Номер патента: 4162

Опубликовано: 26.02.2004

Автор: Хёглунд Леннарт

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Сердечник трансформатора, содержащий три стержня и ярма, соединяющие указанные стержни, причем стержни имеют поперечное сечение в форме выпуклого многоугольника с числом сторон, большим четырех, или близкого к окружности многоугольника, отличающийся тем, что сердечник сформирован из колец, изготовленных навивкой из лент постоянной ширины, причем каждое из указанных колец образует часть двух из указанных стержней и ярм, соединяющих указанные два стержня.

2. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что указанные стержни имеют шестиугольное поперечное сечение.

3. Сердечник трансформатора по п.2, отличающийся тем, что содержит девять колец.

4. Сердечник трансформатора по п.3, отличающийся тем, что содержит три кольца, имеющих первую ширину и первую высоту, и шесть колец, имеющих вторую ширину, соответствующую половине первой ширины, и вторую высоту, соответствующую половине первой высоты.

5. Сердечник трансформатора по п.4, отличающийся тем, что содержит первую (32), вторую (33) и третью (34) кольцевые части, причем каждая кольцевая часть содержит

первое кольцо (32a, 33a, 34a), навитое из лент первой ширины до первой высоты, причем это кольцо имеет ромбическое сечение с двумя углами по 60ш,

второе кольцо (32b, 33b, 34b), навитое из ленты второй ширины, по существу соответствующей половине первой ширины, до второй высоты, по существу соответствующей половине первой высоты, причем это кольцо имеет ромбическое сечение и наложено на указанное первое кольцо,

третье кольцо (32c, 33c, 34c), навитое из ленты второй ширины до второй высоты, причем это кольцо имеет ромбическое сечение и установлено в одно положение на указанном первом кольце(32a, 33a, 34a), смежном с указанным вторым кольцом, и в другое положение на указанном втором кольце,

причем сборкой указанных первой, второй и третьей кольцевых частей формируется сердечник трехфазного трансформатора, имеющий три стержня с шестиугольным поперечным сечением.

6. Сердечник трансформатора по п.2, отличающийся тем, что содержит семь колец.

7. Сердечник трансформатора по п.6, отличающийся тем, что содержит

первое (22a), второе (23a) и третье (24a) кольца, навитые из лент первой ширины до первой высоты, причем эти кольца имеют ромбические сечения с двумя углами по 60ш и формируют ярма, совместно образующие треугольник,

четвертое кольцо (24b), навитое из ленты указанной первой ширины до второй высоты, по существу соответствующей половине первой высоты, причем указанное четвертое кольцо имеет ромбоидное сечение и наложено на указанное третье кольцо (24a),

пятое кольцо (22b), навитое из ленты второй ширины, по существу соответствующей половине первой ширины, до указанной первой высоты, причем указанное пятое кольцо имеет ромбоидное сечение и наложено на указанное первое кольцо (22a),

шестое кольцо (23b), навитое из ленты второй ширины, по существу соответствующей половине первой ширины, до указанной второй высоты, причем указанное шестое кольцо имеет ромбическое сечение и наложено на указанное второе кольцо (23a),

седьмое кольцо (23c), навитое из ленты второй ширины до указанной второй высоты, причем указанное седьмое кольцо имеет ромбическое сечение и наложено на указанное второе кольцо (23a) и указанное шестое кольцо (23b).

8. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что указанные стержни имеют восьмиугольное поперечное сечение.

9. Сердечник трансформатора по п.8, отличающийся тем, что содержит первое, второе и третье профильные кольца, каждое из которых содержит по три кольца (42a, 42b, 42c) с двумя стержневыми частями и двумя ярмовыми частями, при этом

первое кольцо (42a) в своих стержневых частях имеет ромбическое сечение с углом 45ш, причем его ярмовые части отогнуты на 15ш в направлении, обеспечивающем смещение наружных боковых сторон его стержневых частей в сторону друг друга,

второе кольцо (42b) в своих стержневых частях имеет квадратные сечения и наложено на указанное первое кольцо,

третье кольцо (42c) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения, причем его первая стержневая часть с углом 45ш, в основном, наложена на указанное первое кольцо (42a), а вторая стержневая часть с углом 135ш наложена на указанное второе кольцо (42b),

причем сборкой указанных первой, второй и третьей кольцевых частей формируется сердечник трехфазного трансформатора, имеющий три стержня с восьмиугольным поперечным сечением.

10. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что указанные стержни имеют десятиугольное поперечное сечение.

11. Сердечник трансформатора по п.10, отличающийся тем, что содержит первое, второе и третье профильные кольца, каждое из которых содержит по пять колец (50a-50e) с двумя стержневыми частями и двумя ярмовыми частями, при этом

первое кольцо (50a) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения с углом 36ш,

второе кольцо (50b) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения с углом 72ш,

третье кольцо (50c) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения с углом 108ш,

четвертое кольцо (50d) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения с углом 36ш и, в основном, наложено на первое кольцо (50a), причем его ярмовые части развернуты наружу на 24ш,

пятое кольцо (50e) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения с углом 144ш в той части, которая наложена на третье кольцо (50c), и ромбические сечения с углом 72ш в той части, которая лежит снаружи четвертого кольца (50d), причем в пятом кольце имеется канал (51) для охлаждения стержня, находящегося снаружи относительно пятого кольца (50e),

причем сборкой указанных первой, второй и третьей кольцевых частей формируется сердечник трехфазного трансформатора, имеющий три стержня с десятиугольным поперечным сечением.

12. Сердечник трансформатора по п.11, отличающийся тем, что имеет каналы (52a, 52b, 53a, 53b), образованные приданием наружной части третьего кольца (50c) ромбического сечения с углом 72ш и смещением другой наружной стержневой части третьего кольца в сторону пятого кольца (50e) в его зоне, расположенной внутри стержня.

13. Сердечник трансформатора по п.10, отличающийся тем, что содержит стержни с многоугольным поперечным сечением и профильные кольца, содержащие первую группу колец с ромбическим сечением, имеющих различные углы, но развернутые в своих стержневых частях на одинаковый угол, связанные с многоугольным поперечным сечением и расположенные внутри второй группы колец с ромбическим сечением, имеющих различные углы, но развернутых в своих стержневых частях на одинаковый угол, связанных с первой группой колец, и так далее, до тех пор, пока внутри не останется свободным пространство для колец, которое в одной из стержневых частей имеет сечение и угол разворота, отличные от аналогичных параметров в другой стержневой части.

14. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что все кольца имеют ромбическое сечение с двумя углами по 60ш и двумя углами по 120ш.

15. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что снабжен дополнительным сердечником (70), сформированным из лент, расположенных между обмотками и сгруппированных в верхней и нижней частях сердечника.

16. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что снабжен по меньшей мере одним дополнительным сердечником, расположенным по центральной линии по меньшей мере одного полюса стержня, причем в случае наличия нескольких дополнительных сердечников они объединены в пакет (см. фиг. 8 и 9), состоящий из двух групп по три сердечника, причем полюса отогнуты к каждой перемычке.

17. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что сегменты между поперечным сечениями стержней и описывающей их окружностью частично заполнены тонкими кольцами и/или лентами немного большей ширины.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к сердечникам трансформаторов и, в особенности, к сердечникам трехфазных трансформаторов,имеющим стержни с сечением в форме правильного многоугольника. Уровень техники Сердечники трехфазных трансформаторов обычно изготавливаются из трансформаторных пластин. В малых трансформаторах пластины имеют Ш-образный профиль, а в более крупных трансформаторах сердечники собираются из пластин прямоугольного сечения. Их недостаток состоит в том, что магнитное поле должно проходить от пластины к пластине через их кромки, т. е распространяться не по кратчайшей траектории и не всегда в направлении ориентации магнитных линий. Разработчики трансформаторов стремились к созданию стержней сердечников, по существу, с круглым поперечным сечением, поскольку оно обеспечивает наибольшую эффективность собранного трансформатора. Однако между эффективностью и технологичностью всегда должен выбираться некоторый компромисс, который приводит к субоптимальным сердечникам с некруглыми стержнями. До настоящего времени ленточные сердечники для трехфазных трансформаторов были сложны в изготовлении. Эффективность сердечника может быть повышена за счет вырезания лент различной ширины и навивки колец,которым придается круглое поперечное сечение для однофазных трансформаторов и полукруглое сечение для трехфазных. Данный подход приводит к значительному объему отходов,причем процесс навивки становится весьма трудоемким. В патенте США 4557039 описан способ изготовления трансформаторных сердечников с использованием лент из электротехнической стали, которые сужаются примерно под постоянным углом. За счет выбора походящего угла,под которым происходит сужение, обеспечивается возможность получения стержней сердечника с поперечным сечением, имеющим форму шестиугольников или более высокой степени аппроксимации круглого сечения. Однако ленты уменьшающейся ширины сложны и трудоемки в изготовлении; при этом конструкция данного сердечника непригодна для крупносерийного производства. На фиг. 1, 1 а, 1b приведен известный сердечник трехфазного трансформатора по указанному патенту США 4557039. В сечении сердечник в целом имеет треугольную форму, как это видно из его перспективного изображения,причем три его сердечника соединены между собой ярмами. На фиг. 1 а показано поперечное сечение сердечника перед окончательной сборкой. Сердечник содержит три идентичных дета 004162 2 ли 12, 13, 14 кольцевой формы, общий вид которых представлен на фиг. 1. Каждая кольцевая деталь составляет половину одного из двух стержней, имеющих шестиугольное поперечное сечение (см. фиг. 1 а), так что всего образуется три стержня сердечника трехфазного трансформатора. Кольцевые части сначала формируются путем навивки из лент постоянной ширины с получением трех идентичных колец 12 а, 13 а,14 а, имеющих ромбическое поперечное сечение,в котором два угла составляют по 60 и два угла по 120. Эти кольца 12 а-14 а соответствуют базовым кольцам. Ориентация лент также видна из фиг. 1 а, 1b. Снаружи базового кольца у каждой кольцевой части 12 а-14 а имеется наружное кольцо 12b, 13b, 14b с поперечным сечением в форме правильного треугольника. Наружные кольца изготовлены навивкой из лент с постоянно уменьшающейся шириной. Как показано на фиг. 1b, когда три части 12-14 собраны вместе, они образуют три шестигранных стержня, на которые наматываются трансформаторные обмотки. Недостаток подобного решения заключается в том, что для каждого размера трансформатора требуется различная нарезка лент. Кроме того, наружные кольца 12-14 изготавливаются из лент уменьшающейся ширины, что связано с появлением отходов. При этом трансформатор становится сложным в изготовлении. Сердечники трансформаторов описаны также в следующих документах: SE 163797, US 2458112, US 2498747, US 2400184 и US 2544871. Однако в сердечниках, описанных в перечисленных документах, указанные проблемы также не решены. Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании трансформаторного сердечника, в котором минимизированы энергетические потери. Следующая задача заключается в создании сердечника трансформатора, который прост в изготовлении и позволяет избежать значительных отходов материала. Дальнейшая задача состоит в разработке способа изготовления трансформатора, отвечающего требованиям крупносерийного производства. Изобретение основано на осознании того,что сердечник трансформатора, имеющий один или более стержней в форме правильного многоугольника с числом сторон более 4, может быть получен навивкой из лент постоянной ширины. Согласно изобретению создается трансформаторный сердечник, содержащий три стержня и ярма, соединяющие указанные стержни, причем поперечное сечение указанных стержней имеет форму правильного многоугольника с числом граней более 4. Сердечник 3 характеризуется тем, что выполнен из колец,навитых из лент постоянной ширины, причем каждое из указанных колец образует часть двух указанных стержней и ярм, соединяющих указанные два стержня. Различные предпочтительные варианты выполнения изобретения определены в зависимых пунктах формулы. Перечень фигур чертежей Далее будет подробно описан предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения. Прилагаемые чертежи составляют часть описания. На фиг. 1 дано перспективное изображение известного сердечника трехфазного трансформатора, изготовленного из колец с ромбическим и треугольным сечениями. Фиг. 1 а и 1b - это поперечные сечения сердечника по фиг. 1 до и после сборки соответственно. На фиг. 2 дано перспективное изображение сердечника трехфазного трансформатора по настоящему изобретению с шестигранными стержнями. Фиг. 2 а и 2b - это поперечные сечения сердечника по фиг. 2 до и после сборки соответственно. Фиг. 3 а и 3b - это поперечные сечения альтернативного сердечника трехфазного трансформатора с шестигранными стержнями до и после сборки соответственно. На фиг. 4 дано перспективное изображение сердечника трехфазного трансформатора по настоящему изобретению с восьмигранными стержнями. Фиг. 4 а - это поперечное сечение сердечника по фиг. 4. Фиг. 5 - это поперечное сечение сердечника с 10 сторонами. Фиг. 6 - это поперечное сечение сердечника с 12 сторонами. На фиг. 7-9 представлена схема изменения индуктивности рассеяния и гармоник в трехфазном трансформаторе. Фиг. 10 - это поперечное сечение сердечника трехфазного трансформатора со специальными ярмами для улучшения магнитного потока. На фиг. 12-14 представлены сердечники однофазного трансформатора согласно настоящему изобретению. Фиг. 15-17 иллюстрируют дальнейшие усовершенствования формы поперечного сечения сердечника трансформатора. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Далее будут описаны предпочтительные варианты выполнения сердечника трансформатора по настоящему изобретению. Фиг. 1 уже была обсуждена в связи с известным сердечником и поэтому не требует дальнейшего рассмотрения. 4 На фиг. 2 представлен сердечник трехфазного трансформатора по настоящему изобретению, обозначенный в целом, как 20. По своей форме он аналогичен известному трансформаторному сердечнику по фиг. 1, т.е. имеет дельтовидное поперечное сечение. Однако его конструкция радикально отличается от известной конструкции. Сердечник изготовлен из трех частей 22,23, 24 кольцевой формы, содержащих по несколько колец. Используются кольца с двумя различными значениями ширины, т.е. широкие и узкие кольца. При этом узкие кольца изготовлены из ленты, имеющей половинную ширину по сравнению с широкими кольцами. Кроме того, кольца могут быть высокими или низкими,т.е. имеют одно из двух значений по высоте,причем высота низких колец составляет половину высоты высоких колец. Данные определения колец будут использоваться на протяжении всего дальнейшего описания, за исключением специально оговариваемых случаев. Ленты предпочтительно изготавливаются из листов трансформаторной стали. Каждая из кольцевых частей 22-24 содержит высокое базовое кольцо 22 а-24 а соответственно, сходное с кольцами, описанными со ссылкой на фиг. 1. Таким образом, эти кольца попарно образуют четыре стороны шестигранных сердечников. Остающиеся ромбы сердечников выполняются различным образом (см. фиг. 2 а и 2b). В первом стержне 25, расположенном на заднем плане, дополнительное ромбическое поперечное сечение образовано двумя ромбоидами. Первый из них, обозначенный, как 24b и принадлежащий кольцевой части 24, представляет собой широкое низкое кольцо. Второй,обозначенный, как 22b и принадлежащий кольцевой части 22, представляет собой узкое высокое кольцо. Во втором сердечнике 26, расположенном на фиг. 2 справа, дополнительное ромбическое поперечное сечение образовано одним ромбоидом и двумя ромбами. Ромбоид заполнен узким высоким кольцом 22b, принадлежащим кольцевой части 22. Ромбы заполнены двумя узкими низкими кольцами 23b, 23 с, принадлежащими кольцевой части 23. В третьем стержне 27 (слева на фиг. 2) дополнительное ромбическое поперечное сечение также образовано одним ромбоидом и двумя ромбами. Ромбоид заполнен узким высоким кольцом 24b, принадлежащим кольцевой части 24. Ромбы заполнены двумя узкими низкими кольцами 23b, 23 с, принадлежащими кольцевой части 23. Причина, по которой кольцевая часть 23 содержит два низких узких кольца, вместо одного большего кольца, заключается в том, что это большее кольцо не может быть узким, и высоким (как это требуется для левого стержня 5 27), и одновременно широким и низким (как это требуется для правого стержня 26). Как следствие, используются два узких низких кольца. Все верхние или нижние ярма, соединяющие стержни 25-27, имеют различные профили,но все они построены на основе одного базового кольца с большим ромбическим поперечным сечением плюс одного кольца с ромбоидным поперечным сечением или двух колец с малым ромбическим поперечным сечением. Ромбическое пространство вне базовых колец может быть, разумеется, заполнено в соответствии с двумя основными принципами. Далее, со ссылкой на фиг. 3 а и 3b, будет описан второй вариант сердечника. Сердечник, в целом обозначенный, как 30, имеет профиль, аналогичный профилю описанного первого варианта сердечника. Однако во втором варианте сердечник содержит три идентичные кольцевые части 32-34, из которых далее будет описана одна(крайняя справа). Кольцевые части 32-34 аналогичны части 23, описанной со ссылкой на фиг. 2, причем каждая кольцевая часть содержит широкое и высокое основное кольцо, обозначенное соответственно, как 32 а-34 а. В первом стержне 35 часть 32 включает в себя два узких низких кольца 32b, 32 с, причем кольцо 32 с намотано снаружи кольца 32b. Во втором стержне 36 часть 32 включает в себя два кольца 32b, 32 с,расположенные смежно по отношению друг к другу (см. фиг. 3 а). Две другие части 33, 34 идентичны части 32. Благодаря этому, как правило, достигается упрощение производства сердечника, пропорциональное объему производства, поскольку три кольцевые части 32-34 могут изготовляться по одному шаблону. Еще один вариант заключается в применении широких низких колец и в развороте стержней на 60, с обеспечением соответствующего изгибания деталей ярм. При этом ярма будут занимать увеличенный объем, причем их изгибание довольно трудно осуществить. Можно также, хотя это и сложно, использовать узкие высокие кольца, при условии их разворота и изгибания, как это описано выше. Возможны также и другие варианты, в том числе с использованием более мелких деталей. Далее, со ссылками на фиг. 4 и 4 а, будет описан сердечник с восьмигранными стержнями. Как видно на примере стержня 45, расположенного с задней стороны, в случае восьмиугольного сечения стороны развернуты на 45,что означает, что они расположены под углом 135 по отношению друг к другу. Таким образом, три ромба, каждый с углом 45, располагаются у внутренних кромок стержней сердечника. Снаружи этих ромбов два квадрата заполнены кольцами с квадратным поперечным сечением. Остальная часть восьмиугольного поперечного сечения стержня заполнена ромбом. 6 Из шести названных участков поперечного сечения три участка образуют поперечное сечение профильного кольца, отходящего ко второму стержню 46. Остальные участки образуют поперечное сечение профильного кольца, отходящего к третьему стержню 47. Имеется также профильное кольцо, соединяющее второй и третий стержни 46, 47. Каждое из трех профильных колец содержит два кольца с одинаковыми частями, образующими стержень. Первое кольцо 42 а, 43 а, 44 а имеет ромбическое поперечное сечение и частиярма, отогнутые на 15. Второе кольцо 42b, 43b,44b, расположенное снаружи первого кольца,имеет квадратное поперечное сечение и следует форме первого кольца 42 а-44 а. Аналогично решению, примененному в вариантах с шестигранными стержнями, показанными на фиг. 2 и 3, два внешних ромба составляют поперечное сечение наружного кольца с ярмами, отогнутыми на 15. Альтернативно, два внутренних ромба образуют внутреннее кольцо,будучи отогнутыми на 60. Следующее кольцо должно обеспечить наружный ромб в одном стержне и внутренний ромб в другом и при этом быть отогнутым на 30. Предпочтительно использовать профильные кольца одного типа,поскольку затруднительно отогнуть кольцо на 60; кроме того, не удается обойтись без кольца,формирующего и наружный, и внутренний ромбы. Третье кольцо 42 с, входящее в часть 42,имеет ромбическое поперечное сечение в зонах,соответствующих стержням. В заднем стержне 45 оно занимает наружное положение, но расположено внутри правого стержня 46. Указанные ромбы в стержневых частях формируются смещением наружных лент кольца вправо для правого стержня 46 и влево для заднего стержня 45. Далее, стержни симметрично разворачивают на 30 и соответственно отгибают ярма. Кольцу придают такой контур, что оно будет лежать снаружи относительно других колец. Окончательный результат представлен на фиг. 4. Далее, со ссылкой на фиг. 5, будет описан сердечник с десятигранными стержнями. Все профильные кольца содержат по четыре кольца с одинаковыми стержневыми частями. Первое кольцо 50 а, второе кольцо 50b и третье кольцо 50 с, имеющие ромбическое поперечное сечение в своих стержневых частях, связаны с формированием десятиугольного поперечного сечения. Соответственно, их углы составляют 36, 72 и 108, а их ярма отогнуты на 24. Четвертое кольцо 50d, имеющее ромбическое сечение с углом 36, в основном, лежит на первом кольце 50 а. Стержневые части этого кольца развернуты наружу на 24, что приводит к изгибанию ярм на 48. Чтобы обеспечить пространство для четвертого кольца 50d, требуется, чтобы ярма третьего кольца 50 с были изогнуты по более длинной траектории. 7 Пятое кольцо 50 е имеет ромбоидное поперечное сечение в своих стержневых частях. В зоне, где оно находится снаружи третьего кольца 50 с, угол между его сторонами равен 144, но в зоне, где оно находится снаружи четвертого кольца 50d, этот угол равен 72. Ярма отогнуты только на 12. Стрелки i на фиг. 5 указывают,что поперечные сечения 50 е принадлежат различным профилированным кольцам. Предусмотрен также канал 51, предназначенный для охлаждения стержней. В альтернативном варианте канал заполнен кольцом. Это является преимуществом, когда кольца взаимодействуют,позволяя магнитному полю распространяться из одного в другое. Пространство канала может быть использовано, например, таким образом,что верхняя часть колец 50 с приобретает новые ромбические сечения с углом 72, что приводит к образованию каналов 52 а и 52b. Другие части кольца 50 с справа на фигуре могут быть смещены к кольцу 50 е, которое формирует каналы 53 а и 53b. Имеется возможность формировать трансформаторные сердечники с еще большим числом граней. На фиг. 6 представлен 12-гранный сердечник, обозначенный в целом, как 60. Профильные кольца состоят из четырех колец 60a60d с ромбическими поперечными сечениями с углами 30, 60, 90 и 120, которые связаны с 12 угольным поперечным сечением и развернуты на 15. Внутри этих колец имеются два кольца 60 е, 60f с ромбическими поперечными сечениями с углами, равными 30 и 60 соответственно,которые развернуты наружу на 15. С пятым и шестым кольцами 60 е, 60f связано пространство для кольца 60g, имеющего ромбическое сечение с углом 30, развернутое наружу на 45. Его вторая стержневая часть вне шестого кольца 60f представляет собой прямоугольник, развернутый наружу на 15. На кольце 60d предусмотрено пространство для кольца 60h, имеющего ромбическое сечение с углом 150, вторая стержневая часть которого прикреплена к кольцу 60d и к наружному кольцу 60f. В результате все поперечное сечение оказывается заполненным. Ярма пространственно разделены за счет того, что изогнуты по более длинной траектории с тем, чтобы обеспечить пространство для других ярм. Для некоторых применений трансформаторов высокие характеристики описанных трансформаторных сердечников могут быть еще улучшены. Это иллюстрируется фиг. 7. Индуктивность рассеяния может быть легко увеличена использованием дополнительного сердечника 29, навитого из лент и установленного между первичными и вторичными обмотками трансформатора. Ленты сгруппированы вверху и внизу. Ленты могут быть распределены вокруг всей первичной обмотки или сконцентрированы в одном месте, с выполнением вторичной обмотки эксцентричной. 8 Нелинейные магнитные свойства железа приводят к возникновению гармоник в магнитных полях, напряжениях и токах. При совершенно симметричных трехфазных условиях и при отсутствии искажений магнитное поле не будет действовать на дополнительный стержень, помещенный в центре сердечника. Однако общие компоненты в фазовых напряжениях типа третьих гармоник будут испытывать влияние центрального стержня. Возможно также применение лент между обмотками и центральным стержнем. В одном из вариантов реализации изобретения центральный стержень состоит из трех прямоугольных полюсов 80, изготовленных из лент, высота которых в три раза превышает их ширину. Ленты наложены друг на друга с формированием квадратного поперечного сечения,как это показано на фиг. 8. Полученный профиль имеет, по существу, треугольную форму; в этом конкретном индивидуальном варианте могут быть использованы полюса с ромбическим поперечным сечением. Три таких полюса объединяются с формированием пакета, в котором концы лент волнообразно выступают друг относительно друга (см. фиг. 9). Три пакета устанавливаются на небольшом расстоянии друг от друга, чтобы образовать сердечник с поперечным сечением, приближающимся к треугольному. Концы полюсов отогнуты наружу для того,чтобы они доходили до ярм. Для обеспечения возможности отгибания между полюсами необходимо разместить прокладки. Прокладки не влияют на магнитные свойства, поскольку для образования каждого ярма отгибается по одному полюсу из каждого пакета 91 а-с, 92 а-с, 93 а-с. Кроме того, ленты, по меньшей мере, на одной стороне, параллельны прокладкам. Полезным является также использование стержня, изготовленного спиральной навивкой из лент, особенно если между центральным стержнем и ярмами должны иметься воздушные промежутки. Для того чтобы уменьшить эти воздушные промежутки, спираль может быть сделана более широкой по концам. Как видно из фиг. 10, гибкость сердечников, подобных описанному, является хорошей. На данной фигуре представлен сердечник, описанный в связи с фиг. 4. Основная часть магнитного потока может переходить из одного профилированного кольца в другое через стержни, в зоне их касания. Это обеспечивает возможность вращения более значительных потоков в треугольнике, образованном ярмами. На основе настоящего изобретения может быть также получен сердечник трехфазного трансформатора с линейным расположением стержней. Достоинство такой схемы в том, что трансформатор становится более узким, чем в случае применения дельтовидного сердечника. Трансформатор подобного типа идеален, на 9 пример, для установки в железнодорожных вагонах. На фиг. 11 а показано поперечное сечение трансформатора с восьмигранными стержнями. Каждый стержень содержит по четыре ромба с углом 45 и два квадрата. На данной фигуре видны кольца, расположенные между соседними стержнями, тогда как кольца, расположенные между наружными стержнями, почти полностью закрыты. Для того чтобы изготавливать трансформаторные сердечники этого типа, их стержневые части должны быть выполнены с возможностью изгибания, а ярма также должны быть изгибаемыми, чтобы проходить мимо друг друга. Эта задача имеет несколько решений, одно из которых показано на фигуре. Стержневые части колец отогнуты наружу, а части ярм - вовнутрь или наоборот. Ограниченные возможности пластической деформации накладывают ограничения на форму частей, образующих ярма; не считая этого, ярма могут иметь любую форму. Фиг. 11 иллюстрирует реализацию идеи прямых ярм с крутым изгибом. Кольца могут также помещаться друг на друга с тем, чтобы получить плавные изгибы в целях экономии материала. Ярма между левым стержнем 115 и центральным стержнем 116 образованы кольцом 112 а, имеющим в стержневой части ромбическое сечение, кольцом 112b с квадратным сечением, отогнутым, как и кольцо 112 а, на 22,5, и ромбическим кольцом 112 с, развернутым в своих стержневых частях на 67,5. Кольца 112 а и 112b вписываются в восьмигранники вблизи расположения ярм, тогда как кольцо 112 с вписывается с противоположной стороны. Ярмо между центральным стержнем 116 и правым стержнем 117 может находиться только в центральном стержне, в остающихся участках 114 а-с. Поперечные сечения левого и правого стержней являются зеркальными отражениями сечения центрального стержня. Поэтому кольца,проходящие по центральному стержню, симметричны. Внутренние кольца 114 а, 114b имеют наиболее сближенные положения в правом стержне 117. Тем не менее, кольцо 114 с с квадратным сечением в стержневых частях наиболее приближено к квадратному сечению именно в правом стержне. Это объясняется тем, что кольцо 113 а с квадратным сечением между наружными стержнями занимает внешнее положение по отношению к уже имеющимся ярмовым частям для того, чтобы иметь возможность подойти к левому стержню. В некоторых случаях оказывается невозможным обеспечить разворот ярм. В качестве альтернативы используется складка, имеющая значительный наклон. Это показано на примере кольца 114 с, имеющего самую короткую перемычку. Складка начинается на одном конце ярма и заканчивается на другом его конце, обо 004162 10 значенном на фиг. 11, как 118 а для нижнего ярма и как 118b для верхнего ярма. Кроме того,ярма могут быть разделены на несколько узких колец. Однофазные трансформаторы также могут быть сделаны более эффективными, если в них применены многоугольные поперечные сечения. На фиг. 12 приведен трансформатор с восьмиугольным поперечным сечением, образованный кольцами с одинаковыми поперечными сечениями, как и трехфазные трансформаторы,но с обратными ветвями, проходящими вплотную с внешней стороны обмоток. При транспонировании колец также можно получить восьмиугольное поперечное сечение. Небольшое сокращение в расходе материала пластин может быть получено, например, образованием петли слева от кольца, делающего петлю, занимающую на фиг. 12 крайнее правое положение. При этом поперечное сечение должно быть изменено на ромбическое, близкое к квадратному. Сердечник с двумя стержнями может быть получен на базе трехфазных схем, путем совместного отгибания колец от одного стержня с образованием только одного дополнительного стержня. На фиг. 13 показан сердечник, имеющий восьмиугольное сечение в своих стержневых частях. Разворот трех стержневых частей составляет 45, а их отгибание - 90. Кольцо с прямоугольным сечением и два кольца, лежащие снаружи по отношению к нему, не деформированы. Для сердечников с шестигранными стержнями требуется всего три кольца, выполненных из лент одинаковой ширины. Если та сторона восьмиугольника, где сходятся три ромбических стороны, занимает в сердечнике внутреннее положение, развороты составят всего 22,5, за исключением ромба в середине, который должен быть развернут на 67,5. Замена этого ромба кольцом со ступенями, аппроксимирующими ромб, показанная на фиг. 14, является более реалистичной. Дальнейшее усовершенствование состоит в предоставлении лентам возможности достигать окружности, увеличивая тем самым суммарное поперечное сечение. Сегменты, находящиеся снаружи многоугольного стержня, могут быть заполнены тонким ромбическим кольцом из ленты, ширина которой равна половине ширины, а высота полной высоте сегмента, которая намотана на ее полную ширину. Складки на лентах вдоль средней линии ромба, подобные показанным на фиг. 15, преобразуют две стороны в одну плоскую сторону в форме треугольника, стороны которого находятся в контакте с сердечником. Складка на краю самой внутренней ленты, составляющая примерно 2/3 от ее ширины и 8/9 от высоты,образует трапецеидальное поперечное сечение,показанное на фиг. 16. Поперечное сечение может быть и закругленным. 11 Как показано на фиг. 17, 17 а и 17b, с использованием лент постоянной ширины, стержневым частям может быть придано поперечное сечение, близкое к форме окружности. В качестве примера будет описан правый стержень 172 на фиг. 17, со ссылкой на фиг. 17 а, на которой показано сечение этого стержня горизонтальной плоскостью. Самую внутреннюю часть стержня,примерно на 80% от его полной ширины и на высоту, соответствующую 9% от его ширины,составляют кольца 173. Имеется три таких кольца, доходящих до описывающей их окружности, как это видно из фиг. 17 а. Четыре из шести сегментов были заполнены магнитным материалом; остальные сегменты могут быть заполнены лентами, находящимися снаружи собранного сердечника. Кольцо 174 может быть помещено на наружные стороны шестиугольников. На фиг. 17 показан другой вариант реализации, в котором в наружных кольцах кольцо 174 было заменено более широкими лентами. Некоторые достоинства трансформаторного сердечника по настоящему изобретению уже упоминались. Среди прочих достоинств можно указать следующие: меньшие нагрузки в холостом режиме; меньшая масса; меньший объем,меньшее электрическое рассеяние, уменьшение уровня гармоник благодаря симметрии фаз в трехфазном трансформаторе, простое обслуживание и др. Выше были описаны предпочтительные варианты выполнения трансформаторного сердечника по настоящему изобретению. Специалисту в данной области будет понятно, что, не выходя за пределы изобретения, в них могут быть внесены различные изменения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Сердечник трансформатора, содержащий три стержня и ярма, соединяющие указанные стержни, причем стержни имеют поперечное сечение в форме выпуклого многоугольника с числом сторон, большим четырех, или близкого к окружности многоугольника, отличающийся тем, что сердечник сформирован из колец,изготовленных навивкой из лент постоянной ширины, причем каждое из указанных колец образует часть двух из указанных стержней и ярм, соединяющих указанные два стержня. 2. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что указанные стержни имеют шестиугольное поперечное сечение. 3. Сердечник трансформатора по п.2, отличающийся тем, что содержит девять колец. 4. Сердечник трансформатора по п.3, отличающийся тем, что содержит три кольца,имеющих первую ширину и первую высоту, и шесть колец, имеющих вторую ширину, соответствующую половине первой ширины, и вто 004162 12 рую высоту, соответствующую половине первой высоты. 5. Сердечник трансформатора по п.4, отличающийся тем, что содержит первую (32),вторую (33) и третью (34) кольцевые части,причем каждая кольцевая часть содержит первое кольцо (32 а, 33 а, 34 а), навитое из лент первой ширины до первой высоты, причем это кольцо имеет ромбическое сечение с двумя углами по 60,второе кольцо (32b, 33b, 34b), навитое из ленты второй ширины, по существу соответствующей половине первой ширины, до второй высоты, по существу соответствующей половине первой высоты, причем это кольцо имеет ромбическое сечение и наложено на указанное первое кольцо,третье кольцо (32 с, 33 с, 34 с), навитое из ленты второй ширины до второй высоты, причем это кольцо имеет ромбическое сечение и установлено в одно положение на указанном первом кольце(32 а, 33 а, 34 а), смежном с указанным вторым кольцом, и в другое положение на указанном втором кольце,причем сборкой указанных первой, второй и третьей кольцевых частей формируется сердечник трехфазного трансформатора, имеющий три стержня с шестиугольным поперечным сечением. 6. Сердечник трансформатора по п.2, отличающийся тем, что содержит семь колец. 7. Сердечник трансформатора по п.6, отличающийся тем, что содержит первое (22 а), второе (23 а) и третье (24 а) кольца, навитые из лент первой ширины до первой высоты, причем эти кольца имеют ромбические сечения с двумя углами по 60 и формируют ярма, совместно образующие треугольник,четвертое кольцо (24b), навитое из ленты указанной первой ширины до второй высоты, по существу соответствующей половине первой высоты, причем указанное четвертое кольцо имеет ромбоидное сечение и наложено на указанное третье кольцо (24 а),пятое кольцо (22b), навитое из ленты второй ширины, по существу соответствующей половине первой ширины, до указанной первой высоты, причем указанное пятое кольцо имеет ромбоидное сечение и наложено на указанное первое кольцо (22 а),шестое кольцо (23b), навитое из ленты второй ширины, по существу соответствующей половине первой ширины, до указанной второй высоты, причем указанное шестое кольцо имеет ромбическое сечение и наложено на указанное второе кольцо (23 а),седьмое кольцо (23 с), навитое из ленты второй ширины до указанной второй высоты,причем указанное седьмое кольцо имеет ромбическое сечение и наложено на указанное второе кольцо (23 а) и указанное шестое кольцо (23b). 13 8. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что указанные стержни имеют восьмиугольное поперечное сечение. 9. Сердечник трансформатора по п.8, отличающийся тем, что содержит первое, второе и третье профильные кольца, каждое из которых содержит по три кольца (42 а, 42b, 42 с) с двумя стержневыми частями и двумя ярмовыми частями, при этом первое кольцо (42 а) в своих стержневых частях имеет ромбическое сечение с углом 45,причем его ярмовые части отогнуты на 15 в направлении, обеспечивающем смещение наружных боковых сторон его стержневых частей в сторону друг друга,второе кольцо (42b) в своих стержневых частях имеет квадратные сечения и наложено на указанное первое кольцо,третье кольцо (42 с) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения, причем его первая стержневая часть с углом 45, в основном, наложена на указанное первое кольцо(42 а), а вторая стержневая часть с углом 135 наложена на указанное второе кольцо (42b),причем сборкой указанных первой, второй и третьей кольцевых частей формируется сердечник трехфазного трансформатора, имеющий три стержня с восьмиугольным поперечным сечением. 10. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что указанные стержни имеют десятиугольное поперечное сечение. 11. Сердечник трансформатора по п.10, отличающийся тем, что содержит первое, второе и третье профильные кольца, каждое из которых содержит по пять колец (50 а-50 е) с двумя стержневыми частями и двумя ярмовыми частями, при этом первое кольцо (50 а) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения с углом 36,второе кольцо (50b) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения с углом 72,третье кольцо (50 с) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения с углом 108,четвертое кольцо (50d) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения с углом 36 и, в основном, наложено на первое кольцо(50 а), причем его ярмовые части развернуты наружу на 24,пятое кольцо (50 е) в своих стержневых частях имеет ромбические сечения с углом 144 в той части, которая наложена на третье кольцо(50 с), и ромбические сечения с углом 72 в той части, которая лежит снаружи четвертого кольца (50d), причем в пятом кольце имеется канал(51) для охлаждения стержня, находящегося снаружи относительно пятого кольца (50 е), 004162 14 причем сборкой указанных первой, второй и третьей кольцевых частей формируется сердечник трехфазного трансформатора, имеющий три стержня с десятиугольным поперечным сечением. 12. Сердечник трансформатора по п.11, отличающийся тем, что имеет каналы (52 а, 52b,53a, 53b), образованные приданием наружной части третьего кольца (50 с) ромбического сечения с углом 72 и смещением другой наружной стержневой части третьего кольца в сторону пятого кольца (50 е) в его зоне, расположенной внутри стержня. 13. Сердечник трансформатора по п.10, отличающийся тем, что содержит стержни с многоугольным поперечным сечением и профильные кольца, содержащие первую группу колец с ромбическим сечением, имеющих различные углы, но развернутые в своих стержневых частях на одинаковый угол, связанные с многоугольным поперечным сечением и расположенные внутри второй группы колец с ромбическим сечением, имеющих различные углы, но развернутых в своих стержневых частях на одинаковый угол, связанных с первой группой колец, и так далее, до тех пор, пока внутри не останется свободным пространство для колец, которое в одной из стержневых частей имеет сечение и угол разворота, отличные от аналогичных параметров в другой стержневой части. 14. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что все кольца имеют ромбическое сечение с двумя углами по 60 и двумя углами по 120. 15. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что снабжен дополнительным сердечником (70), сформированным из лент,расположенных между обмотками и сгруппированных в верхней и нижней частях сердечника. 16. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что снабжен по меньшей мере одним дополнительным сердечником, расположенным по центральной линии по меньшей мере одного полюса стержня, причем в случае наличия нескольких дополнительных сердечников, они объединены в пакет (см. фиг. 8 и 9),состоящий из двух групп по три сердечника,причем полюса отогнуты к каждой перемычке. 17. Сердечник трансформатора по п.1, отличающийся тем, что сегменты между поперечным сечениями стержней и описывающей их окружностью частично заполнены тонкими кольцами и/или лентами немного большей ширины.

МПК / Метки

МПК: H01F 27/25

Метки: сердечник, трансформатора

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/10-4162-serdechnik-transformatora.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Сердечник трансформатора</a>

Похожие патенты