Трехфазный трансформатор малой мощности

)5 Н 01 Р 33/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 4744082/07 (22) 29.09.89 (46) 15,11.92, Бюл. М 42 (71) Конструкторское бюро Завода "Электроприбор" (72) В.В.Сазонов (56) Бальян Р.Х. Трансформаторы для радиоэлектроники. "Советское радио", 1971, с, 27,Авторское свидетельство СССР М 826435, кл. Н 01 Е 27/28, 1979. (54) ТРЕХФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР МА- лой мощностиА 0 С(57) Применение: в электротехнике, в частности во вторичных источниках питания. Сущность; трансформатор имеет шихтованный сердечник 1 и две катушки 2 и 3, размещенные на крайних стержнях 4 и 6 магнитопровода. Средний стержень 5 свободен от катушек и служит для замыкания магнитных потоков от катушек 2 и 3 при прохождении по ним тока. Ширина среднего стержня превышает ширину крайних стержней в 2 раза, а обмотки соединены в трехфазную систему по Т-образной схеме. Такое решение позволяет уменьшить длину, сни- зить расход материала и потерь в нем. 3 ил.5 10 15 20 25 30 40 50 Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может найти применение во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры, в устройствах автоматики и других.Известны трехкатушечные трехфазные трансформаторы малой мощности на трех- стержневых ферромагнитных сердечниках шихтованных, ленточных замкнутых и ленточных разъемных разрезных), Все три стержня у каждого из указанных сердечников имеют одинаковую ширину и одинаковую площадь поперечного сечения, На стержнях сердечника размещены по катушке, Общее число катушек равно трем. Недостатком этих трансформаторов является наличие трех катушек, которые представляют собой самые сложные и трудоемкие узлы трансформаторов, что приводит к повышению себестоимости,Наиболее близким к предлагаемому устройству является трехфазный трансформатор малой мощности, который состоит из двух катушек, каждая из которых содержит первичную обмотку и по крайней мере одну вторичную обмотку, Магнитная система его содержит два О-образных магнитопровода, расположенных смежно, на крайних стержнях которых размещены катушки, Магнитопроводы стян гы в единый блок ленточным бандажом и скобой. Первичныеи вторичные обмотки этого трансформатора соединены в трехфазную систему по Т-обраэной схеме, причем одна из катушек имеет обмотки,разделенные отводами на две концентрические части, при этом для получения симметричного вторичного напряжения на нагрузке вторичная обмотка разделена отводом на две концентрические части с соотношением витков внутренней части к виткам наружной части от 0,92 до 0,99,Недостатком известного устройства являются завышенные длина трехфазного трансформатора, расход материала на сердечник и потери в сердечнике эа счет удвоенной ширины среднего стержня сердечника.Цель предлагаемого изобретения - уменьшение длины трансформатора, расхода материала на сердечник и потерь.Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном трансформаторе малой мощности применен трехстержневой, шихтованный иэ пластин, изготовленных иэ ферромагнитного материала, сердечник, на крайних стержнях которого размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные в трехфазную систему по Т-образной схеме, при этом обмотки одной иэ катушек имеют отводы, которые делят обмотки на две концентрические части; внутреннюю и нарухсную, Для вторичной обмотки отношение витков внутренней части к виткам наружной части находится в пределах от 0,92 до 0,99, Усовершенствование заключается в том, что ширина среднего стержня у заявляемого устройства в т 2 раз больше ширины крайних стержней, У прототипа ширина среднего стержня больше ширины крайних стержней в 2 раза.Кроме того, у разрезных ленточных сердечников магнитные свойства исходных материалов ухудшаются в большей степени, чем у шихтованных, Если у шихтованных сердечников коэффициент увеличения потерь при частоте 50 Гц составляет 1,15, то для разрезных ленточных сердечников - 1,3,Допускаемые предельные отклонения размеров ленточных сердечников назначаются по 14-16 квэлитету. Это приводит к необходимости больших зазоров между сердечником и катушкой, т,е, - к снижению заполнения объема трансформатора активными материалами, Увеличение зазоров между катушкой и сердечником в трансформаторах малой мощности ведет к увеличению средней длины витка обмоток и к ухудшению условий охлаждения.Допустимые предельные отклонения на штампованные пластины значительно меньше. Они назначаются по 11-12 квалитетам (см. ГОСТ 20249-80. Пластины и магнитопроводы пластинчатые для трансформаторов и дросселей, Типы и основные размеры), Поэтому пластинчатые магнитопроводы позволяют уменьшить зазоры между катушкой и сердечником,Применение рациональных соотношений размеров элементов пластин и использование уширения ярма позволяют реализовать в стержнях шихтованных сердечников плотности магнитного потока, не уступающие допустимым значениям плотности магнитного потока в ленточных разрезных сердечниках,На фиг.1 изображена фронтальная проекция предлагаемого трехфазного трансформатора; на фиг,2 - его принципиальная электрическая схема; на фиг.З показана векторная диаграмма ЭДС частей первичной обмотки и магнитных потоков в стержняхсердечника.Трехфазный трансформатор имеет шихтованный иэ пластин сердечник 1 и две катушки 2 и 3. Сердечник 1 может быть зашихтован пластинами любой известной конфигурации, например: пластинами типа Е,Е; Е,1: 1.,Т; прямоугольными пластинами. На фиг,1 показан сердечник, шихтованный пластинами типа Е,1. Сердечник имеет стер 17757385 10 жни 4, 5 и 6, замкнутые ярма".и. На крайних стержнях 4 и 6 размещены катушки 2 и 3. Средний стержень 5 сердечника свободен от катушек и служит для замыкания магнитных потоков, наводимых катушками 2 и 3 при прохождении по ним тока.Катушка 2 содержит две обмотки: первичную 2-1 и вторичную 2-2. Катушка 3 содержит первичную обмотку 3-1 и вторичную 3-2. Вторичных обмоток может быть несколько. ПервИчные обмотки 2-1 и 3-1, а также вторичные обмотки 2-2 и 3-2 соединеньв по Т-образной схеме (см.фиг.2).Концы первичных обмоток 2-1 и 3-1 (А, В и С) соединены таким образэм, что конец первичной обмотки 3-1 соединен с серединой первичной обмотки 2-1, Концы вторичных обмоток 2-2 и 3-2(а, Ь, с) соединены так, что конец вторичной обмотки 3-2 соединены со вторичной обмоткой 2-2 в точке 01, смещенной от точки О, которая является серединой данной вторичной обмотки.Отвод от точки 01 делит вторичную обмотку 2-2 на две концентрические части, при этом соотношение витков внутренней концентрической части к наружной имеет значение от 0,92 до 0,99,Устройство работает следующим образом,При подаче на клеммы А, В, С трехфазного напряжения (см. фиг.2) в стержнях 4 и 6 наводятся магнитные потоки Ф 4 и Фб, которые индуцируют в обмотках 2-1 и 3-1 ЭДСЕ 2-1=4 Кт И/2-1 Ф 4 л 1, В;Ез=4 КРМзФ 6 гп, В,где Е 2-1 и Ез- ЭДС частей обмотки;К - коэффициент формы кривой;1- частота, Гц;Ю 2-1 - количество витков части первичной обмотки, размещенной на стержне 4;Кз- количество витков части первичной обмотки, размещенной на стержне 6;Ф 4 п и Фы - амплитудные значения магнитных потоков в стержнях 4 и 6,Для соединения двух обмоток 2-1 и 3-1 в трехфазную систему по Т-образной схеме количество витков в обмотках связаны соот- ношением И/3 - 1 = 2 102 - 1Иэ векгориоидиаграммиГсм, фиг.2)сае. дует, что Ез= 2 Е 2-1; вектора Ези Е 2-13.перпендикулярны, поэтому магнитные потоки Ф 4 и Фб по модулю равны и сдвинутылпо фазе на угол - .2Магнитные потоки Ф 4 и Фбэамыкаются по стержню 5 так, что магнитный поток в 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стержне 5 определяется геометрической суммой магнитных потоков в стержнях 4 и 6:ФБ=Ф 4+ Ф 6Учитывая сказанное выше, амплитуда этого потока Ф 5 п 4 ГФ 4 п,Значит, площадь сечения соеднего стержня сердечника 55- 1234= Г 2 36, где 54=36 - площадь сечений крайних стержней.Магнитные потоки Ф 4 и Ф 6 наводят в частях 2-2 и 3-2 вторичной обмотки ЭДС, которые можно рассчитать по значению напряжения, поданного на первичную обмотку, и по количествам витков в обмотках: ггЧ 2 - 2Е 2 - 2 =01 ;Ез - 2= 2 01 ха"и 2 -ХФ/3 - 2Яз - 1 Угде Е 2-2 и Ез- ЭДС частей вторичной обмотки;В/2-1 и ЧЧз- количество витков в частяхпервичной обмотки;9/2-2 и В/з- количество витков в частяхвторичной обмотки.Если конец обмотки 3-2 присоединен кточке О, которая делит обмотку 2-2 на двеконцентрированные части, содержащиеравное количество витков, то в режиме холостого хода на клеммах а, Ь, с наведетсясимметричная трехфаэная система ЭДС.При подключении к клеммам а, Ь, с симметричной трехфазной нагрузки по обмоткамтрансформатора потечет ток. Т.к. части обмоток 2-2 концентричны, то нижняя частьбудет иметь меньшее сопротивление, а верхняя часть - большее сопротивление. Падение напряжения на нижней части будетменьше падения напряжения на верхней части. Поэтому в режиме нагрузки напряжения на фазах будут иметь перекос.Для получения в режиме номинальнойнагрузки на выходе симметричного трехфазного напряжения конец обмотки 3-2присоединяется к обмотке 2-2 в точке 01,которая делит обмотку 2-2 на две концентрические части, с соотношением количествавитков внутренней части к количеству витков наружной части от 0,92 до 0,99,Так как толщина пакета пластин в стержнях одинакова получаема 4=аб= 2 а 5где а 4, аБ и аб - ширина соответствующихстержней сердечника,У устройства по а.с. СССР М 826435магнитные потоки в сердечниках автономны и ширина среднего стержня магнитоп ровода равна удвоенной ширине крайнихстержней. При этом плотность магнитногопотока в средних и в крайних стержнях имеет одинаковое значение,Как показано в технической литературе, в рационально сконструированных шихтованных сердечниках допустимые значения плотностимагнитного потока не уступают последним в ленточных сердечниках. Учитывая это, можно сделать вывод, что плотность магнитного потока в стержнях сердечников у известного трансформатора и у предложенного можно принимать равными. Если обозначить ширину крайних стержней сердечников устройств а, то ширина среднего стержня сердечника прототипа составит 2 а, а для предлагаемого устройства - 2 а = 1,4 1 а, Значит, длина предложенного трансформатора уменьшится на 2 а,41 а=0,59 а. Уменьшение ширины среднего стержня ведет к уменьшению расхода материала на сердечник, а последнее приводит при сохранении плотности магнитного потока в стержнях к снижению потерь в стали.Работоспособность предложенного устройства проверена на макете двухкатушечного трехфазного трансформатора мощностью 110 ВА, Ширина крайних стержней сердечника принята равной 20 мм. Переход от прототипа к предложенному устройству 5 позволил уменьшить длину трансформаторас 144 мм до 132 мм, т.е. 100 ф 100 =8,3 ,12,Формул в изобретения 10 Трехфазный трансформатор малоймощности, содержащий трехстержневой ферромагнитный сердечник, на крайних стержнях которого размещены катушки первичных и вторичных обмоток, соединен ные в трехфазную систему по Т-образнойсхеме при этом одна из катушек вторичной обмотки разделена отводом на две концентрические части с отношением витков внутренней части к наружной от 0,92-0,99, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюуменьшения длины, снижения расхода материала сердечника и потерь в нем, сердечник выполнен шихтованным и ширина его среднего стержня-превышает ширину 25 крайнихстержней в 2 раз.1775738 Составитель В. СазоновТехред М.Моргентал Корре едактор емчик дственно-издательский комб Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 аз 4035 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5