Трансформатор с сердечником из аморфной стали

Заявляемая полезная модель относится к области электротехники, а именно к трансформаторостроению и раскрывает энергоэффективный трехфазный силовой трансформатор сухого типа или с жидким диэлектриком класса напряжения 6(10) кВ мощностью от 25 до 2500 кВА с сердечником, представляющим собой пятистержневой витой магнитопровод из лент аморфных, нанокристаллических металлов и сплавов (далее - трансформатор).
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является полезная модель «Трансформатор силовой с витым магнитопроводом» (патент RU 181 145 U, опубл. 05.07.2018), в которой раскрыт трансформатор силовой, содержащий пятистержневой магнитопровод, обмотку, металлоконструкции активной части. Внутри обмотки выполнены каналы охлаждения по замкнутому контору либо в секторах наиболее эффективного охлаждения.
Данная конструкция трансформатора имеет ряд недостатков допускающих снижение показателей надежности трансформатора. К основным недостаткам относится низкая механическая прочность пятистержневого магнитопровода и возможность механического воздействия обмоток на пятистержневой магнитопровод при деформации или смещении обмоток.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является устранение недостатка упомянутого выше.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении надежности трансформатора, а именно в повышении стойкости пятистержневого магнитопровода к возможным механическим воздействиям со стороны обмоток трансформатора.
Технический результат достигается за счет трансформатора с магнитопроводом из аморфной стали, состоящий из металлоконструкций активной части и обмоток, при этом магнитопровод выполнен пятистержневым, при этом пятистержневой магнитопровод сформирован из разъемно соединенных сердечников в виде замкнутых контуров из пакетов в несколько слоев лент из аморфной стали, обмотанных кроме областей разъемного соединения бандажной лентой, выполненной из электроизоляционного термоусаживаемого материала, пропитанного эпоксидным компаундом, полимеризованной и образующей каркас вокруг пятистержневого магнитопровода.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема обмотки трансформатора; на фиг. 2 представлена схема пятистержневого магнитопровода с бандажной лентой; на фиг. 3 представлена схема металлоконструкций активной части трансформатора.
Полезная модель состоит из следующих узлов и компонентов:
1 - первичная обмотка;
2 - вторичная обмотка;
3 - обмотка;
4 - пятистержневой магнитопровод;
5 - бандажная лента;
6 - металлоконструкции активной части трансформатора.
Трансформатор содержит сердечник из аморфной стали, выполненный в виде пятистержневого магнитопровода 4 с нанесенной бандажной лентой 5, раскрепленный относительно обмотки 3, которая состоит из первичной обмотки 1 и вторичной обмотки 2, и металлоконструкций активной части трансформатора 6.
Для изготовления пятистержневого магнитопровода 4 применяется лента из аморфных, нанокристаллических металлов и сплавов путем формирования замкнутого контура за счет укладки пакетов (не показано) различной длины, сформированных из нескольких слоев лент из аморфных, нанокристаллических металлов и сплавов с укладыванием концов пакетов в одной плоскости с зазором и со смещением между зазорами различных пакетов, что обеспечивает снижение значений тока и потерь холостого хода.
Свойства и характеристики аморфных, нанокристаллических металлов и сплавов приводят к необходимости раскрепления пятистержневого магнитопровода 4 относительно обмоток 3 и металлоконструкций активной части трансформатора 6 в собранном виде и необходимости принятия мер по предотвращению непосредственного контакта металла пятистержневого магнитопровода 4 с внешней средой. При раскреплении пятистержневого магнитопровода 4 требуется исключить вероятность оказания на него различных механических воздействий, а также минимизировать взаимодействие металла пятистержневого магнитопровода 4 с внешней средой, минимизировать возможную металлизацию жидкого диэлектрика (наполнение жидкого диэлектрика фрагментами металла сердечника) и попадание фрагментов металла пятистержневого магнитопровода 4 на обмотку 3 и в охлаждающие каналы обмотки 3 и активной части трансформатора.
В результате выполнения стыков (размещения зазоров) указанным способом формируются разъемные соединения пятистержневого магнитопровода 4 для последующей пофазной установки обмотки 3, которая состоит из первичной обмотки 1 и вторичной обмотки 2.
Область с разъемным соединением не подлежит бандажированию бандажной лентой 5. По ширине пятистержневой магнитопровод 4 может набираться из нескольких сегментов - элементарных сердечников (не показано), с возможностью организации канала охлаждения между ними (не показано).
Боковые поверхности, за исключением зоны стыковки пакетов пятистержневого магнитопровода 4, покрываются эпоксидным компаундом (не показано) для предохранения его от коррозии, повышения механической прочности витой конструкции и предотвращения попадания частиц металла во внешнюю среду, в том числе в жидкий диэлектрик (приведет к снижению диэлектрических функций жидкого диэлектрика и снижению надежности трансформатора).
Пятистержневой магнитопровод 4 подвергается температурной обработке в магнитном поле для обеспечения минимального значения потерь холостого хода и мощности возбуждения трансформатора.
Бандажная лента 5 представляет из себя электроизоляционную ленту повышенной механической прочности, предварительно пропитанную эпоксидным компаундом с возможностью полимеризации при высокотемпературной обработке.
Бандаж пятистержневого магнитопровода 4 выполняют путем его обматывания бандажной лентой 5 после чего бандажную ленту 5 подвергают термическому воздействию, способствующему полимеризации и образованию каркаса вокруг пятистержневого магнитопровода 4, обеспечивающего дополнительную механическую защиту пятистержневого магнитопровода 4 от различных механических воздействий и препятствующего взаимодействию металла пятистержневого магнитопровода 4 и окружающей среды, в том числе жидкого диэлектрика.
Трансформатор работает следующим образом.
При постановке трансформатора под напряжение на линейные отводы (не показано) первичных обмоток 1 подается трехфазное напряжение промышленной частоты, протекающий по первичным обмоткам 1 ток намагничивания создает в пятистержневом магнитопроводе 4 переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, наводит во всех вторичных обмотках 2 электродвижущую силу. При подключении отводов вторичных обмоток 2 на нагрузку во вторичных обмотках 2 возникает ток, пропорциональный нагрузке.
При работе трансформатора возникают электродинамические силы, действующие на обмотку 3 трансформатора, под действием которых обмотка 3 меняет свою форму (деформируется) воздействуя механически на бандаж из бандажной ленты 5 пятистержневого магнитопровода 4. При этом пятистержневой магнитопровод 4 не подвержен механическим воздействиям со стороны обмотки 3 трансформатора.
При реализации данного решения минимизирован контакт пятистержневого магнитопровода 4 с внешней средой, в том числе с жидким диэлектриком, что исключает попадание фрагментов материала пятистержневого магнитопровода 4 на обмотку 3, охлаждающие каналы трансформатора и жидкий диэлектрик трансформатора (при наличии).