МНОГОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Область применения.
Заявляемая   полезная модель относится к трансформаторостроению и может быть использована в многофазных полупроводниковых преобразователях электрической энергии.
Уровень техники.
Известен многофазный трансформатор, в котором на обе торцовые поверхности среднего витого кольцевого магнитопровода наклеены при помощи ферромагнитного клея витые зубцы, а секции трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток уложены в пазы, образованные зубцами и торцовыми поверхностями среднего магнитопровода (см.патент РФ, 2187163, Н 01 F 30/14, 2002)[1].
Для уменьшения сопротивления магнитной цепи в местах примыкания зубцов к среднему магнитопроводу их соответствующие торцовые поверхности шлифуют. При этом воздушные зазоры между зубцами и средним магнитопроводом уменьшаются, что влияет на КПД трансформатора в сторону его увеличения за счет уменьшение тока холостого хода.
Однако после шлифовки обеих торцовых поверхностей среднего магнитопровода торцы ленты электротехнической стали, из которой он навивается, оказываются смятыми, что обуславливает их замыкание между собой и влияет на КПД трансформатора в сторону его уменьшения за счет увеличения потерь на вихревые токи в этом магнитопроводе.
В трансформаторе с витыми зубцами, как и в трансформаторе с зубцами фрезерованными, магнитный поток в зубцах также перпендикулярен направлению проката ленты электротехнической стали, что предопределяет увеличение сечения, а значит, и массы зубцов.
Кроме того, крепление зубцов к торцовым поверхностям среднего магнитопровода только с помощью ферромагнитного клея не обеспечивает достаточной механической прочности получающегося соединения. Вследствие этого, как показывает практика, при укладке секций первичной и вторичной обмоток зубцы зачастую отрываются и сборка трансформатора приостанавливается. Секции обмоток, которые уложены в пазы, образованные оторвавшимися зубцами, снимаются, поверхности среднего магнитопровода в месте склейки и оторвавшихся зубцов зачищаются и склеиваются снова. Из-за этого усложняется технология и увеличивается трудоемкость изготовления трансформатора, и, следовательно, повышаются затраты на его производство.
Дополнительное усложнение технологии имеет место и за счет того, что при изготовлении трансформатора в качестве среднего и боковых магнитопроводов используются витые кольца разной высоты.
Известен многофазный трансформатор по патенту на изобретение №2246151 [2], который  решает задачи повышения КПД, уменьшения массы и упрощения технологии изготовления многофазного трансформатора.
С этой целью средний витой магнитопровод выполнен в виде двух склеенных по торцовым не шлифованным поверхностям колец равной высоты, а трехфазная первичная и многофазная вторичная обмотки уложены в пазы, образованные зубцами прямоугольной формы, наклеенными на внешние торцовые шлифованные поверхности колец среднего магнитопровода и приваренными к ним по внешней и внутренней образующим колец, причем зубцы выполнены шихтованными из листов холоднокатаной электротехнической стали, ориентированных так, что направление их проката совпадает с направлением магнитного потока.
Изготовление среднего магнитопровода в виде двух склеенных колец, шлифованных только с одной стороны, обеспечивает разрыв контуров, по которым в этом магнитопроводе замыкаются вихревые токи, что позволяет существенно (до 25%),  снизить в нем потери на вихревые токи и за счет этого повысить КПД трансформатора.
При этом шихтовка зубцов из листов холоднокатаной электротехнической стали, которые ориентированы так, что направление проката совпадает с направлением магнитного потока, протекающего через них, а также прямоугольная форма зубцов позволяют значительно уменьшить их массу (примерно на 30-40%) и, следовательно, массу трансформатора в целом. При этом за счет прямоугольной формы зубцов обеспечивается увеличение площади сечения пазов, что способствует лучшему охлаждению активной зоны трансформатора в процессе его работы, то есть увеличению его нагрузочной способности.
Поскольку в предлагаемом трансформаторе зубцы привариваются к кольцам среднего магнитопровода по их внешней и внутренней образующим, то возможность отрыва зубцов от магнитопровода при укладке обмоток исключается и, следовательно, существенно упрощается технология и снижается трудоемкость сборки трансформатора. Упрощению технологии также способствует изготовление боковых и среднего магнитопроводов из витых колец равной высоты.
Однако, как показала практика, приваривание зубцов к кольцам средней части магнитопровода приводит к образованию в них короткозамкнутых контуров, которые обуславливают увеличение вихревых токов, а, значит, и тока холостого хода трансформатора и, как следствие,   снижение его КПД.
Кроме того, в известном трансформаторе используется изоляция, изготовленная из электротехнического картона в виде отдельных фрагментов (элементов) для каждого паза и зубца в отдельности, что обуславливает сложность ее изготовления и закрепления на зубцах и в пазах среднего магнитопровода и приводит к усложнению технологии изготовления, увеличению времени и себестоимости изготовления многофазного трансформатора в целом.
Многофазный трансформатор по патенту на изобретение №2246151 по совокупности существенных признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является    упрощение технологии изготовления многофазного трансформатора. уменьшении трудозатрат на изготовление многофазного трансформатора
Технический результат заключается в расширении арсенала многофазных трансформаторов.
Раскрытие полезной модели.
Технический результат  достигается тем, что в многофазном трансформаторе с магнитопроводом, выполненным из четырех одинаковых витых шлифованных с одной стороны колец 1-4 и прямоугольных шихтованных шлифованных по торцам зубцов 5 и собранным так, что два кольца 2 и 3, склеенных между собой нешлифованными сторонами, образуют среднюю часть магнитопровода, а два других кольца 1 и 4, обращенных шлифованными сторонами к средней части магнитопровода, образуют его боковые части, примыкающие к средней части через равноудаленные относительно оси симметрии колец и друг относительно друга по окружности зубцы 5, приклеенные шлифованными торцами к средней и боковым частям магнитопровода и образующие совместно с ними пазы 6 для укладки охватывающих среднюю часть магнитопровода катушек трехфазной первичной 7 и многофазной вторичной 8 обмоток, изолированных от колец средней части и зубцов магнитопровода пазовой изоляцией 9 из диэлектрического материала, согласно полезной модели пазовая изоляция образована двумя расположенными зеркально с обоих торцов средней части магнитопровода одинаковыми литыми деталями 10 и 11, выполненными из диэлектрического материала  в виде прямого кругового полого цилиндра 12, в стенке которого с одного торца имеется углубление кольцевой формы 13, ширина и глубина которого равна  ширине и высоте одного из колец средней части магнитопровода, а с противоположного торца стенки указанного цилиндра расположены радиально взаимно равноудаленные полые прямоугольные параллелепипеды 14 по числу зубцов, примыкающих к одному из торцов средней части магнитопровода, ширина, глубина и длина сквозных внутренних отверстий 15 которых соответственно равны ширине, высоте и длине зубцов; причем все стенки литых деталей пазовой изоляции имеют одинаковую толщину, необходимую для обеспечения изоляции проводников трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток относительно магнитопровода.
Перечень фигур.
Фиг. 1 - Многофазный трансформатор, разрез по Б-Б на фиг. 2.
Фиг. 2 - Многофазный трансформатор – вид сверху, разрез по А-А на фиг.1.
Фиг. 3 - Схема установки деталей  10, 11 пазовой изоляции на среднюю часть (кольца 2 и 3) магнитопровода.
Фиг.  4 - Литая деталь  пазовой изоляции – вид сверху.
Фиг.  5 -  Литая деталь пазовой изоляции – вид снизу.
Фиг. 6 - Литая деталь   пазовой изоляции – общий вид.
Перечень позиций.
1,4 - витые шлифованные с одной стороны кольца, образующие боковые части магнитопровода;
2,3 - витые шлифованные с одной стороны кольца, образующие среднюю часть магнитопровода;
5 - прямоугольные шихтованные зубцы;
6 - пазы;
7 - катушка трехфазной первичной обмотки;
8 - катушка многофазной вторичной обмотки;
9 - пазовая изоляция;
10,11 - первая и вторая литые детали пазовой изоляции;
12 - цилиндрическая часть пазовой изоляции;
13 - углубление кольцевой формы в цилиндрической части пазовой изоляции;
14 - прямоугольные параллелепипеды пазовой изоляции;
15 - сквозные внутренние отверстия в прямоугольных параллелепипедах пазовой изоляции.
Осуществление полезной модели.
Многофазный трансформатор содержит магнитопровод, выполненный из четырех одинаковых витых шлифованных с одной стороны колец 1-4 и прямоугольных шихтованных шлифованных по торцам зубцов 5. Два кольца 2 и 3  склеены между собой нешлифованными сторонами и образуют среднюю часть магнитопровода. Два других кольца 1 и 4, обращенные шлифованными сторонами к средней части магнитопровода, образуют его боковые части, примыкающие к средней части через равноудаленные относительно оси симметрии колец и друг относительно друга по окружности зубцы 5.  Оси симметрии зубцов 5 (фиг.2) расположены относительно центра среднего магнитопровода под углом б, определяемым по формуле
б=р/m,
где m - число фаз вторичной обмотки трансформатора.
Зубцы 5 выполнены шихтованными из листов холоднокатаной электротехнической стали, ориентированных так, что направление их проката совпадает с направлением магнитного потока.
Зубцы 5 приклеенные шлифованными торцами к средней и боковым частям магнитопровода образуют совместно с ними пазы 6 для укладки охватывающих среднюю часть магнитопровода катушек трехфазной первичной 7 и многофазной вторичной 8 обмоток, изолированных от колец 2,3 средней части и зубцов 5 магнитопровода пазовой изоляцией 9 из диэлектрического материала (фиг.1,2).
Пазовая изоляция 9 образована двумя расположенными зеркально с обоих торцов средней части магнитопровода одинаковыми литыми деталями 10 и 11 (фиг.3), выполненными из диэлектрического материала, например, ABC-пластика.
Устройство пазовой изоляции показано на фиг. 4,5,6 на примере детали 10. Каждая деталь 10,11 пазовой изоляции выполнена в виде прямого кругового полого цилиндра 12, с одного торца которого имеется углубление кольцевой формы 13, ширина и глубина которого равна  ширине и высоте одного из колец средней части магнитопровода. С противоположного торца цилиндра 12 расположены радиально взаимно равноудаленные полые прямоугольные параллелепипеды 14 по числу зубцов 5, примыкающие к одному из торцов средней части магнитопровода (фиг.4, 5, 6). Ширина, глубина и длина сквозных внутренних отверстий 15 параллелепипедов 14 соответственно равны ширине, высоте и длине зубцов 5. Все стенки  литых деталей 10,11 пазовой изоляции 9 имеют одинаковую толщину, необходимую для обеспечения изоляции проводников трехфазной первичной 7  и многофазной вторичной 8 обмоток относительно магнитопровода.
Сборка многофазного трансформатора.
Сначала собирают среднюю часть магнитопровода путем склеивания колец 2 и 3 между собой нешлифованными сторонами. Затем на торцевые поверхности среднего магнитопровода симметрично друг относительно друга устанавливают литые детали 10,11 пазовой изоляции 9 и закрепляют их с помощью клейкой изоляционной термостойкой ленты. Далее на один из шлифованных торцов зубцов 5 наносят ферромагнитный клей и этим торцом зубцы 5 вставляются во внутренние отверстия 15 параллелепипедов 14.
В пазы 6 между соседними параллелепипедами 14 укладывают секции трехфазной первичной и m-фазной вторичной обмоток с охватом средней части магнитопровода.
С двух противоположных сторон к зубцам, наклеенным на торцы среднего магнитопровода, приклеивают два боковых кольцевых витых магнитопровода 1 и 4.
В отличие от прототипа, где используется пазовая изоляция, изготовленная из электротехнического картона в виде отдельных фрагментов (элементов)  для каждого паза и зубца в отдельности, которые укладываются в пазы и располагаются на зубцах после того, как эти зубцы приклеиваются на торцевые поверхности средней части магнитопровода и привариваются к кольцам средней части магнитопровода по их внешней и внутренней образующим, в предлагаемой конструкции пазовая изоляция выполняется в виде двух литых деталей, во внутренних отверстиях параллелепипедов которых жестко фиксируются без приварки зубцы, приклеенные одной из торцовых шлифованных поверхностей к торцовым шлифованным поверхностям колец средней части магнитопровода, что исключает их отрыв при укладке катушек первичной и вторичной обмоток, обеспечивает упрощение технологии и, следовательно, уменьшение трудоемкости сборки трансформатора.
Работа.
Многофазный трансформатор работает следующим образом. При подключении трехфазной первичной обмотки к питающей сети в средней части магнитопровода трансформатора создается вращающееся магнитное поле, которое наводит в многофазной вторичной обмотке m-фазную систему ЭДС. При этом ЭДС двух любых соседних вторичных обмоток сдвинуты между собой по фазе на угол 2р/m. В результате происходит преобразование трехфазной первичной системы напряжений в m-фазную вторичную систему. При этом пазовая изоляция проводников трехфазной первичной и многофазной вторичной обмоток относительно магнитопровода, выполненная в виде двух одинаковых литых деталей, обеспечивает надежную работу трансформатора.
Промышленная применимость
Заявляемый многофазный трансформатор реализован из промышленно выпускаемых материалов, может быть собран на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в многофазных полупроводниковых преобразователях электрической энергии.
Источники информации.
1. Патент № 2187163. МНОГОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР. Опубликовано: 10.08.2002.
2. Патент №2246151. МНОГОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР.  Опубликовано: 10.02.2005- наиболее близкий аналог.