ПЛОСКАЯ МНОГОФАЗНАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА
FLAT POLYPHASE MAGNETIC SYSTEM

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве трехфазной или многофазной магнитной системы электрооборудования, материалом изготовления которой является аморфная электротехническая сталь или нанокристаллический магнитомягкий сплав.
Известна конструкция плоской многофазной (трехфазной) бронестержневой магнитной системы, изготовленной из ленточной аморфной электротехнической стали для силового трансформатора. Она состоит из состыкованных между собой однофазных П-образных сердечников. Сердечники сочленены со стороны одного из стержней каждого из сердечников между собой. В сочлененные стержни сердечников вмотаны первичная и вторичная обмотки силового трансформатора. При этом крайние стержни полученной таким образом плоской многофазной магнитной системы остаются свободными. В такой магнитной системе из аморфной стали, не имеющей стыковых поверхностей между стержнями и ярмами, существенно снижены потери по сравнению с аналогичной конструкцией магнитной системы, выполненной впереплет (плоскошихтованной сборкой) (пат. США №5387894, М.кл. H01F 27/25, 1995).
Конструкция бронестержневой магнитной системы силового трансформатора, выполненной из аморфной электротехнической стали, в отличие от аналогичной конструкции, изготовленной из обычной холоднокатаной текстурованной электротехнической стали, не обеспечит механическую прочность магнитной системы из-за повышенной хрупкости аморфного материала сердечников.
Технология изготовления такой магнитной системы не позволит получить высокий коэффициент заполнения сечения стержневого пространства магнитной системы ферромагнитным материалом, что приведет к уменьшению магнитной проницаемости системы, увеличению намагничивающего тока и снижению кпд силового трансформатора.
Известна конструкция трехфазного плоского бронестержневого магнитопровода, изготовленного из ленточной аморфной электротехнической стали, для силового трансформатора. Она состоит из двух внутренних, П-образных сердечников, сочлененных между собой, и поверх которых навит третий наружный сердечник. В полученный таким способом трехфазный плоский навитой магнитопровод вмотаны первичная и вторичная обмотки силового трансформатора. Такой магнитопровод из аморфной стали не имеет стыковых поверхностей между стержнями и ярмами и тем самым существенно снижает потери, возникающие в магнитопроводе аналогичной конструкции, выполненной плоскошихтованной сборкой (пат. США №5168255, М.кл. H01F 33/00, H01F 27/30, 1992).
Недостатком этой конструкции является низкий коэффициент заполнения сечения стержневого пространства магнитопровода аморфной электротехнической сталью, снижающий кпд силового трансформатора, сложная технология изготовления магнитопровода, связанная с большой трудоемкостью изготовлении ленточных навитых сердечников, а также наличие немагнитных промежутков в магнитопроводе, влияющих на равномерное распределение основного магнитного потока.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является увеличение коэффициента заполнения сечения стержневого пространства плоской многофазной магнитной системы аморфным или нанокристаллическим сплавом, повышение коэффициента полезного действия (кпд) электрооборудования с аморфным или нанокристаллическим материалом, упрощение технологии его изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что плоская многофазная магнитная система, выполненная из ленточного аморфного ферромагнитного материала или нанокристаллического магнитомягкого сплава, содержит верхние и нижние ярма и стержни, причем верхние и нижние ярма выполнены соединенными друг с другом стержнями с образованием единой бесстыковой конструкции, при этом ярма и стержни выполнены в виде собранных из лент пакетов с прямоугольным поперечным сечением равной толщины, причем пакеты выполнены симметрично сдвинутыми относительно вертикальной и горизонтальной оси соответственно ярем и стержней и друг друга, при этом каждый из последующих пакетов выполнен меньшей площади, чем предыдущий и сдвинут на одинаковое расстояние от сторон предыдущего пакета с образованием в поперечном сечении ярем и стержней симметричной многоступенчатой фигуры, углы которой размещены на одинаковом расстоянии от пересечения вертикальной и горизонтальной осей симметрии. Такое равное поперечное сечение ярем и стержней в виде симметричной многоступенчатой фигуры, вписанной в окружность, позволит наилучшим образом использовать площадь внутри обмоток (в стержнях), так как оно обеспечит уменьшение длины обмоток, а следовательно, расход обмоточных проводов и получить равномерное распределение основного магнитного потока (в ярмах и стержнях), что приведет к минимальным потерям в магнитной системе. Пакеты, из которых выполнены ярмы и стержни магнитной системы, имеют толщину от 1 до 10 мм, что определяется их использованием в магнитной системе необходимой мощности (с увеличением мощности толщина пакетов должна быть больше), а толщина лент, входящих в пакеты, составляет от 20 до 40 мкм. Предложенная толщина пакетов позволит существенно увеличить коэффициент заполнения стержневого пространства плоской многофазной магнитной системы аморфным ферромагнитным материалом или нанокристаллическим магнитомягким сплавом в широком диапазоне мощностей и повысит кпд электрооборудования, в котором она будет использована. Выбор толщины лент пакетов определяется необходимой толщиной пакетов магнитной системы. Ленточный материал, входящий в пакет, выполнен из нанокристаллического магнитомягкого сплава.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 схематически изображен передний вид предложенной плоской многофазной магнитной системы (число фаз равно трем), на фиг.2 - ее вид сверху, на фиг.3 - сечение стержней и ярем по разрезу А-А и Б-Б соответственно, а на фиг.4 представлена аксонометрия магнитной системы с разрезами в поперечном сечении одного из стержней и ярем с сечениями пакетов, входящих в стержни и ярма, показанными штриховыми линиями.
Плоская многофазная магнитная система 1 включает в себя верхнее ярмо 2, нижнее ярмо 3 и стержни 4, на которые устанавливаются путем вматывания первичная и вторичная обмотки силового трансформатора (на чертеже не показаны). Ярма 2, 3 и стержни 4 состоят из пакетов 5 из нанокристаллического магнитомягкого сплава или аморфного ферромагнитного материала.
При подключении первичной обмотки силового трансформатора в сеть в плоской многофазной магнитной системе 1 возникает основной магнитный поток, создаваемый намагничивающей составляющей первичного тока. Отсутствие стыковых поверхностей (немагнитных зазоров) между ярмами 2, 3 и стержнями 4 магнитной системы 1 на пути основного магнитного потока позволяет значительно уменьшить магнитное сопротивление этих участков магнитной системы, уменьшить реактивный намагничивающий ток и потери в магнитной системе. Выполнение ярем 2, 3 и стержней 4 магнитной системы 1 с равным поперечным сечением позволит получить одинаковую плотность основного магнитного потока плоской многофазной магнитной системы. Конструктивное исполнение ярем и стержней магнитной системы в виде равной в поперечном сечении симметричной многоступенчатой фигуры, вписанной в окружность, получаемой путем сдвига пакетов друг относительно друга, позволит существенно увеличить коэффициент заполнения стержневого пространства плоской многофазной магнитной системы аморфным или нанокристаллическим материалом, повысит кпд магнитной системы, упростив при этом технологию ее изготовления. Выполнение пакетов толщиной от 1 до 10 мм позволит изготовить из них магнитные системы электрооборудования необходимой мощности с высоким коэффициентом заполнения сечения стержневого пространства магнитным материалом и оптимальной технологией их изготовления. Изготовление пакетов ярем и стержней из нанокристаллического сплава с толщиной ленты от 20 до 40 мкм обеспечит как этой ленте, так и выполненным из нее пакетам необходимую механическую прочность и значительно снизит потери в плоской многофазной магнитной системе, материалом которой она является.
Плоская многофазная магнитная система может быть использована в многофазном силовом трансформаторе.
Материалом для изготовления пакетов ярем и стержней магнитной системы является сплав на основе магнитомягкого нанокристаллического материала МДС277М с повышенным содержанием железа, имеющего индукцию насыщения порядка 1,5 Тл и очень низкие потери на промышленной частоте (в 9-10 раз ниже), или аморфная электротехническая сталь, например, марок 7421 или 7411 отечественного производства, работающая на промышленной частоте и имеющая низкие потери (в 3-6 раз ниже) по сравнению с обычной, традиционной, холоднокатаной, текстурованной, железокремнистой электротехнической сталью. Этот материал в виде ленты толщиной от 20 до 40 мкм подается с бобины, снабженной регулируемым фрикционным тормозом для обеспечения натяжения на моталку для сматывания полученной ленты в рулон. Рулон передается на участок формирования пакетов для магнитной системы. На этом этапе из полученного рулона лента разматывается, проходит лазерные или гидравлические ножницы, осуществляющие ее разрез в соответствии с заданной величиной, и укладывается на специальный настил. Из полученных лент формируются необходимые пакеты для сборки из них магнитной системы. Из набранных необходимых по количеству и размерам пакетов из аморфной или нанокристаллической ленты окончательно формируется плоская многофазная магнитная система, на ней устанавливаются бандажи, фиксирующие ее форму, после чего она передается на заключительную термическую обработку. После термического и магнитного отжигов и последующего охлаждения в полученную таким образом плоскую многофазную магнитную систему вматываются первичная и вторичная обмотки силового трансформатора.
Предложенная плоская многофазная магнитная система из аморфной электротехнической стали или нанокристаллического магнитомягкого сплава увеличит коэффициент заполнения сечения стержневого пространства магнитным материалом, обеспечит минимальные потери холостого хода на промышленной частоте, уменьшит расход электрической энергии, увеличит надежность, упростит технологию изготовления и тем самым увеличит технико-экономические показатели силового электрооборудования, в котором она будет использована.