книги / Трансформаторы и преобразователи частоты
..pdfформы, при атом повышение коэффициента заполнения круга достигается любым ив известных опособов (см. § I.I). Подобный магнитопровод достаточно изучен, разработана методика расчета трансфор маторов на его баэе [[45] , он широко применяется в отечественной и зарубежной практике.
Очевидно, конструкция сердечника не лишена недоотатнов, глав ный иа которых - повышенная масса ярм. Кроме зтого распределение магнитного потока по ярмам является неравномерным, что приводит к дополнительным потерям в отали. Площадь отыков равна сечению стерж
ней, что вызывает увеличение намагничивающей мощнооти |
и |
соответст |
|||||||||||||||
венно |
возрастание тока |
холоотого хода» |
Стыковые |
поверхности |
подле |
||||||||||||
жат |
дополнительной |
обработке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Стержневой оимметричный магнитопровод |
(рио. 1.9, |
г), |
изготов |
|||||||||||||
ленный ив |
|
С-образных отержней, по овоей форме, без оомнения, |
наибо |
||||||||||||||
лее |
оптимальный |
из |
всех иавеотных лроотранотвенных |
магиитопрово- |
|||||||||||||
дов. Еоли |
предотавить, |
что оущеотвуют |
такой |
электротехнический ма |
|||||||||||||
териал |
и |
танвя технология, позволяющие выполнять эту |
конструкцию |
||||||||||||||
бее отыков |
вокруг |
оои симметрии, то |
почти вое критерии (ом. § 1.2) |
||||||||||||||
вдеоь будут предельнмми. В реальной же конструкции за |
очет |
неболь |
|||||||||||||||
шой |
площади отыков нельея добиться онижения тока холоотого |
хода. В |
|||||||||||||||
процеоое |
изготовление |
0-образных отержней требуютоя дополнительные |
|||||||||||||||
операции |
по формированию |
(в чаотнооти - фрезерованию) |
клинообразных |
||||||||||||||
концов, предполагающие определенней отход отали. Вдеоь необходимы |
|||||||||||||||||
специальные |
элементы крепления для обеспечения надежного |
и плотного |
|||||||||||||||
контента |
в меотех отыков. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Комбинированный |
магнитопровод, |
предложенный |
в [2] |
, |
содержит |
|||||||||||
три |
резных по нонотруйции |
влемента) |
сердечники Г-образной и П-обраа- |
||||||||||||||
ной |
форм |
и |
треугольное |
и |
кольцевое |
ярмо |
(рио. 1.9, д). |
В |
та |
||||||||
ком |
магнитопроводе наименьшее чиоло отыков - четыре, |
что |
еотеотвен- |
||||||||||||||
но |
снижает величину тока холоотого ходе, |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
К |
недостаткам |
такого магнитопроводе следует |
отнеоти |
его |
фиаи- |
|||||||||||
часную |
и |
геометричеоную неоимметрию, |
неидентичаооть |
отыков, |
громозд |
||||||||||||
кость |
элементов |
крепления, |
относительно большую маооу ярма |
и учаот- |
|||||||||||||
ков, |
выполняющих |
их функции. Конотрунция применима |
только |
для |
|||||||||||||
трехотаржневых магнитных енотам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Таким |
обрааом, |
недостатки вышеприведенных магнитных сердечников |
||||||||||||||
требуют поиска других вариантов отыковых комбинированных магиитопроводов, которые, по нашему мнению, должны содержать наиболее эффектив ные по конфигурации О-, С-, П- и Г-обраэные элементы.
хок| в чаотнооти, если на отержне в виде катушек расположен ряд об
моток |
равнинных назначении [22^. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Обмотки отличаются друг от друга |
также |
геометрической формой. |
||||||||||||
Извеотны |
обмотки |
круглой, овальной и |
квадратной |
(прямоугольной) |
||||||||||
форм. |
В |
последнее время появились |
и |
фигурные обмотки. |
|
|
||||||||
Простейшими |
в |
конотруктороком отношении, но обладающими луч |
||||||||||||
шей механической |
прочностью |
и |
наиболее высокими |
энергетическими |
||||||||||
показателями,являютоя |
обмотки |
круглой формы. Чем |
выше |
коэффициент |
||||||||||
заполнения круга |
у |
стержня трансформатора, тем эффективнее приме |
||||||||||||
нение |
обмотни |
круглой |
формы. Выбор |
других форм обмоток |
вевиоит |
от |
||||||||
конструкции |
и поперечного оечения |
отеркня, |
от необходимости выпол |
|||||||||||
нения |
вертикальных каналов |
в |
обмотках, а также |
от других особен |
||||||||||
ностей |
магнитопровода |
преобразователя |
анергии. |
|
|
|
|
|||||||
Еотеотвенно, |
что |
обмотки, |
применяемые |
длятрансформаторов |
о |
|||||||||
плоскостным магнитолроводом, могут |
быть иопольаованы и для |
уот- |
||||||||||||
ройотв |
с |
пространственным |
магнитопроводом. |
|
|
|
|
|||||||
Так, |
в трансформаторе |
[9] |
применены нонцентричеоки |
разме |
||||||||||
щенные обмотни, по крайней мере одна ив которых имеет в поперечном сечении форыу овала (рио. I.IO, а). 8то позволяет рационально реамеотить отводы каждой фавн трансформатора,
В трахотержневом трансформаторе [40]обмотни, расположенные на квадратных отержнях, имеют бочкообравную форму в поперечном се
чении (рио. 1.10, б), что поаволяет вначителыю онивить маооу ярм.
Естественно, применение |
пространственно развитых магнитопрово- |
|
дов значительно расширяет конструктивные вовможнооти обмоток. |
|
|
Например, иввеотен траноформатор, имеющий треугольную |
форму |
|
магнитопровода, не отержне |
которого для аноноиии обмоточного |
мате- |
Р и с. 1,10, Обмотка с катушками круглой и овальной форм (а); об мотки бочкообравной формы (б)} концентрические обиотки специадь-
“ ной формы (в)
риале |
и более полного ваполнення окна надеты концентрические |
об» |
|||
нотки |
фигурной формы |
(рио, I.IO , |
в). |
|
|
Равличными могут |
быть формы |
обмотки и в продольном |
сечений. |
||
8даоь |
чаща воего вотрачаетоя прямоугольная форма оечания. |
|
|
||
Способ ивготовления обмоток |
также зависит от конструкции |
маг» |
|||
нитолровода, Большинство обмотон силовых трансформаторов ивготавли» ваютон отдельно от ыегнитопровода. Готовую обмотку одевают отдель но на отержень траноформатора и выполняют вое сопутствующие опера» ции по обеспечению ее нормального функционирования.
Мвгнитопроводы, ивготовленные путем непрерывной навивки лен» точной отели, не позволяют испольвовать указанный выше способ иэ» готовления обмоток. Вдеоь приходитоя проводить операции по вматыва» нию провода обмотки непосредственно на отвржни через окно магнитопровода. Технология ивготовления обмоток достаточно сложна, но уже широко раопроотранена при изготовлении трансформаторов мощпостью до 630 кВ*А.
Боли при отдельном выполнении обмоток, до наоадки обмотки на отержень, можно говорить о снижении их надежности ва счет увеличе ния вероятности отказов, то у вматываемых обмоток, а в целом и у траноформатора, нопольвующего такие обмотки* снижен другой показа тель надежнооти - ремонтопригодность.
Наиболее перспективной и исключающей указанные недоотатки яв ляется, по нашему мнению, технология намотки обмоток непооредотвен» но не отержень. Она наиболее целеоообравна для стыковых магнитопро-
водов |
(ом. рио, |
1,9* в, г). При такой.технологии |
отпадает |
необхо |
||
димое» |
в дополнительных операциях* |
окажем, |
онятие обмотки с на |
|||
моточного отанка* |
ее транспортировка, |
наоадка |
на |
отвржни и т.д . |
||
8деоь после намотки обмотки можно говорить о том, что траноформатор или любой другой преобрввователь содержит взаимозаменяемые активные
элементы - отвржни о обмотками. 8тим не иочврпываютоя все |
особен |
ности обмотки. В последующих главах мы раосыотриы другие |
свойства и |
конструкции обмоток. |
|
НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СТЫКОВЫХ МАГНИТОПРОВОДОВ ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ПРЕ0ВРА80ВАТБЛЕЙ
В этой главе мы рассмотрим магнитопроводы, предназначенные в основном для трехфазных трансформаторов 1-го и 2-го габаритов(мощ
ностью |
до 160 кВ*А) |
общепромышленного применения, тан |
навиваемых |
|||
распределительных трансформаторов, объем производства |
которых |
в |
||||
общем |
объеме страны |
обставляет не |
менее 50%. |
Несомненно,что |
вне |
|
дрение |
передовой технологии позволит |
расширить |
область |
применения |
||
таких |
магнитопроводов для трансформаторов большей мощности. |
|
||||
Задача увеличения технико-экономических показателей трансфор маторов и преобразователей путем совершенствования стыковых про странственных магнитных сердечников возникла в результате научнотехнического содружества авторов с тираспольским заводом "Электро-
маш". |
|
|
|
|
|
|
|
В качестве |
базовых были выбраны |
конструкции |
магнитопроводов |
||
(см.рис. 1.9, в, |
г), пути модернизации |
которых заключаются |
в стремле |
|||
нии |
снизить расход стали, ток и потери |
холостого |
ходе, |
в упроще |
||
нии |
технологии |
изготовления и повышении |
объеме автоматизации и ме |
|||
ханизации. |
|
|
|
|
|
|
2.1. Ярменно-стержневые магнитопроводы
Общим недостатком известных конструкций стыковых магнитопроводов является большая потребляемая намагничивающая мощность, значи
тельную часть которой - |
от 80 |
до 86% определяют немагнитные |
зазо |
||||
ры |
в стыках, например, |
между |
стержнями |
и ярмами.Использование |
маг |
||
нитоактивных прокладок, |
склеивание стыковых узлов ыагнитныы |
клеем |
|||||
или |
специальными компаундами с наполнителями [29] |
несколько |
повы |
||||
шает магнитную проводимость промежутков |
в стыках, |
однако это |
не |
||||
приводит к ощутимому снижению намагничивающей мощности. Склейкой до стигается определенная техническая прочность и надежность стыково го соединения* Уменьшить намагничивающую мощность в известных уо-
оэк.гш |
25 |
|
у к of 2.1. Трехотержневой |
ыагнитопровод оо стержнями й-обраа- |
ной |
формы |
тройотвах бае изменения их конструкции практически невозможно, так как при прочих равных условиях намагничивающая мощнооть зависит от площади стыка, а в ооевых отыках она меньше либо равна поперечному оечению стержня.
На рис, 2.1, а изображен трехетержневой магнитопровод [26], содержащий.два витых треугольных ярма из тонколистовой электротех нической отели, между торцами которых в пределах прямолинейных учаотков равномерно по периметру расположены Стержни, набранные из отдельных лиотов тонколистовой алектротехничеокой стали. Ярма и стержни в сечении вертикальной плоокоотью имеют вид шеотиугольни-
«а |
й-обрааной формы |
(рио. 2.1, |
б), у которого углы ос , образую |
|||||||
щие вогнутое основание |
й выпуклую вершину, равны между собой |
и вы |
||||||||
браны |
в |
пределах 90°« ос £ |
180°, |
Элементы магнитопровода располо |
||||||
жены |
так, |
чтобы вогнутое |
основание |
и выпуклая вершина |
каждого |
|||||
отержня плотно отыковалиоь |
ооответственно |
о выпуклой |
и вогнутой |
|||||||
поверхностями прямоугольных учаотков яры* |
При |
ос а 180° |
такой маг |
|||||||
нитопровод трансформируется |
в описанный |
выше |
(оы. рис. |
1.9, |
в).При |
|||||
наиболее |
предпочтительном нижнем пределе |
угла |
стыковки |
(ос а |
90°) |
|||||
26
площадь |
стыка увеличивается |
в |
Vz |
раза, |
при |
атом общая намагничи |
||||
вающая мощность устройства снижается на 30$. |
Кроме |
стержней о ква |
||||||||
дратным |
(прямоугольным) сечением для увеличения коэффициента |
за- |
||||||||
полнения круга допустимо применение пакетированного стержня. |
|
|||||||||
|
Наличие выступов и впадин в элементах магнитолровода |
увеличи |
||||||||
вает |
механическую прочность |
и |
исключает |
взаимные |
перемещения, |
на |
||||
пример, |
в условиях различных |
вибрадий. |
|
|
|
|
|
|||
|
Эффект в конструкции может быть достигнут при |
использовании |
||||||||
лишь тонкой стали толщиной не более 0,35 |
мы. Ценность данного |
ре |
||||||||
шения, однако, снижается за счет |
необходимости дополнительной опера |
|||||||||
ции |
по |
приданию элементам магнитопровода |
требуемой |
формы. |
|
|
||||
|
Рассматриваемая конструкция |
о |
И-обраэным |
стыком |
приме |
|||||
нима не только для трехстержневой системы: для иопольэования тако
го магнитопровода во многостержневых устройствах достаточно |
ярмо |
изготовить многоугольным. |
|
Комбинированный ыагнитопровод (см. рис. 1.9, г) предложен |
о |
целью упрощения технологии изготовления и облегчения установки об моток. Нам представляется, что он может быть модернизирован в сто рону улучшения, если все три стержня выполнить Г-образной формы,ус
тановить их на |
треугольное |
ярмо и состыковать иввеотным |
опособом |
|||
вверху в единый узел, квк |
указано на |
рис. 2.2, а. Этим можно до |
||||
стичь большей |
унификации |
увлов, избавиться от П-образного элемен |
||||
та. Причем |
каждый из |
Г-образных стержней можно получить |
из О-образ- |
|||
ной витой |
заготовки |
(рис. 2.2,6), |
разрезав ее по осям на четыре |
|||
Р и с . 2.2. Двухэлементный комбинированный ыагнитопровод (а) и О образная витая заготовка, разрезанная на четыре равновеликие час
ти (б)
одинаковые части с последующий фрезерованием |
стыковых узлов. |
По |
||
сравнению о аналогом [2] |
такой магцитопровод является |
сиыиетрич- |
||
ным, его гораздо проще аанрепить, он допускает |
увеличение |
стержней |
||
и при любом их нолмчеотве |
отержни могут быть установлены кан |
сим |
||
метрично'» так и в канон угодно порядке на ярме.
Яриенно-стержневые магнитопроводы, обладая указанными преиму ществами, тем не менее уотупают другим конструкциям по массогабаритным показателям, содержат как минимум два различных по конфигура ции элемента - стержень и ярмо. Хотя при их изготовлении использу
ются подобные технологии, необходимость различной |
оснастки |
услож |
|
няет данный процесс. |
|
|
|
Методики расчета таких устройств известны [45] |
и не требуют |
||
дополнительных пояснений. |
|
|
|
2.2. Магнитопроводы из С-образных стержней |
|
|
|
Упрощение технологии изготовления в конечном итоге |
является |
||
главным факторам, определяющим так называемую "внедряемое»" |
уст |
||
ройства. А сохранение или даже увеличение при этом |
ооновных |
техни |
|
ко-экономических показателей открывает веоьма широкую перопективу |
|||
для промышленного оовоения нового или модарниаировеиного |
электро |
||
технического иеделия.
Как уже отмечалось, конструкция ыагнитопровода рис, 1.9, г яв
ляется, на наш взгляд, наиболее |
при |
|
влекательной иа воех известных стыко |
||
вых конотрунций, однако |
по сравнению |
|
с нонструнциеЙ рис* 2,1 |
у нее сниже |
|
на площадь стыковой поверхности, |
а |
|
по сравнению о другими вариантами при |
||
меняемый в ней отык предполагает |
на |
|
личие определенных отходов стали |
при |
|
формировании клинообразных стыковых участков.
Авторами предлагается оригиналь ная конструкция в общем случае много-
отержневого ыагнитопровода [1?]* |
Та |
кой магнитопровод содержит витые |
лен |
точные сердечники, раврезанные |
на |
две половины* Он оконотруи^оваи |
сле |
дующим образом. Через продольную ось
Р и о . 2.3. 0-обрааный сердачник ыагнитопровода
нагниiопрободе при возбуждении трансформатора |
каждый стержень ока |
||||
зывается |
в одинаковом магнитном ооотоянии. Кроме того, и узлах |
||||
отыков |
внешние поверхности стержней |
полностью |
заполняют |
онруж- |
|
нооть |
и |
исключают неравномерность |
воздушных |
ваворов. При |
этом |
толщина линии paepesa витых ленточных сердечников не влияет на ка чество стыка и гарантирует минимум отходов электротехнической стал).
Предлагаемая конструкция многостержневого пространственного магнитопровода о косым отыком являетоя оимметричной и позволяет упрощать технологию изготовления магнитной оистемы для трехфазного трансформатора. Кроме того, при п-3 угол раэрева равен 120°, поэ тому площадь стыновой поверхности' в такой системе получается значительно больше площади поперечного сечения, что приводит к сни жению общей намагничивающей мощности трансформатора.
На взводе "Влектромаш" г. Тирасполя изготовлены и исследова ны трехфазные трансформаторы для преобразователей на баве трехотержневых магнитопроводов о косыми отынами. Основные данные таких транс
форматоров предотавлены ниже |
(ом. гл. 3). |
8десь кратко отметим осо |
|||||||
бенности |
их технологии изготовления [I], |
которые |
являются |
опреде |
|||||
ляющими при промышленном освоении данных трансформаторов. |
|
|
|||||||
|
Прежде воего' изготовляются |
О-оСравнив элементы (заготовки) пу |
|||||||
тем навивки ленточной электротехнической стали на |
стальные |
оправ |
|||||||
ки прямоугольной формы. Последний виток ленты приваривается о |
по |
||||||||
мощью |
злектроконтантной сварки* |
Затем |
заготовки |
вместе с |
оправ |
||||
ками |
отжигаются в лечи. Следующим этапом |
является |
выпрессовка |
оп |
|||||
равок |
и |
пропитка О-обравных элементов |
в компаунде. После |
сушки |
|||||
элементы разрезаются на две |
половины. Обмотки трансформатора |
нама |
|||||||
тываются |
непосредственно на |
вертикальные |
части |
полученных после |
|||||
реэки С-образных стержней. Пооле намотки обмоток производится сбор
ке трансформатора, |
заключающаяся |
в установке стягивающих |
уст |
|||
ройств |
и |
помещении активной части трансформатора в кожух. |
|
|||
Каждый из описанных этапов изготовления трансформатора на |
Со |
|||||
образных отержнях |
можно легко реализовать на любом электротехни |
|||||
ческом |
предприятии, отличается простотой, уменьшенным объемом |
руч |
||||
ного труда, |
поддаетоя |
механизации |
и автоматизации. Поэтому |
имен |
||
но данный |
магнитопровод будет рассмотрен более детально.Кроме опи |
|||||
санного |
магнитопровода |
на кафедре |
электромеханики КПИ им. С.Лазо |
|||
разработаны другие магнитные сердечники, основанные на использова нии С-образных стержней. Остановимся на этом вопросе более подроб но.
К недостаткам большинства пространственных магнитных систем относятся громоздкость узлов креплений, обеспечивающих прочность