UA119130C2 - Трифазний трансформатор - Google Patents

Abstract

Винахід належить до галузі електротехніка, зокрема до конструювання і виробництва трансформаторів, і може знайти застосування в усіх галузях, виробничі процеси яких зв'язані з виробництвом, експлуатацією і ремонтом трансформаторів. Трифазний трансформатор, який містить у своєму складі первинні та вторинні обмотки у кожній фазі і просторову циліндричну магнітну систему, який відрізняється тим, що магнітна система утворена V-подібними секціями аморфної сталі, концентричне розміщення яких утворює правильну шестипроменеву зірку стрижнів, на яких розміщено обмотки фаз у складі первинної і вторинної обмоток однієї фази, знизу обмотки утримуються основою, а вгорі накриті покриттям несучої бази; по вертикалі секції розділені повітряними щілинами зі встановленими в них ущільнювачами обмоток. Технічним результатом винаходу є зростання реактивної потужності; зростання активної потужної. Трансформатор без додаткових пристроїв дає змогу плавно регулювати напругу під навантаженням у будь-якому діапазоні; має нові властивості: самостійно симетрує напруги при несиметричному навантажені і зберігає їх синусоїдальність при будь-якому насичені сталі. Має автономну систему захисту аморфної сталі, виготовляється у сухому виконанні.

Description

Винахід належить до галузі електротехніки, зокрема до конструювання і виробництва трансформаторів, і може знайти застосування в усіх галузях, виробничі процеси яких зв'язані з виробництвом, експлуатацією і ремонтом трансформаторів.

Рівень техніки.

Трансформатор - це електромагнітний пристрій, який має дві або більше індуктивно зв'язані обмотки і призначений для зміни величини змінної напруги (струму). Магнітний потік, який індуктивно зв'язує між собою обмотки, замикається по магнітопроводу і називається робочим потоком. Він зчеплений з витками обмоток, звідси назва "потокозчеплення", а зміна потокозчеплення у часі утворює е.р.с. або напругу. Тому важливо, щоб робочий потік був максимальний. Цього можна досягти лише при повній відповідності відображення явища електромагнетизму в конструкції трансформатора, тобто необхідно щоб магнітопровід (поле) охоплював обмотки (струм). Єдиний трансформатор, обмотки якого найбільшою мірою охоплені магнітною системою, є броньовий однофазний трансформатор. Тому характеристики і властивості такого трансформатора значно кращі від інших. Наслідками спотворення явища електромагнетизму в конструкціях сучасних трансформаторів є розсіювання енергії в оточуючий простір (потоки розсіяння), магнітна несиметрія фаз, суттєве зменшення робочого поля, насичення плоского магнітного проводу і погіршення якості електромагнітної енергії (вищі гармоніки); намагання посилити поле шляхом зростання струмів призводить до перегріву обмоток, втрат, старіння ізоляції, необхідності використання примусової системи охолодження, зростання витрат, погіршення екології і т.д.

Найбільш перспективний шлях зниження затрат на виробництво й експлуатацію силових трансформаторів є використання магнітопроводів з аморфних сплавів. Технології виготовлення таких магнітопроводів розкриті, наприклад, у патентах США Мо4789849, 4790064, 4893400, 5398402, 2398403, 5329270, 5347746, 5548887.

Як найближчий аналог трансформатора, що має циліндричний магнітопровід з аморфної сталі, наведемо формулу патенту РФ 2241271: "1. Сердечник трансформатора, использующийся в трансформаторе распределения мощности и имеющий требуемую вьгсоту, а также, по существу, цилиндрическую тороидальную форму, вьіполненньій в виде многослойной структурьї, намотанной вокруг центральной оси тороида, при зтом каждьй слой структурь образован из заранее определенного числа магнитньїх лент, установленньїх вдоль упомянутой центральной оси с воздушньіми зазорами, естественно присутствующими между каждьми двумя смежньми лентами слоя, заранее определенное число лент является таковьім, что сумма ширин упомянутьїх лент, по существу, равна упомянутой требуемой вьісоте сердечника, отличающийся тем, что требуемое число п слоев в упомянутой структуре оопределяєтся магнитньми свойствами лент, чтобь удовлетворять соотношению паВ раб/(Внасьщ-Враб), де В рас - рабочее значение магнитной индукции, а Вкасищ - значение насьь'щщения магнитной индукции, при зтом слой смещень! по отношению друг к другу на заранее определенное расстояниє в направлений вдоль упомянутой центральной оси, причем каждьй из воздушньїх зазоров в одном слое перекрьіваєтся (п-1) лентами других слоев структурні. 2. Сердечник трансформатора за п. 1, в котором упомянутье магнитнье ленть! вьіпОолнень из аморфньх металлов. 3. Сердечник трансформатора за п. 2, в котором рабочее значение магнитной индукции и значение насьшщения магнитной индукции аморфной лентьї, по существу, составляет соответственно около 1,35 Т и 1,55 Т, при зтом число слоев, по меньшей мере, 7."

Основними недоліками прототипу є: 1. Конструкція передбачає розміщення обмоток на поверхні стрічкового магнітопроводу, виконаного з аморфної сталі, яка через гнучкість конструкції піддається механічним діям, що призводять до погіршення його магнітних властивостей. Ні Ш-, ні О-подібні конструкції магнітопроводів непридатні для створення ефективної автономної системи захисту аморфної сталі від вагових навантажень. 2. Охоплення магнітної системи обмотками рівнозначно охопленню струмами магнітного поля, яке ці струми створюють. Така конструкція повністю протирічить явищу електромагнетизму, а порушення законів природи завжди має негативні наслідки. Результатами такого спотворення є: поява потоків розсіяння і зміна форми поля - об'ємне поле стало плоским, отже поле зменшилось, що адекватно зменшенню реактивної потужності трансформатора.

Підсилюють поле струмами намагнічування, тобто перевантажують обмотки струмами, результатом чого є ріст втрат в міді та старіння ізоляції. Виникає потреба в примусовій системі охолодження (бак, радіатори, насоси, фільтри, масло і т.д.). ускладняється конструкція, 60 зростають витрати на виготовлення, експлуатацію та ремонт, погіршується екологія.

Трансформатори з просторовою магнітною системою, що має форми паралелепіпеда, призми, циліндра, повністю усувають вказані вище проблеми, завдяки відповідності конструкції (обмотки охоплені магнітопроводом) явищу електромагнетизму.

Патент на винахід України Мо84746 пропонує трансформатор з просторовою магнітною системою циліндричної форми, виконаний з листів електротехнічної сталі. Недоліками такої конструкції є технологічна складність виконання і значні втрати в сталі, які в 5-6 разів перевищують втрати в аморфній сталі.

Винаходом розв'язується задача створення трифазного трансформатора, що має просторову магнітну систему циліндричної форми з аморфної сталі з максимально можливим індуктивним зв'язком обмоток при мінімальному струмі намагнічування, який матиме мінімальні втрати і нові властивості, відсутні в сучасних трансформаторах.

Поставлена задача вирішена за рахунок того, що магнітна система утворена М-подібними секціями аморфної сталі, концентричне розміщення яких утворює правильну шестипроменеву зірку стрижнів, на яких розміщено обмотки фаз у складі первинної і вторинної обмоток однієї фази, знизу обмотки утримуються основою, а вгорі накриті покриттям несучої бази; по вертикалі секції розділені повітряними щілинами зі встановленими в них ущільнювачами обмоток.

Трифазний трансформатор за п. 1 утворює два трифазні трансформатори при з'єднанні у "зірку" або "трикутник" його фаз, зсунених на 120".

Суть винаходу та принципи дії пояснюються кресленням, на якому прийняті наступні позначення: 1 - секції з аморфної сталі; 2 - обмотки НН; З - обмотки ВН; 4 - зовнішній ущільнювач; 5 - внутрішній ущільнювач; б - покриття несучої бази; 7 - основа несучої бази; 8 - кришка; 9 - основа; 10 - опора; 11 - шпилька; 12 - пояс; 13 - обмотки; 14 - стрижень; 15 - видовжене ярмо; 16 - укорочене ярмо.

На кресленні зображено трифазний трансформатор з просторовим циліндричним магнітопроводом: вигляд збоку з розрізом по А-А і вигляд зверху (переріз В-В).

Просторовий магнітопровід складається з М-подібних секцій з аморфної сталі 1, які мають стрижні 14, видовжене ярмо 15 та укорочене ярмо 16. Збирання магнітопроводу починається зі встановлення секцій 1 на основу несучої бази 7, яка входить до складу основи 9. При цьому необхідно, щоб укорочені ярма 16 оточували опору 10, тоді стрижні 14 з розшихтованими

Зо видовженими ярмами 15 утворять шестипроменеву зірку.

Після набору необхідної кількості секцій 1 установлюють внутрішні ущільнювачі 5 і зовнішні ущільнювачі 4, утворивши таким чином повітряну щілину між сусідніми секціями. Далі нарощують необхідну кількість секцій по висоті циліндра.

Наступним етапом є монтаж обмоток 13. На промені-стрижні 14 насаджують обмотки 13, кожна фаза яких містить у своєму складі обмотки низької напруги (НН) 2 і обмотки високої напруги (ВН) 3. Зафіксувавши їх на магнітопроводах, зашихтовують видовжені ярма 15, які утворюють зовнішню поверхню циліндра. По периметру секції стягують поясами 12.

Накривають активну частину трансформатора, тобто секції аморфної сталі 1 і обмотки 13 покриттям несучої бази б, зверху кладуть кришку 8 і стягують основу 9 і кришку 8 шпильками 11.

Принцип дії трансформатора відомий з літературних джерел (наприклад Иванов-

Смоленский А.В. Злектрические машиньі. В 2-х томах. Учебник для вузов. - М.: Изд. МЗИ. - 2004).

Технічні результати, яких можна дося!їти при здійсненні винаходу: 1. Зростання (мінімум удвічі) індуктивного зв'язку обмоток, завдяки практично повному їх охопленню просторовим магнітопроводом. Зростання робочого поля адекватно росту реактивної потужності трансформатора. 2. Зменшення втрат від потоків розсіяння, які замкнулись по магнітопроводу і перетворились у робоче поле, а також втрат у сталі, завдяки використанню аморфних сплавів, рівнозначно росту активної потужності трансформатора. 3. Зменшення на 40-50 95 струму холостого ходу, який споживає трансформатор протягом усього періоду експлуатації, спричинено ростом робочого поля. 4. З'єднання у "зірку" або "трикутник" обмоток, розташованих на стрижнях з просторовим кутом 1207, утворює два трансформатори. Послідовне їх з'єднання розв'язує проблему плавного регулювання напруги трансформатора під навантаженням у будь-якому діапазоні.

Паралельна їх робота може використовуватись при зростанні навантаження, на яке був увімкнений один із них. Послідовне з'єднання обмоток зміщених на 120" утворюють трифазний трансформатор сумарної потужності. 5. Нові властивості обумовлені просторовою магнітною системою і відсутні в сучасних трансформаторах будь-якої конструкції:

а) самостійне симетрування вторинних фазних напруг при роботі трансформатора на несиметричне навантаження (властивість стабілізатора напруг);

р) збереження синусоїдальності напруг, тобто якості електроенергії при будь-якому насичені сталі (властивість контролера якості енергії).

6. Такі трансформатори будь-якої потужності виготовляють у сухому виконанні через відсутність перевантажень обмоток струмами і зниження втрат.

7. Просторовий магнітопровід спростив розв'язування проблеми захисту аморфної сталі від вагових навантажень.

Несуча база, до якої входять опора, основа, покриття і ущільнювачі, захищає аморфну сталь від вагових і навантажень, викликаних анормальними режимами роботи трансформатора. 8. Зростає надійність і ресурс роботи, зменшується негативний вплив на екологію.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

   1. Трифазний трансформатор, який містить у своєму складі первинні та вторинні обмотки у кожній фазі і просторову циліндричну магнітну систему, який відрізняється тим, що магнітна система утворена М-подібними секціями аморфної сталі, концентричне розміщення яких утворює правильну шестипроменеву зірку стрижнів, на яких розміщено обмотки фаз у складі первинної і вторинної обмоток однієї фази, знизу обмотки утримуються основою, а вгорі накриті покриттям несучої бази; по вертикалі секції розділені повітряними щілинами зі встановленими в них ущільнювачами обмоток.

   2. Трифазний трансформатор за п. 1, який відрізняється тим, що діаметрально розташовані обмотки, що з'єднані послідовно у відповідності з напругами, утворюють трифазну систему, кожна фаза якої має основну і регулювальну обмотки зі з'єднанням їх у "зірку" або "трикутник".

   хх по Ше ЕУ дм М НА дення Ми дит с ТК й вен М р ння ве оно нят ї Дня ня КВ СК Хе Ме є РОБИ Бо а дит НЕ РОМЕН МК РЕ ПЕ РОБИШ пе най м ОКУ РІК й - р шу МЕЖ Не Га ЕН ЕН ий ЩО 1 Ї с ж : ЩО АТ ОТ и К Ь ї КОЖ ВР: ех ї я. 1 Воно БЕ хе й: М Н ККУ ИНИННе НН 1 гомо. ин НН скін Іакннннннининеяннянння НОЇ РРО: цк ЕЯ ОО ТЕО дих : її ОК РРО роя х її поро РР с ІН ОКО рої У КЕ і уддилялятянятнянннтлялядятятлитинтнннни ОО 110: тя НН 1 й ВО ОВО ЇЇ 7 СИ ре В п ІК: шт і 1 Я: 7 гене ня х НЕ ЩО до фік Й її Кия Тіні есе т : ЩЕ ї НН тних т МОЇ р ті и ЗІ НН ХО ОЇ ВЕ ОТ я У Рі ОЇ БО ори Н НН НН Н ІК ОЛЯ ротик Ті ЕФ РРОощті: я Ех Я п РР: ет ка НЕД СЕ | КРБ Я є Б Цродииннтттттянннннннй |: щі ТРОЕМ їх 1: тощо і Кт прий 11 ОН Ішли лі 7 ца її ОВО Є ОО ун їй 1 що | и Коова ОА ще рі брнннннняннннянннннинниню БОЇ. РІБРОЯ пит НН ЯК ТІ ЖйО 1 шт Брі Ов ТОЖ ут ЩЕ І Бр і щі ОН Кк ї а ї ке її Кі І ня Нео: МН НН ОО рих ЗМЕН кб з ЯКУ Ин Ох т ЧНІ БО РІК і кі і НЯ Н БР І

   Р. 00000000... І Н БІО їі - ХЕ п М РКО т ГНН й БУ ЯН РЕ І і ЕНН НЄ Га ЯН БРЕБИОЇ й РІ з я Ж її: джин Бі ЩО РРО: ще ЕНН НЕО Я БР: и й пн а о ТЕЖ дея а НИ НН: ШО РРО ОКХ -ї НН Що РОБ ге ІН М Я Не МНН яння НУ ОО І ек Щи 1:11 ки НН КК ТЕМ В: ГУ - ОХ Ве ГАМ ух

   31. ЦК и В п нн ККУ п о Ана нИ ! ЗО ВМХди мом ! ЕМ й міні їі НУ І Ки в ОВ ОХ ця ой ден за» Ми пон нання длнюх вк ше с о Ще - СЛИНИ КО Кто ту М « п и ЖЕКу Кз Кох їй Ка МИТ ери ПМІШИ режи Ме Я ї щи: МИ Ен да ЗНА Ко і зд, й жк МЕМ ЕВ ко ри рати о на о о о а о Нав а нн я й Ж БМ Аа ЗОНА и й й й ММК ЖЖ ОККО пИМИЬОХ Фо МАК х в 2 М ЕК о я ди НМ у Ба ; ех а В Да В Я и В Ол в о на НН х денних Ї ро У САВЕНКО ик их а зних рі Н о М ИН У н н ї с : МК БМ вч БМ «7 са Пи Ку і ес У ї нн В НН ОК ОНИ нити сої : Дон в В Он 5 пенні Ом М Ж М у М прошанння «М МКК М ти нн я Н КІ Ж Н РЕК Ма о ВУХ Кл ПМ! х Для їм Н КМ овелокрнуюи ще. УНН Н Шо пяти ММ КОМ кн В КВ Н Ко й СОЄ че и в о ОН Н ру ї Ко о я І З КО НЯ Н пе. х она в В Ви х сао ННЯ хх ою ее х, МЕ и НЯ КМ ТД я Її х ода уж С БИ ЗЕ й ї. Х дк и Я ОО Б ЩО ДАК і; Кук ек Ж Яга жи Ач о, о оо Но ан о НН а ІОН к- вх З КО ВУ НЕ НЯ Не Б у ОО НЕ мая й т Ме З МЕП БЕК Ох «Аве, А ПоНя ел Шк в Вч АНДШНИИ Ко Елен В 7 я ДЦ ЦИТ й Я НИ я тож ст я ве ій ши по нн з