Многофазный трансформатор

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в многофазных полупроводниковых преобразователях, например, в выпрямителях, инверторах и преобразователях частоты, в электроэнергетических системах для изменения величины и повышения качества переменного напряжения, а также для изменения числа фаз напряжения.
Аналогом является, например, многофазный трансформатор и способ его сборки (патент РФ №2401470, опубликован 10.10.2010), который содержит средний витой (шихтованный) кольцевой магнитопровод из двух колец равной высоты, шлифованных с одного торца и склеенных по торцовым не шлифованным поверхностям. Шихтованные зубцы прямоугольной формы наклеены на торцовые шлифованные поверхности колец. Каждая фазная обмотка трехфазной первичной обмотки выполнена в виде m/3 катушек. Многофазная вторичная обмотка уложена в пазы между зубцами.
Наиболее близок к предлагаемому многофазному трансформатору многофазный трансформатор и способ его сборки (патент РФ №2486620, опубликован 27.06.2013), который содержит многофазную первичную обмотку, многофазную вторичную обмотку и шихтованный магнитопровод. Шихтованный магнитопровод состоит из внутреннего и внешнего магнитопроводов. Внутренний магнитопровод выполнен из штампованных листов электротехнической стали круглой формы с одинаковыми пазами, открытыми с внешней стороны, но двух различных внешних диаметров - большого и малого, причем большой и малый листы магнитопровода при наборе в пакет в осевом направлении чередуются. В пазах пакета магнитопровода размещены катушки указанных выше первичной и вторичной обмоток. Внешний магнитопровод выполнен из листов кольцевой формы, состоящих из двух или более частей, двух размеров, имеющих одинаковый наружный диаметр, но различный внутренний диаметр, внутренний диаметр одного кольца равен внешнему диаметру большого листа внутреннего магнитопровода, а внутренний диаметр второго кольца равен внешнему диаметру малого листа внутреннего магнитопровода, при этом кольцевые листы с различным внутренним диаметром внешнего магнитопровода при сборке в пакет также, как и листы внутреннего магнитопровода, чередуются с возможностью сопряжения с листами внутреннего магнитопровода соответствующего размера.
Недостатком прототипа является большая длина лобовых частей первичной и вторичной обмоток. Для того, чтобы разместить в пазах внутреннего магнитопровода две многофазные обмотки пазы в пакете внутреннего магнитопровода необходимо выполнить большой радиальной длины. Катушки обмотки размещаются в пазах магнитопровода с определенным относительным шагом, например, часто применяется относительный шаг 5/6. Длина периметра катушек должна быть достаточной, чтобы катушку можно было «растянуть» и установить в пазы магнитопровода с заданным шагом. По мере продвижения катушки в глубину паза расстояние между пазами, в которых размещены стороны катушки уменьшается, и длина лобовых частей катушки увеличивается. В результате при выполнении пазов открытых с внешней стороны магнитопровода длина лобовых частей катушек оказывается чрезмерно большой. Вследствие большой длины выступающих из магнитопровода лобовых частей обмоток увеличивается общее активное сопротивление первичной и вторичной обмоток, падает КПД трансформатора, возрастает общая осевая длина трансформатора.
Предлагаемая полезная модель позволит уменьшить длины лобовых частей обмоток и создать многофазный трансформатор с более высоким к.п.д. и меньшей осевой длиной.
Это достигается тем, что в многофазном трансформаторе, содержащем многофазную первичную обмотку, многофазную вторичную обмотку и шихтованный магнитопровод, состоящий из внутреннего и внешнего магнитопроводов, согласно полезной модели, внешний магнитопровод выполнен из штампованных листов электротехнической стали круглой формы, имеющих одинаковый наружный диаметр и одинаковые пазы, открытые с внутренней стороны, но различный внутренний диаметр - большой и малый, причем два вида листов внешнего магнитопровода при наборе в пакет в осевом направлении чередуются. В пазах пакета внешнего магнитопровода размещены катушки указанных выше первичной и вторичной обмоток. Внутренний магнитопровод выполнен из листов кольцевой формы, состоящих из двух или более частей, двух размеров, имеющих одинаковый внутренний диаметр, но различный внешний диаметр. Внешний диаметр первого кольца равен внутреннему диаметру одного листа внешнего магнитопровода, а внешний диаметр второго кольца равен внутреннему диаметру другого листа внешнего магнитопровода, при этом кольцевые листы с различным внешним диаметром внутреннего магнитопровода при сборке в пакет чередуются, чтобы обеспечить сопряжение с листами внешнего магнитопровода соответствующего размера.
Предлагаемая конструкция многофазного трансформатора позволит уменьшить длину лобовых частей обмоток и за счет этого создать многофазный трансформатор с меньшей осевой длиной и более высоким к.п.д.
На фиг. 1 приведены один лист внешнего магнитопровода многофазного трансформатора и кольцевой лист внутреннего магнитопровода, наружный диаметр которого совпадает с внутренним диаметром листа внешнего магнитопровода. На фиг. 2 - другой лист внешнего магнитопровода с меньшим внутренним диаметром, чем первый лист, и кольцевой лист внутреннего магнитопровода, который сопрягается с данным листом внешнего магнитопровода. На фиг. 3 показан пакет внешнего магнитопровода в сборе. На фиг. 4 показана пакет внешнего магнитопровода с первичной обмотки в пазах пакета. На фиг.5 - пакет внешнего магнитопровода с первичной и вторичной обмотками. На фиг. 6 показан многофазный трансформатор в сборе с установленным внутренним магнитопроводом.
На фиг. 1 показан лист 1 внешнего магнитопровода круглой формы с пазами, открытыми с внутренней стороны, внешний диаметр которого равен D, а внутренний D1. Кольцевой лист внутреннего магнитопровода, предназначенный для сопряжения с листом 1, состоит из четырех частей, двух частей 2 и двух частей 3 и имеет наружный диаметр D1 и внутренний диаметр D3. На фиг. 2 лист 4 внешнего магнитопровода с такими же пазами и внешним диаметром D, как и у листа 1. Внутренний диаметр D2 листа 4 меньше внутреннего диаметра D1 листа 1. Кольцевой лист внутреннего магнитопровода, предназначенный для сопряжения с листом 4, состоит из частей 5 и 6 и имеет наружный диаметр D2 и внутренний диаметр D3.
На фиг. 3 показан пакет внешнего магнитопровода многофазного трансформатора, набранный из чередующихся листов 1 и 4. По краям пакета располагаются нажимные листы 7, выполненные из диэлектрика, например, из стеклотекстолита. На фиг. 4 показан пакет внешнего магнитопровода с установленной в пазах первичной обмоткой 8. Для примера в двенадцати пазах внешнего магнитопровода установлена трехфазная двухслойная распределенная обмотка с шагом 5/6. На фиг. 5 показано размещение в пазах внешнего магнитопровода вторичной обмотки 9. На фиг. 5 показана обмотка 9, состоящая из двенадцати катушек, имеющих зубцовый шаг. Обмотка 9 позволяет получить двенадцатифазное вторичное напряжение.
После размещения в пазах пакета внешнего магнитопровода первичной 8 и вторичной 9 обмоток в многофазном трансформаторе устанавливаются кольцевые листы внутреннего магнитопровода. Сначала в зазоры между листами 4, имеющими внутренний диаметр D2, устанавливаются кольцевые листы, состоящие из частей 2 и 3 и имеющие наружный диаметр D1 больший, чем D2. При этом первыми устанавливают части 2, а затем части 3. Кольцевые листы, состоящие из частей 2 и 3 сопрягаются встык с листами 1, имеющими внутренний диаметр D1. После этого в зазор между кольцевыми листами, состоящими из частей 2 и 3, устанавливают кольцевые листы, состоящие из частей 5 и 6 и имеющие наружный диаметр D2, которые сопрягаются встык с листами 4, имеющими внутренний диаметр D2. Первыми устанавливают части 5, а затем части 6. На фиг. 6 показан многофазный трансформатор после установки внутреннего магнитопровода. Верхний кольцевой лист состоит из частей 2 и 3.
После установки внутреннего магнитопровода элементы магнитопровода фиксируются конструктивными приспособлениями (например, скобки, шпильки), не показанными на фиг. 6, и выполняются завершающие технологические операции - пропитка, просушка и т.д.
Предлагаемый многофазный трансформатор работает следующим образом: на первичную обмотку подается исходное многофазное (например, трехфазное) переменное напряжение, многофазный ток первичной обмотки создает в магнитопроводе вращающееся магнитное поле, которое индуцирует в фазах вторичной обмотки э.д.с., и на выходе вторичной обмотки можно получить многофазное напряжение с заданным числом фаз и заданной амплитудой.
В предлагаемом многофазном трансформаторе катушки обмоток устанавливаются в пазы пакета внешнего магнитопровода, открытые с внутренней стороны. Расстояние между пазами с внутренней стороны пакета магнитопровода мало, а по мере продвижения катушек в глубины паза расстояние между пазами увеличивается. Это дает возможность выполнять катушки с минимально необходимым периметром и сократить длину лобовых частей катушек. В результате осевая длина трансформатора за счет уменьшения выступающих лобовых частей обмоток уменьшается. Уменьшается сопротивление проводников обмоток трансформатора и повышается КПД.