений відповідний відвід. При цьому вибирають таку максимальну ширину цього сегментного дистанціювального елемента по обводу, що, наприклад, у разі використання трьох сегментних дистанціювальних елементів ширина не перекритої ними ділянки відповідає ширині трьох відводів.

У разі потреби ці ізоляційні сегментні елементи можуть мати модульну або блочну конструкцію, завдяки чому при виготовленні обмотки положення кожного відводу уже наперед задане. Наприклад, у варіанті виведення відводів на одну сторону може бути передбачено, що для найвіддаленішої від сторони підключення першої обмотки по обводу до її власного відводу проміжок не передбачений, для найближчої сусідньої середньої обмотки передбачено по одному проміжку для першої та для середньої обмотки і для найближчої до сторони підключення третьої обмотки передбачено в цілому три проміжки. При цьому передбачені проміжки збігаються з відповідними проміжками сусідніх обмоток.

Згідно з іншою переважною формою виконання винаходу паралельно проміжкам для відповідних відводів обмоток нижчої напруги в сегментних дистанціювальних елементах можуть бути також передбачені зазори для охолоджувальних каналів, по яких циркулює газ, наприклад повітря, або інший плинний засіб, застосовуваний як охолоджувальний агент.

Згідно з іншою переважною формою виконання винаходу доцільним виявилося заливання полімерною масою комплектних обмоток, тобто обмоток, які складаються з обмотки нижчої напруги та обмотки вищої напруги, разом із ізоляцією відводів, завдяки цьому після завершення процесу укладення комплектної обмотки можна не побоюватися пошкодження окремих обмоток.

У принципі відповідний винаходові трансформатор може мати три або більше стрижня сердечника, на яких виконані три або більше, наприклад чотири розташованих поряд обмотки нижчої напруги, і виконані поверх них обмотки вищої напруги, кінці яких з'єднані ярмами. При цьому виявилося переважним розташування окремих стрижнів сердечника поряд один із одним у спільній площині.

Якщо на кожному стрижні сердечника виконано чотири або більше обмоток, їх відводи, як вже було пояснено вище, також необхідно виводити по обводу відповідної обмотки нижчої напруги на сторону, а саме або лише на одну сторону, або, наприклад, симетрично на обидві сторони.

Ці та інші переважні форми виконання і вдосконалення винаходу є предметом залежних пунктів формули винаходу. Винахід, переважні форми виконання і вдосконалення винаходу докладніше пояснені та описані далі за допомогою зображеного на кресленнях прикладу виконання.

На кресленнях показано:

Фіг. 1 Схематичне зображення трансформатора зі стандартним розташуванням обмоток згідно з рівнем техніки, вид збоку;

Фіг. 2 Трансформатор згідно з винаходом, на стрижні сердечника якого розташовані три обмотки поряд, та

Фіг. 3 Поперечний розріз обмотки, зображеної на фіг. 2, по лінії А-А з прокладеними відводами обмоток нижчої напруги.

На фіг. 1 наведений вид збоку схематично зображеного трансформатора 10, застосовуваного, наприклад, у випрямлячах або інверторах, обмотки якого 1-9 розташовані за стандартною схемою згідно з рівнем техніки, в якому кожні три обмотки 12 розташовані поряд на одному спільному стрижні 22 сердечника. В цілому передбачено три стрижня 22 сердечника, на кожному з яких виконані обмотки 12, позначені номерами від 1 до 9. Кожна з обмоток 12 складається з обмотки 14 нижчої напруги та виконаної поверх неї в радіальному напрямку обмотки 16 вищої напруги.

Конструкція сердечника трансформатора у наведеному на фіг. 1 прикладі згідно з рівнем техніки складається з трьох розташованих паралельно один одному стрижнів 22 сердечника, кінці яких сполучені суцільним спільним ярмом 24, яке замикає магнітний контур.

При цьому кожна із обмоток 12 розташована на стрижні 22 сердечника на такій відстані від іншої сусідньої обмотки, що забезпечується достатня ізоляція виведених між цими обмотками в радіальному напрямку відводів 20 обмоток 14 нижньої напруги. Відводи 13 обмоток 16 вищої напруги також виведені назовні в радіальному напрямку по зовнішньому обводу кожної обмотки 12.

Проте, ця конструкція не є дуже компактною, тому такий трансформатор потребує значного простору для розміщення. В загальному випадку наявний у розпорядженні простір обмежений і часто використовується повністю, так що існує нагальна потреба у мінімізації габаритів таких трансформаторів.

У таких випадках доцільним є застосування винаходу, який стосується трансформатора 11, схематичне зображення якого збоку наведено на фіг. 2.

Зображений на фіг. 2 трансформатор 11 також призначений для застосування у випрямлячах та/або інверторах, і відповідно до цього містить в цілому дев'ять обмоток 32, позначених номерами від 1 до 9 аналогічно обмоткам зображеного на фіг. 1 трансформатора 10.

Кожна з трьох розташованих поряд обмоток 32 складається з однієї обмотки 34 нижчої напруги і виконаної поверх неї в радіальному напрямку обмотки 36 вищої напруги, крізь яку по центру проходить стрижень 22 сердечника, обидва кінці якого механічно сполучені з ярмом 24, внаслідок чого забезпечується замикання магнітного контуру.

У цьому варіанті відводи 28 обмотки 36 вищої напруги також виведені назовні в радіальному напрямку, в той час як відводи 30 обмотки 34 нижчої напруги по обводу в аксіальному напрямку, тобто паралельно осі обмотки чи паралельно поздовжньому напрямку стрижня 22 сердечника трансформатора 11, на ділянці між обмоткою 34 нижчої напруги та обмоткою 36 вищої напруги виведені на одну сторону.

На фіг. З зображена обмотка 32 у розрізі по лінії А-А згідно з фіг. 2, причому показаний описаний вище проміжок між обмоткою 34 нижчої напруги та обмоткою 36 вищої напруги, який має форму кільцевого зазору 35.

Цей позначений як кільцевий зазор 35 проміжок, в якому виведені назовні відводи 30, є необхідним вже для забезпечення електричної ізоляції обох частин обмотки, а саме обмотки 34 нижчої напруги та обмотки 36 вищої напруги, рівень напруги на яких є різним. Крім цього, відводи 30 також мають бути ізольовані від інших обмоток 32. В результаті висота кільцевого зазору 35, в якому прокладені відводи 30, і який в інших місцях заповнений ізоляційним матеріалом у формі дистанціювального елемента 38. становить щонайменше 20 мм.

Згідно з винаходом у цьому детальніше зображеному на фіг. З кільцевому зазорі 35 в аксіальному напрямку прокладені відповідні відводи 30 обмоток 34 нижчої напруги обмоток 32, розташованих поряд на спільному стрижні 22 сердечника.

Як чітко зображено на фіг. 2, відстань між сусідніми обмотками 32 внаслідок відповідного винаходові розташування відводів 30 паралельно осі обмотки чи поздовжній осі стрижня 22 сердечника може бути значно зменшена, наслідком чого порівняно зі звичайними трансформаторами 10 згідно зі станом техніки є очевидно менша ширина відповідного винаходові трансформатора 11 при однакових робочих характеристиках.

На фіг. 3, як описано вище, зображена обмотка 32 у розрізі по лінії А-А згідно з фіг. 2. Показано, що навколо центрального сердечника 22 спочатку виконана обмотка 34 нижчої напруги. До неї примикає також уже описаний вище проміжок, позначений як кільцевий зазор 35, в якому в осьовому напрямку прокладені відводи 30 обмоток 34 нижчої напруги з кутовим зміщенням по обводу приблизно на 120".

Окрім цього, у кільцевому зазорі 35 передбачені дистанціювальні елементи 38, призначені для електричного розділення обмотки 34 нижчої напруги та обмотки 36 вищої напруги, а також збереження кругової форми обмотки 32. Водночас в кільцевому зазорі 35 в аксіальному напрямку передбачені також канали 40 для охолоджувального засобу, який протікає по них і при цьому вбирає тепло, виділене обмотками 32 під дією струмового навантаження.

Позиційні позначення

Трансформатор 11 Трансформатор 12 Обмотка 14 Обмотка нижчої напруги 16 Обмотка вищої напруги 18 Відвід обмотки вищоїнапруги

Відвід обмотки нижчої напруги 22 Стрижень сердечника 24 Ярмо 28 Відвід обмотки вищої напруги

Відвід обмотки нижчої напруги 32 Обмотка 34 Обмотка нижчої напруги

Кільцевий зазор 36 Обмотка вищої напруги з8 Дистанціювальний елемент

Охолоджувальний канал

18 о 2

Здав 19 Яейейей -22 ті 5. І те вв

ФІГ. 1 28 24. сон аа 22..30

І шо вини МУ . 32 ії4Ц02а з 34 ! " ри Т 38 78 зо о я-- ї

ДЕС на 11 711 и риция А. туз 7 Ї в ді - - щ 3-

А

ФІГ. 2

ЇЇ ат Кі|1 » 32 | о. - й -- Й 34

Ша. зв 30 А

ФІГ. З

Claims (11)

1. Трансформатор (11), що містить принаймні один стрижень (22) сердечника, на якому розташовані поряд три обмотки (32), ізольовані один від одного відводи (28, 30) яких виведені назовні, який відрізняється тим, що кожна обмотка (32) виконана з розташованої навколо сердечника обмотки (34) нижчої напруги, поверх якої намотана відповідна обмотка (36) вищої напруги, ії що відводи (30) обмоток (34) нижчої напруги виведені назовні в аксіальному напрямку таким чином, що поперечна відстань між обмотками (32) мінімізована.

2. Трансформатор за пунктом І, який відрізняється тим, що відводи (30) обмоток (34) нижчої напруги виведені назовні паралельно стрижню (22) сердечника у проміжку (35) між обмоткою (34) нижчої напруги і обмоткою (36) вищої напруги.

3. Трансформатор за пунктом 1 або 2, який відрізняється тим, що відводи (30) обмоток (34) нижчої напруги виведені назовні паралельно стрижню (22) сердечника зі зміщенням по обводу один відносно одного на 1207.

4. Трансформатор за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що відводи (30) обмоток (34) нижчої напруги виведені на одну сторону паралельно стрижню (22) сердечника.

5. Трансформатор за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що відводи (30) розташованої найближче до ярма обмотки (34) нижчої напруги виведені на одну сторону, а відводи (30) обох інших обмоток (34) нижчої напруги виведені на протилежну сторону паралельно стрижню (22) сердечника.

6. Трансформатор за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що виведені назовні паралельно стрижню (22) сердечника відводи (30) вміщені в термоусадкову трубку.

7. Трансформатор за будь-яким із попередніх пунктів 1-5, який відрізняється тим, що між обмотками (34) нижчої напруги і виконаними поверх них обмотками (36) вищої напруги розміщені сегментні дистанціювальні елементи (38), радіальний розмір яких приблизно відповідає товщині відводу (30), завдяки чому між обмоткою (34) нижчої напруги та обмоткою (36) вищої напруги утворений радіальний зазор (35).

8. Трансформатор за пунктом 7, який відрізняється тим, що між кожними двома сусідніми розміщеними між обмотками (34, 36) нижчої та вищої напруги сегментними дистанціювальними елементами (38) передбачений паралельний осі вільний зазор для відводу (30).

9. Трансформатор за пунктом 7 або 8, який відрізняється тим, що кожен розташований між обмотками (34, 36) нижчої та вищої напруги сегментний дистанціювальний елемент (38) має таку ширину, що його кутовий розмір становить менше 120".

10. Трансформатор за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що у кільцевому зазорі (35) передбачений принаймні один канал (40) для протікання охолоджувального засобу.

11. Трансформатор за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що передбачені три стрижні (22) сердечника, на кожному з яких розташовані поряд три обмотки (32), що складаються з обмоток (34) нижчої напруги і обмоток (36) вищої напруги, кінці яких з обох сторін сполучені ярмами (24).