Планарний магнітопровід індукційного статичного пристрою

Реферат: Планарний магнітопровід індукційного статичного пристрою містить складені з пакетів плоских шарів електротехнічної сталі різної довжини ярма та за меншою мірою один стрижень з багатогранним поперечним перерізом, що складений з пакетів плоских прямокутних і паралельних в кожному пакеті шарів електротехнічної сталі та розташований двома протилежними гранями паралельно шарам ярем. Пакети ярем мають трапецієподібні подовжні перерізи з кутами боків, що відповідають кутам граней стрижня. UA 121405 U (12) UA 121405 U UA 121405 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі трансформаторобудування, може бути використана при виробництві однофазних і трифазних трансформаторів і реакторів з пленарними шихтованими магнітопроводами, та вирішує задачу зниження матеріаломісткості та втрат потужності індукційних статичних пристроїв. Відомо про будову броньових і стрижньових планарних магнітопроводів однофазних та трифазних індукційних статичних пристроїв (Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. - М.: Энергия, 1986. - С. 48-60). Кожен з вказаних магнітопроводів містить складені з пакетів плоских шарів електротехнічної сталі ярма та щонайменше один стрижень зі східчастим поперечним перерізом, що складений з пакетів плоских прямокутних і паралельних в кожному пакеті шарів електротехнічної сталі. Прямокутні пакети стрижнів вписані в коло, тому мають різну довжину в поперечних перерізах. Периметри кругових утворюючих контурів та площі східчастих перерізів визначають середню довжину витків, матеріаломісткість та втрати активної потужності обмоткових котушок. Тому східчаста форма поперечних перерізів стрижнів та неповне заповнення їх кругових утворюючих контурів електротехнічною сталлю суттєво ускладнює технологію виготовлення планарних магнітопроводів і підвищує матеріаломісткість та втрати активної потужності статичних індукційних пристроїв. Ознаками вказаних конструкцій, що співпадають з конструкціями корисної моделі, є наявність складених з пакетів плоских шарів електротехнічної сталі ярем та щонайменше одного стрижня, що складений з пакетів плоских прямокутних і паралельних в кожному пакеті шарів електротехнічної сталі. Також відома конструкція планарного магнітопроводу індукційного статичного пристрою (Ставинський Р.А. Перетворення контурів і постановка задачі структурної оптимізації електромагнітних систем дроселів та реакторів // Науковий вісник Таврійського державного агротехнологічного університету [Електронний ресурс]. - Мелітополь: ТДАТУ, 2012. - Вип. 2, Т.4. - С. 80-88. - режим доступу: http: // www.nbuv. gov. ua/e-journals/nvt dau.), яку прийнято за прототип. Вказаний магнітопровід містить складені з пакетів плоских шарів електротехнічної сталі різної довжини ярма та щонайменше один стрижень з багатогранним поперечним перерізом, що складений з пакетів плоских прямокутних і паралельних в кожному пакеті шарів електротехнічної сталі та розташований двома протилежними гранями паралельно шарам ярем. Плоскі прямокутні і паралельні в кожному пакеті шари електротехнічної сталі згруповані, а пакети суміщені таким чином, що утворюють зовнішній контур стрижня у вигляді симетричного шестигранника. Подібне виконання стрижнів з ідентичних шарів електротехнічної сталі забезпечує повне заповнення їх багатогранного утворюючого контуру електротехнічною сталлю та спрощує технологію виготовлення. Однак площини розташування шарів стрижнів не співпадають з площинами шарів ярем, що потребує ізолювання стиків для усунення стикових вихрових струмів та значних додаткових втрат в кутових зонах магнітопроводу. Ізоляція стиків є необхідним конструктивним елементом реактора або дроселя, однак в трансформаторі викликає підвищення реактивної складової струму неробочого руху та струмів навантаження обмоток. Збільшуються втрати потужності. При цьому прямокутна конфігурація перерізів пакетів ярем не співпадає з паралелограмною конфігурацією пакетів стрижнів, що викликає підвищення матеріаломісткості індукційного статичного пристрою. Ознаками прототипу, що співпадають з корисною моделлю є те, що пленарний магнітопровід індукційного статичного пристрою містить складені з пакетів плоских шарів електротехнічної сталі різної довжини ярма та щонайменше один стрижень з багатогранним поперечним перерізом, що складений з пакетів плоских прямокутних і паралельних в кожному пакеті шарів електротехнічної сталі та розташований двома протилежними гранями паралельно шарам ярем. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення конструкції планарного магнітопроводу, у якому певні особливості конфігурації і конструкції у цілому, призводять до зниження матеріаломісткості та втрат потужності однофазних та трифазних індукційних статичних пристроїв. Поставлена задача вирішується тим, що в планарному магнітопроводі індукційного статичного пристрою, що містить складені з пакетів плоских шарів електротехнічної сталі різної довжини ярма та щонайменше один стрижень з багатогранним поперечним перерізом, що складений з пакетів плоских прямокутних і паралельних в кожному пакеті шарів електротехнічної сталі та розташований двома протилежними гранями паралельно шарам ярем, згідно з корисною моделлю, пакети ярем мають трапецієподібні подовжні перерізи з кутами боків, що відповідають кутам граней стрижня. Стрижні складені з пакетів з трапецієподібними поперечними перерізами, в яких шари електротехнічної сталі розташовані паралельно шарам ярем. В ярмах і стрижнях суміжні пакети шарів електротехнічної сталі з трапецієподібними поперечними перерізами мають різні висоти. 1 UA 121405 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Між пакетами ярем та стрижнів з трапецеїдальними перерізами розташовані пакети з прямокутними перерізами. Пакети ярем і стрижнів з трапецієподібними перерізами виконані поперечним розділом під кутами граней стрижня призматичних заготовок зі скупчення прямокутних і ідентичних шарів електротехнічної сталі. Сукупність вказаних ознак, тобто виконання магнітопроводу таким чином, що пакети ярем мають трапецеїдальні подовжні перерізи з кутами боків, що відповідають граням стрижня, забезпечує співпадіння контурів ярем з багатогранними контурами бокових ярем та стрижнів відповідно в броньовому та стрижньовому варіантах однофазного магнітопроводу та стрижнів в трифазному магнітопроводі, що забезпечує зниження матеріаломісткості. На основі того, що стрижні складені з пакетів з трапецієподібними поперечними перерізами, в яких шари електротехнічної сталі розташовані паралельно шарам ярем, забезпечується відповідність напрямків шихтовки та розташування пакетів шарів ярем та стрижнів, що знижує втрати в зонах стикових спряжень магнітопроводу та знижує втрати активної потужності. Виконання в ярмах і стрижнях суміжних пакетів шарів електротехнічної сталі з трапецієподібними перерізами різної висоти надає можливість складання суміжних пакетів стрижнів і ярем "вперепліт", що зменшує магнітний опір кутових зон повертання магнітного потоку та підвищує механічну міцність магнітопроводу. Завдяки тому, що між пакетами ярем та стрижнів з трапецієподібними перерізами розташовані пакети з прямокутними перерізами, досягається мінімізація середньої довжини витка при наближені периметра восьмигранного контуру стрижнів до периметра еквівалентного за площею кола при повному заповненні восьмигранного контуру шарами електротехнічної сталі. Надається можливість виробництва комбінованих магнітопроводів з паралельним розташуванням шарів електротехнічної сталі та з основною середньою прямокутною і шихтованою вперепліт частиною та бокових стикових частин з елементів, що мають трапецієподібні перерізи. Подібна комбінація при знижені матеріаломісткості знижує намагнічувальний струм та втрати в кутових зонах магнітопроводу. Знижуються втрати активної та реактивної потужності трансформатора. Виконанням пакетів ярем і стрижнів з трапецієподібними перерізами поперечним розділом під кутами граней стрижня призматичних заготовок зі скупчення прямокутних шарів електротехнічної сталі надається можливість відносно простого виготовлення елементів магнітопроводу з багатогранними поперечними і подовженими перерізами стрижнів і ярем з повним заповненням вказаних перерізів електротехнічною сталлю. Корисна модель ілюструється кресленнями, на яких зображені схеми варіантів однофазних та трифазних планарних магнітопроводів. Фіг. 1 ілюструє конструкцію однофазного броньового стикового магнітопроводу реактора, на фіг. 2 і фіг. 3 показані вид з верху з місцевим розрізом та поперечний розріз ярма магнітопроводу (фіг. 1). На фіг. 4 показана конструкція однофазного стрижньового магнітопроводу, на фіг. 5 і фіг. 6 показані вид зверху з місцевим розрізом та вид збоку магнітопроводу (фіг. 4). Фіг. 7 характеризує конструкцію трифазного стрижневого магнітопроводу, на фіг. 8 показаний вид збоку (кутова зона), а на фіг. 9 показаний вид зверху вказаної конструкції (фіг. 7). На фіг. 10 і фіг. 11 зображені прямокутна та паралелограмна призматичні заготовки зі скупчень прямокутних і ідентичних шарів електротехнічної сталі, що призначені для виготовлення елементів ярем та стрижнів. Кожен з магнітопроводів з конструктивними особливостями (фіг. 1 - фіг. 9) містить ярма 1, а магнітопровід (фіг. 1) також містить бокові ярма 2, що складені з пакетів відповідно 3, 4, 5 та 6, 7, 8 плоских шарів електротехнічної сталі різної довжини. Також магнітопровід (фіг. 1) містить стрижень 9 і ізоляційні прокладки 10, а магнітопроводи (фіг. 4, фіг. 7) містять стрижні 11. Стрижні 9 і 11 мають багатогранні поперечні перерізи, що відповідно складені з пакетів 12 і пакетів 13 плоских прямокутних і паралельних в кожному пакеті шарів електротехнічної сталі та розташовані двома протилежними гранями паралельно шарам ярем 1. Пакети 3, 4, 5 і 6, 7, 8 ярем 1 і 2 мають трапецієподібні подовжні перерізи з кутами боків αг, що відповідають кутам граней стрижнів 9 і 11. В магнітопроводах (фіг. 4, фіг. 7) ярма 1 та стрижні 11 складені з пакетів 3, 4, 5 і 14, 15, 16 з трапецієподібними перерізами (фіг. 5, фіг. 9) в яких шари електротехнічної сталі розташовані паралельно. В ярмах 1 і стрижнях 11 суміжні пакети 3, 4, 5 і 14, 15, 16 шарів електротехнічної сталі з трапецієподібними перерізами мають різні висоти hя1, hя2, hя3 і hc1, hc2, hс3. В магнітопроводі (фіг. 7) між пакетами 3, 4, 5 ярем 1 і пакетами 14, 15, 16 стрижнів 11 розташовані пакети 17, 18 з прямокутними перерізами. Пакети 3, 4, 5 ярем 1 і пакети 14, 15, 16 стрижнів 11 виконані поперечним розділом (алмазним диском або ниткою електроерозійної установки) під кутом грані стрижня αг призматичної паралелограмної заготовки (фіг. 10). Пакети 2 UA 121405 U 5 10 15 20 6, 7, 8 ярем 2 виконані поперечним розділом під кутом грані стрижня α г призматичної прямокутної заготовки (фіг. 11). Призматичні заготовки (фіг. 10, фіг. 11) складені зі скупчення скріплених, наприклад склеюванням, прямокутних і ідентичних (в кожному пакеті) шарів електротехнічної сталі. При роботі індукційного статичного пристрою магнітний протік магнітопроводу замикається по ярмах 1, 2 і стрижнях 9 (фіг. 1) та ярмах 1 і стрижнях 11 (фіг. 4, фіг. 5), в яких трапецієподібні перерізи пакетів 3, 4, 5 і 6, 7, 8 ярем 1 і 2 відповідають шестигранним (фіг. 1, фіг. 2 і фіг. 4, фіг. 5) та восьмигранним (фіг. 7, фіг. 8) перерізам стрижнів 9 і 11, що мінімізує довжину силових ліній та забезпечує задане середнє значення індукції в елементах магнітного кола при мінімальній матеріаломісткості магнітопроводу. Паралельність розташування шарів електротехнічної сталі та різна висота пакетів 3, 4, 5 і 14, 15, 16 ярем 1 і стрижнів 11 забезпечують співпадання площин шарів в стикових зонах (особливо при технологічному забезпечені ідентичності розміру bз показаних на фіг. 10, фіг. 11 заготовок виготовлення пакетів 3, 4, 5 і 6, 7, 8, а також 14, 15, 16 ярем 1, 2 та стрижнів 9, 11) та зсув стиків в суміжних ділянках магнітопроводу. Це позитивно впливає на енергетичні показники трансформаторів. Восьмигранна конфігурація перерізів ярем 1 і стрижнів 11 (фіг. 7, фіг. 9) мінімізує об'єми і матеріаломісткість елементів активної частини з забезпеченням шихтовки вперепліт суміжних шарів електротехнічної сталі в середніх прямокутних ділянках магнітопроводу, що забезпечує максимальну якість електромагнітного перетворення енергії. Відносно прототипу використання технічних рішень (фіг. 1 - фіг. 11) знижує матеріаломісткість магнітопроводу на 6…10 % та знижує втрати потужності на 4…6 %. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Планарний магнітопровід індукційного статичного пристрою, що містить складені з пакетів плоских шарів електротехнічної сталі різної довжини ярма та щонайменше один стрижень з багатогранним поперечним перерізом, що складений з пакетів плоских прямокутних і паралельних в кожному пакеті шарів електротехнічної сталі та розташований двома протилежними гранями паралельно шарам ярем, який відрізняється тим, що пакети ярем мають трапецієподібні подовжні перерізи з кутами боків, що відповідають кутам граней стрижня. 2. Планарний магнітопровід за п. 1, який відрізняється тим, що стрижні складені з пакетів з трапецієподібними поперечними перерізами, в яких шари електротехнічної сталі розташовані паралельно шарам ярем. 3. Планарний магнітопровід за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що в ярмах і стрижнях суміжні пакети шарів електротехнічної сталі з трапецієподібними перерізами мають різні висоти. 4. Планарний магнітопровід за будь-яким з пп. 1, 2, 3, який відрізняється тим, що між пакетами ярем та стрижнів з трапецієподібними перерізами розташовані пакети з прямокутними перерізами. 5. Планарний магнітопровід за будь-яким з пп. 1, 2, 3, 4, який відрізняється тим, що пакети ярем і стрижнів з трапецієподібними перерізами виконані поперечним розділом під кутом граней стрижня призматичних заготовок зі скупчення прямокутних і ідентичних шарів електротехнічної сталі. 3 UA 121405 U 4 UA 121405 U 5 UA 121405 U 6 UA 121405 U 7 UA 121405 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8