ТРЕХФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Полезная модель относится к электротехнике, а в частности к трансформаторам, предназначенным для электропитания трехфазных устройств.
Известен трансформатор с регулируемым коэффициентом трансформации (О.В.Евсюкова, К.К.Ким, Ю.А.Михайлов, «К вопросу о стабилизации напряжения на шинах тяговой подстанции», материалы пятого Международного симпозиума «Элтранс-2009», 20-23 октября 2009 года. - СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2010. - 637 с.). Представленный трансформатор - трехфазный двухобмоточный, первичная и вторичная обмотки которого расположены на разных стержнях, а между стержнями имеются магнитные шунт, набранные, как и сердечник, из листов электротехнической стали. Магнитные шунты подразделены на две части, на каждой из которых расположена половина подмагничивающей обмотки, питаемой постоянным током.
Недостатком такого трансформатора является слабая магнитная связь между вторичной и первичной обмотками и, следовательно, большое рассеяние.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является трехфазный трансформатор напряжения (RU №109909, H01F 30/12, H01F 27/34, 27.10.11), содержащий три стержня и два ярма, выполненные из листов электротехнической стали. Первичные обмотки соединены по схеме «звезда», а вторичные обмотки - по схеме «треугольник». Участки стержней, на которые намотаны вторичные обмотки, выполнены расщепленными на два участка. На первый участок намотана первая секция вторичной обмотки, на второй - вторая секция. Первый участок имеет большее поперечное сечение, чем второй. Однако количество витков в первой секции меньше, чем во второй. При этом конец первой секции вторичной обмотки соединен с началом второй секции этой обмотки.
Конструкция такого устройства характеризуется недостаточно сильной магнитной связью между первичными и вторичными обмотками вследствие их расположения на разных участках стержней.
Данный факт определяет низкую эффективность работы данного устройства.
Задача полезной модели - повышение эффективности работы трехфазного трансформатора за счет усиления магнитной связи между вторичной и первичной обмотками.
Технический результат достигается тем, что в трехфазном трансформаторе, содержащем три стержня и два ярма, выполненные из электротехнической стали, первичные обмотки, соединенные по схеме «звезда», вторичные обмотки, соединенные по схеме «треугольник», намотанные на стержни, которые расщеплены на два участка, при этом на первый участок намотана первая секция вторичной обмотки, а второй участок имеет площадь поперечного сечения меньшую, чем первый участок, и на него намотана вторая секция вторичной обмотки, имеющая большее число витков по сравнению с числом витков первой секции вторичной обмотки, причем конец первой секции соединен с началом второй секции вторичной обмотки, первичная обмотка намотана на расщепленный стержень поверх секций вторичной обмотки.
Заявленный трехфазный трансформатор поясняется чертежом. Трехфазный трансформатор содержит магнитопровод, состоящий из двух ярем 1 и трех стержней 2, на которые намотаны первичные 3 и вторичные 4 обмотки напряжения. Первичные 3 обмотки выполняются по схеме «звезда», а вторичные 4 обмотки выполняются по схеме «треугольник» (Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978. 832 с.). Концы первичных обмоток 3 соединены в общую точку. Каждый стержень 2 расщеплен на два участка 5 и 6. На участках 5 и 6 стержней 2 располагаются вторичные обмотки 4. Первый участок 5 стержня 2 имеет большее поперечное сечение, нежели сечение второго участка 6 стержня 2, причем число витков второй секции 8 вторичной обмотки 4, намотанной на второй участок 6, больше числа витков первой секции 7 вторичной обмотки 4, намотанной на первый участок 5. Конец первой секции вторичной обмотки 4 соединен с началом второй секции вторичной обмотки 4. Первичные обмотки 3 намотаны на участки 5 и 6 стержней 2, поверх первых 7 и вторых 8 секций вторичных обмоток 4.
Работа трехфазного трансформатора осуществляется следующим образом. Подается напряжение на первичную обмотку 3 трансформатора. Переменный ток, протекающий по первичной обмотке 3, создает переменный магнитный поток, проходящий по магнитопроводу, а именно: по стержням 2 и ярмам 1, причем, при заданном номинальном значении напряжения на первичной обмотке 3 переменный магнитный поток проходит по двум участкам 5 и 6 стержней 2, перераспределяется между ними и наводит в секциях 7, 8 вторичной обмотки 4 электродвижущие силы, которые суммируются и формируют напряжение на всей вторичной обмотке 4. Данное расположение первичных обмоток 3 в области участков 5, 6 стержней 2 вторичных обмоток 4 приводит к более сильной магнитной связи первичных и вторичных обмоток.
При увеличении напряжения на первичной обмотке 3 происходит увеличение тока, протекающего по первичной обмотке 3, следовательно, увеличивается переменный магнитный поток. Тогда из-за сильного магнитного поля на втором участке 6 стержня 2 его материал переходит в состояние насыщения, и магнитное сопротивление второго участка 6 стержня 2 увеличивается, а величина переменного магнитного потока, проходящего через второй участок 6 стержня 2, уменьшается. В этом случае основная часть переменного магнитного потока ответвляется в первый участок 5 стержня 2, так как он обладает большим поперечным сечением, и поэтому его материал ненасыщен, и магнитное сопротивление первого участка 5 стержня 2 мало по сравнению с магнитным сопротивлением второго участка 6 стержня 2. Эта часть переменного магнитного потока сцепляется с витками первой секции 7 вторичной обмотки 4, наводит в ней электродвижущую силу, которая, в основном, формирует напряжение на всей вторичной обмотке 4 трансформатора. Уменьшение величины Е, индуктируемой в секции 7 вторичной обмотки 4 компенсирует увеличение напряжения вторичной обмотки 8 из-за подъема напряжения на первичной обмотке 3. В результате сказанного, напряжение вторичной обмотки 8 остается на заданном уровне.
При уменьшении напряжения на первичной обмотке 3 ток, протекающий по первичной обмотке 3, будет уменьшаться, следовательно, он будет создавать меньший переменный магнитный поток, проходящий по магнитопроводу, состоящему из стержней 2 и ярем 1. При этом участок магнитной цепи, а именно, второй участок 6 стержня 2 со второй секцией 8 вторичной обмотки 4 выйдет из состояния насыщения, то есть его магнитное сопротивление уменьшится. Переменный магнитный поток, проходящий по первому и второму участкам 5 и 6 стержня 2, перераспределится между ними, и наведет в первой 7 и второй 8 секциях вторичной обмотки 4 ЭДС, которые суммируются и формируют напряжение на вторичной обмотке 4, причем величина ЭДС, индуктируемой во второй секции 8 вторичной обмотки 4 увеличится, что скомпенсирует влияние уменьшения напряжения на первичной обмотке 3 и напряжение вторичной обмотки 4 останется на заданном уровне.
Как можно заметить, заявленное расположение первичных обмоток 3 относительно вторичных обмоток 4, усиливает магнитную связь индуктивно связанных первичных 3 и вторичных 4 обмоток, вследствие того, что первичная 3 обмотка располагается поверх вторичной обмотки 4. В результате отмеченного повышается эффективность работы трехфазного трансформатора.