WO2022225498A1 - Three-phase transformer - Google Patents

Three-phase transformer Download PDF

Info

Publication number
WO2022225498A1
WO2022225498A1 PCT/UA2021/000065 UA2021000065W WO2022225498A1 WO 2022225498 A1 WO2022225498 A1 WO 2022225498A1 UA 2021000065 W UA2021000065 W UA 2021000065W WO 2022225498 A1 WO2022225498 A1 WO 2022225498A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transformer
windings
magnetic
magnetic system
yoke
Prior art date
Application number
PCT/UA2021/000065
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Other versions
WO2022225498A8 (en
Inventor
Леонид Адамович БИЛЫЙ
Original Assignee
Леонид Адамович БИЛЫЙ
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 Леонид Адамович БИЛЫЙ filed Critical Леонид Адамович БИЛЫЙ
Priority to EP21884125.2A priority Critical patent/EP4102522A4/en
Publication of WO2022225498A1 publication Critical patent/WO2022225498A1/en
Publication of WO2022225498A8 publication Critical patent/WO2022225498A8/en

Links

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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24Magnetic cores
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24Magnetic cores
    • H01F27/245Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the design of transformers and can be used in all industries that need devices that can transform high-quality energy (without higher harmonics), independently eliminate voltage distortions in the event of an unbalanced load, independently regulate smoothly and over a wide range voltage when the load changes, devices with significantly higher reliability and service life.
  • Such properties of a transformer can only be provided by a spatial magnetic system that adequately reproduces or models the phenomenon of electromagnetism, the form and physics of which is to cover the current conductor with a magnetic circuit, while such metamorphoses as the need to replace the bulk field with a plane-parallel one, the scattering of this field into the surrounding space and etc., but the manufacture of a spatial magnetic circuit requires a larger amount of steel.
  • Three-phase spatial radial magnetic cores of increased compactness are known, the rods and yokes of which are formed from two groups of herringbone elements, which have different lengths, and part of the sections
  • the yoke is made of parallelogram-shaped elements with angles of 60° and 120° (Patent of Ukraine for invention UA 100077 ⁇ 2, Patent of Ukraine for utility model UA 99327).
  • Such magnetic circuits have a number of disadvantages, among which the main ones are: the impossibility of installing separately manufactured windings on the magnetic circuit rods, since the rods have a geometry “in the form of a chevron of various lengths”. Winding the winding on the finished magnetic circuit greatly complicates the technological process of manufacturing the transformer.
  • a spatially symmetrical magnetic circuit having an upper and lower wound yokes interconnected by rods, while the geometry of the cross section of the rods and yokes at the junctions is made with a square cross section (RF Patent RU N "2380780 Cl).
  • Such magnetic circuits with spatial arrangement of rods only eliminate the magnetic asymmetry of planar W-shaped cores, and the technical result in reducing losses in steel is achieved only through the use of amorphous steel, which can also be achieved in a W-shaped magnetic circuit. Due to the low mechanical strength of amorphous steel (brittle like glass), special requirements are imposed on the designs of such cores and the conditions for their production, since the magnetic circuit is a supporting structure that holds the entire active part.
  • Amorphous steel does not allow excessive weight loading, which the inventors do not take into account. It is also known to design a magnetic core with an inner part (rods) made of a soft magnetic material, around which a screen is at least partially located, which has a laminated structure of at least one soft magnetic material, and between the inner part of the magnetic core and the screen there is a device for creating axial pressure on the inner part of the magnetic circuit, and the screen is divided into segments and its length in the axial direction is equal to or greater than the axial length of the coil frames located around the transformer magnetic circuit (Patent of Ukraine for the invention UA N ° 88942 C2).
  • a three-phase transformer which contains low and high voltage windings in each phase and a folded magnetic system, characterized in that the magnetic system consists of a yoke and six rods arranged in the form of a six-beam star with spatial angles of 60 degrees between them and outside covered by the yoke , on three rods through one there are phase windings as part of the primary and secondary windings of one phase, the other three rods are free from windings and are shunt, on each of the six sections of the yoke there is an additional bias winding, two for each phase, which are located in different side of the respective phase winding, the magnetic system is made with a ratio of its width and the width of the rods greater than one.
  • Three-phase transformer according to claim 1 characterized in that the magnetic system is made in the form of a cylinder, the cross section of which is a six-beam star of rods, covered by an annular yoke.
  • Three-phase transformer according to claim 1 characterized in that the magnetic system is made in the form of a hexagonal prism, the cross section of which is a six-beam star of the rods, covered by a hexagonal yoke.
  • the magnetic system consists of a six-beam star rods with spatial angles of 60°, covered by a six-sided yoke.
  • the prototype has a number of disadvantages, the main of which are:
  • cold-rolled electrical steel is characterized by anisotropy, that is, different magnetic properties along and across rolling.
  • anisotropy that is, different magnetic properties along and across rolling.
  • stamping plates according to FIG. 6 - fig. 11 or FIG. 17 - fig. 22 takes place only in one or two rods, and in four or five rods the magnetic losses increase significantly.
  • the magnetic flux of the rod is closed by two yokes, that is, at the junction of the rod with the yokes, the flux is bifurcated in half due to equality of magnetic conductivities of both yokes. Therefore, the flow of the yokes is half the flow of the rod, and therefore the cross-sectional areas of the yokes and the rod must be appropriate. With serial production, the savings in steel due to a halving of the cross-sectional area of the yokes will be noticeable.
  • the objective of the invention is to improve the production technology and reduce the weight and size characteristics of a spatial magnetic circuit in comparison with the prototype, the combination in the transformer of the functions of a higher harmonic filter, a balancing device and a voltage stabilizer.
  • a three-phase transformer contains the main primary and secondary windings, a spatial magnetic system composed of electrical steel plates, the magnetic system is formed by six regular trihedral prisms connected to each other by a common edge, thus forming a hexagonal prism with a six-beam star in cross section, the adjacent faces of the star are the cores of the magnetic circuit, and the autonomous faces are the hexagonal yoke, the vertical density of the magnetic circuit plates is provided by the central and side fastening, the main windings are divided in half and additional windings placed phase by phase on the rods with a spatial angle of 60°, the magnetic system is made with the ratio of the width of the rod and the yoke equal to two and the height of the prism to the width of the beam greater than five.
  • Three-phase transformer according to claim 1 characterized in that the main and additional windings are placed together on rods with a spatial angle of 120°.
  • FIG. 1 shows a general view of the transformer.
  • FIG. 2 shows the geometry of a plate of a unified magnetic circuit.
  • FIG. 3 and 4 shows the stacking of magnetic circuit plates in two successive layers.
  • m In FIG. 5 shows a regular trihedral prism.
  • FIG. 6 shows the marking of a sheet of electrical steel for laser cutting of magnetic circuit plates.
  • FIG. 7 shows a cross section of a magnetic circuit composed of six trihedral prisms.
  • FIG. 8 shows the side mounting of the magnetic circuit.
  • FIG. 9 shows the central fastening of the magnetic core.
  • FIG. 10 shows a winding coil covered by a spatial magnetic circuit (the yoke is removed).
  • FIG. 11 shows a winding coil that covers the core of the magnetic core.
  • FIG. 12 shows a diagram of the relationship of the magnetic fluxes of the phases of the transformer.
  • FIG. 14 shows the electrical connection diagram of the main and additional windings of a three-phase transformer.
  • FIG. 13 shows the electrical connection diagram of the main and additional windings of one phase of the transformer.
  • a three-phase transformer (figure 1) contains primary and secondary (main) windings 3 and additional windings 4, the transformation ratio of which is greater than the main ones, a folded magnetic system (figure 1 pos. 1,2).
  • the spatial magnetic system is formed by six regular trihedral prisms (Fig. 5), made by stacking plates (Fig. 2) into successive layers (Fig. 3, fig. 4) and connected by a common edge.
  • the adjacent faces of the prisms serve as rods 1
  • the autonomous faces serve as yokes 2.
  • the magnetic circuit is made of plates of electrical steel, Fig. 2 with a thickness of 0.27 mm, 0.35 mm or from amorphous steel strips with a thickness of 10-30 microns.
  • the vertical density of the plates of the magnetic core is carried out by the central 5 and side 6 fasteners, the horizontal parts of which are pulled together by studs 7.
  • the design of the transformer is a unified design.
  • this ratio significantly affects the weight and size characteristics of the transformer, the weight of the yokes of which is half the weight of the rods.
  • the fourth technical result of this essential feature is the one hundred percent orientation of the cutting directions of the plates with the direction of rolling of cold-rolled steel, which significantly affects the reduction of losses and the improvement of the characteristics of the transformer.
  • the invention provides for the presence in the claimed design of the transformer of a number of essential features that will lead to the emergence of new functions.
  • the first such essential feature is the ratio of the height of the prism and the width of the beam of a six-pointed star to more than five. This ratio provides maximum coverage of the phase windings by the spatial magnetic system.
  • Fig. 11 and FIG. 10 compares the pictures of the magnetic fields of the coil covered by the spatial magnetic system (Fig. 10) and the coil that covers the rod of a flat W-shaped magnetic circuit (Fig. 11).
  • the second case Fig.
  • the turn voltage of FIG. 10 ⁇ um n E1 t1G IM has only the first harmonic and there are no higher harmonics in it.
  • the total tension consists of the terms of the intensities of the segments of the coil, different in amplitude and frequency, that is
  • the feature regarding the ratio of the height of the prism and the width of the beam of a six-pointed star is more than five is significant, since it fundamentally affects the technical result, which consists in the absence of higher harmonics in the voltages of the transformer, regardless of the degree of steel saturation.
  • the technical result is to identify a new property of the transformer - to perform the functions of a filter of higher harmonics while simultaneously transmitting power.
  • additional windings 4 allows for smooth and in a wide range of self-regulation of secondary voltages when the load changes by connecting the main and additional windings in series according to the diagrams shown in Fig. 13 for one phase and in FIG. 14 for three phases.
  • the essence of voltage self-regulation is as follows: a change in the load current causes a change in the magnetomotive force (MMF) of the additional or control winding connected in series with the main winding.
  • MMF magnetomotive force
  • a change in the MMF will entail a change in the flux, which is adequate to a change in the EMF of the additional winding.
  • its EMF increases, with a decrease, it decreases.
  • the EMF of the main and additional windings are added, that is, there is an increase output voltage.
  • the EMF of the additional winding decreases, which will lead to a decrease in the output voltage.
  • the presence of additional windings in each phase of the transformer is an essential feature because it determines the technical result, which consists in identifying a new function that the transformer can perform - the possibility of independent self-regulation of secondary voltages when the load changes without any external intervention. Such a function is adequate to the function of a voltage stabilizer.
  • the transformers claimed by the patent are produced in a dry version, that is, they do not need a forced cooling system (tank, oil, radiators, pumps, pipelines, etc.), due, firstly, to the good thermal conductivity of steel and heat removal by a hexagonal yoke and, secondly, due to the elimination by the transformer itself of the “voltage imbalance”, and, consequently, the overload of the windings with currents.
  • the obtained technical and economic indicators indicate the creation of a transformer with improved production technology, improved weight and size characteristics compared to the prototype, which combines the functions of a transformer with the functions of a higher harmonic filter, balancing device and voltage stabilizer.
  • the principle of operation of the transformer is known from literary sources, for example, Ivanov-Smolensky A.V. Electrical machines, in 2 volumes Textbook for universities. - M Ed. MPEI. - 2004.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Regulation Of General Use Transformers (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of electrical engineering, and more particularly to transformer design, and can be used in all sectors involving activity related to the production, use and repair of transformers. A three-phase transformer comprises primary and secondary main windings (3), and a three-dimensional magnetic system made of plates of electrical steel and formed by six regular triangular prisms connected to one another by a common rib to form a hexagonal prism with a six-armed star in cross section. The adjacent sides of the star form legs (1) of a magnetic core, and the independent sides form a hexagonal yoke (2). The plates are vertically compacted by central fasteners (5) and lateral fasteners (6). Main windings and additional windings are provided, which are divided in half and arranged according to phases on the legs, the latter being spaced apart by an angle of 60°. The magnetic system is configured so that the ratio of the width of a leg to the width of the yoke is equal to two and the ratio of the height of a leg to the width of an arm is greater than five. The technical result of the invention is that of standardizing the structure of a three-dimensional magnetic system, reducing the weight and dimensions thereof, and combining within the transformer the functions of a higher harmonic filter, a balancing device and a voltage stabilizer.

Description

Трехфазный трансформатор Three phase transformer
Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструированию трансформаторов и может использоваться во всех отраслях, которым необходимы устройства, которые могут трансформировать энергию высокого качества (без высших гармоник), самостоятельно устранять перекосы напряжений в случае несимметричной нагрузки, самостоятельно плавно и в широких диапазонах регулировать напряжения при изменении нагрузки, устройства, имеющие значительно более высокую надежность и ресурс работы. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the design of transformers and can be used in all industries that need devices that can transform high-quality energy (without higher harmonics), independently eliminate voltage distortions in the event of an unbalanced load, independently regulate smoothly and over a wide range voltage when the load changes, devices with significantly higher reliability and service life.
Такие свойства трансформатора может обеспечить только пространственная магнитная система, которая адекватно воспроизводит или моделирует явление электромагнетизма, форма и физика которого заключается в охвате токопровода магнитопроводом, при этом исчезают такие метаморфозы, как необходимость замены объемного поля плоско- параллельным, рассеяние этого поля в окружающее пространство и др., но изготовление пространственного магнитопровода требует большего количества стали. Such properties of a transformer can only be provided by a spatial magnetic system that adequately reproduces or models the phenomenon of electromagnetism, the form and physics of which is to cover the current conductor with a magnetic circuit, while such metamorphoses as the need to replace the bulk field with a plane-parallel one, the scattering of this field into the surrounding space and etc., but the manufacture of a spatial magnetic circuit requires a larger amount of steel.
Учитывая, что проектирование современных трансформаторов осуществляется с многолетней и неослабевающей тенденцией к максимально высокому использованию активных материалов, упрощению технологичности, снижению веса и уменьшению габаритов, встал вопрос создания пространственной магнитной системы с затратами, сопоставимыми с затратами на изготовление Ш-образных плоских трансформаторов. Given that the design of modern transformers is carried out with a long-term and unrelenting trend towards the highest possible use of active materials, simplification of manufacturability, weight reduction and size reduction, the question arose of creating a spatial magnetic system with costs comparable to the costs of manufacturing E-shaped flat transformers.
Известны трехфазные пространственные радиальные магнитопроводы повышенной компактности, стержни и ярма которых сформированы из двух групп шевронных элементов, которые имеют разную длину, а часть участков ярм выполнена из элементов, имеющих форму параллелограмма с углами 60° и 120° (Патент Украины на изобретение UA 100077С2, Патент Украины на полезную модель UA 99327). Подобные магнитопроводы имеют ряд недостатков, среди которых основными являются: невозможность установки на стержни магнитопровода отдельно изготовленных обмоток, так как стержни имеют геометрию «в виде шеврона различной длины». Наматывание обмотки на готовый магнитопровод значительно усложняет технологический процесс изготовления трансформатора. Генезис структуры магнитопроводов от планарной формы к пространственной осуществлен авторами в одной плоскости путем концентрического размещения фаз, что разве что устранило магнитную несимметрию магнитопровода, но не повлияло на улучшение условий протекания электромагнитного процесса, оставив охватывание магнитного поля током, что обусловливает наличие полей рассеяния, потери мощности и т. д. Three-phase spatial radial magnetic cores of increased compactness are known, the rods and yokes of which are formed from two groups of herringbone elements, which have different lengths, and part of the sections The yoke is made of parallelogram-shaped elements with angles of 60° and 120° (Patent of Ukraine for invention UA 100077С2, Patent of Ukraine for utility model UA 99327). Such magnetic circuits have a number of disadvantages, among which the main ones are: the impossibility of installing separately manufactured windings on the magnetic circuit rods, since the rods have a geometry “in the form of a chevron of various lengths”. Winding the winding on the finished magnetic circuit greatly complicates the technological process of manufacturing the transformer. The genesis of the structure of the magnetic circuits from a planar shape to a spatial one was carried out by the authors in one plane by concentric placement of phases, which only eliminated the magnetic asymmetry of the magnetic circuit, but did not affect the improvement of the conditions for the electromagnetic process, leaving the coverage of the magnetic field by current, which causes the presence of stray fields, power losses etc.
Известен пространственный симметричный магнитопровод, имеющий верхнее и нижнее навитые ярма, соединенные между собой стержнями, при этом геометрия поперечного сечения стержней и ярм в местах соединения выполнены с квадратным поперечным сечением (Патент РФ RU N« 2380780 Cl). Подобные магнитопроводы с пространственным размещением стержней только устраняют магнитную несимметрию планарных Ш-образных сердечников, а технический результат по уменьшению потерь в стали достигнуто только за счет использования аморфной стали, чего можно достичь и в Ш-образном магнитопроводе. Из-за низкой механической прочности аморфной стали (хрупкая, как стекло) к конструкциям таких сердечников и условий их производства предъявляются особые требования, так как магнитопровод является несущей конструкцией, которая удерживает всю активную часть. Аморфная сталь не допускает действия чрезмерной весовой нагрузки, чего авторы изобретения не учитывают. Также известна конструкция магнитопровода с внутренней частью (стержнями) из магнитомягкого материала, вокруг которой по крайней мере частично расположен экран, который имеет шихтованную конструкцию из по меньшей мере одного магнитомягкого материала, причем между внутренней частью магнитопровода и экраном расположено устройство для создания аксиального давления на внутреннюю часть магнитопровода, а экран подразделен на сегменты и его длина в аксиальном направлении равна или больше, чем аксиальная длина каркасов катушек, расположенных вокруг магнитопровода трансформатора (Патент Украины на изобретение UA N° 88942 С2). A spatially symmetrical magnetic circuit is known, having an upper and lower wound yokes interconnected by rods, while the geometry of the cross section of the rods and yokes at the junctions is made with a square cross section (RF Patent RU N "2380780 Cl). Such magnetic circuits with spatial arrangement of rods only eliminate the magnetic asymmetry of planar W-shaped cores, and the technical result in reducing losses in steel is achieved only through the use of amorphous steel, which can also be achieved in a W-shaped magnetic circuit. Due to the low mechanical strength of amorphous steel (brittle like glass), special requirements are imposed on the designs of such cores and the conditions for their production, since the magnetic circuit is a supporting structure that holds the entire active part. Amorphous steel does not allow excessive weight loading, which the inventors do not take into account. It is also known to design a magnetic core with an inner part (rods) made of a soft magnetic material, around which a screen is at least partially located, which has a laminated structure of at least one soft magnetic material, and between the inner part of the magnetic core and the screen there is a device for creating axial pressure on the inner part of the magnetic circuit, and the screen is divided into segments and its length in the axial direction is equal to or greater than the axial length of the coil frames located around the transformer magnetic circuit (Patent of Ukraine for the invention UA N ° 88942 C2).
Выше указывалась причина появления так называемых полей рассеяния, то есть магнитных полей, силовые линии которых сцеплены только с одной обмоткой и эта причина заключается в неадекватном моделировании явления электромагнетизма. Above, the reason for the appearance of the so-called stray fields, that is, magnetic fields, the lines of force of which are linked to only one winding, was indicated, and this reason lies in inadequate modeling of the phenomenon of electromagnetism.
Вместо пространственного охвата тока магнитным полем в трансформаторе катушки (ток) охватывают магнитопровод (поле). Нарушение законов и явлений природы породило целый ряд негативных последствий, среди которых и поля рассеяния. Их физика достаточно сложная и до сих пор не существует единых методик их расчета и способов устранения. Предложенный автором экран замкнет на себя какую-то часть поля рассеяния и изменит место потерь мощности трансформатора, но не устранит их. Кроме того, поля рассеяния определяют индуктивные сопротивления обмоток, которые они охватывают, и дополнительные потери в меди, кроме омических. Эту часть потоков рассеяния экран не может замкнуть на себя. А предсказать, «что ориентировка шихтованной конструкции экрана направлена параллельно возможному (?) направлению потока рассеяния» невозможно, так как невозможно предсказать конфигурацию самого явления рассеяния. Разве может существовать альтернатива борьбе с последствиями полей рассеяния, кроме преобразования их в рабочее магнитное поле путем окружения обмоток объемно-пространственной магнитной системой? Видимо не существует. Instead of the spatial coverage of the current by the magnetic field in the transformer, the coils (current) cover the magnetic circuit (field). Violation of the laws and phenomena of nature gave rise to a number of negative consequences, including stray fields. Their physics is quite complex and there are still no unified methods for their calculation and ways to eliminate them. The screen proposed by the author closes on itself some part of the stray field and changes the location of the transformer power losses, but does not eliminate them. In addition, stray fields determine the inductive resistances of the windings they cover, and additional losses in copper, in addition to ohmic ones. The screen cannot close this part of the scattering flows onto itself. And it is impossible to predict “that the orientation of the laminated screen structure is directed parallel to the possible (?) direction of the scattering flux,” since it is impossible to predict the configuration of the scattering phenomenon itself. Can there be an alternative to the fight against the consequences of stray fields, other than converting them into a working magnetic field by surrounding the windings with a volume-spatial magnetic system? Apparently it doesn't exist.
Известен также пространственный магнитопровод для фильтр- трансформаторов с размещенными по кругу стержнями с ярмами, которые образуют в плане многолучевую звезду и который с целью уменьшения магнитной несимметрии выполнен из двух одинаковых частей, состыкованных в стержнях (SU Ns 1714697 А1). There is also known a spatial magnetic circuit for filter transformers with rods with yokes placed in a circle, which form a multi-beam star in plan and which, in order to reduce magnetic asymmetry, is made of two identical parts joined in rods (SU Ns 1714697 A1).
Во-первых, магнитная несимметрия исчезают не от стыковки «двух одинаковых частей состыкованных в стержнях», а благодаря пространственному их размещению; во-вторых большие средства тратятся на изготовление фильтр-трансформаторов, предназначенных для устранения высших гармоник в кривых напряжений и токов. Расходы и гармоники исчезают в трансформаторах с пространственной магнитной системой, которая практически полностью охватывает обмотки. Такие трансформаторы передают только первую гармонику при любом насыщении магнитопровода, тогда как фильтры имеют узкий диапазон эффективности. Firstly, magnetic asymmetry disappears not from the joining of “two identical parts joined in rods”, but due to their spatial arrangement; secondly, large funds are spent on the manufacture of filter transformers designed to eliminate higher harmonics in voltage and current curves. Costs and harmonics disappear in transformers with a spatial magnetic system, which almost completely covers the windings. Such transformers transmit only the first harmonic at any saturation of the magnetic circuit, while filters have a narrow efficiency range.
Наиболее близким к предложенному по совокупности признаков и техническим результатам является устройство-прототип трехфазный трансформатор Патент Украины на изобретение UA Ns 84746. The closest to the proposed set of features and technical results is the device-prototype three-phase transformer Patent of Ukraine for the invention UA Ns 84746.
Трехфазный трансформатор, который содержит в своем составе обмотки низкого и высокого напряжения в каждой фазе и сложенную магнитную систему, отличающийся тем, что магнитная система состоит из ярма и шести стержней, расположенных в виде шестилучевой звезды с пространственными углами 60 градусов между ними и снаружи охваченных ярмом, на трех стержнях через один размещены обмотки фаз в составе первичной и вторичной обмоток одной фазы, три других стержня - свободные от обмоток и являются шунтовыми, на каждой из шести секций ярма размещена дополнительная обмотка подмагничивания, по две на каждую фазу, которые расположены по разные стороны от соответствующей фазной обмотки, магнитная система выполнена с соотношением ее ширины и ширины стержней больше единицы. A three-phase transformer, which contains low and high voltage windings in each phase and a folded magnetic system, characterized in that the magnetic system consists of a yoke and six rods arranged in the form of a six-beam star with spatial angles of 60 degrees between them and outside covered by the yoke , on three rods through one there are phase windings as part of the primary and secondary windings of one phase, the other three rods are free from windings and are shunt, on each of the six sections of the yoke there is an additional bias winding, two for each phase, which are located in different side of the respective phase winding, the magnetic system is made with a ratio of its width and the width of the rods greater than one.
Трехфазный трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что магнитная система выполнена в виде цилиндра, поперечное сечение которого представляет собой шестилучевую звезду стержней, охваченную кольцеобразным ярмом. Three-phase transformer according to claim 1, characterized in that the magnetic system is made in the form of a cylinder, the cross section of which is a six-beam star of rods, covered by an annular yoke.
Трехфазный трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что магнитная система выполнена в виде шестигранной призмы, поперечное сечение которой представляет собой шестилучевую звезду стержней, охваченную шестиугольным ярмом. Three-phase transformer according to claim 1, characterized in that the magnetic system is made in the form of a hexagonal prism, the cross section of which is a six-beam star of the rods, covered by a hexagonal yoke.
Признаками прототипа, которые совпадают с конструкцией, согласно изобретению является то, что магнитная система состоит из шестилучевой звезды стержней с пространственными углами 60°, охваченных шестигранным ярмом. Signs of the prototype, which coincide with the design, according to the invention is that the magnetic system consists of a six-beam star rods with spatial angles of 60°, covered by a six-sided yoke.
Прототип имеет ряд недостатков, основными из которых являются:The prototype has a number of disadvantages, the main of which are:
1. Холоднокатаной электротехнической стали свойственна, как известно, анизотропия, то есть различные магнитные свойства вдоль и поперек прокатки. Для экономичного использования стали и получения минимальных потерь в ней, необходимо совпадение направления прокатки и основного магнитного потока. Такое совпадение при штамповке пластин в соответствии с фиг. 6 - фиг. 11 или фиг. 17 - фиг. 22 имеет место только в одном или двух стержнях, а в четырех или пяти стержнях магнитные потери значительно возрастают. 1. As is well known, cold-rolled electrical steel is characterized by anisotropy, that is, different magnetic properties along and across rolling. For economical use of steel and obtaining minimal losses in it, it is necessary to match the direction of rolling and the main magnetic flux. Such coincidence when stamping plates according to FIG. 6 - fig. 11 or FIG. 17 - fig. 22 takes place only in one or two rods, and in four or five rods the magnetic losses increase significantly.
2. Неэффективное использование дорогой электротехнической стали. Площади треугольников, окруженных стержнями и ярмами, значительно больше последних, следовательно в процессе штамповки пластин большая часть стали идет в металлолом. 2. Inefficient use of expensive electrical steel. The areas of the triangles surrounded by rods and yokes are much larger than the latter, therefore, in the process of stamping plates, most of the steel goes to scrap.
3. Магнитный поток стержня замыкается двумя ярмами, то есть в месте соединения стержня с ярмами поток раздваивается пополам благодаря равенству магнитных проводимостей обоих ярм. Поэтому поток ярм вдвое меньше потока стержня, а потому соответствующими должны быть площади поперечных сечений ярм и стержня. При серийном выпуске продукции экономия стали за счет уменьшения вдвое площади поперечного сечения ярм будет ощутимой. 3. The magnetic flux of the rod is closed by two yokes, that is, at the junction of the rod with the yokes, the flux is bifurcated in half due to equality of magnetic conductivities of both yokes. Therefore, the flow of the yokes is half the flow of the rod, and therefore the cross-sectional areas of the yokes and the rod must be appropriate. With serial production, the savings in steel due to a halving of the cross-sectional area of the yokes will be noticeable.
4. В описании устройства - прототипа объясняется, что «регулирование напряжения предложенного трансформатора при работе под нагрузкой осуществляется с помощью дополнительных обмоток, размещенных на ярме». Далее утверждается, что «плавная регулировка симметрирования напряжений в случае сложных несимметричных режимов работы осуществляется путем использования дополнительных обмоток, размещенных на внешнем ярме магнитной системы». Таким образом два физических процесса, обусловленные различными причинами, функционально связываются и управление ими возложено на один и тот же механизм - дополнительные обмотки. Если учесть, что колебания вторичных напряжений и их перекос происходят, как правило, одновременно, осуществить одновременное их регулирование практически невозможно. Кроме того, автоматизировать регулирование такого процесса также невозможно, а поэтому необходимо внешнее вмешательство в работу трансформатора. 4. In the description of the prototype device, it is explained that "the voltage regulation of the proposed transformer when operating under load is carried out with the help of additional windings placed on the yoke." It is further stated that "smooth adjustment of voltage balancing in the case of complex asymmetric operating modes is carried out by using additional windings placed on the outer yoke of the magnetic system." Thus, two physical processes due to different reasons are functionally connected and their control is entrusted to the same mechanism - additional windings. If we take into account that fluctuations of secondary voltages and their distortion occur, as a rule, simultaneously, it is almost impossible to carry out their simultaneous regulation. In addition, it is also impossible to automate the regulation of such a process, and therefore external intervention in the operation of the transformer is necessary.
Задачей изобретения является усовершенствование технологии производства и снижение массогабаритных характеристик пространственного магнитопровода по сравнению с прототипом, сочетание в трансформаторе функций фильтра высших гармоник, симметрирующего устройства и стабилизатора напряжения. The objective of the invention is to improve the production technology and reduce the weight and size characteristics of a spatial magnetic circuit in comparison with the prototype, the combination in the transformer of the functions of a higher harmonic filter, a balancing device and a voltage stabilizer.
Поставленная задача решается за счет того, что трехфазный трансформатор содержит в своем составе основные первичную и вторичную обмотки, составленную из пластин электротехнической стали пространственную магнитную систему, магнитная система образована б шестью правильными трехгранными призмами, соединенными между собой общим ребром, образовав таким образом шестигранную призму с шестилучевой звездой в сечении, смежные грани звезды являются стержнями магнитопровода, а автономные - шестигранное ярмо, вертикальная плотность пластин магнитопровода обеспечивается центральным и боковым креплением, разделенные пополам основные обмотки и дополнительные обмотки, размещенные пофазно на стержнях с пространственным углом 60°, магнитная система выполнена с соотношениями ширины стержня и ярма равным двум и высоты призмы к ширине луча большим пяти. The problem is solved due to the fact that a three-phase transformer contains the main primary and secondary windings, a spatial magnetic system composed of electrical steel plates, the magnetic system is formed by six regular trihedral prisms connected to each other by a common edge, thus forming a hexagonal prism with a six-beam star in cross section, the adjacent faces of the star are the cores of the magnetic circuit, and the autonomous faces are the hexagonal yoke, the vertical density of the magnetic circuit plates is provided by the central and side fastening, the main windings are divided in half and additional windings placed phase by phase on the rods with a spatial angle of 60°, the magnetic system is made with the ratio of the width of the rod and the yoke equal to two and the height of the prism to the width of the beam greater than five.
Трехфазный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что основные и дополнительные обмотки размещены совместно на стержнях с пространственным углом 120°. Three-phase transformer according to claim 1, characterized in that the main and additional windings are placed together on rods with a spatial angle of 120°.
Трехфазный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что пространственный магнитопровод изготовлен из аморфной электротехнической стали толщиной от 10 до 30 мкм. Three-phase transformer according to claim 1, characterized in that the spatial magnetic circuit is made of amorphous electrical steel with a thickness of 10 to 30 microns.
Перечисленной совокупности существенных признаков достаточно для того, чтобы выполнить чертежи заявленной конструкции пространственной магнитной системы с размещенными на ней обмотками по обычным для проектирования исходным данным в соответствии с истребованным объемом правовой защиты, то есть унификации конструкции трансформатора с минимизацией отходов при резке листов электротехнической стали, с возможностью уменьшения массогабаритных характеристик магнитопровода, создание трансформатора с новыми свойствами. The listed set of essential features is sufficient to make the drawings of the claimed design of a spatial magnetic system with windings placed on it according to the usual initial data for design in accordance with the claimed scope of legal protection, that is, the unification of the design of the transformer with minimization of waste when cutting sheets of electrical steel, with the possibility of reducing the weight and size characteristics of the magnetic circuit, the creation of a transformer with new properties.
Суть изобретения и принцип действия поясняется чертежами. The essence of the invention and the principle of operation is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображен общий вид трансформатора. In FIG. 1 shows a general view of the transformer.
На фиг. 2 изображена геометрия пластины унифицированного магнитопровода. На фиг. 3 и фиг.4 изображена шихтовка пластин магнитопровода в двух последовательных слоях. мНа фиг. 5 изображена правильная трехгранная призма. In FIG. 2 shows the geometry of a plate of a unified magnetic circuit. In FIG. 3 and 4 shows the stacking of magnetic circuit plates in two successive layers. m In FIG. 5 shows a regular trihedral prism.
На фиг. 6 изображена разметка листа электротехнической стали для лазерной резки пластин магнитопровода. In FIG. 6 shows the marking of a sheet of electrical steel for laser cutting of magnetic circuit plates.
На фиг. 7 изображено поперечное сечение магнитопровода, составленного из шести трехгранных призм. In FIG. 7 shows a cross section of a magnetic circuit composed of six trihedral prisms.
На фиг. 8 изображено боковое крепление магнитопровода. In FIG. 8 shows the side mounting of the magnetic circuit.
На фиг. 9 изображено центральное крепление магнитопровода. In FIG. 9 shows the central fastening of the magnetic core.
На фиг. 10 изображен виток обмотки, охваченного пространственным магнитопроводом (ярмо удалено). In FIG. 10 shows a winding coil covered by a spatial magnetic circuit (the yoke is removed).
На фиг. 11 изображен виток обмотки, который охватывает стержень магнитопровода. In FIG. 11 shows a winding coil that covers the core of the magnetic core.
На фиг. 12 изображена схема взаимосвязей магнитных потоков фаз трансформатора. In FIG. 12 shows a diagram of the relationship of the magnetic fluxes of the phases of the transformer.
На фиг. 14 изображена электрическая схема соединений основных и дополнительных обмоток трехфазного трансформатора. In FIG. 14 shows the electrical connection diagram of the main and additional windings of a three-phase transformer.
На фиг. 13 изображена электрическая схема соединений основных и дополнительных обмоток одной фазы трансформатора. In FIG. 13 shows the electrical connection diagram of the main and additional windings of one phase of the transformer.
На фигурах чертежей приняты следующие обозначения: 1 - стержень, 2 - ярмо, 3 - основные обмотки, 4 - дополнительные обмотки, 5 - центральное крепление, 6 - боковое крепление, 7 - шпилька. The following designations are adopted on the figures of the drawings: 1 - rod, 2 - yoke, 3 - main windings, 4 - additional windings, 5 - central mount, 6 - side mount, 7 - stud.
Трехфазный трансформатор (фиг.1) содержит в своем составе первичные и вторичные (основные) обмотки 3 и дополнительные обмотки 4, коэффициент трансформации которых больше основных, сложенную магнитную систему (фиг.1 поз. 1,2). Пространственная магнитная система образована шестью правильными трехгранными призмами (фиг. 5), изготовленными шихтовкой пластин (фиг. 2) в последовательные слои (фиг. 3, фиг. 4) и соединенными общим ребром. Смежные грани призм служат стержнями 1, а автономные - ярмами 2. A three-phase transformer (figure 1) contains primary and secondary (main) windings 3 and additional windings 4, the transformation ratio of which is greater than the main ones, a folded magnetic system (figure 1 pos. 1,2). The spatial magnetic system is formed by six regular trihedral prisms (Fig. 5), made by stacking plates (Fig. 2) into successive layers (Fig. 3, fig. 4) and connected by a common edge. The adjacent faces of the prisms serve as rods 1, and the autonomous faces serve as yokes 2.
Магнитопровод изготовлен из пластин электротехнической стали, фиг. 2 толщиной 0,27 мм, 0,35 мм или из лент аморфного стали толщиной 10-30 мкм. The magnetic circuit is made of plates of electrical steel, Fig. 2 with a thickness of 0.27 mm, 0.35 mm or from amorphous steel strips with a thickness of 10-30 microns.
Вертикальная плотность пластин магнитопровода осуществляется центральным 5 и боковым 6 креплением, горизонтальные части которого стягиваются шпильками 7. The vertical density of the plates of the magnetic core is carried out by the central 5 and side 6 fasteners, the horizontal parts of which are pulled together by studs 7.
Между совокупностью отличительных признаков и достигнутым техническим результатом имеет место причинно-следственная связь. There is a causal relationship between the set of distinctive features and the achieved technical result.
Признак относительно геометрического соотношения ширины стержня и ширины ярма равного двум является существенным, потому что непосредственно влияет на ряд технических результатов. The sign regarding the geometric ratio of the width of the rod and the width of the yoke equal to two is significant, because it directly affects a number of technical results.
Во-первых, конструкция трансформатора, магнитопровод которого состоит только из пластин, имеющих геометрическую форму равносторонней трапеции (фиг.2), является унифицированной конструкцией. Firstly, the design of the transformer, the magnetic circuit of which consists only of plates having the geometric shape of an equilateral trapezoid (figure 2), is a unified design.
Во-вторых, это соотношение существенно влияет на массогабаритные характеристики трансформатора, вес ярм которого вдвое меньше веса стержней. Secondly, this ratio significantly affects the weight and size characteristics of the transformer, the weight of the yokes of which is half the weight of the rods.
В-третьих, существенным влиянием этого соотношения является оптимизация лазерной резки листов электротехнической стали на пластины (фиг.6) и минимизация отходов (до 5%) в металлолом дорогого материала. Thirdly, a significant influence of this ratio is the optimization of laser cutting of electrical steel sheets into plates (Fig. 6) and minimization of waste (up to 5%) into scrap metal of expensive material.
Четвертым техническим результатом этого существенного признака являются стопроцентная ориентация направлений резки пластин с направлением прокатки холоднокатаной стали, что существенно влияет на уменьшение потерь и улучшение характеристик трансформатора. The fourth technical result of this essential feature is the one hundred percent orientation of the cutting directions of the plates with the direction of rolling of cold-rolled steel, which significantly affects the reduction of losses and the improvement of the characteristics of the transformer.
Изобретение предусматривает наличие в заявленной конструкции трансформатора ряда существенных признаков, которые приведут к появлению новых его функций. Первым таким существенным признаком является соотношение высоты призмы и ширины луча шестилучевой звезды более пяти. Такое соотношение обеспечивает максимальный охват обмоток фаз пространственной магнитной системой. Обратимся к фиг. 11 и фиг. 10, на которых сравниваются картинки магнитных полей витка, охваченного пространственной магнитной системой (фиг. 10) и витка, который охватывает стержень плоского Ш-образного магнитопровода (фиг. 11). В первом случае (фиг. 10) геометрия магнитопровода равномерно распределяет магнитное поле по всей его высоте, что адекватно постоянной напряженности электрического поля, то есть = const. Второй случай (фиг. 11) иллюстрирует неравномерное распределение поля вдоль витка, что является результатом искажения явления электромагнетизма - здесь ток охватывает поле. Поэтому плотность магнитного поля стержня неоднородна, она интенсивная между соседними стержнями и интенсивность ее спадает до нуля снаружи магнитопровода, то есть напряженность электрического поля переменная
Figure imgf000012_0001
The invention provides for the presence in the claimed design of the transformer of a number of essential features that will lead to the emergence of new functions. The first such essential feature is the ratio of the height of the prism and the width of the beam of a six-pointed star to more than five. This ratio provides maximum coverage of the phase windings by the spatial magnetic system. Let us turn to Fig. 11 and FIG. 10, which compares the pictures of the magnetic fields of the coil covered by the spatial magnetic system (Fig. 10) and the coil that covers the rod of a flat W-shaped magnetic circuit (Fig. 11). In the first case (Fig. 10), the geometry of the magnetic circuit evenly distributes the magnetic field over its entire height, which is adequate to the constant electric field strength, i.e. = const. The second case (Fig. 11) illustrates the uneven distribution of the field along the turn, which is the result of a distortion of the phenomenon of electromagnetism - here the current covers the field. Therefore, the density of the magnetic field of the rod is not uniform, it is intense between adjacent rods and its intensity drops to zero outside the magnetic circuit, that is, the electric field strength is variable
Figure imgf000012_0001
Разобьем витки фигуры 10 и фиг. 11 на ряд одинаковых отрезков ^ и вычислим работу, которую выполняет электромагнитное поле при переносе заряда вдоль заданной траектории, то есть вдоль длины витка ит. Из теоретической электротехники известно, что такую работу называют напряжением и определяют формулой зит
Figure imgf000012_0002
.
Let's break the coils of figure 10 and fig. 11 into a series of identical segments ^ and calculate the work that the electromagnetic field performs when transferring a charge along a given trajectory, that is, along the length of the coil, etc. From theoretical electrical engineering it is known that such work is called voltage and is determined by the formula zit
Figure imgf000012_0002
.
На основе этой формулы определим напряжения обоих витков. Для этого интеграл заменим суммой для 71 отрезков витка, а производную - приростом. Получим
Figure imgf000012_0003
Based on this formula, we determine the voltages of both turns. To do this, we replace the integral by the sum for 71 segments of the coil, and the derivative by the increment. Get
Figure imgf000012_0003
Сумма приростов отрезков витка в обоих случаях равна длине витков
Figure imgf000012_0005
Найдем теперь сумму напряженностей
Figure imgf000012_0004
Для фиг. 10 эта сумма равна сумме одинаковых напряженностей отрезков, что равнозначно произведению п на одну напряженность, то есть
Figure imgf000013_0001
физически произведение пЕ± означает наличие только составляющей напряженности одной амплитуды и частоты.
The sum of the increments of the segments of the coil in both cases is equal to the length of the coils
Figure imgf000012_0005
Let us now find the sum of tensions
Figure imgf000012_0004
For FIG. 10, this sum is equal to the sum of the identical tensions of the segments, which is equivalent to the product of n by one tension, that is
Figure imgf000013_0001
Physically, the product p E ± means the presence of only one intensity component of the same amplitude and frequency.
Таким образом, напряжение витка фиг. 10 ^ ит = пЕ1т1Г ИМеет только первую гармонику и в ней отсутствуют высшие гармоники. Thus, the turn voltage of FIG. 10 ^ um = n E1 t1G IM has only the first harmonic and there are no higher harmonics in it.
Для фиг. 11 суммарная напряженность состоит из слагаемых напряженностей отрезков витка, различных по амплитуде и частоте, то естьFor FIG. 11 the total tension consists of the terms of the intensities of the segments of the coil, different in amplitude and frequency, that is
Si Е = Ег 4- Е2 _ Ч Еп, причем Ег Е2 ··· Еп> чт0 физически равнозначно наличию высших гармоник в напряжении витка:
Figure imgf000013_0002
S i E \u003d E g 4- E 2 _ CH E p , and E g E 2 ··· E p> pt0 is physically equivalent to the presence of higher harmonics in the coil voltage:
Figure imgf000013_0002
Соответственно признак относительно соотношения высоты призмы и ширины луча шестилучевой звезды более пяти является существенным, так как принципиально влияет на технический результат, заключающийся в отсутствии высших гармоник в напряжениях трансформатора, независимо от степени насыщения стали. Таким образом, технический результат заключается в выявлении нового свойства трансформатора - выполнять функции фильтра высших гармоник при одновременной передаче мощности. Accordingly, the feature regarding the ratio of the height of the prism and the width of the beam of a six-pointed star is more than five is significant, since it fundamentally affects the technical result, which consists in the absence of higher harmonics in the voltages of the transformer, regardless of the degree of steel saturation. Thus, the technical result is to identify a new property of the transformer - to perform the functions of a filter of higher harmonics while simultaneously transmitting power.
Следующая причинно-следственная связь между признаком изобретения и ожидаемым техническим результатом объясняется фиг.12, где признак - симметричная шестилучевая звезда стержней с размещенными на них половинами основных и дополнительных обмоток и окруженных шестигранным ярмом. Следствием этого признака является физическое явление, выраженное электромагнитной взаимосвязью каждой фазы с двумя соседними: фаза А магнитно связана с фазами В и С, фаза В - с фазами А и С, фаза С - с фазами А и В. The following causal relationship between the feature of the invention and the expected technical result is explained in Fig.12, where the feature is a symmetrical six-ray star of the rods with halves of the main and additional windings placed on them and surrounded by a hexagonal yoke. The consequence of this feature is a physical phenomenon expressed by the electromagnetic interconnection of each phase with two neighboring ones: phase A is magnetically connected to phases B and C, phase B - to phases A and C, phase C - to phases A and B.
При несимметричной нагрузке трансформатора в обмотках его фаз протекают токи различной величины, которые вызывают соответствующие падения напряжений. Вторичные напряжения будут иметь разные значения, такое явление называют «перекосом напряжений» и оно вредно отражается на потребителях. With an asymmetric load of the transformer, currents of various sizes flow in the windings of its phases, which cause corresponding voltage drops. Secondary voltages will have different values, this phenomenon is called "voltage distortion" and it is harmful to consumers.
В свою очередь различные токи обмоток индуцируют различные потоки, которые, благодаря наличию магнитных взаимосвязей между фазами, выравниваются, то есть
Figure imgf000014_0001
In turn, different winding currents induce different flows, which, due to the presence of magnetic relationships between the phases, are aligned, that is
Figure imgf000014_0001
По закону Максвелла напряжение или ЭДС определяется изменением потока во времени = e = ^F/L^ где / = А,В,С ^ поэтому напряжения фаз выравниваются, то есть А =
Figure imgf000014_0002
= ^с.
According to Maxwell's law, the voltage or EMF is determined by the change in the flow over time
Figure imgf000014_0002
= ^s.
Техническим результатом этой причинно-следственной связи является выявление нового свойства заявленного трансформатора, которое заключается в самостоятельном симметрировании вторичных напряжений в случае его несимметричной нагрузки, иначе говоря, трансформатор взял на себя функции симметрирующего устройства. The technical result of this cause-and-effect relationship is the identification of a new property of the claimed transformer, which consists in independent balancing of secondary voltages in the event of its unbalanced load, in other words, the transformer has assumed the functions of a balancing device.
Наличие в каждой фазе трансформатора, помимо основных 3, дополнительных обмоток 4 позволяет осуществлять плавное и в широких диапазонах саморегулирование вторичных напряжений при изменении нагрузки путем последовательного соединения основных и дополнительных обмоток по схемам, изображенным на фиг. 13 для одной фазы и на фиг. 14 для трех фаз. The presence in each phase of the transformer, in addition to the main 3, additional windings 4 allows for smooth and in a wide range of self-regulation of secondary voltages when the load changes by connecting the main and additional windings in series according to the diagrams shown in Fig. 13 for one phase and in FIG. 14 for three phases.
Суть саморегулирования напряжений заключается в следующем: изменение тока нагрузки обусловливает изменение магнитодвижущей силы (МДС) дополнительной или регулировочной обмотки, последовательно соединенной с основной обмоткой. The essence of voltage self-regulation is as follows: a change in the load current causes a change in the magnetomotive force (MMF) of the additional or control winding connected in series with the main winding.
Изменение МДС повлечет изменение потока, что адекватно изменению ЭДС дополнительной обмотки. При увеличении нагрузки ее ЭДС растет, при уменьшении - падает. При последовательном соединении обмоток ЭДС основной и дополнительной обмоток складываются, то есть происходит рост выходного напряжения. В случае уменьшения нагрузки ЭДС дополнительной обмотки уменьшается, что приведет к уменьшению выходного напряжения. A change in the MMF will entail a change in the flux, which is adequate to a change in the EMF of the additional winding. With an increase in load, its EMF increases, with a decrease, it decreases. When the windings are connected in series, the EMF of the main and additional windings are added, that is, there is an increase output voltage. In the case of a decrease in load, the EMF of the additional winding decreases, which will lead to a decrease in the output voltage.
Общей с патентом РФ Ns 2422935 является возможность изменения напряжения заданным коэффициентом трансформации дополнительных обмоток. Common with RF patent Ns 2422935 is the possibility of changing the voltage by a given transformation ratio of additional windings.
Отличие от заявленного патента заключается в устранении зависимости конструкции регулирующего трансформатора от характера нагрузки, в полном отказе от отдельного регулирующего трансформатора, а также от устройств соединения основного и регулирующего трансформатора. The difference from the claimed patent lies in the elimination of the dependence of the design of the control transformer on the nature of the load, in the complete rejection of a separate control transformer, as well as from the devices for connecting the main and control transformer.
Наличие дополнительных обмоток в каждой фазе трансформатора является существенным признаком потому, что обусловливает технический результат, заключающийся в выявлении новой функции, которую может выполнять трансформатор - возможности самостоятельного саморегулирования вторичных напряжений при изменении нагрузки без какого-либо внешнего вмешательства. Такая функция является адекватной функции стабилизатора напряжения. Трансформаторы, заявленные патентом, выпускаются в сухом исполнении, то есть они не нуждаются в принудительной системе охлаждения (бак, масло, радиаторы, насосы, трубопроводы и др.), благодаря, во-первых, хорошей теплопроводности стали и отводу тепла шестигранным ярмом и, во-вторых, благодаря устранению самым трансформатором «перекоса напряжений», а, следовательно, и перегрузки обмоток токами. The presence of additional windings in each phase of the transformer is an essential feature because it determines the technical result, which consists in identifying a new function that the transformer can perform - the possibility of independent self-regulation of secondary voltages when the load changes without any external intervention. Such a function is adequate to the function of a voltage stabilizer. The transformers claimed by the patent are produced in a dry version, that is, they do not need a forced cooling system (tank, oil, radiators, pumps, pipelines, etc.), due, firstly, to the good thermal conductivity of steel and heat removal by a hexagonal yoke and, secondly, due to the elimination by the transformer itself of the “voltage imbalance”, and, consequently, the overload of the windings with currents.
Полученные технико-экономические показатели свидетельствуют о создании трансформатора с усовершенствованной технологией производства, улучшенными по сравнению с прототипом массогабаритными характеристиками, который совмещает функции трансформатора с функциями фильтра высших гармоник, симметрирующего устройства и стабилизатора напряжения. Принцип действия трансформатора известен из литературных источников, например Иванов-Смоленский А.В. Электротехнические машины, в 2-х томах Учебник для вузов. - М Изд. МЭИ. - 2004. The obtained technical and economic indicators indicate the creation of a transformer with improved production technology, improved weight and size characteristics compared to the prototype, which combines the functions of a transformer with the functions of a higher harmonic filter, balancing device and voltage stabilizer. The principle of operation of the transformer is known from literary sources, for example, Ivanov-Smolensky A.V. Electrical machines, in 2 volumes Textbook for universities. - M Ed. MPEI. - 2004.

Claims

Формула Formula
1. Трехфазный трансформатор содержит в своем составе основные первичную и вторичную обмотки, составленную из пластин электротехнической стали пространственную магнитную систему, отличающийся тем, что магнитная система образована шестью правильными трехгранными призмами, соединенными между собой общим ребром, образовав таким образом шестигранную призму с шестилучевой звездой в сечении, смежные грани звезды являются стержнями магнитопровода, а автономные - шестигранное ярмо, вертикальная плотность пластин магнитопровода обеспечивается центральным и боковым креплением, разделенные пополам основные обмотки и дополнительные обмотки, размещенные пофазно на стержнях с пространственным углом 60°, магнитная система выполнена с соотношениями ширины стержня и ярма равным двум и высоты призмы к ширине луча большим пяти. 1. A three-phase transformer contains in its composition the main primary and secondary windings, a spatial magnetic system composed of plates of electrical steel, characterized in that the magnetic system is formed by six regular trihedral prisms connected to each other by a common edge, thus forming a hexagonal prism with a six-beam star in section, adjacent faces of the star are cores of the magnetic circuit, and autonomous ones are a hexagonal yoke, the vertical density of the plates of the magnetic circuit is provided by central and lateral fastening, the main windings are divided in half and additional windings are placed in phase on the rods with a spatial angle of 60 °, the magnetic system is made with the ratio of the width of the rod and the yoke equal to two and the height of the prism to the width of the beam greater than five.
2. Трехфазный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что основные и дополнительные обмотки размещены совместно на стержнях с пространственным углом 120 °. 2. Three-phase transformer according to claim 1, characterized in that the main and additional windings are placed together on rods with a spatial angle of 120 °.
3. Трехфазный трансформатор по п.1, отличающийся тем, что пространственный магнитопровод изготовлен из аморфной электротехнической стали толщиной от 10 до 30 мкм. 3. Three-phase transformer according to claim 1, characterized in that the spatial magnetic circuit is made of amorphous electrical steel with a thickness of 10 to 30 microns.
PCT/UA2021/000065 2021-04-19 2021-07-21 Three-phase transformer WO2022225498A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21884125.2A EP4102522A4 (en) 2021-04-19 2021-07-21 Three-phase transformer

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA202102030 2021-04-19
UAA202102030A UA128371C2 (en) 2021-04-19 2021-04-19 Three phase transformer
UAA202002030 2021-04-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2022225498A1 true WO2022225498A1 (en) 2022-10-27
WO2022225498A8 WO2022225498A8 (en) 2023-12-14

Family

ID=89119680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2021/000065 WO2022225498A1 (en) 2021-04-19 2021-07-21 Three-phase transformer

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4102522A4 (en)
UA (1) UA128371C2 (en)
WO (1) WO2022225498A1 (en)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB994898A (en) * 1962-03-13 1965-06-10 John Anders Gulow Improvements in three phase transformer core structure
SU1714697A1 (en) 1989-03-20 1992-02-23 Производственное Объединение "Прожектор" Spatial magnetic circuit
RU2041515C1 (en) * 1992-12-28 1995-08-09 Геннадий Александрович Кривоносов Electromagnetic device
UA79028C2 (en) * 2005-06-13 2007-05-10 Admiral Makarov Shipbuilding N Transformer-tranduser having tranverse magnetic bias with alternating current
UA84746C2 (en) 2006-10-27 2008-11-25 Леонід Адамович Білий Three-phase transformer
UA88942C2 (en) 2005-02-16 2009-12-10 Сименс Акциенгезэльшафт Transformer core
RU2380780C1 (en) 2008-12-10 2010-01-27 Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" Spatial symmetrical magnetic conductor
RU2422935C2 (en) 2008-10-14 2011-06-27 Иван Яковлевич Сомов Composite transformer with self-control of voltage under load
UA99327C2 (en) 2008-01-21 2012-08-10 Филип Моррис Продактс С.А. Container with flap lid
UA100077C2 (en) 2011-04-20 2012-11-12 Национальный Университет Кораблестроения Имени Адмирала Макарова Magnetic core for induction static device
UA119130C2 (en) * 2018-07-06 2019-04-25 Леонід Адамович Білий THREE-PHASE TRANSFORMER
CN111223646A (en) * 2018-11-23 2020-06-02 杨玉岗 Magnet yoke closed type multiphase symmetrical integrated magnetic part

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005027155A1 (en) * 2003-09-17 2005-03-24 Vijai Electricals Limited A method of making a three-phase transformer with triangular core structure and a three-phase transformer with triangular core structure thereof
WO2009138101A1 (en) * 2008-05-13 2009-11-19 Abb Technology Ag Modular ring-shaped core
CA2942011A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 General Electric Company Electromagnetic apparatus and method for providing the same
JP6640898B2 (en) * 2018-02-28 2020-02-05 ファナック株式会社 Electromagnetic equipment

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB994898A (en) * 1962-03-13 1965-06-10 John Anders Gulow Improvements in three phase transformer core structure
SU1714697A1 (en) 1989-03-20 1992-02-23 Производственное Объединение "Прожектор" Spatial magnetic circuit
RU2041515C1 (en) * 1992-12-28 1995-08-09 Геннадий Александрович Кривоносов Electromagnetic device
UA88942C2 (en) 2005-02-16 2009-12-10 Сименс Акциенгезэльшафт Transformer core
UA79028C2 (en) * 2005-06-13 2007-05-10 Admiral Makarov Shipbuilding N Transformer-tranduser having tranverse magnetic bias with alternating current
UA84746C2 (en) 2006-10-27 2008-11-25 Леонід Адамович Білий Three-phase transformer
UA99327C2 (en) 2008-01-21 2012-08-10 Филип Моррис Продактс С.А. Container with flap lid
RU2422935C2 (en) 2008-10-14 2011-06-27 Иван Яковлевич Сомов Composite transformer with self-control of voltage under load
RU2380780C1 (en) 2008-12-10 2010-01-27 Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" Spatial symmetrical magnetic conductor
UA100077C2 (en) 2011-04-20 2012-11-12 Национальный Университет Кораблестроения Имени Адмирала Макарова Magnetic core for induction static device
UA119130C2 (en) * 2018-07-06 2019-04-25 Леонід Адамович Білий THREE-PHASE TRANSFORMER
CN111223646A (en) * 2018-11-23 2020-06-02 杨玉岗 Magnet yoke closed type multiphase symmetrical integrated magnetic part

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4102522A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP4102522A1 (en) 2022-12-14
EP4102522A4 (en) 2023-09-27
WO2022225498A8 (en) 2023-12-14
UA128371C2 (en) 2024-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4800451B1 (en) High frequency transformer
US20170040099A1 (en) Electromagnetic apparatus and method for providing the same
US20150170828A1 (en) Three-phase reactor
Digalovski et al. Impact of current high order harmonic to core losses of three-phase distribution transformer
US9741486B2 (en) Differential mode and common mode choke
US20200211756A1 (en) Magnetic unit
US20160148747A1 (en) Transformer
JP2016152248A (en) Three-phase five-leg iron core and stationary electromagnetic apparatus
CN206481223U (en) A kind of resonant inductance and controlled resonant converter
US20130207761A1 (en) Electrical reactor with magnetization
WO2022225498A1 (en) Three-phase transformer
Fukumoto et al. Calculating leakage reactance of 9-winding transformer using time-dependent 3D FEM analysis
KR102427584B1 (en) Flexible Voltage Conversion System
CN116598102A (en) Inductor and electronic device using laminated tape
CN206907617U (en) A kind of novel multi-phase magnetic core
Kobayashi et al. Demonstration of loss reduction effect of 66 kV‐classed 30 MVA three phase hybrid‐core transformer by trial manufacture
CN102903487B (en) The iron core column with symmetric structure of three-phase magnetron reactor
Razak et al. Design considerations of a high frequency power transformer
CN105914017A (en) Transformer for reducing eddy current losses of coil
WO2020148942A1 (en) Stationary induction device
Digalovski et al. Prediction of Core Losses of Three-Phase Distribution Transformer
Giri et al. Transformer Design using MATLAB
Ren et al. Low Loss Non Air Gap Multi-Permeability Planar Inductor Design for Totem-Pole PFC
Moradnouri et al. Amorphous metal triangular cores to improve distribution transformers design
CN212411805U (en) Transformer and side outlet box thereof

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021884125

Country of ref document: EP

Effective date: 20220909

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE