книги / Трансформаторы и преобразователи частоты
..pdfминистерство науки и образования, республики Молдова
Кишиневский ло/мгехшиеский институт им. С.Лазо
в.И.Загрпдцкий Н,11Кобыяяцкий 8.Г.Шевчйк
трансформаторы
и преобразователи
ЧАСТОТЫ
Под общей редакцией доктора технических наук вИЗагрядцкого
КИШИНЕВ "ШТИИНЦА* 1991
УДК 621.314.21 * 621.314.263 |
|
|
|
|
В монографии рассматриваются вопрооы нонотруирования, |
paочета |
|||
и эксплуатации оригинальных трансформаторов |
и преобразователей |
|||
частоты на пространственно рааВихц* охыновых магнитОпроводах, |
от- |
|||
ххчавцнхоя |
о* каваохиых уохройсхв лучоими внвргетичеокици |
харак |
||
теристиками |
я ыеймвй маооой. Приводится ряд новых иоодадованый |
|||
влантроыагаитных процеоосв, иалохена методики |
Проектирования, |
в |
хон чиоха м о иопольаованнем вычислительной техники.
Книга рцоочяхана на широкий круг инженерно-технических работ ников, связанных о разработкой и аноййуатацией трансформаторов и преобразователей. Она мохаТ быть полезна специйлиохам н области непнайных фврронагнихнцх уотройотв н •лекхрйчаойхх машин» а танин студентам электротехнических И влвиТрОМвЛайичесних ойециальноотей.
Утверждено к нвданив Ученый оовахоы КйиийбвоиЬго политехнического института
им. О.Дйао
3 2202070300-90121 91
W755(I0)-9I |
(б) |
Вагрядцний В.И. |
|
КобыляцнИЙ Н.И |
|
|
|
|
TSB H 5-376-00999-8 |
|
Шевчик В.Г. |
1991
ВВЕДЕНИЕ
Исследование процессов и явлений в трехфазных трансформато рах и преобразователях (умножителях) чаотбгы до сравнительно не давнего времени проводилось в основном на несимметричных устройст вах, имеющих плоскоотные магнитопроводы. В трансформаторах наблюда лось неравенство токов холостого хода, увеличенные потери в оталн, а в преобразователях частоты магнитная несимметрия обусловила появ ление несимметричного выходиого*напряжения при изменении величины или характера нагрузки, а также отклонение формы напряжения от си нусоидальной.
Значительные успехи в изучении физических процессов в симмет ричных магнитных цепях с равновитковыми Обмотками привели к оовданию устройств, значительно превосходящих ранее известные. Среди
силовых трехфаэных трансформаторов значительную долю |
составляют |
трансформаторы мощностью до 160 кВ*А. Неомотря на то, |
что они до |
стигли высоного уровня развития, улучшение их.свойств представляет, собой актуальную задачу. Одним иэ направлений совершенствования
трансформаторов является улучшение '?гнитопровода - |
важнейшего уе |
|
ла устройства, выполняемого кан в виде Плоскостной, так |
и простран |
|
ственно развитой конструкции. Исследования показали, |
что |
простран |
ственно развитый магнитопровод, в дальнейшем называемый просто "про странственный", по многим показателям лучше плоскоотного.
В настоящее время равработаны и применяются трансформаторы о разнообразными конструкциями пространственного магнитопровода и раз
личными способами сборки отдельных эле»,питов. Однако-такие |
транс |
|||||
форматоры сложны |
в изготовлении и для |
осуществления монолитности |
||||
их устройства |
необходимы специальные |
средства. Повтору |
возникает |
|||
необходимость |
в продолжении работы |
по |
дальнейшему совершенствова |
|||
нию пространственных магнитопроводов. |
|
|
|
|||
Разработанные на кафедре электромеханики КПП им. С«Лазо магни |
||||||
топроводы для трансформаторов и умножителей на С-обрааных |
сердеч |
|||||
никах просты по |
устройству, прочны и |
надежны, кроме того, |
|
они име- |
vs меньшие потери в стали и в области стыка* Возможны разнооб
разные варианты конструкций магнитопроводов, поэтому необходимо про
анализировать новые конструкции магнитных систем трансформаторов и преобразователей и выбрать из,них наиболее близкий н оптимальному.
Новые конструкции магнит опроводов требуют введения |
иных |
расчетных |
||
соотношений |
и методик расчета трансформаторов, в том |
числе и с ис |
||
пользованием вычислительной техники. |
|
|
|
|
Кроне трансформаторов в различных областях науки |
и |
техники |
||
применяются |
трехфаэцце отатические ферромагнитные |
преобразователи |
||
(умножители) частоты. Эти устройства более сложные, |
чем |
|
трансфор |
маторы, так как кроме ваацмоиндуктивных они содержат и взаимояеин дуктивные обмотки. Но, как н в трансформаторах, основой преобра зователя являвтоя ферромагнитный сердечник - магнитопровод, содер жащий в общем случае большее, чем в транофорцаторе, число стержней» Между конструкциями обмоток трансформаторов и преобразователей так же много общего. Все это позволяет рассматривать трансформаторы и преобразователи совместно.
Новейшие умножители, разработанные на кафедре электромеханики КПП ии. С.Лазо, отличаются сравнительно небольшой массой и высокими энергетическими показателями. Они могут быть использованы в высоко скоростной групповом или индивидуальном электроприводе переменного тока, длн питания электроинструмента, для электросварки на перемен
кой и постоянном токе, питания устройств радиоэлектронной |
аппара |
туры и т.д. |
|
Так как преобразователи являются новыми устройствами, |
то пред |
ставляется важный более подробно описать принципы действия, |
гоорехи- |
чеониа предпосылки их работы, а также элементы проектирования. |
|
В работа рассмотрены трансформаторы общепромышленного |
примене |
ния и преобразователи, служащие для повышения частоты в 2, 3 и 4 pa pa. Ба примерах раочеса трансформаторов и преобразователей показана
возможность их воопроивведения в "металле" н а . конкретную |
заданную |
мощность. По мнению авторов,расчет таких устройств может |
быть вы |
ровнен специалистом, имеющим навью в проектировании трансформаторов. Монография состоит иэ двух частей, В первой части (главы 1 - 3 )
рассматриваются вопросы, связанные о изучением различных оригиналь ных проотрапотвекно развитых отыковых магнитопроводов иа 0-образных
•отержней. Во 'второй части |
(главы 4 - 6 ) |
обсуждаются вопросы теории |
||
умножителей |
о проотранотванно развитым |
иагнитопроводом.Рассмотрен |
||
ряд расчетных моделей. Показано, как иопольэовахь эти модели |
для |
|||
научения преобразователей. |
Предложены оригинальные конструкции |
ум |
||
ножителей па |
различные выходные частоты. |
|
|
При исследовании трансформаторов и преобразователей частоты
широко приценяется современная вычислительная техника. |
Приводят |
|
ся многочисленные результаты |
испытаний реальных устройств |
с целью |
подтверждения теоретических |
выводов. Значительное место |
уделяет |
ся проектированию трансформаторов в преобразователей. Частично зти результаты были опубликованы в периодической печати» в виде автор ских свидетельств, но общая методология подхода исследования транс форматоров и преобразователей частоты показана впервые.
|
Авторы признательны |
сотрудникам яафедры электромеханики кан |
|||
дидатам технических неук |
А.П.Гладкому и О.АЛарсаданяну, |
а также |
|||
работнику |
тираспольского |
завода "Вдектромаш" аспиранту В.Л.Брину |
|||
за |
ценные |
советы при налиоении книги. Книга» возможно» не |
свобод |
||
на |
от недостатков, поэтому |
отзывы и критические замечания |
буду* при |
няты авторами с благодарностью.
В цлооиих щихтованных магнитопрово- |
|
|
|
|
|||||
дах существуют две разновидности стыков, |
|
|
|
|
|||||
получивших названия пряного (рио.1,2,а) |
|
|
|
|
|||||
и нового (рио. 1,2, 0). |
Применение |
для |
|
|
|
|
|||
трансформаторов и других преобразовате |
|
|
|
|
|||||
лей проотранотвенных ыагнитопроводов |
рас |
|
|
|
|
||||
ширило раановидиооти стыков. В завиоино- |
|
|
|
|
|||||
оти от взаимного расположения |
элементов |
|
|
|
|
||||
магниторроводе к прямому и нооому отынам |
f |
и р# 1 Д # Беоотыковой |
|||||||
можно добавить осевой, |
|
перпендикулярный, |
магнитопролод |
|
|
||||
фигурный и комбинированный. |
|
|
|
|
|
|
|||
Ооевой отын характеризуется том, что |
у |
обоих контаитирующих |
|||||||
элементов магнитопровода пакеты плаотин сдвинуты между |
ообой* |
на |
|||||||
определенный угол |
, который |
обраэуетоя прямыми, лежащими в плос |
|||||||
кости отыка и направленными перпендикулярно плоскостям плаотин двух |
|||||||||
отынованных элементов |
магнитопровода. При |
ос * 0 соевой |
отын |
пазо |
|||||
вом параллельным |
(рио. |
|
1.2, в), |
при |
0 < ос4 90° * непараллельным |
(рио. 1.2, г, д). Проходя через ооевой отын, магнитный поток не ме няет своего направления.
Ооевой отын легко выполним, наиболее распространен и отличает
ся тем, что площадь стыковой поверхности не превышает |
площадей |
по |
|||
перечных сечений элементов магнитопровода. Применяется |
как в |
зоне |
|||
отержня, так и ярма. В данном отыне от |
60 до 88J6 |
намагничивающей |
|||
мощности трансформатора определяют немагнитные вазоры |
№ 3 . |
|
|||
Перпендикулярный отын |
(рис. 1.2, |
е) отличается |
от прямого |
тем, |
|
что панеты плаотин одного ив |
элементов |
магнитопровода |
контактируют |
о боновой поверхностью' лишь одной ив плаотин другого элемента.В та ком стыке магнитный поток претерпевает поворот на 90°, причем на стыковом учаотне одного И8 элементов магнитный лотон направлен попе рек листов стали. Перпендикулярный отын применяется реже и в сило вых трансформаторах практически не попользуется. В других преобразо
вателях он встречается в конструкциях магнитопровода на пути |
посто |
янного магнитного потока, созданного обмотиами подмагничивания. |
|
Фигурный отыи (рио. 1,2, ж) отличаетоя от ооевого тем, |
что |
стыковая поверхность не принадлежит одной плоскости [26]. По эффек тивности он не уступает шихтованному соединению при чередовании сло ев толщиной не в одну, е в несколько плаотин.
Кооой стык (ом, рис. 1.2, б), который может быть параллельным и непараллельным, имеет площадь стыка,* превышающую сечение каждого
иа контактирующих элементов магнитопровода. Зто позволяют значитель но снизить намагничивающую мощность транофорыатора (см. гл* 3). 1а-
части могут выполнять роль ярм. в.этом случае магнитбпровод мо
жет быть образован посредством только ярмовых контактов. Применение того или иного стыка вдеоь зависит от формы стержня и конфигурации стыковой боны его ярменного учаотка. Использование различных типов стыков в нрыах неограничено.
Важным параметром* характеризующим эффективность ыагнитопровода, являетоя коэффициент заполнения .круга ккр . Он определяется как отношение площади поперечного оечения стержня (без учета площа ди поперечного сечения каналов* если таковые имеютоя) к площади описанного около него круга. Проще всего, иоключая треугольник,круг
можно описать |
около |
квадрата |
(прямоугольника), поэтому квадратное |
|||||||||||
сечение |
|
стержня |
(рис. 1.3, |
а) - самое простое и достаточно аффек |
||||||||||
тивное. |
|
Стержень |
с |
таким |
сечением |
- наиболее технологичен, |
так |
|||||||
как |
при |
его изготовлении |
используются одинаковые пластины отали. |
|||||||||||
|
На |
|
практике |
чаще всего применяется стержень или ярмо, |
собран |
|||||||||
ное |
из пакетов пластин прямоугольной формы |
(рио. 1.3, |
б), |
кото |
||||||||||
рые |
образуют |
в |
оечении многоступенчатую фигуру, вписанную в круг. |
|||||||||||
Такая |
форма |
по сравнению |
с квадратной имеет |
выоокий |
коэффициент |
|||||||||
заполнения круга. |
Однако при ее формировании следует считаться |
о |
||||||||||||
тем, |
что |
по мере |
увеличения |
числа пакетов |
растет и количество |
их |
||||||||
типораэмеров. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Стержень |
с |
аналогичной |
плоской |
шихтовкой, собранный из |
плас |
||||||||
тин |
разной ширины |
|
(рис. 1.3, в) и |
имеющий в поперечном сечении |
|
|||||||||
форму круга, применим лишь для устройств сверхвыоокой |
(единичной) |
|||||||||||||
мощности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
В |
работе |
L373 |
предложена магнитная система трансформатора, |
у |
|||||||||
которой |
шихтованный отержень |
вначале |
имеет |
ступенчатое, |
близкое |
к |
||||||||
круглому |
поперечное |
сечение. |
Для повышения коэффициента |
заполне |
ния круга промежутки между линией, которая описывает сечение отупейчатого стержня, и описанной окружростью заполнены пакетами пластин треугольного поперечного сечения (рис. 1.3, г).
Известны стержни с радиальной шихтовкой, предназначенные для стыковых магнитных систем, которые ообраны из пластин разной шири ны, расположенных в круглом поперечном оечении в радиальных напра влениях (рио. 1.3, д). Также для стыковых магнитных систем пред назначен стержень, собранный из пластин одной ширины, причем плас тины деформированы так, что в поперечном оечении отяржня вое плас тины имеют |)прму эвольвенты и в оовокупнооти образуют практически круговой цилиндр (рио. 1.3, о).
Стремление увеличить коэффициент заполнения при одновременном упрощении конструкции за счет применения плаотии одинаковой ширины