книги / Трансформаторы и преобразователи частоты
..pdfтываемых пространственных |
магнитопроводах зависит в основной |
от |
||||||||
вэаииного расположения злеиентов магнитопровода. Приведенные |
|
кон |
||||||||
струкции |
являются наиболее распространенными. Число их продолжает |
|||||||||
множиться |
в зависимости |
от назначения трансформаторов и преобра |
||||||||
зователей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аналогичный анализ можно было провести и с известными конструк |
|||||||||
циями |
поперечных сечений яри, |
но |
поскольку |
ярмо |
явЛяетоя пассив |
|||||
ным |
элементом, |
то его конструкция |
определяется в |
основном |
мини |
|||||
мальной маооой, |
технологией |
изготовления |
и равномерностью |
|
рас |
|||||
пределения магнитного потока. |
|
|
|
|
|
|
||||
1.2.Конструкции магнитопроводои
Вданной книге мы ограничимся рассмотрением магнитопроводов
трехфазных силовых трансформаторов и преобразователей частоты мощностью до Х60 кВ*А, в которых отчетливо просматривается прогрес
сивная тенденция перехода от плоских магнитопроводов |
к простран |
||||
ственным. Основным отличием |
пространственного магвитопровода |
от |
|||
плоского является то, |
что в |
нем продольные |
оси стержней или ярм |
|
|
(или стержней и ярм) |
расположены в разных плоскостик. |
Наилучшие |
|||
результаты получаются тогда, |
когда стержни |
(ярма) находятся |
в |
||
плоскостях,расположенных друг к другу под углом 120°. Эго приводит'к
магнитной |
и электрической симметрии устройства, так как |
каждая |
|||||
фаза |
находится |
в одинаковых условиях. В таких конструкциях наблю |
|||||
даются снижение |
массы трансформатора, |
равенство токов |
холостого |
||||
хода |
по |
фазам |
и |
уменьшение потерь |
холостого хода. |
|
|
|
Динамика создания конструкций магнитопроводов согласно извеот- |
||||||
ныы |
публикациям |
за |
период с 1974 по I96B г. отражена |
на |
рис.1.4. |
||
Наибольшее |
количество оригинальных конструкций появилось в 1978 г. |
||||||
и в 1982 г., а затем снизилось до минимума в 1988 г. Это можно объ яснить не только тем, что часть конструкций находится на зтапе вне дрения, но и тем, что именно сейчас возможен определенный качест венный скачок в трансформаторостроении и прежде воего за очет соз дания и освоения новейших аморфных сталей и новых оверхпроводниковых материалов.
Все имеющиеся в настоящее время пространственные магнитопроводы условно можно разделить на три группы:
-шихтованные;
-навитые неразрезанные;
-навитые стыковые.
|
|
|
|
|
В литературе отсутст |
||||
|
|
|
|
вует их |
подробная классифи |
||||
|
|
|
|
кация, аа исключением |
тех, |
||||
|
|
|
|
которые |
приняты к |
промыш |
|||
|
|
|
|
ленному |
освоению.Однано |
юж - |
|||
|
|
|
|
дая иа конструкций |
обладает |
||||
|
|
|
|
опредепанными преимущества |
|||||
|
|
|
\ч\ |
ми |
по сравнению о |
другими. |
|||
|
|
|
Не умаляя доотоинотв |
каждо |
|||||
|
|
|
ч |
го решения, ознакомимся |
о |
||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
ними в произвольном поряд |
|||||
|
|
|
|
ив |
(не всегда хронологиче |
||||
д1„. I— 1— 1 I— I I I I■J— 1 |
— I— I— I— I |
ском). |
|
|
|
|
|||
|
Аналие иавеотных |
кон- |
|||||||
197Ь |
т а |
т г |
1986 Год |
отрунций прост ранотвенных |
|||||
|
|
|
|
||||||
i м Q* 1.4. Динамика патентования иао-< |
магнитопроводов для |
|
выбо- |
||||||
|
бретений |
|
ра наиболее аффективной вое- |
||||||
мохен только при иоследовании их оовмество |
о |
обмотками, |
другими |
||||||
паооивиыми алементами |
и |
в оистема ферромагнитный преобразователь - |
|||||||
нагрузка. Тем не менее допуотйм сопоставительный анализ по |
крите |
||||||||
риям, характеризующим только магинтопровод как активный |
элемент |
||||||||
ферромагнитного преобразователя. В качестве таковых могут быть вы браны равные критерии.
Рассмотрим критерии, характеризующие изготовление магнитопро-
вода:
- минимальный расход отели при производства магнитопровода, что приводит к снижению масон отели и удешевлению ферромагнитного устройства;
-минимальные отходы отели при изготовлении трансформатора, (наиболее перспективна безотходная технология)}
-проототе йаготовлевия влементов магнитопровода;
-нроотота сборни и разборки}
-минимально возможный уровень затрат ручного труда при про изводстве магнитопровода;
-минимум технологической оснастки;
-упрощение иди исключение дополнительных операций при изго товлении магнитопровода, например, отжига, шихтовки и расшихтовки, повторной сборни и т.д.;
-простота устройств механических нреплений для образования
остова;
-возможность использования одних и тех же элементов при сбор-
кв магнитопровода для устройств различных мощностей, т.е. унифика ция элементов магнитопровода;
-ремонтопригодность;
-максимальная возможность ивханиаации сборочных работ.
Ккритериям* отражающим оообвннооти конструкций, отнооятся:
-идентичность элементов иагнитопровода, в чаотнооти, стерж ней и яры;
- соотношение масоы стержней и яры (чем меньше общей массы стали приходитоя на долю яри, теи лучше конструкция);
-компактность конструкции в объеме;
-применяемый тип отына;
-геометрическая симметрия (как правило, она определяет и сим
метрию напряжений, токов, магнитных потоков и т.д.);
-вовможнооть выполнения любой многофазной системы путем про стого увеличения чиола активных элементов|
-простота установки обмотки на отержень;
-обеспечение высокого коэффициента эаполнения круга,
-аотетичность иагнитопровода и воей конструкции устройства в
целом;
-применимость, данного типа иагнитопровода для различных фер ромагнитных устройств, например, преобреэователей чаототы, реакто ров и т.д,
Ккритериям, связанным о фивичеокиии оообенноотями работы уст ройства, относят1
-величину тона холоотого хода;
-потери энергии в магнитопровода;
-намагничивающую мощность;
-равномерность распределения магнитного потока по элементам иагнитопровода;
- оимметрию |
распределения магнитного потока по фазам |
много |
|||||
фазной системы. |
|
|
|
|
|
|
|
В отдельных |
случаях возможны |
и другие критерии. |
|
|
|||
Внакомяоь о |
каждым из рассматриваемых далее типов магнитопро- |
||||||
водов, читатель |
ыожет самостоятельно |
на основе приведенных крите |
|||||
риев выделить ту или иную конструкцию. Естественно, нельзя |
совдать |
||||||
магнитопровод, у |
которого вое показатели наиболее благопринтяы.Как |
||||||
правило, улучшение одних свойств влечет |
аа ообой ухудшение |
других. |
|||||
В дальнейшем, анализируя известные конструкции, мы будем |
отмечать |
||||||
как. преимущества, |
так и |
недостатки |
магнитолроводов, |
указывая |
яа |
||
самые существенные' критерии. |
|
|
|
|
|
||
Рассмотрим наиболее |
распространенные шихтованные |
магнитопрово |
|||||
ды. Шихтовать - овначает смешивать. Шихтованный нагнитопровод |
со |
||
бирается |
из отдельных плаотин электротехнической охали |
таким |
об |
разом, чтобы на определенных учаотках происходило смешивание |
эле |
||
ментов одного уела о подобными элементами другого для |
обравования |
||
единого целого. Другими словами, шихтовка - вто один ив |
способов, |
||
соединения, который, нан правило, нуждается в дополнительных элемен |
|||
тах стяжки |
для обеспечения более надежного в механическом |
отно- |
|
аении соединения. Операций шихтовки - одна ив оамых трудоемких при
сборке трансформатора, а достигаемые ею рввулматы не |
всегда оправ |
дывают большие 8етраты ручного труде. |
|
Конструкция магнитопровода, ооотоящая иа шести |
С-обраэных эле |
ментов, горивонтальные учеотни которых посла насадки обмоток отги
баются поочередно, |
плаотина еа плаотиной,представлена на рис Л .5,а. |
|||||
Сечение |
стержня |
при этом |
получается стреловидной формы. |
К |
не |
|
достаткам такой конструкции |
(в целом |
симметричной) прежде |
|
воего |
||
относятся |
трудоемкость изготовления, |
невысокий коэффициент |
запол |
|||
нения круга, который увеличивают, добавляя К сечению стержня |
ве- |
|||||
окольно пакетов меньшей ширины. В меотах перегиба стержней магнит
ный поток будет проходить перпендикулярно плоснооти листов |
стали. |
||
Учитывая еце и деформацию листов при изгибах и невозможность |
отжи |
||
га мегнитопровода, адеоь ояедует ожидать повышения потерь |
в |
стали |
|
ж намагничивающей мощнооти траноформатора. |
|
|
|
Более технологичен магнитопровод, образованный тремя |
С-образ |
||
ными элементами, |
которые расположены в пространстве в виде |
трех |
|
лучевой 8ве8ды |
(рио. 1.5, б). В меотах вхождения лучей |
концы С- |
|
обрвевых элементов, имеющих различные конотрукции торцов, |
собирают- |
||
оя (шихтуютоя) впереплет. Однако и здесь необходим большой |
объем |
||
ручного труда. |
|
|
|
Р и о . 1.5._Магнитопровод из шести (а) и трах (б) С-обравных элементов с различными вариантами стыков"
В настоящее время весьма перспективно применение пространст венных магнитопроводов, имеющих в плане вид трехлучевой звеэды.Это подтверждается и другими конструкциями, отличительной особенностью которых являетоя только нонотрукция центрального отына.
Иввеотен проотранотвенный магнитопровод, состоящий из трех С- обравных стержней, расположенных в форме трехлучевой звезды С243Каждый стержень ообран из отдельных пластин, которые в зоне ярыово-
Го |
отыка выполнены в |
виде |
оимметричной ^-образной ломаной |
линии, |
|||||||||||
образованной шестью отрезками прямых |
(рио. 1.6, а). В центре |
оти |
|||||||||||||
т о в |
плаотины соединены впереплет. Сама форма отыка, несомненно,ори |
||||||||||||||
гинальна* |
благодаря |
|
чему |
отходы стали |
|
|
|
||||||||
при |
формировании |
|
0-обрааных |
пластин |
|
|
|
||||||||
отсутствуют. Однако |
онижение трудоемко |
|
|
|
|||||||||||
сти |
изготовления |
вызывает |
сомнение,по |
|
|
|
|||||||||
скольку раочет длин вертикальной и го |
|
|
|
||||||||||||
ризонтальной участков |
|
каждой |
ив плао^ |
|
|
|
|||||||||
тин |
|
С-обрааного стержня ваоьыа оложен. |
|
|
|
||||||||||
|
|
Трехфааный магнитопровод для злек- |
|
|
|
||||||||||
тричеоних индукционных аппаратов |
также |
|
|
|
|||||||||||
ооотоит ив |
трех пластинчатых |
С-обрав- |
|
|
|
||||||||||
ных отержней, сходящихся овоими конца |
|
|
|
||||||||||||
ми |
в трехлучевую звезду, в центре |
ко |
|
|
|
||||||||||
торой плаотины соединяются |
впереплет |
|
|
|
|
||||||||||
[20]. |
В отличие |
от |
приведенных реше |
|
|
|
|||||||||
ний данное устройство дополнено пакета |
|
|
|
||||||||||||
ми |
плаотин |
треугольной формы, |
которые |
|
|
|
|||||||||
установлены |
в |
воне |
соединения концов |
|
|
|
|||||||||
О-образных стержней и пристыкованы |
к |
|
|
|
|||||||||||
их боновым |
поверхностям |
(рио. |
1.6,6). |
|
|
|
|||||||||
Имеющиеся |
зазоры предлагается |
|
запол |
|
|
|
|||||||||
нять |
магнитным клеем. Уменьшение |
по |
|
|
|
||||||||||
терь |
и тока |
холостого |
хода достигает |
|
|
|
|||||||||
ся |
за счет снижения индукции в стыках. |
|
|
|
|||||||||||
В центре верхнего и |
|
нижнего |
стыков |
|
|
|
|||||||||
формируются треугольные отверстия,поз-' |
|
|
|
||||||||||||
воняющие применять |
проотые |
элементы |
|
|
|
|
|||||||||
для |
отяжки |
магнитопровода. Тем |
не |
ыэ- |
|
|
|
||||||||
нее изготовление такого иагнмопрово- |
|
^ - обраaSoa So- |
|||||||||||||
да |
веоьма |
трудоемко, |
так как не подда-маной |
линии |
(а): со стыком в |
||||||||||
е ю я |
механизации, |
аа |
исключенной |
и |
|
з |
- |
a'aoSo |
|||||||
готовления С-образных и треугольных |
стыка |
(б); |
с „.разносторонним |
||||||||||||
пластин. |
|
|
|
|
|
|
|
^ |
|
клиновидны:.' отu.;.;: (к) |
|||||
Магнитопровод, |
состоящий ив |
грек стержней и шести яри, каждое |
||||
ив которых соединяет две |
половины |
площади торцев соседних |
стержней |
|||
[19], изображен на |
рис. |
1.7* а. |
Он иатереоен теы, что овоей формой |
|||
моделирует |
симметричную |
геометрическую фигуру - |
прямую трехгранную |
|||
приэму. Эта |
конструкция, |
наряду о |
предложенными, |
состоящими |
из Со |
|
образных стержней, наиболее целесообразна для трехстержиевых прост ранственных магнитопроводов. Но она несколько массивнее, р ней не достаточно используется электротехническая отель, особенно в местах стыков.
Разновидности броневых пятиотержневых Пространственных магнито проводов рока вены на рио. 1.7, б-г. Стремление авторов [19] как-то деформировать извеотный броневой плоский магнитопровод для снижения общего объеме, по нашему мнению, не дает чувствительного выигрыша, тем более что симметрия достигается sa счет увеличения массы,а сбор ка таких устройств усложняется. Применение тонколистовых аморфных сталей для изготовления приведенных магнитопроводов весьма затруд нительно. Процесс изготовления пространственных магнитопроводов мож
но |
упростить, |
применяя |
навивку отдельных его элементов ив |
рулонной |
|||
или |
ленточной |
стали. |
|
|
|
|
|
|
Широко известный навитой магнитопровод однофазного трансформа |
||||||
тора, изготовленный путем непрерывной |
невивки ленточной стали на |
||||||
кольцевую |
или |
овальную |
оправку, |
являетоя, казалось бы,классическим |
|||
примером |
бесстыкового |
магнитопровода* Однако вто не так. Обратимся |
|||||
к магнитопроводу, состоящему ив |
витков |
определенной |
толщины |
||||
(рис. 1.8,а). В нем линии вектора напряженности магнитного поля,но сящие название магнитных силовых линий [44], являются замкнутыми ова -
лами, |
один v |
которых |
изображен штриховыми линиями яа рио. I.B, |
а. |
||||
Очевидно, |
что |
силовые |
линии |
будут |
лереоекать слои |
аналогично тому, |
||
как |
это |
происходит в |
месте |
отыка |
двух элементов |
магнитопровода |
(см, |
|
рис. 1.2). Тем не менее в однофазных трансформаторах, использующих навитой магнитопровод, уменьшаются потери и ток холостого хода.
Изготовление навитых магнитопроводов для многофазных ферромаг
нитных устройств имеет свои |
особенности |
по |
сравнению с |
сердечника |
||
ми для |
однофазных трансформаторов. Так, |
в |
работах [10, |
II] |
пред |
|
лагают |
весь магнитопровод |
для трехфаэкого |
траноформатора |
изготов |
||
лять из |
непрерывного рулоне |
(ленты) (рио. 1.6, б, в). Для |
этого в |
|||
рулоне |
с определенным шагом выштамповываютоя просечки, образующие |
|||||
окна. Ширина каждой просечки раосчитываетоя таким образом, чтобы по перечное оечение стержней было либо прямоугольной (рио. 1.8,6), ли
бо |
круглой |
(рио* |
Х.8, в) |
формы. |
Однако при |
твком |
способе |
намотки |
получаются |
большие |
отходы стали. |
Конструкции |
не поУволяпт |
\ полно |
|||
стью |
использовать |
свойства |
анизотропных сталей, |
таек как налрав- |
||||
индукция |
в каждом кольце в 2/ /3 разе |
больше расчетной: индукции |
в |
|
стержне, |
что приводит к недоиспользованию стали. Кроив |
этого здесь |
||
довольно |
сложна технология намотки обыоток, требующая |
специальных |
||
приспособлений* На невысокой уровне |
и ремонтопригодность такого уст |
|||
ройства. Указанные недостатки ограничивают применение магнитной оио-
теыы для |
трансформаторов мощностью овыше 630 кВ*А. |
|
|
||
Витой |
иэ непрерывной |
ленты |
пространственный |
ыагнитопровод |
|
(рис. 1.9, |
а), описанный |
в [13] |
, по своей сути идентичен |
состав |
|
ленному ив |
колец. На ленточной стали выполняют Т-образные |
прорези, |
|||
а затем весьма оригинальным опособом навивают трехстержневой ыагни
топровод. Применяя |
ленту переменного оечения, можно получать сече |
||||
ние |
стержней |
в виде |
ыногоотупвнчатой фигуры, вписанной |
в окружность*. |
|
Сложность изготовления такого магнитопровода, по нашему |
мнению,явит- |
||||
оя |
основным |
тормозом для |
промышленного освоения указанного решения. |
||
|
В одной |
ив немногих |
монографий,посвященных ыагнитопроводаы ои- |
||
Р и с.Т.9. Магнитопр^под витой иэ непрерывной ленты о Т-образными прорезями (а); вилкообразный (б); ярменно-отержневой стыковой (в); симметричный из С-обраэных стержней (г); трехэлементный комбиниро
ванный (д)
