RU2320045C1 - Transformer - Google Patents
Transformer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2320045C1 RU2320045C1 RU2006133672/09A RU2006133672A RU2320045C1 RU 2320045 C1 RU2320045 C1 RU 2320045C1 RU 2006133672/09 A RU2006133672/09 A RU 2006133672/09A RU 2006133672 A RU2006133672 A RU 2006133672A RU 2320045 C1 RU2320045 C1 RU 2320045C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic circuit
- windings
- winding
- magnetic
- transformer
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 103
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 102
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 16
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 8
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 abstract description 15
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 12
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 2
- 102000010410 Nogo Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010077641 Nogo Proteins Proteins 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 239000013521 mastic Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным трансформаторам.The invention relates to electrical engineering, in particular to electromagnetic transformers.
Известна линейная миниатюрная катушка индуктивности [1], имеющая магнитопровод броневой чашечной формы, изготовленный оптимизированным подбором и соединением стандартных ферромагнитных колец, выполненным без зазора. Магнитопровод состоит только из четырех деталей. Однако детали магнитопровода невозможно одновременно использовать в качестве обмотки, что позволило бы исключить отдельную обмотку и за счет этого экономить объем и массу известной конструкции.Known linear miniature inductance coil [1], having a magnetic circuit armored cup shape made by optimized selection and connection of standard ferromagnetic rings, made without a gap. The magnetic circuit consists of only four parts. However, the details of the magnetic circuit cannot be used simultaneously as a winding, which would allow to exclude a separate winding and thereby save the volume and mass of the known structure.
Известна реактивная катушка [2, 3] без сердечника, обмотка которой выполнена из электропроводящего материала, покрытого ферромагнитной оболочкой и изоляцией. При соединении концов такого провода с полюсами источника электропитания и протекании по нему электрического тока электрический ток наводит магнитное поле, охватывающее этот ток. Магнитное поле полностью замыкается собственной ферромагнитной оболочкой провода, т.к. она имеет невысокое магнитное сопротивление, не выходя в пространство наружной изоляции провода, имеющей высокое магнитное сопротивление. Это значит, что такой провод эквивалентен прямому уединенному проводу, индуктивность которого равна магнитной проводимости среды, охватывающей его, не зависит от формы, взаимного расположения и числа витков обмотки и превосходит индуктивность прямого провода без ферромагнетика в μ раз, где μ - относительная магнитная проницаемость ферромагнетика. Обмотки катушки без сердечника могут быть выполнены из недорогого материала, например полностью из железного провода или другого электропроводящего ферромагнетика, покрытого изоляцией. Однако, т.к. магнитные поля ее витков не выходят за пределы провода и не влияют друг на друга, то магнитное потокосцепление обмоток катушки близко к нулю. Для создания электромагнитного трансформатора в устройство необходимо ввести дополнительные детали, т.е. замыкающее ярмо магнитопровода и первичные обмотки из неферромагнитного материала, причем должны быть ферромагнитными изоляция обмотки из электропроводного ферромагнетика, заполнение зазоров между ее витками, зазоров между этой обмоткой и деталями замыкающего ярма.Known reactive coil [2, 3] without a core, the winding of which is made of an electrically conductive material coated with a ferromagnetic shell and insulation. When the ends of such a wire are connected to the poles of the power supply and the electric current flows through it, the electric current induces a magnetic field that encloses this current. The magnetic field is completely closed by its own ferromagnetic sheath of the wire, because it has a low magnetic resistance, without going into the space of the outer insulation of the wire having high magnetic resistance. This means that such a wire is equivalent to a direct solitary wire, the inductance of which is equal to the magnetic conductivity of the medium enclosing it, does not depend on the shape, relative position and number of turns of the winding and exceeds the inductance of a direct wire without a ferromagnet by a factor of μ, where μ is the relative magnetic permeability of the ferromagnet . The core windings of the coil can be made of inexpensive material, for example, entirely of iron wire or other electrically conductive ferromagnet coated with insulation. However, since Since the magnetic fields of its turns do not extend beyond the wire and do not affect each other, the magnetic flux linkage of the coil windings is close to zero. To create an electromagnetic transformer, additional details must be introduced into the device, i.e. the closing yoke of the magnetic circuit and the primary windings of non-ferromagnetic material, moreover, the windings from the electrically conductive ferromagnets must be ferromagnetic, filling the gaps between its turns, the gaps between this winding and the details of the closing yoke.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является трансформатор [4], содержащий две системы, каждая из которых выполнена в виде отдельно намотанных обмоток. Обмотки размещены концентрично одна в другой, при этом каждая из систем выполнена с внутренней полостью, в которой частично размещена другая система так, что системы сцеплены друг с другом и расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Причем обмотки выполнены в виде лент, состоящих из слоев биметалла. Один из слоев является ферромагнитным, а другой изготовлен из высокоэлектропроводящего материала. При этом подключение обмоток к источнику напряжения и нагрузки выполнено с возможностью формирования первичной и вторичной обмоток в одной из систем и магнитопровода в другой системе, а также одновременного формирования первичной и вторичной обмоток и магнитопровода в каждой из систем, слои обмоток и обмотки разделены изоляцией. Каждая система может состоять из двух и более концентрически расположенных обмоток. При подключении концов биметаллической ленты любой из обмоток первой катушки к полюсам источника электропитания ток этой обмотки создает магнитное поле, замыкающееся через вторую катушку. Это магнитное поле наводит электрическое напряжение между концами другой обмотки первой катушки. Т.е. для этой системы первая катушка выполняет роль обмоток трансформатора, а вторая - роль магнитопровода. Одновременно, можно подключить концы биметаллической ленты любой из обмоток второй катушки к полюсам другого источника электропитания, ток этой обмотки создает магнитное поле, замыкающееся через первую катушку. Это магнитное поле наводит электрическое напряжение между концами другой обмотки второй катушки. Т.е. для второй системы вторая катушка выполняет роль обмоток трансформатора, а первая катушка - роль магнитопровода. Таким образом, в одном и том же объеме размещены два трансформатора вместо одного, что уменьшает объем и массу трансформатора. Известный трансформатор имеет две магнитно-электрические системы, причем в первой магнитно-электрической системе обмотки первой катушки использованы по прямому назначению, а обмотки второй катушки использованы как магнитопровод, во второй магнитно-электрической системе обмотки второй катушки использованы по прямому назначению, а обмотки первой катушки использованы как магнитопровод.The closest set of essential features to the claimed invention is a transformer [4], containing two systems, each of which is made in the form of separately wound windings. The windings are arranged concentrically one in the other, while each of the systems is made with an internal cavity in which the other system is partially placed so that the systems are linked to each other and are located in two mutually perpendicular planes. Moreover, the windings are made in the form of tapes consisting of bimetal layers. One of the layers is ferromagnetic, and the other is made of highly electrically conductive material. In this case, the connection of the windings to a voltage and load source is made with the possibility of forming the primary and secondary windings in one of the systems and the magnetic circuit in the other system, as well as the simultaneous formation of the primary and secondary windings and the magnetic circuit in each of the systems, the layers of the windings and windings are separated by insulation. Each system can consist of two or more concentrically arranged windings. When connecting the ends of the bimetallic tape of any of the windings of the first coil to the poles of the power supply, the current of this winding creates a magnetic field that closes through the second coil. This magnetic field induces an electrical voltage between the ends of the other windings of the first coil. Those. for this system, the first coil acts as the transformer windings, and the second as the magnetic circuit. At the same time, you can connect the ends of the bimetallic tape of any of the windings of the second coil to the poles of another power source, the current of this winding creates a magnetic field that closes through the first coil. This magnetic field induces an electrical voltage between the ends of the other windings of the second coil. Those. for the second system, the second coil acts as the transformer windings, and the first coil acts as the magnetic circuit. Thus, two transformers are placed in the same volume instead of one, which reduces the volume and weight of the transformer. The known transformer has two magnetoelectric systems, wherein in the first magnetoelectric system the windings of the first coil are used for its intended purpose, and the windings of the second coil are used as a magnetic circuit, in the second magnetoelectric system of the windings of the second coil are used for its intended purpose, and the windings of the first coil used as a magnetic circuit.
При этомWherein
1) магнитное поле тока, создаваемого в каждом слое биметаллической ленты, при подключении ее концов к полюсам источника электропитания переменного тока замыкается по контурам с наибольшей магнитной проводимостью, охватывающим этот слой ленты, а именно по ферромагнитным слоям рассматриваемого и близлежащих слоев биметалла, по замкнутому контуру второй катушки;1) the magnetic field of the current generated in each layer of the bimetallic tape, when its ends are connected to the poles of the AC power source, closes along the contours with the highest magnetic conductivity, covering this layer of the tape, namely, the ferromagnetic layers of the considered and neighboring bimetal layers, in a closed loop second coil;
2) магнитное сопротивление стандартного витого тороидального магнитопровода2) the magnetic resistance of a standard twisted toroidal magnetic circuit
RM≈πDd/(μμ0dFea2h)+d(d-dFe)/(μ0πDa2h), где D, a, h - средний диаметр, толщина и высота тора; μ, dFe - относительная магнитная проницаемость и толщина ферромагнетика ленты, d - суммарная толщина ленты, μ0 - магнитная проницаемость вакуума;R M ≈πDd / (μμ 0 d Fe a 2 h) + d (dd Fe ) / (μ 0 πDa 2 h), where D, a, h is the average diameter, thickness and height of the torus; μ, d Fe is the relative magnetic permeability and thickness of the tape ferromagnet, d is the total thickness of the tape, μ 0 is the magnetic permeability of the vacuum;
а магнитное сопротивление тора, полностью отлитого из такого же ферромагнетика, R0≈πDd/(μμ0ah);and the magnetic resistance of a torus completely cast from the same ferromagnet, R 0 ≈πDd / (μμ 0 ah);
это показывает, что магнитное сопротивление витого тора в kδ≈d/dFe+μd(d-dFe)/(πD)2 раз больше, т.е. сильно зависит от толщины неферромагнитных слоев биметаллической ленты.this shows that the magnetic resistance of the twisted torus is k δ ≈d / d Fe + μd (dd Fe ) / (πD) 2 times greater, i.e. strongly depends on the thickness of the non-ferromagnetic layers of the bimetallic tape.
Магнитное сопротивление контура, проходящего по ферромагнитным слоям первой катушкиThe magnetic resistance of the circuit passing through the ferromagnetic layers of the first coil
RM,Sh≈d(d-dFe)/(2μ0π2D2a).R M, Sh ≈d (dd Fe ) / (2μ 0 π 2 D 2 a).
Поэтому во второй катушкее наводится К=RM,Sh/(RM+RM,Sh) часть магнитного потока, где К - фактор шунтирования магнитного потока, равный в этом случае коэффициенту связи обмоток трансформатора.Therefore, the K = R M, Sh / (R M + R M, Sh ) part of the magnetic flux is induced in the second coil, where K is the magnetic flux shunt factor, which in this case is equal to the coupling coefficient of the transformer windings.
Индуктивность обмоток трансформатора меняется в К2/К=К раз. Это эквивалентно увеличению тока намагничивания трансформатора в К-1 раз.The inductance of the transformer windings varies by K 2 / K = K times. This is equivalent to an increase in the magnetization current of the transformer by K -1 times.
Следовательно, введение ферромагнитного слоя в первичную обмотку трансформатора требует увеличения числа ее витков в К-1 раз. Это ведет к увеличению ее объема и массы материалов в К-1 раз.Therefore, the introduction of a ferromagnetic layer in the primary winding of the transformer requires an increase in the number of its turns by K -1 times. This leads to an increase in its volume and mass of materials by K -1 times.
Потери энергии трансформаторов равны Q=qFe·VFe+qCu·VCu, где qFe, VFe - удельные объемные потери и объем магнитопровода, qFe=j2ρ, VFe - удельные объемные потери и объем обмоток, j - среднее значение плотности электрического тока, ρ - среднее удельное сопротивление проводника.The energy losses of the transformers are Q = q Fe · V Fe + q Cu · V Cu , where q Fe , V Fe are the specific volume losses and the volume of the magnetic circuit, q Fe = j 2 ρ, V Fe are the specific volume losses and the volume of windings, j is the average value of the electric current density, ρ is the average specific resistance of the conductor.
3) Если к полюсам другого источника питания переменного тока подключены выводы обмотки второй катушки, то по отношению к этой катушке первая катушка является магнитопроводом, причем магнитное поле, наводимое током обмотки первой катушке, в этой же катушке перпендикулярно магнитному полю, наводимому в первой катушке током обмотки второй катушки. Аналогичное явление происходит во второй катушке. Это размагничивает магнитопроводы трансформатора. Например, при равенстве напряженностей наводимых перпендикулярных магнитных полей размагничивание эквивалентно снижению магнитной проницаемости материала магнитопровода в 2 раза. Значит при проектировании такого трансформатора приходится в 2 раза увеличить сечение каждого магнитопровода, т.е. увеличить их размеры и массу.3) If the terminals of the winding of the second coil are connected to the poles of another AC power source, then with respect to this coil the first coil is a magnetic circuit, and the magnetic field induced by the winding current of the first coil in the same coil is perpendicular to the magnetic field induced in the first coil by current windings of the second coil. A similar phenomenon occurs in the second coil. This demagnetizes the magnetic circuits of the transformer. For example, if the intensity of the induced perpendicular magnetic fields is equal, demagnetization is equivalent to a 2-fold decrease in the magnetic permeability of the material of the magnetic circuit. So, when designing such a transformer, you have to double the cross section of each magnetic circuit, i.e. increase their size and weight.
Следовательно, снижение массы в 2 раза за счет известного двойного использования материалов в обоих случаях не обеспечивает уменьшения массы, объема, снижения потерь энергии в обмотках и магнитопроводе известного трансформатора по сравнению с другими известными аналогами.Therefore, a 2-fold reduction in mass due to the known double use of materials in both cases does not provide a reduction in mass, volume, or energy loss in the windings and magnetic circuit of a known transformer in comparison with other known analogues.
Таким образом, известный трансформатор имеет значительные габариты и массу, что приводит к значительным потерям энергии в обмотках и магнитопроводе.Thus, the known transformer has significant dimensions and mass, which leads to significant energy losses in the windings and the magnetic circuit.
Задачей изобретения является создание трансформатора с уменьшенными габаритами и массой, снижение потерь энергии в обмотках и магнитопроводе путем уменьшения числа витков обмоток и увеличения коэффициента связи обмоток благодаря устранению шунтирования рабочего магнитного потока, а также улучшению характеристик магнитопровода путем уменьшения эквивалентных немагнитных зазоров и исключения размагничивания перпендикулярным магнитным полем.The objective of the invention is to provide a transformer with reduced dimensions and weight, reducing energy losses in the windings and the magnetic circuit by reducing the number of turns of the windings and increasing the coupling coefficient of the windings by eliminating shunting of the working magnetic flux, as well as improving the characteristics of the magnetic circuit by reducing equivalent non-magnetic gaps and eliminating demagnetization by perpendicular magnetic by the field.
Эта задача решается тем, что в трансформаторе, включающем образующие две системы изолированные магнитопровод и концентрично расположенные первичную и вторичную обмотки, каждая из которых намотана отдельно, согласно изобретению одна из систем образована магнитопроводом, выполненным из ферромагнитного низкоэлектропроводящего материала, который включает вторичную обмотку из ферромагнитного высокоэлектропроводящего материала, а другая система включает первичную обмотку из неферромагнитного высокоэлектропроводящего материала, охватывающую вторичную обмотку.This problem is solved in that in a transformer comprising an isolated magnetic circuit forming two systems and concentrically arranged primary and secondary windings, each of which is wound separately, according to the invention, one of the systems is formed by a magnetic circuit made of a ferromagnetic low-conductive material, which includes a secondary winding of a high-conductivity ferromagnetic material, and another system includes a primary winding of non-ferromagnetic highly electroconductive material, coverage yvayuschuyu secondary winding.
На фиг.1 показан трансформатор, магнитопровод которого имеет горшкообразную форму, на фиг.2 - магнитопровод трансформатора имеет треугольную форму, на фиг.3 и 4 - вытянутую стержневую форму. На фиг.5 показана разновидность трансформатора фиг.2 с круглой дисковой формой магнитопровода.Figure 1 shows a transformer, the magnetic circuit of which has a pot-like shape, figure 2 - the magnetic core of the transformer has a triangular shape, figure 3 and 4 is an elongated rod shape. Figure 5 shows a variant of the transformer of figure 2 with a circular disk shape of the magnetic circuit.
Выводы первичной обмотки 4 трансформаторов, показанных на фиг.1-5, подключаются к выводам источника питания U1, а выводы вторичной обмотки 2 этих трансформаторов подключаются к выводам нагрузки U2. Варианты схемы подключения показаны на фиг.6, 7. Позиции на фиг.2-5 аналогичны фиг.1The terminals of the
На фиг.1 изображен трансформатор, представляющий собой две системы, одна из которых включает магнитопровод 1, концентрично расположенные вторичную 2 и первичную 4 обмотки, а также изоляцию 3, 5, причем магнитопровод и вторичная обмотка выполнены из ферромагнитного материала, причем в одну систему входит магнитопровод, выполненный из низкоэлектропроводящего ферромагнитного материала, и вторичная обмотка из высокоэлектропроводящего ферромагнитного материала, а в другую систему - первичная обмотка из высокоэлектропроводящего неферромагнитного материала, охватывающая вторичную обмотку.Figure 1 shows a transformer, which is two systems, one of which includes a
Конструкция магнитопровода, показанная на фиг.1, целесообразна для однофазных трансформаторов, работающих при невысоких напряжениях, т.к. цилиндрическая конструкция имеет меньший вес, чем прямоугольная. При высоковольтном исполнении такой конструкции требуется высоковольтная изоляция по всей поверхности обмоток 2 и 4, что значительно увеличило бы вес и размеры трансформатора. Дискообразный магнитопровод может быть выполнен из феррита, если трансформатор предназначен для работы в высокочастотной сети, или если трансформатор предназначен для работы в промышленной сети, спрессован эвольвентной навивкой из пластин электротехнической стали [М.П. Костенко, Л.М.Пиотровский. Электрические машины. Изд-е 2-е. в 2-х томах. Ленинград; Энергия, 1965, т.1, стр.45, трансформаторы фирмы Brown
Конструкция магнитопровода, показанная на фиг.2, предназначена для трехфазных (многофазных) трансформаторов, работающих при низких и высоких напряжениях, т.к. изолирующий зазор между боковыми поверхностями обмоток смежных фаз в этом случае достаточно обеспечить непосредственно в месте соприкосновения поверхностей обмоток смежных фаз. Значит увеличение веса трансформатора будет незначительным, а его конструкция упрощается. Разветвление магнитопровода, т.е. его конструкция, в которой обмотки разных фаз охватывают соответствующие этим фазам части магнитопровода, в трех- и более фазных трансформаторах, является неизбежным.The design of the magnetic circuit shown in figure 2, is intended for three-phase (multiphase) transformers operating at low and high voltages, because the insulating gap between the side surfaces of the windings of adjacent phases in this case, it is sufficient to provide directly at the point of contact of the surfaces of the windings of adjacent phases. This means that the increase in the weight of the transformer will be negligible, and its design is simplified. The branching of the magnetic circuit, i.e. its design, in which the windings of different phases cover the corresponding parts of the magnetic circuit in these three or more phase transformers, is inevitable.
Конструкция, показанная на фиг.3, со стержневьм магнитопроводом вместо дискообразного, предназначена для однофазных низкочастотных трансформаторов и целесообразна при мелкосерийном производстве, когда изготовление дискообразных магнитопроводов из листовой электротехнической стали, например эвольвентной навивкой полос этого материала, экономически не оправдано. Применяется, когда приемлемо небольшое увеличение веса магнитопровода.The design shown in Fig. 3, with a rod-shaped magnetic core instead of a disk-shaped one, is intended for single-phase low-frequency transformers and is expedient for small-scale production, when the manufacture of disk-shaped magnetic circuits from sheet electrical steel, for example involute winding of strips of this material, is not economically justified. It is used when a slight increase in the weight of the magnetic circuit is acceptable.
Конструкция магнитопровода, показанная на фиг.4, со стержневым магнитопроводом, предназначена для трехфазных трансформаторов, изготовление такого магнитопровода не требует треугольной навивки электротехнической стали, поэтому при мелкосерийном производстве, является более экономически оправданной, чем показанная на фиг.2. Магнитопровод прост в изготовлении, т.к. изготавливается из прямых полос электротехнической стали. Однако такой трансформатор идентичен электрическими характеристиками трансформаторам с Е-образным магнитопроводом [М.П.Костенко, Л.М.Пиотровский. Электрические машины. Изд-е 2-е, в 2-х томах. Ленинград; Энергия, 1965, т.1, стр.80], т.е. имеет неодинаковые характеристики для смежных фаз (напряжения вторичных обмоток, электрические сопротивления вторичных обмоток, вес вторичных обмоток), и может использоваться, когда не требуется полной идентичности этих характеристик.The design of the magnetic circuit shown in figure 4, with a core magnetic circuit, is designed for three-phase transformers, the manufacture of such a magnetic circuit does not require triangular winding of electrical steel, therefore, in small-scale production, it is more economically feasible than shown in figure 2. The magnetic circuit is easy to manufacture, because made from straight strips of electrical steel. However, such a transformer is identical in electrical characteristics to transformers with an E-shaped magnetic circuit [M.P. Kostenko, L.M. Piotrovsky. Electric cars. 2nd ed., In 2 volumes. Leningrad Energy, 1965, v. 1, p. 80], i.e. has different characteristics for adjacent phases (voltage of the secondary windings, electrical resistance of the secondary windings, the weight of the secondary windings), and can be used when the complete identity of these characteristics is not required.
Конструкция магнитопровода, показанная на фиг.5, отличается от конструкции, показанной на фиг.2, простотой изготовления, т.к. не требует треугольной формовки при навивке листовой электротехнической стали при его изготовлении. Трансформатор имеет идентичные характеристики по фазам. Конструкция целесообразна, когда при серийном производстве приемлемо небольшое увеличение веса магнитопровода за счет его удлинения по сравнению с треугольным магнитопроводом фиг.2.The design of the magnetic circuit shown in figure 5, differs from the structure shown in figure 2, ease of manufacture, because does not require triangular molding when winding sheet electrical steel in its manufacture. The transformer has identical phase characteristics. The design is advisable when, in serial production, a small increase in the weight of the magnetic circuit due to its elongation compared to the triangular magnetic circuit of figure 2 is acceptable.
Таким образом, в заявляемом трансформаторе вторичная обмотка 2 встроена в магнитопровод одной и той же магнитно-электрической системы и выполняет две функции: функцию магнитопровода и функцию вторичной обмотки.Thus, in the inventive transformer, the secondary winding 2 is built into the magnetic circuit of the same magnetic-electric system and performs two functions: the function of the magnetic circuit and the function of the secondary winding.
Трансформатор (фиг.1) функционирует следующим образом.The transformer (figure 1) operates as follows.
При подключении выводов первичной обмотки 4 первой системы к контактам источника питания переменного тока с напряжением U1 и циклической частотой ω по виткам этой обмотки течет ток I1, наводящий равномерно распределенный переменный магнитный поток Ф в первой системе, а именно в магнитопроводе 1 и вторичной обмотке 2, которая также выполняет роль магнитопровода. Этот поток наводит ЭДС во вторичной обмотке 2 второй системы; значение этой ЭДС определяется по формуле: Е2=kN2ωФ=kN2ωSB, где N2 - число витков обмотки, S - сечение магнитопровода, В - наведенная магнитная индукция, k - коэффициент, показывающий степень охвата магнитного потока вторичной обмоткой 2. Направление ЭДС в обмотках 2 и 4 перпендикулярно направлению магнитного потока Ф [Теоретические основы электротехники. Бессонов Л.А., Москва: Высшая школа, 1973, с.138].When connecting the terminals of the primary winding 4 of the first system to the contacts of an AC power source with voltage U 1 and a cyclic frequency ω, a current I 1 flows through the turns of this winding, inducing a uniformly distributed alternating magnetic flux Φ in the first system, namely, in
Значение k зависит от соотношения внутреннего и наружного диаметров вторичной обмотки 2 и находится в пределах от 0,33 до 0,5. Работа трансформаторов, содержащих другие вторичные обмотки (фиг.2, 3, 4), включенные в магнитную цепь последовательно с магнитопроводом и остальными вторичными обмотками, полностью аналогична.The value of k depends on the ratio of the inner and outer diameters of the secondary winding 2 and is in the range from 0.33 to 0.5. The operation of transformers containing other secondary windings (figure 2, 3, 4), included in the magnetic circuit in series with the magnetic circuit and the other secondary windings, is completely similar.
Магнитопровод выполнен из ферромагнитного материала с низкой проводимостью, что обеспечивает уменьшение вихревых токов [Теоретические основы электротехники. Бессонов Л.А., Москва: Высшая школа, 1973, с.124-125]. Выполнение вторичной обмотки из ферромагнитного материала с низкой проводимостью позволяет снизить омическое сопротивление этой обмотки, что приводит к снижению потерь энергии.The magnetic circuit is made of a ferromagnetic material with low conductivity, which ensures a reduction in eddy currents [Theoretical Foundations of Electrical Engineering. Bessonov L.A., Moscow: Higher School, 1973, p.124-125]. The secondary winding of a ferromagnetic material with low conductivity can reduce the ohmic resistance of this winding, which leads to lower energy losses.
Магнитный поток Ф в магнитопроводе 1 и вторичной обмотке 2 первой системы наводится только первичной обмоткой 4 второй системы. Поэтому магнитный поток вторичной 2 обмотки соосен с магнитным потоком первичной обмотки 4, это не вызывает размагничивания магнитопровода перпендикулярным магнитным полем. Таким образом, улучшены характеристики магнитопровода. Первичная обмотка 4 в отличие от первичной обмотки прототипа выполнена из неферромагнитного материала, поэтому наводимый ею магнитный поток не замыкается (не шунтируется) внутри этой обмотки. Устраняются потери энергии на вихревые токи из-за замыкания магнитных потоков. Это увеличивает коэффициент связи первичных и вторичных обмоток и снижает влияние немагнитных зазоров, что позволяет избежать увеличения числа витков обмоток и массы магнитопровода. Таким образом устранены недостатки прототипа.The magnetic flux Φ in the
В заявляемом трансформаторе вторичные обмотки 2, выполненные из ферромагнитного материала, размещены в магнитопроводе 1. Потери в любом трансформаторе прямо пропорциональны массе магнитопровода и обмоток [Теоретические основы электротехники. Бессонов Л.А. Москва: Высшая школа, 1973, с.132]. Такое размещение вторичных обмоток 2 экономит объем обмоток трансформатора, что позволяет уменьшить размеры магнитопровода 1, первичной 4 и вторичной 2 обмоток трансформатора, а значит одновременно с достигнутыми уменьшенными габаритами и массой снижаются потери энергии в обмотках и магнитопроводе.In the inventive transformer,
Таким образом, в заявляемом техническом решении вторичная обмотка встроена в магнитопровод одной и той магнитоэлектрической системы и выполняет две функции: функции магнитопровода и функцию вторичной обмотки.Thus, in the claimed technical solution, the secondary winding is built into the magnetic circuit of the same magnetoelectric system and performs two functions: the magnetic circuit function and the secondary winding function.
Заявляемое техническое решение может содержать любое сочетание формы проводника вторичной обмотки 2 и первичной обмотки 4, т.е. проволоки или фольги.The claimed technical solution may contain any combination of the shape of the conductor of the secondary winding 2 and the primary winding 4, i.e. wire or foil.
Трансформатор может быть изготовлен из следующих материалов.The transformer can be made of the following materials.
В качестве низкоэлектропроводящего ферромагнитного материала может быть использован феррит 2000НМ, высокоэлектропроводящего ферромагнитного материала - АРМКО 20-880 (08Ю ПМ), в качестве высокоэлектропроводящего неферромагнитного материала - медь M1 (ТУ 1844.-012-05774969- 2002), электроизолирующего ферромагнитного материала - ферритовый порошок 2000НМ.Ferrite 2000NM can be used as a low-conductivity ferromagnetic material, ARMCO 20-880 (08Yu PM) as a highly conductive ferromagnetic material, M1 copper (TU 1844.-012-05774969-2002), an electrically insulating ferromagnetic material - ferrite powder as a highly conductive non-ferromagnetic material. 2000 nm.
Трансформатор может быть изготовлен, например, следующим образом:The transformer can be manufactured, for example, as follows:
1) вторичные обмотки навиваются лентой "армко", сплавом 08Ю или ЧЖК, покрытой лаком методом шелкографии. После трехкратной отверждающей пропитки их торцы выравниваются и глянцуются методами электролизно-тонкоабразивной плоской обработки и сухого химического травления в плоскости для исключения межвитковых замыканий; все поставщики сырья и услуг находятся в Российской Федерации;1) the secondary windings are wound with Armco tape, 08Yu alloy or ZhZhK coated with varnish by silk screen printing. After triple curing impregnation, their ends are leveled and glossed by the methods of electrolysis-thin-abrasive flat processing and dry chemical etching in the plane to exclude interturn closures; all suppliers of raw materials and services are located in the Russian Federation;
2) ярма изготавливаются в виде плоских колец путем навивки электротехнической стали, покрытой лаком с тонким ферромагнитным порошком; одна их плоскость обрабатывается аналогично торцам вторичных обмоток;2) yokes are made in the form of flat rings by winding electrical steel, varnished with a thin ferromagnetic powder; one of their plane is processed similarly to the ends of the secondary windings;
3) первичные обмотки бескаркасно наматываются из обмоточного медного лакированного провода, лакированной медной или алюминиевой фольги и пропитываются и изолируются отверждающим лаком;3) the primary windings are framelessly wound from a winding copper varnished wire, varnished copper or aluminum foil and are impregnated and insulated with curing varnish;
5) при сборке трансформатора торцы вторичных обмоток изолируются несохнущей мастикой на основе ферромагнитного порошка, например молотого феррита марки 2000НМ;5) when assembling the transformer, the ends of the secondary windings are insulated with a non-drying mastic based on ferromagnetic powder, for example, ground ferrite grade 2000NM;
Таким образом, изготовление заявляемого трансформатора является доступным.Thus, the manufacture of the inventive transformer is affordable.
Заявляемая конструкция трансформатора является модульной, т.е. позволяет легко заменить любую его обмотку или часть магнитопровода, поврежденную при эксплуатации.The inventive design of the transformer is modular, i.e. allows you to easily replace any winding or part of the magnetic circuit damaged during operation.
Заявляемый трансформатор может применяться:The inventive transformer can be used:
- в качестве силовых понижающих электромагнитных однофазных и многофазных трансформаторов в диапазоне мощностей от 0,5 Вт до 20 ГВА и выше; в диапазоне частот 50 Гц - 1 МГЦ и выше, напряжений от 3 В до 110 кВ и выше; т.е. в продукции электронной и электротехнической отраслей, а также в энергетике; обозначение - MTS - Module Transformer for Supply;- as power step-down electromagnetic single-phase and multiphase transformers in the power range from 0.5 W to 20 GVA and above; in the frequency range of 50 Hz - 1 MHz and higher, voltages from 3 V to 110 kV and higher; those. in the products of electronic and electrical industries, as well as in the energy sector; designation - MTS - Module Transformer for Supply;
- в качестве силовых повышающих электромагнитных однофазных и многофазных трансформаторов в диапазоне мощностей от 0,5 Вт до 20 ГВА и выше; в диапазоне частот 50 Гц - 1 МГЦ и выше, напряжений от 3 В до 110 кВ и выше; т.е. в продукции электронной и электротехнической отраслей, а также в энергетике; обозначение - МТС - Module Transformer for Convert;- as power boosting electromagnetic single-phase and multiphase transformers in the power range from 0.5 W to 20 GVA and above; in the frequency range of 50 Hz - 1 MHz and higher, voltages from 3 V to 110 kV and higher; those. in the products of electronic and electrical industries, as well as in the energy sector; designation - MTS - Module Transformer for Convert;
- в качестве измерительных электромагнитных однофазных и многофазных трансформаторов напряжения в диапазоне частот 50 Гц - 1 МГЦ и выше, при напряжениях от 3 В до 110 кВ и выше; т.е. в продукции электронной и электротехнической отраслей, а также в энергетике; в качестве измерительных электромагнитных однофазных и многофазных трансформаторов тока в диапазоне частот 50 Гц - 1 МГЦ и выше, токов от 1 мА до 100 кА и выше; т.е. в продукции электронной и электротехнической отраслей, а также в энергетике; обозначение - МТМ - Module Transformer for Measuring.- as measuring electromagnetic single-phase and multiphase voltage transformers in the frequency range 50 Hz - 1 MHz and higher, with voltages from 3 V to 110 kV and higher; those. in the products of electronic and electrical industries, as well as in the energy sector; as measuring electromagnetic single-phase and multiphase current transformers in the frequency range of 50 Hz - 1 MHz and higher, currents from 1 mA to 100 kA and higher; those. in the products of electronic and electrical industries, as well as in the energy sector; designation - MTM - Module Transformer for Measuring.
Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account
1. Авторское свидетельство СССР №454593, М. кл. Н01F 17/04, Бюл. №47 от 25.12.74. ЛИНЕЙНАЯ МИНИАТЮРНАЯ КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ.1. USSR author's certificate No. 454593, M. cl. H01F 17/04, Bull. No47 on 12.25.74. LINEAR MINIATURE INDUCTION COIL.
2. Авторское свидетельство СССР №603003, М. кл. Н01F 27/28, Бюл. №14 от 15.04.78. РЕАКТИВНАЯ КАТУШКА.2. Copyright certificate of the USSR No. 603003, M. cl. H01F 27/28, Bull. No. 14 dated 04/15/78. REACTOR.
3. Патент США №3247476, 1966, Кл. 336-177. РЕАКТИВНАЯ КАТУШКА.3. US Patent No. 3247476, 1966, Cl. 336-177. REACTOR.
4. Авторское свидетельство СССР №630654, М. кл. Н01F 27/24 от 01.11.78. ТРАНСФОРМАТОР.4. Copyright certificate of the USSR No. 630654, M. cl. H01F 27/24 from 01.11.78. TRANSFORMER.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006133672/09A RU2320045C1 (en) | 2006-09-20 | 2006-09-20 | Transformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006133672/09A RU2320045C1 (en) | 2006-09-20 | 2006-09-20 | Transformer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2320045C1 true RU2320045C1 (en) | 2008-03-20 |
Family
ID=39279896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006133672/09A RU2320045C1 (en) | 2006-09-20 | 2006-09-20 | Transformer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2320045C1 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2393568C1 (en) * | 2009-02-09 | 2010-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
| RU2444077C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
| RU2444076C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
| RU2444803C1 (en) * | 2010-06-23 | 2012-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
| RU2448384C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
| RU2524387C2 (en) * | 2011-11-28 | 2014-07-27 | Ильшат Гайсеевич Мусин | Self-induced emf pulse generator |
| EP3059746A1 (en) | 2015-02-20 | 2016-08-24 | Vladimir V. Kazakov | Transformer with ferromagnetic foil windings |
| RU2649912C1 (en) * | 2016-12-23 | 2018-04-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | High-current frequency flat inductance choke |
| RU184270U1 (en) * | 2018-06-04 | 2018-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | THREE-PHASE TRANSFORMER OF DC SUPPLY SUBSTANCES |
| RU2809802C1 (en) * | 2023-04-27 | 2023-12-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Transformer |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3247476A (en) * | 1961-06-14 | 1966-04-19 | Intron Int Inc | Electromagnetic device |
| US4916425A (en) * | 1986-04-22 | 1990-04-10 | Nachum Zabar | Electromagnetic device |
| US6597270B2 (en) * | 2001-02-19 | 2003-07-22 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Multilayer impedance component |
| RU2221295C2 (en) * | 2001-04-11 | 2004-01-10 | Ермилов Михаил Александрович | Electromagnetic device |
| RU49646U1 (en) * | 2004-12-27 | 2005-11-27 | Смирнов Николай Владимирович | TRANSFORMER |
-
2006
- 2006-09-20 RU RU2006133672/09A patent/RU2320045C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3247476A (en) * | 1961-06-14 | 1966-04-19 | Intron Int Inc | Electromagnetic device |
| US4916425A (en) * | 1986-04-22 | 1990-04-10 | Nachum Zabar | Electromagnetic device |
| US6597270B2 (en) * | 2001-02-19 | 2003-07-22 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Multilayer impedance component |
| RU2221295C2 (en) * | 2001-04-11 | 2004-01-10 | Ермилов Михаил Александрович | Electromagnetic device |
| RU49646U1 (en) * | 2004-12-27 | 2005-11-27 | Смирнов Николай Владимирович | TRANSFORMER |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2393568C1 (en) * | 2009-02-09 | 2010-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
| RU2444803C1 (en) * | 2010-06-23 | 2012-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
| RU2444077C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
| RU2444076C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
| RU2448384C1 (en) * | 2010-08-03 | 2012-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Transformer |
| RU2524387C2 (en) * | 2011-11-28 | 2014-07-27 | Ильшат Гайсеевич Мусин | Self-induced emf pulse generator |
| EP3059746A1 (en) | 2015-02-20 | 2016-08-24 | Vladimir V. Kazakov | Transformer with ferromagnetic foil windings |
| RU2649912C1 (en) * | 2016-12-23 | 2018-04-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | High-current frequency flat inductance choke |
| RU184270U1 (en) * | 2018-06-04 | 2018-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | THREE-PHASE TRANSFORMER OF DC SUPPLY SUBSTANCES |
| RU2809802C1 (en) * | 2023-04-27 | 2023-12-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Transformer |
| RU2833485C1 (en) * | 2023-09-25 | 2025-01-22 | Владимир Альбертович Гринев | Single-phase transformer with increased load capacity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9047890B1 (en) | Inductor with non-uniform lamination thicknesses | |
| US9424984B2 (en) | Integrated capacitor and inductor having co-located magnetic and electrical energy storage volumes | |
| RU2320045C1 (en) | Transformer | |
| Qiu et al. | Design of toroidal inductors with multiple parallel foil windings | |
| US10361024B2 (en) | Dry-type transformer core | |
| EP2695174A1 (en) | Cable and electromagnetic device comprising the same | |
| KR101198031B1 (en) | Electromagnetic field shielding transformer which has the separation type of multiple magnetic field | |
| US20140300440A1 (en) | Inductor gap spacer | |
| US20190027301A1 (en) | Single litz wire transformers | |
| US8178998B2 (en) | Magnetically integrated current reactor | |
| US4135173A (en) | Low volume sheet-wound transformer coils with uniform temperature distribution | |
| CN113299466A (en) | Hollow iron core | |
| JP7288651B2 (en) | planar transformer | |
| JP2013243250A (en) | Coil for non-contact power supply | |
| JP2019527486A (en) | Variable magnetic monopole field electromagnet and inductor | |
| US20190057807A1 (en) | Electromagnetic induction device and method for manufacturing same | |
| CN216487618U (en) | Hollow iron core | |
| US9728321B2 (en) | Transformer with ferromagnetic foil windings | |
| RU2444076C1 (en) | Transformer | |
| Lebedev | Transformer basics | |
| RU2393568C1 (en) | Transformer | |
| KR101220110B1 (en) | High voltage pulse generating apparatus using amorphous magnetic core and manufacturing method of the amorphous magnetic core | |
| RU2448384C1 (en) | Transformer | |
| US20140300439A1 (en) | Wire rod for inductor, and inductor | |
| GB2361110A (en) | An induction device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20101020 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130921 |