Просторова електромагнітна система

Винахід відноситься до галузі трансформаторо - та електроапаратобудування, може бути використаний при виробництві трифазних трансформаторів, дроселів і реакторів малої та середньої потужності з просторовим стиковим магнітопроводом і вирішує задачу поліпшення масогабаритних показників та спрощення технології виробництва. Відомо про конструкцію просторової електромагнітної системи, котра містить стиковий магнітопровід із шихтованих стрижнів ступеневого перерізу, що уписується у коло, та витих із стрічки електротехнічної сталі ярем з трикутним внутрішнім контуром (а.с. №1312653, кл. H01F27/04). Стрижні забезпечують круглу форму обмоткових котушок, котра обумовлює зміну площини обмоткових порожнин у радіальному напрямку та значну середню довжину витка електротехнічної сталі, а також підвищену нерівномірність розподілу магнітного поля і, як наслідок, підвищені габаритні розміри та витрати у сталі. Складення стрижнів з пакетів пластин електротехнічної сталі різної ширини значно ускладнює технологію виробництва. Ознаками вказаної конструкції, що співпадають з конструкцією згідно винаходу є наявність магнітопроводу з порожнинами для розміщення m-фазної обмотки у вигляді котушок, котрі охоплюють розташовані під кутами 360º/m ділянки магнітопроводу. Крім того, відомо про конструкцію просторової електромагнітної системи (патент України №51427А, кл. MKB 7 H01F27/24), котру прийнято за прототип. Просторова електромагнітна система містить магнітопровід з порожнинами для розміщення m-фазної обмотки у вигляді котушок, котрі охоплюють розташовані під кутами 360°/m ділянки магнітопроводу, що створюють прямокутний переріз кожної порожнини з незмінною площиною. Розташовані під кутами 360°/m ділянки (стрижні) виготовлені з декількох кільцевих заготівок способом навивки і розрізання, або опресовки стрічки електротехнічної сталі. Вказані ділянки стикуються з торцевими ділянками магнітопроводу (ярмами). Ярма також виті із стрічки електротехнічної сталі та мають внутрішній контур трикутної форми. Вказаний магнітопровід забезпечує підвищен у компактність та поліпшені масогабаритні показники електромагнітної системи відносно існуючих аналогів. Однак його особливістю також є значна нерівномірність розподілу магнітного поля, обумовлена зміною геометрії та довжини замикання силових ліній поля у радіальному напрямку. Перерозподілу магнітного поля між недовантаженими витками сталі (зона внутрішнього контуру ярма та зовнішнього контуру стрижнів) та перевантаженими витками сталі (зона зовнішнього контуру ярма та внутрішнього контуру стрижнів) не відбувається, оскільки витки стрічки сталі розділені ізоляцією (оксиди, лак), а зрівнюваний потік має перпендикулярний напрям відносно площини стрічки. Вказана особливість обумовлює необхідність зниження середнього значення індукції у елементах магнітного кола та підвищення питомої матеріалоємності електромагнітної системи. Крім того, підвищена компактність електромагнітної системи обумовлює погіршення умов охолодження обмоток. Ознаками прототипу, що співпадають з конструкцією згідно винаходу, є наявність магнітопроводу з порожнинами для розміщення m-фазної обмотки у вигляді котушок, котрі охоплюють розташовані під кутами 360°/m ділянки магнітопроводу, що створюють прямокутний переріз кожної порожнини з незмінною площиною. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення конструкції просторової електромагнітної системи, у котрої нова сукупність конструктивних ознак забезпечує можливість поліпшення масогабаритних показників трифазних трансформаторів, дроселів і реакторів шляхом поліпшення розподілу магнітного поля. Поставлена задача вирішується тим, що у просторовій електромагнітній системі, що містить магнітопровід з порожнинами для розміщення m-фазної обмотки у вигляді котушок, які охоплюють розташовані під кутами 360°/m ділянки магнітопроводу, що створюють прямокутний переріз кожної порожнини з незмінною площиною, висота розташованих під кутами 360°/m ділянок перевищує висоту обмоткових порожнин, а у просторі між частинами ділянок, що виступають над обмотковими порожнинами, встановлені феромагнітні елементи. Феромагнітні елементи виконані з композиційного матеріалу та мають T-подібну форму поперечного перерізу. Розташовані під кутами 360°/m ділянки виконані з феромагнітного композиційного матеріалу та містять виступи на торцевих поверхнях. Сукупність вказаних ознак, тобто виконання розташованих під кутами 360°/m ділянок магнітопроводу з висотою, яка перевищує висоту обмоткових порожнин, та встановлення у простір між частинами ділянок, що виступають над обмотковими порожнинами, феромагнітних елементів, забезпечує поліпшення розподілу магнітного поля у активному об'ємі за рахунок вирівнювання насичення внутрішніх і зовнішніх зон елементів магнітопроводу. Це призводить до поліпшення масогабаритних показників та спрощення технології виробництва за рахунок використання простої прямокутної форми елементів. Завдяки виконанню феромагнітних елементів з композиційного матеріалу та такими, що мають T-подібну форму поперечного перерізу, спрощується технологія виробництва та знижується вартість магнітопроводу, а також зменшується магнітний опір технологічного стику між елементами магнітного кола. Завдяки виконанню розташованих під кутами 360°/м ділянок магнітопроводу з феромагнітного композиційного матеріалу та такими, що містять виступи на торцевих поверхня х, спрощується технологія виробництва та вартість магнітопроводу, а також досягається поліпшення умов охолодження обмоток шляхом оребрення магнітопроводу. Сукупність ознак конструкції згідно винаходу забезпечує поліпшення масогабаритних показників та спрощення технології виробництва просторової електромагнітної системи на 5...10% відносно прототипу. Винахід ілюструється кресленнями. На Фіг.1 показано головний вид просторової електромагнітної системи m=3 - фазного трансформатора, а на Фіг.2 - вид вказаної системи збоку торцевої поверхні магнітопроводу з розрізами, що характеризують сутність конструкції. Фіг.3 пояснює особливості замикання електромагнітного поля у елементах магнітного кола. Просторова електромагнітна система містить магнітопровід 1 з порожнинами 2 для розміщення трифазної обмотки 3 у вигляді котушок 4, 5 високої та низької напруги, які охоплюють розташовані під кутами 360°/m=120° ділянки 6 магнітопроводу, що створюють прямокутний переріз abcd кожної порожнини 2 з незмінною площиною. Висота hм розташованих під кутами 120° ділянок 6 перевищує висоту ho обмоткових порожнин 2, а у просторі 7 між частинами ділянок 6, що виступають над обмотковими порожнинами 2, встановлені феромагнітні елементи 8. Феромагнітні елементи 8 можуть бути виконані шихтованими з прямокутних пластин 9 електротехнічної сталі та встановлені на феромагнітному клею 10 (Фіг.2). Також елементи 7 (Фіг.3) можуть бути виконані пресовкою з феромагнітного композиційного матеріалу та мати T-подібну форму поперечного перерізу з виступами 11. Ділянки 6 магнітопроводу (Фіг.1 і Фіг.2) також можуть бути пресовані з феромагнітного композиційного матеріалу з виступами 12, що створюють оребрену поверхню охолодження магнітопроводу. Феромагнітні елементи 8 також можуть бути пресовані з ребрами 13 охолодження (Фіг.3). При роботі просторової електромагнітної системи згідно винаходу, завдяки площинному напрямку, або відсутності ши хтовки відповідно пластин 9 (Фіг.2), або пресованих з феромагнітного порошку елементів 8 (Фіг.3) вирівнюється насичення елементів магнітного кола у радіальному напрямку. Це забезпечує підвищену рівномірність розподілу магнітного поля та поліпшення масогабаритних показників просторової електромагнітної системи. Використання для виготовлення елементів магнітопроводу прямокутних пластин сталі та феромагнітного композиційного матеріалу спрощує те хнологією виробництва. Виготовлення елементів 6, 7 способом пресовки забезпечує можливість оребрення магнітопроводу 1 та поліпшення умов охолодження обмоток 3. Τ-подібна форма поперечного перерізу елементів 7 з виступами 11 збільшує площину поверхонь технологічного стику та призводить до замикання магнітних силових ліній поля (Фіг.3) через бокові та торцеві поверхні елементів 6, 7. Це призводить до зниження намагнічувального струму та покращення енергетичних характеристик. Таким чином забезпечується поліпшення масогабаритних показників та спрощення технології виробництва просторової електромагнітної системи з постійною шириною (паралельними стінками) обмоткових порожнин на 5...10% у порівнянні з просторовою електромагнітною системою за патентом України №51437А.