Магнітопровід індукційного статичного пристрою

Реферат: Конструкція магнітопроводу містить три стрижні і ярма, стрижні та ділянки ярем сформовані суміщенням боків елементів з твірними у вигляді шевронів з протилежними частинами різної довжини, які утворені трьома парами відрізків паралельних прямих з кутами 60° і 120° між суміжними відрізками. У варіанті однофазного магнітопроводу стрижні і ярма утворені суміщенням боків ідентичних шевронних елементів з боками симетричного шестигранника. У варіанті трифазного просторового радіального магнітопроводу зі зниженою трудомісткістю виробництва, стрижні утворені суміщенням боків шевронних елементів, що розташовані під кутами 120°, при цьому у суміжних елементах короткі і довгі частини розміщені протилежно. У варіанті трифазного просторового радіального магнітопроводу електромагнітної системи підвищеної компактності стрижні і ділянки ярем сформовані з двох груп шевронних елементів, які мають різну довжину, а частина ділянок ярем виконана з елементів, що мають форму паралелограма з кутами 60 і 120°. У варіанті магнітопроводу індукційного статичного пристрою підвищеної потужності стрижні і ділянки ярем сформовані з пакетів елементів, які мають однакову довжину та різну ширину, при цьому пакети з більш широкими елементами утворюють середні частини поперечних перерізів стрижнів. UA 100077 C2 (12) UA 100077 C2 UA 100077 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується галузі трансформаторобудування, може бути використаний при виробництві однофазних i трифазних трансформаторів, дроселів та реакторів з просторовими магнітопроводами і вирішує задачу зниження трудомісткості, технологічної матеріаломісткості, а також розширення технологічних можливостей виробництва індукційних статичних пристроїв розподільного та спеціального призначень, у тому числі для вбудовування у трубчаті і сферичні оболонки обмеженого діаметру. Відомо про конструкції шихтованих однофазних і шихтованих та витих трифазних планарних магнітопроводів, які містять розташовані паралельно і аксіально стрижні, що суміщені з ярмами "вперепліт" або стиковими поверхнями (Магнитопроводы силовых трансформаторов (технология и оборудование) Майорец А.И., Пшеничный Г.И., Чечелюк Я.З. и др. - М.: Энергия, 1973.-272 с., С. 15-23). Подібні магнітопроводи при малій потужності індукційних пристроїв складаються з декількох штампованих або витих елементів, кількість вказаних елементів, а також трудомісткість виробництва і відходи розкрою електротехнічної сталі збільшуються з підвищенням потужності. Крім того, планарні магнітопроводи збільшують, відносно просторових магнітопроводів, питому матеріаломісткість електромагнітних систем і обумовлюють магнітну несиметрію трифазних систем та незручність їх вбудовування, наприклад в циліндричні оболонки генеруючих агрегатів (блок генератор-трансформатор). Ознаками вказаних конструкцій, що співпадають з конструкцією, згідно з винаходом, є наявність стрижнів i ярем. Також відомо про конструкцію трифазного симетричного радіального магнітопроводу індукційного статичного пристрою (Авторское свидетельство СССР № 853678, МПК. H01F 27/24), яку прийнято за прототип. Вказаний магнітопровід містить три стрижні, що розташовані під кутами 120° i сполучені зі стиковими поверхнями зовнішнього ярма. Центральне з'єднання стрижнів є внутрішнім ярмом магнітопроводу. Такий магнітопровід забезпечує максимальну компактність та знижену питому матеріаломісткість електромагнітної системи. Однак його конструкція обумовлює необхідність напресовки зовнішнього ярма на стрижні та наявність відповідного технологічного зазору. При штамповці шарів стрижнів і ярем утворюються дуже значні відходи, які складають 40…50 % з витраченої електротехнічної сталі. Відносно магнітопроводів, що шихтовані "вперепліт", збільшуються намагнічувальний струм і додаткові втрати у стиковому зазорі, значною є трудомісткість та технологічна матеріаломісткість виробництва трифазного індукційного статичного пристрою. Ознаками прототипу, що співпадає з конструкцією, згідно з винаходом, є те, що магнітопровід містить три стрижні і ярма. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення магнітопроводу індукційного статичного пристрою, у якому певні особливості конфігурації і конструкції у цілому призводять до зниження трудомісткості та технологічної матеріаломісткості, а також розширення технологічних можливостей виробництва індукційних статичних пристроїв. Поставлена задача вирішується тим, що у магнітопроводі індукційного статичного пристрою, що містить три стрижні і ярма, стрижні та ділянки ярем сформовані суміщенням боків елементів з твірними у вигляді шевронів з протилежними частинами різної довжини, які утворені трьома парами відрізків паралельних прямих з кутами 60° і 120° між суміжними відрізками. Стрижні і ярма утворені суміщенням боків ідентичних шевронних елементів з боками симетричного шестигранника. Стрижні утворені суміщенням боків шевронних елементів, що розташовані під кутом 120°, при цьому у суміжних елементах короткі і довгі частини розміщені протилежно. Стрижні і ділянки ярем сформовані з двох груп шевронних елементів, які мають різну довжину, а частина ділянок ярем виконана з елементів, що мають форму паралелограма з кутами 60° і 120°. Стрижні і ділянки ярем сформовані з пакетів елементів, які мають однакову довжину та різну ширину, при цьому пакети з більш широкими елементами утворюють середні частини поперечних перерізів стрижнів. Виконання магнітопроводу таким чином, що стрижні та ділянки ярем сформовані суміщенням частин боків елементів з твірними у вигляді шевронів з протилежними частинами різної довжини, які утворені трьома парами відрізків паралельних прямих з кутами 60° і 120° між суміжними відрізками, забезпечує зниження трудомісткості та технологічної матеріаломісткості, а також розширення технологічних можливостей виробництва індукційних статичних пристроїв. Виконання магнітопроводу таким чином, що стрижні і ярма утворені суміщенням боків ідентичних шевронних елементів з боками симетричного шестигранника, забезпечує виготовлення шихтованого "вперепліт" тристрижневого магнітопроводу компактної електромагнітної системи однофазного індукційного статичного пристрою зі зниженою питомою матеріаломісткістю. 1 UA 100077 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Виконання магнітопроводу таким чином, що стрижні утворені суміщенням боків шевронних елементів, що розташовані під кутами 120°, при цьому у суміжних елементах короткі і довгі частини розміщені протилежно, забезпечує виготовлення шихтованого "вперепліт" трифазного симетричного радіального магнітопроводу з суттєво зниженими трудомісткістю та технологічною матеріаломісткістю виробництва. Утворення магнітопроводу формуванням стрижнів і ділянок ярем з двох груп шевронних елементів, які мають різну довжину, та з виконанням частини ділянок ярем з елементів, що мають форму паралелограму з кутами 60° і 120°, забезпечує максимальну компактність трифазної електромагнітної системи з зовнішнім контуром, що наближається до кола або кулі та з мінімально можливим діаметром вказаного кола при безвідходному виготовленні. Формування стрижнів і ділянок ярем з пакетів елементів, які мають однакову довжину та різну ширину і встановлення пакетів з більш широкими елементами у середніх частинах поперечних перерізів стрижнів, підвищує електродинамічну стійкість та верхню межу потужності індукційних статичних пристроїв з магнітопроводами, що виконані з шевронних елементів. Зниження трудомісткості виробництва індукційних статичних пристроїв з симетричною радіальною електромагнітною системою досягається складанням магнітопроводу шихтуванням "вперепліт" без обробки стикових поверхонь та без запресовки пакетів стрижнів до пакетів ярем. Зниження технологічної матеріаломісткості виробництва досягається розділенням стрічки (рулону, смуги) електротехнічної сталі, що використовується для виготовлення елементів магнітопроводу, практично без відходів. Розширення технологічних можливостей виробництва досягається виготовленням за безвідходною технологією та з iдентичних шевронних елементів як трифазних, так i однофазних силових індукційних статичних пристроїв, а також виготовленням, за безвідходною технологією, з шевронних і паралелограмних елементів, спеціальних компактних індукційних статичних пристроїв. Крім того, з декількох шевронних елементів однакової довжини, але різної ширини, що виготовляються безвідходно зі стрічки (рулону) електротехнічної сталі зміною кроку штамповки вказаної стрічки, забезпечується можливість виготовлення однофазних і трифазних трансформаторів та реакторів підвищеної потужності з восьмигранними або круговими твірними перерізу стрижнів. У порівнянні з прототипом витрати електротехнічної сталі при виробництві магнітопроводу знижуються на 40…50 %. Винахід ілюструється рисунками, на яких зображені конструктивні схеми варіантів однофазних і трифазних електромагнітних систем індукційних статичних пристроїв, схема розкрою стрічки (рулону) електротехнічної сталі та схеми складання варіантів магнітопроводу. На фіг. 1 і фіг. 2 показані конструктивні схеми однофазного дроселя і трифазного трансформатора з магнітопроводами, що складені з ідентичних елементів, а на фіг. 3 показана схема трифазного трансформатора, що призначений для вбудовування у трубчаті і сферичні оболонки обмеженого діаметру. На фіг. 4 показані фрагмент практично безвідходного розкрою стрічки (рулону) та елементарні шари електротехнічної сталі для складання магнітопроводу. Фіг. 5 і фіг. 6, а також фіг. 7 і фіг. 8 характеризують особливості складання відповідно однофазного і трифазного магнітопроводів. На фіг. 9 і фіг. 10 показані конструктивна схема і поперечний переріз стрижня магнітопроводу однофазного індукційного статичного пристрою підвищеної потужності. Однофазний дросель (фіг. 1) і кожен з варіантів (фіг. 2, фіг. 3) трифазного трансформатора містить магнітопровід 1, що складається з трьох стрижнів 2 і ярем 3, а також містить відповідно обмоткові котушки 4 та фазні обмоткові котушки 5, 6 високої напруги і низької напруги. В магнітопроводах (фіг. 1, фіг. 9) стрижні 2 і ділянки 7 ярем 3 сформовані суміщенням боків сс' і а'b', а в магнітопроводах (фіг. 2, фіг. 3) стрижні 2 та ділянки 7 ярем 3 сформовані суміщенням боків ab і bc та аа' і b'c' (a'b') елементів 8 у вигляді шевронів abc с'b'а' (фіг. 4) з протилежними ділянками 9, 10 різної довжини L1 і L2. Елементи 8 утворені трьома парами відрізків 1 паралельних прямих аа' і сс , ab і a'b', be і b'c' з кутами 60° і 120° між суміжними відрізками. В магнітопроводі 1 (фіг. 1) стрижні 2 і ярма 3 утворені суміщенням боків ab, bc і аа' ідентичних шевронних елементів 8 (фіг. 4) з боками de, ef, fg, gh, hi симетричного шестигранника defghi (фіг. 5, фіг. 6). В магнітопроводі 1 трифазних електромагнітних систем (фіг. 2, фіг. 3) стрижні 2 утворені суміщенням боків ab і bc ідентичних шевронних елементів 8 (фіг. 4), що розташовані під кутами 120°, при цьому у суміжних елементах 8 короткі ділянки 9 і довгі ділянки 10 розміщені протилежно (фіг. 7, фіг. 8). В магнітопроводі (фіг. 3) стрижні 2 і ділянки 7 ярем 3 сформовані з двох груп шевронних елементів 11, 12, які мають різну довжину L 1 і L2, а частина ділянок 7 ярем 3 виконана з елементів 13, що мають форму паралелограма gklm з кутами 60° і 120°. У суміжних шарах (фіг. 5. фіг. 6) і суміжних шарах (фіг. 7, фіг. 8) електротехнічної сталі магнітопроводу 1 кожної з електромагнітних систем (фіг. 1 - фіг. 3) шевронні елементи 8 встановлені "вперепліт". 2 UA 100077 C2 5 10 15 20 В магнітопроводі 1 (фіг. 3) паралелограмні елементи 13 також встановлені "вперепліт" з суміжними елементами 11 і 12. В магнітопроводі 1 (фіг. 9) стрижні 2 і ділянки 7 ярем 3 сформовані з пакетів 14, 15, 16 (фіг. 10) елементів 8 (фіг. 4), які мають однакову довжину L ш та різну ширину tш і пакети 14, 15 з більш широкими елементами 8 утворюють середні частини 17 поперечних перерізів стрижнів. При роботі індукційного статичного пристрою з різновидами електромагнітних систем та магнітопроводів 1 (фіг. 1 - фіг. 3, фіг. 9) магніторушійні сили котушок 4, 5 і 6 створюють магнітне поле, що замикається по стрижнях 2 і ярмах 3 з силовими лініями, що перетинають зони технологічних зазорів по лініям сс' (фіг. 1) і аа' (фіг. 2), а також аа', gk, ml, (фіг. 3). На вказані зазори накладені ділянки 9, 10 шевронних елементів 8 суміжних шарів магнітопроводу 1, що знижує намагнічувальний струм і додаткові втрати індукційного статичного пристрою. Відносно до шихтованих з прямокутних листів електротехнічної сталі планарних однофазних і трифазних безвідходних магнітопроводів, що шихтовані "вперепліт", кількість технологічних зазорів в конструкціях (фіг. 1 - фіг. 3) знижена з чотирьох до трьох. Збільшення в однофазній електромагнітній системі кількості стрижнів до трьох та відповідне збільшення кількості обмоткових котушок знижує середню довжину витків і матеріаломісткість обмотки. По відношенню до прототипу, практична відсутність відходів розкроєння прокату електротехнічної сталі знижує технологічну матеріаломісткість виготовлення трифазного симетричного радіального магнітопроводу на 40…50 %. Особливості конструкції i конфігурації елементів варіантів магнітопроводу надають можливість виробництва індукційних статичних пристроїв з покращеними на 10…15 % технікоекономічними показниками та розширеними технологічними можливостями. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 1. Магнітопровід індукційного статичного пристрою, що містить три стрижні і ярма, який відрізняється тим, що стрижні та ділянки ярем сформовані суміщенням боків елементів з твірними у вигляді шевронів з протилежними частинами різної довжини, які утворені трьома парами відрізків паралельних прямих з кутами 60° і 120° між суміжними відрізками. 2. Магнітопровід за п. 1, який відрізняється тим, що стрижні і ярма утворені суміщенням боків ідентичних шевронних елементів з боками симетричного шестигранника. 3. Магнітопровід за п. 1, який відрізняється тим, що стрижні утворені суміщенням боків шевронних елементів, що розташовані під кутами 120°, при цьому у суміжних елементах короткі і довгі частини розміщені протилежно. 4. Магнітопровід за пп. 1 і 3, який відрізняється тим, що стрижні і ділянки ярем сформовані з двох груп шевронних елементів, які мають різну довжину, а частина ділянок ярем виконана з елементів, що мають форму паралелограму з кутами 60° і 120°. 5. Магнітопровід за пп. 1-4, який відрізняється тим, що стрижні і ділянки ярем сформовані з пакетів елементів, які мають однакову довжину та різну ширину, при цьому пакети з більш широкими елементами утворюють середні частини поперечних перерізів стрижнів. 3 UA 100077 C2 4 UA 100077 C2 5 UA 100077 C2 6 UA 100077 C2 7 UA 100077 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8