Магнітна система трифазного трансформатора

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в конструкциях шихтованных магнитных систем трансформаторов. Известны магнитные системы с V-образными высечками в ярмовых пластинах, в эти высечки вводят двусторонне скошенные концы пластин среднего стержня, а трапециевидные пластины крайних стержней состыкованы с трапециевидными же пластинами ярм односторонними скосами. Эти системы [1], [2], [3] известны с 50-х годов, изучение их разновидностей продолжалось до последнего времени, [3], как и их совершенствование, [4]. Недостатком систем [1], [2], [3] является то, что магнитные системы шихтованы в два положения пластин, т.е. линии стыков пластин у них разнесены в две плоскости, тогда как известно, например [4], что разнесение линий стыков более чем в две плоскости позволяет снизить потери и ток холостого хода трансформатора. Этот недостаток может быть исправлен изменением конструкции магнитной системы, причем здесь могут существова ть разные направления. У традиционных конструкций [1], [2], [3] используется для комплектации пакета 3-4 типоразмера пластин, в патенте США [4] задача о разнесении линий стыков более чем в две плоскости решена путем резкого увеличения числа типоразмеров в пакете. Так, для разнесения линий стыков в четыре плоскости применяют шестнадцать типоразмеров пластин, что даже при автоматических линиях раскроя, но ручной сборке стержней с ярмами, снижает производительность, так что используется это изобретение лишь для престижных заказов. В патенте [4] решается несколько технических задач. Во-первых, производится замена ручной сборки стержней машинной сборки с переходом от шихтовки в 3 листа к ши хтовке в 1 лист, во-вторых, сборка производится без перешихтовки верхнего ярма и наконец, что выдвинуто в [4] на первый план, изменяется конструкция с тем, чтобы разнести линии стыков в 3-6 плоскостей. Первые две задачи можно решать по-разному, а само по себе изменение конструкции, с тем чтобы разнести линии стыков более чем в две плоскости, снижает потери холостого хода на 3 % даже при разнесении линий стыков в шесть плоскостей, поскольку, как известно из описания [4], в пластинах выполняются технологические отверстия, необходимые для сборки сложной конструкции, что ухудшает потери и ток холостого хода и частично погашает положительный эффект от разнесения линий стыков в шесть плоскостей. Результаты, сравнимые с результатами [4], можно получить более просто, используя другое направление усовершенствования конструкций систем [1], [2], [3], [5]. В качестве прототипа для заявляемого решения принята магнитная система трехфазного трансформатора, подробно описанная в [5]. Эта система изготовлена из стальных пластин, уложенных слоями в пакеты двух ярм и трех стержней. Трапециевидные пластины крайних стержней соединены с трапециевидными же пластинами ярм косыми стыками, а двусторонне несимметрично скошенная по концам пластина среднего стержня входит этими скошенными концами в V-образные высечки в обеих ярмовых пластинах. В обоих ярмах системы прототипа использованы одинаковые пластины с высечками, вершины которых расположены на оси ярма. В одном из ярм при сборке слоя системы пластина уложена со смещением вершины высечки на определенное расстояние от оси среднего стержня в одну сторону, а в противолежащем ярме - в другую сторону. В каждом следующем слое пластины расположены как в предыдущем слое после поворота этого слоя либо вокруг горизонтальной, либо вокруг вертикальной оси системы, что приводит к одному результату. При такой конструкции возможна шихтовка только в два положения пластин и разнесение линий стыков только в две плоскости. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования магнитной системы трансформатора таким образом, чтобы форма пластин и их взаимное расположение обеспечивало разнесение линий стыков пластин стержней и ярм в четыре положения пластин и за счет этого получить снижение потерь и тока холостого хода. Поставленная задача решается тем, что в магнитной системе трехфазного трансформатора, изготовленной из стальных пластин, уложенных слоями в пакеты двух ярм и трех стержней, у которой каждый второй слой пакета получен из первого поворотом на 180° вокруг одной из двух взаимно перпендикулярных осей слоя, пластины крайних стержней соединены с ярмовыми пластинами косым стыком, а концы пластин среднего стержня, скошенные с обеих сторон под углом 45° к оси пластины, входят в V-образные высечки в сплошных пластинах или в аналогичные высечкам незаполненные площади составных пластин, согласно изобретению, в любом слое вершины высечек в пластинах противолежащих ярм удалены на некоторые расстояния от оси среднего стержня и, по меньшей мере, в одной из противолежащих ярмовых пластин вершина высечки удалена на некоторое расстояние от оси ярма, причем сумма расстояний, на которые удалены вершины высечек от оси среднего стержня не равна сумме расстояний, на которые удалены вершины высечек от оси ярма, система шихтована в четыре положения пластин, положения пластин в третьем и четвертом слоях отвечают и х положениям в первом и втором слоях, повернутых на 180° вокруг оси, перпендикулярной той, относительно которой был повернут первый слой для получения второго. У заявляемой конструкции вершины высечек в ярмовых пластинах удалены не только от оси среднего стержня, но, по меньшей мере в одной из пластин противолежащих ярм, вершина высечки смещена на некоторое расстояние и от оси ярма. Это позволяет шихтовать систему в четыре положения, поскольку при дополнительном смещении вершины высечки хотя бы в одной из пластин ярм от оси ярма разворот слоя вокруг горизонтальной оси, в отличие от прототипа, не будет приводить к тому же положению пластин, что разворот вокруг вертикальной оси. Разнесение линий стыков в четыре плоскости при шихтовке в четыре положения пластин уменьшает плотность магнитного потока в пластинах, которые перекрывают зазоры в стыках предыдущего слоя и тем самым снижают локальные потери энергии на перемагничивание магнитной системы включенного трансформатора. Снижается также ток холостого хода и шум трансформатора. Снижение потерь на 3-3,5% подтверждено экспериментами на моделях. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показано расположение пластин ярм и стержней в первом слое магнитной системы; на фиг. 2 изображено расположение пластин во втором слое магнитной системы; на фиг. 3 приведен вид третьего слоя магнитной системы; на фиг. 4 приведен вид четвертого слоя; на фиг. 5 показано расположение линий стыков пластин ярм и стержней при наложении четырех слоев, изображенных на фиг. 1-4; на фиг. 6 изображен слой магнитной системы с составными пластинами ярм первого вида; на фиг. 7 изображен слой магнитной системы с составными пластинами второго вида. В первом слое фиг. 1 ярмовая пластина 1 уложена в верхнее ярмо. Вершина высечки в пластине 1 удалена от оси пластины 2 среднего стержня на величину a в сторону короткого скоса на конце пластины 2, а от оси ярма вершины удалена в сторону внутренней кромки пластины 1 на величину b . В противолежащей ярмовой пластине 3 вершина высечки смещена от оси среднего стержня на величину d в ту же сторону, в которую смещена вершина высечки в пластине 1. От оси ярма вершина высечки в пластине 3 удалена на расстояние g в сторону наружной боковой кромки пластины 3. Что касается структуры стыков пластин 4 крайних стержней с ярмовыми пластинами 1 и 3, то здесь может быть использован целый ряд вариантов, которые обеспечивают разнесение линий стыков в четыре плоскости, тогда как для среднего стержня разнесение линий стыков в четыре плоскости возможно лишь при выполнении конструкции в соответствии с формулой изобретения. По фиг. 1 можно заключить, что для определенности структуры всего слоя пластин достаточно задать величину e , на которую смещены поперечные оси трапеции 1 и трапеции 3 от оси среднего стержня и на которую смещен от биссектрисы угла окна системы скос пластины 4 (при дополнительном условии, что второй скос этой пластины положен на биссектрисе угла окна). Второй слой магнитной системы (фиг. 2) получен из первого (фиг. 1) поворотом на 180° вокруг вертикальной оси. Линии стыков в первом слое перекрыты пластинами второго слоя Например, линия стыка пластины 4 правого крайнего стержня с пластиной 1 проходила на фиг. 1 ниже биссектрисы угла окна на e , а на фиг. 2 эта линия проходит на e выше биссектрисы. Расположение пластин в третьем слое (фиг. 3) отвечает их расположению во втором слое, повернутом на 180° вокруг горизонтальной оси. В том же углу системы, где сходится с верхним ярмом правый стержень линия стыка проходит ниже биссектрисы угла окна на расстоянии 2 e . Четвертый слой (фиг. 4) получен из первого поворотом на 180° вокруг горизонтальной оси системы. В том же углу системы, который рассматривался выше линия стыка проходит по биссектрисе угла окна. Таким образом, линии стыков разнесены в четыре плоскости, если они не совпадают ни в одном из четырех слоев, которые повторяются до набора толщины пакета. Следует отметить, что нумерация слоев - условная, четвертый слой, например можно собрать вместо третьего и наоборот, что не ухудшает работу системы. Общая картина расположения линий стыков в четырех плоскостях показана на фиг. 5, на которой разными видами линий показаны линии стыков в слоях фиг. 1-4. Следует отметить, что в формуле изобретения не рекомендуется располагать вершины высечек таким образом, чтобы сумма расстояний a + b была равной значению b + g , так как линия стыков пластины среднего стержня с ярмами при этом могут совпадать в двух из четырех слоев и не будут разнесены в четыре плоскости. Для магнитных систем трансформатор с мощностью 80-100 МВА в связи с неудобствами сборки длинных, например трехметровых, пластин применяют составные пластины, вид которых показан на фиг. 6. Они идентичны сплошным пластинам, разрезанным по вершине высечек. Вторая разновидность разрезных пластин показана на фиг. 7, где одновременно показан второй вариант структуры стыков пластин крайних стержней с ярмами, отличающийся от варианта на фиг. 1-4 и фиг. 6. При работе магнитной системы фиг. 1-4, магнитный поток, возбуждаемый обмотками на стержнях, проходит от стержня к стержню через ярма, преодолевая магнитное сопротивление, создаваемое самим материалом пластин, и сопротивление стыков, где между пластинами имеются зазоры. Зазоры, как правило, представляют собой большое сопротивление, так что магнитный поток при подходе к зазору частично переходит в перекрывающие стык соседние пластины пакета. Однако, в соседних пластинах циркулирует свой собственный такой же по величине поток, так что в перекрывающей пластине плотность потока предельно возрастает. При шихтовке в четыре положения в перекрывающую стык пластину поступает поток только с одной стороны, тогда как при традиционной шихтовке в два положения поток поступает с двух сторон. Снижение плотности потока в пластинах перекрывающих зазоры снижает потери и ток холостого хода.