ТРАНСФОРМАТОР ТРЕХФАЗНЫЙ

Полезная модель относится к области радиоэлектроники и может использоваться при конструировании трехфазных трансформаторов.
Из уровня техники известен трансформатор трехфазный (Патент на полезную модель RU №105524, опубликовано 10.06.2011 г., МПК: H01F 27/08) содержащий верхний и нижний радиаторы, стержневой магнитопровод, зажатый двумя параллельными ярмами, каждый стержень магнитопровода расположен на равном расстоянии друг от друга и охвачен одинаковыми первичной обмоткой и группой вторичных обмоток. Радиаторы выполнены с занижениями на внутренних поверхностях и соединенные между собой крепежными элементами. Каждая вторичная обмотка выполнена в виде катушки в монолитном электроизоляционном корпусе с симметричными сквозными пазами на внешних торцевых поверхностях корпусов, проходящих через оси внутренних центральных отверстий, причем параллельные ярма размещены с одной стороны в пазах корпусов, а с другой стороны - в занижениях верхнего и нижнего радиаторов с установкой на теплопроводный компаунд, при этом зазоры между первичной обмоткой и стержнем магнитопровода и между первичной обмоткой и вторичной обмоткой заполнены электроизоляционным теплопроводным компаундом.
Недостатком данного устройства является недостаточная компактность, низкая эффективность отвод тепла от магнитопровода и обмоток.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению, является трансформатор трехфазных высоковольтных (Патент на полезную модель RU №106437, опубликовано 10.07.2011 г., МПК: H01F 30/12, H01F 27/08, H01F 27/24) содержащий верхний и нижний радиаторы, магнитопровод, состоящий из зажатых двумя параллельными ярмами стержней, каждый из которых охвачен первичной обмоткой и одной или более вторичной обмоткой. Верхний и нижний радиаторы, выполнены с окнами воздуховода и углублениями на внутренних поверхностях, соединенные крепежными элементами. Магнитопровод размещен между радиаторами и выполнен пространственным с тремя равноудаленными стержнями, охваченными одним или более катушечными блоками. Первичная обмотка каждого катушечного блока выполнена в виде бескаркасной катушки проводом прямоугольного сечения, установленным на малое ребро, с равномерным зазором между витками, заполненным изолятором, концентрично ей размещены одна или более вторичных обмоток, выполненных в виде монолитного корпуса обтекаемой формы с возможностью соединения между собой. Зазоры между стержнем и первичной обмоткой, между первичной и одной или более вторичными обмотками заполнены электроизоляционным теплопроводным компаундом, а ярма одной из своих сторон размещены в занижениях торцевых поверхностей катушечных блоков, а другой стороной установлены в углубления радиаторов на теплопроводный компаунд.
Недостатком данного устройства является недостаточная компактность, а также низкая эффективность отвода тепла от магнитопровода и обмоток.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении компактности конструкции при обеспечении электропрочности моточных узлов, повышении электромагнитных параметров магнитопровода и эффективности теплоотвода от магнитопровода и обмоток.
Технический результат достигается тем, что трансформатор трехфазный содержит магнитопровод, состоящий из зажатых двумя параллельными ярмами стержней, каждый из которых охвачен концентрично размещенными первичной обмоткой и вторичной обмоткой, верхний и нижний радиаторы, выполненные с окнами воздуховода и углублениями на внутренних поверхностях, соединенные крепежными элементами. При этом магнитопровод размещен между радиаторами и выполнен пространственным с тремя равноудаленными стержнями, охваченными катушечными блоками. Зазоры между стержнем и первичной обмоткой заполнены электроизоляционным теплопроводным компаундом, а ярма одной из своих сторон размещены в занижениях торцевых поверхностей катушечных блоков, а другой стороной установлены в углубления радиаторов на теплопроводный компаунд. Трасформатор трехфазный также содержит каркасы и фиксирующие колодки.
Каждый каркас из электроизоляционного материала выполнен с центральным отверстием и кольцевыми пазами на внешней поверхности, с намотанными в них секциями вторичной обмотки с наружной изоляцией, а также кольцевой проточкой, выполненной внутри одной из торцевых стенок, проходящей под кольцевыми пазами, с размещенной в ней первичной обмоткой.
Каждая первичная обмотка выполнена в виде катушки на гильзе со смещением к одному из торцов гильзы, с выводами со стороны выступающей части гильзы, причем свободный хвостовик гильзы с выводами катушки залиты электроизоляционным компаундом, при этом в центральном отверстии каркаса размещен стержень магнитопровода.
Ярма выполнены с контактными площадками на торцевых поверхностях, соразмерными с площадью и высотой микронеровностей торцевых поверхностей стержней, контактирующих с ними. Боковые цилиндрические поверхности катушечных блоков, обращенных к центральной оси трансформатора, частично перекрывают площадь окна воздуховода.
Сущность полезной модели поясняется чертежами Фиг.1- Фиг.12, где
Фиг.1 - общий вид трансформатора трехфазного;
Фиг.2 - вид трансформатора сверху;
Фиг.3 - общий вид верхнего радиатора;
Фиг.4 - общий вид нижнего радиатора;
Фиг.5 - верхнее и нижнее ярмо магнитопровода;
Фиг.6 - стержень магнитопровода;
Фиг.7 - катушка первичной обмотки;
Фиг.8 - катушка вторичной обмотки;
Фиг.9 - каркас вторичной обмотки;
Фиг.10 - колодка фиксирующая;
Фиг.11 - общий вид катушечного блока;
Фиг.12 - вид А Фиг.2.
Трансформатор трехфазный (Фиг.1-Фиг.12) содержит верхний 1 и нижний 2 радиаторы, размещенный между ними стержневой, пространственный магнитопровод, состоящий из зажатых двумя параллельными ярмами 3 трех стержней 4, расположенных со сдвигом в пространстве на 120°, каждый из которых охвачен концентрично размещенными первичной обмоткой и вторичной обмоткой в виде двухсекционной катушки, образующими катушечные блоки 5, а также колодки фиксирующие 6 и крепежные элементы 7.
Верхний 1 и нижний 2 радиаторы (Фиг.1, 3, 4) выполнены в виде плоских панелей из теплопроводящего материала, с центральными окнами воздуховода 8, занижениями 9 цилиндрической формы во внутренних поверхностях, сосными с центральными окнами воздуховода, для размещения ярм 3, с отверстиями 10 для крепежных элементов 7, а также отверстиями 11 для крепления трансформатора в изделии. Верхний 1 радиатор выполнен с тремя скосами, образуя форму, близкую к равностороннему треугольнику.
Верхнее и нижнее ярма 3 (Фиг.1, 5) выполнены в виде ленточного кольцевого магнитопровода с контактными площадками 12 на торцевых поверхностях, контактирующими с торцами стержней 4. Контактные площадки 12 выполнены соразмерными с площадью торцевой поверхности стержней 4 и высотой микронеровностей на ней, для обеспечения максимальной площади контактирования данных поверхностей. Для повышения электропрочности ярма 3 выполнены с пропиткой компаундом.
Наружный диаметр ярм 3 равен диаметру занижений 9 (Фиг.3, 4) верхнего 1 и нижнего 2 радиаторов, в которых размещаются верхнее и нижнее ярмо с установкой их на теплопроводный компаунд.
Стержни 4 магнитопровода (Фиг.6) выполнены ступенчатой формы в поперечном сечении из отдельных ступеней прямоугольной формы 13, 14 (Фиг.7) набранных из пластин и вписанных в окружность определенного диаметра, близкого к внутреннему диаметру первичной обмотки, для обеспечения максимального заполнения ее диаметра.
Торцевые поверхности стержней 4 выполнены с минимальной высотой микронеровностей для контактирования с контактными площадками 12 (Фиг.5) ярм 3.
Каждый катушечный блок 5 содержит стержень 4 магнитопровода который охвачен концентрично размещенными первичной и вторичной обмотками в виде катушек.
Каждая первичная обмотка выполнена в виде многорядной катушки 16 на гильзе 17 (Фиг.7), смещенной к одному из торцов гильзы, и выводами 18 со стороны выступающей части гильзы с выполнением наружной изоляцией 19 катушки, например, в виде намотки электроизоляционной ленты.
Гильза 17 выполнена из электроизоляционного материала в виде тонкостенной цилиндрической трубки.
Каждая вторичная обмотка выполнена в виде катушки 20 (Фиг.8) на каркасе 21 и состоящей из нескольких секций 22 с многорядной намоткой, с выводами 23 и наружной изоляцией 24 катушки, выполненной, например, в виде намотки электроизоляционной ленты.
Каркас 21 (Фиг.9) выполнен из электроизоляционного материала цилиндрической формы с ребрами 25 прямоугольной формы на внешней поверхности, образуя кольцевые пазы 26 для намотки секций 22, и центральным отверстием 27 для размещения первичной обмотки.
Внутри одной из торцевых стенок каркаса 21 выполнена кольцевая проточка 28, проходящая под кольцевыми пазами 26, для размещения первичной обмотки, при этом свободный хвостовик гильзы 17 с выводами 18 многорядной катушки 16 залиты электроизоляционным компаундом 29 (Фиг.11) до поверхности торцевой стенки.
Зазоры между каждым стержнем 4 магнитопровода и стенкой центрального отверстия 27 каркаса 2 заполнены электроизоляционным теплопроводным компаундом 30 (Фиг.11).
Для обеспечения прохождения воздушных потоков вокруг каждого катушечного блока 5, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях, катушечные блоки размещены с зазорами одинаковой величины между цилиндрическими поверхностями.
Каждая фиксирующая колодка 6 (Фиг.10) выполнена из электроизоляционного материала с центральным окном 31 прямоугольной формы со скосами в углах, близкой к форме стержня 4 в плане, для обеспечения его угловой фиксации, а также с пазом 32 криволинейной формы в торцевой поверхности для размещения и фиксации верхнего и нижнего ярма 3 и контактирования последних со стержнями 4, образуя магнитопровод.
Окна воздуховода 8 верхнего 1 и нижнего 2 радиаторов выполнены с таким диаметром, что боковые цилиндрические поверхности катушечных блоков 5, обращенные к центральной оси трансформатора, частично перекрывают площадь окна воздуховода 8 (Фиг.2, 3, 4), а скосы верхнего 1 радиатора частично открывают торцевую и боковую поверхность катушечных блоков для обеспечения их охлаждения.
Крепежные элементы 7, (Фиг.1, 2), скрепляющие между собой верхний 1 и нижний 2 радиаторы, и размещенный между ними магнитопровод, выполнены, например, в виде шпилек с гайками.
Сборка трансформатора трехфазного осуществляется следующим образом.
Выполняют намотку первичных обмоток в виде многорядной катушки 16 на гильзы 17 (Фиг.8, 9), смещая обмотку к одному из торцов гильзы с выполнением выводов 18 со стороны выступающей части гильзы с выполнением последующей наружной изоляции 19 катушки намоткой электроизоляционной лентой.
Выполняют намотку верхнего и нижнего ярма 3 (Фиг.1, 2, 3, 4, 6, 11) лентой из электротехнической стали марки O-0,1×6,5 III 49К2ФА в виде ленточного кольцевого магнитопровода. Для повышения электропрочности, ярма 3 выполнены с пропиткой компаундом, например в виде клея ВК-26.
На торцевых поверхностях намотанного ярма 3, контактирующих с шлифованными торцами стержней 4, выполняют контактные площадки 12, соразмерные с площадью торцевой поверхности стержней 4 и высотой микронеровностей, для обеспечения максимальной площади контактирования данных поверхностей.
Выполняют намотку вторичных обмоток на кольцевые пазы 26 каркасов 21 в виде многосекционных катушек 20, образующих несколько секций 22 с многорядной намоткой и выводами 23 с последующим выполнением наружной изоляции 24 катушки намоткой электроизоляционной лентой.
В кольцевых проточках 28 каркасов 21, проходящих под секциями 22 вторичных обмоток, размещают первичные обмотки. Зазоры между обмотками и стенками кольцевых проточек каркаса заполняют электроизоляционным теплопроводным компаундом 30 (Фиг.9), а свободные хвостовики гильз 17 с выводами 18 многорядных катушек 16 заливают электроизоляционным компаундом 29 (Фиг.9) до поверхностей торцевых стенок каркасов.
Зазоры между каждым стержнем 4 магнитопровода и стенкой центрального отверстия 27 каркаса 21, а также между первичной обмоткой и стенкой кольцевой проточки 28 каркаса заполняют электроизоляционным теплопроводным компаундом 30 (Фиг.9).
На торцевой поверхности каждого катушечного блока 5 размещают фиксирующие колодки 6, которые центральными окнами 31 устанавливают на стержень 4 магнитопровода, обеспечивая его угловую фиксацию и ориентируя его относительно торцевых поверхностей верхнего и нижнего ярм 3, размещаемых в пазах 32 фиксирующих колодок, образуя магнитопровод.
В отверстия 10 верхнего 1 и нижнего 2 радиаторов устанавливают крепежные элементы 7 (Фиг.1, 4) в виде шпилек с гайками, скрепляющие между собой радиаторы и размещенный между ними магнитопровод с катушечными блоками.
Примером использования заявляемого трансформатора трехфазного может служить трансформатор трехфазный, применяемый в высоковольтном выпрямителе РЭА, содержащий верхний 1 и нижний 2 радиаторы, размещенный между ними стержневой, пространственный магнитопровод, состоящий из зажатых двумя параллельными ярмами 3 трех стержней 4 каждый из которых охвачен концентрично размещенными первичной обмоткой и вторичной обмоткой в виде многосекционной катушки, образующими катушечные блоки 5, а также крепежные элементы 7.
Верхний 1 и нижний 2 радиаторы (Фиг.1-5) выполнены в виде плоских панелей из алюминиевого сплава АМг, с центральными окнами воздуховода 8 в виде отверстий (D=45 мм), с занижениями 9 (Фиг.5) цилиндрической формы диаметром (D=113 мм), соответствующими наружному диаметру ярм 3 во внутренних поверхностях, для размещения ярм, и отверстиями 10 для крепежных элементов 7, выполненных в виде шпилек, а также отверстиями 11 для крепления трансформатора в изделии.
Верхнее и нижнее ярмо 3 (Фиг.1, 2, 3, 4, 6) выполняют методом намотки из ленты 0-0,1×12,5 III 49Л2ФА в виде ленточного кольцевого магнитопровода. Наружний диаметр (D=113 мм) ярм 3 равен диаметру (D=113 мм) занижений 8 (Фиг.5) верхнего 1 и нижнего 2 радиаторов (Фиг.1-5), в которых размещают верхнее и нижнее ярмо 3 с установкой на теплопроводный компаунд, например пасту КТП-8.
Стержни 4 магнитопровода (Фиг.3, 4, 7 8, 9) выполнены ступенчатой формы в поперечном сечении из отдельных ступеней прямоугольной формы 13, 14, 15 (Фиг.7), набранных из пластин одинаковой ширины прямоугольной формы из ленты марки О-0,1-III-49К2ФА и вписанных в окружность, диаметром 26 мм, соответствующую внутреннему диаметру гильзы 17 первичной обмотки, для обеспечения максимального заполнения ее диаметра.
Трансформатор трехфазный работает следующим образом.
A
B
C
Синусоидальное симметричное трехфазное напряжение сети т.е. напряжение, состоящее из линейных составляющих А, В, С, которые имеют одинаковую амплитуду U=U=U и фазовый сдвиг 120° относительно друг друга, подается на одинаковые первичные обмотки, соединенные по схеме «звезда».
Во вторичных обмотках, одна из которых соединена по схеме «звезда», вторая по схеме «треугольник» наводится симметричная ЭДС, состоящая из линейных составляющих, которые имеют одинаковую амплитуду, имея фазовый сдвиг 120° относительно друг друга.
Л
Особенностью трансформатора является получение линейного выходного напряжения на каждой вторичной обмотке (U=10 кВ), при обеспечении компактности, эффективного теплоотвода и электроизоляции, конструкции его обмоток и трансформатора в целом, при этом его изготовление не требует уникальных материалов и специальных технологий, поэтому он может быть многократно воспроизведен в промышленном производстве.