Раздел 2
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ
МАГНИТОПРОВОДОВ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ СТЕНКАМИ ОБМОТОЧНЫХ ОКОН
К настоящему времени достигнут определенный предел повышения
технико-экономических показателей электромагнитных и электромеханических
преобразователей с традиционными исполнениями ЭМС на основе имевшихся
«резервов» конструкции и технологии, а также современных методов
автоматизированного проектирования и оптимизации. Дальнейшее усовершенствование
продукции электромашино- и трансформаторостроения возможно на основе новых
оригинальных конструктивных и технологических решений с использованием
современных магнитных и электроизоляционных материалов, а также более
адекватных методик электромагнитного расчета.
2.1. Конструкции магнитопроводов и геометрические соотношения
стержней и ярем
Конструкция трансформатора характеризуется схемой АЧ, конструктивными
особенностями магнитопровода и обмоток. Усовершенствование ТТ, реакторов и
дросселей возможно путем изменения конструкции и конфигурации стержней и ярем
магнитопровода.
Разработка усовершенствованных ТТ малой и средней мощности возможна на основе
пространственного стыкового магнитопровода [69 – 71] с параллельными стенками
обмоточных окон и технологических способов их изготовления [72 – 75]. Первый
вариант (рис. 2.1) конструкции и конфигурации [20, 21, 69] указанного
магнитопровода содержит кольцевые витые ярма с шестигранным внутренним контуром
и стержни, выполняемые из витой заготовки с трехгранным
Рис. 2.1. Схема трехфазного трансформатора малой мощности
с шестигранным внутренним контуром магнитопровода:
1 – стержень; 2 – ярмо; 3 – катушка обмотки;
4 – основание остова; 5 – шпилька стяжки.
внутренним контуром. В трансформаторе с витым СПМ указанного типа сечение
каждого из трех стержней состоит из двух секторов abc и aґbґcґ образованных
радиусом, равным длине ярма и центральными углами 60?, а также расположенным
между секторами прямоугольником abbґaґ с длиной, равной и шириной, равной
ширине грани ярма на стыке со стержнем. Конструктивно стержни замкнуты с торцов
кольцевыми навитыми ярмами с конфигурацией внутреннего контура в виде
симметричного шестигранника с тремя гранями шириной и тремя гранями шириной
обмоточного окна. Для возможности укладки катушек фаз магнитопровод должен
содержать стык с технологическим зазором и выполняться из двух идентичных
деталей, либо должен содержать два стыка между раздельно изготавливаемыми
ярмами и стержнями.
Второй вариант [22, 71] конструкции и конфигурации стыкового магнитопровода
(рис. 2.2) может быть использован для изготовления электромагнитных устройств
не только малой, но и средней мощности. Расширение технологических возможностей
производства обеспечивается треугольным внутренним контуром ярма со
скругленными вершинами граней и составными стержнями из заготовок в виде
коаксиальных участков витых колец.
Рис. 2.2. Конструкции и геометрия витого пространственного магнитопровода
с составными стержнями из концентрически намотанных разрезных а)
и разрезных и сплющенных б) заготовок:
1 – стержень; 2 – ярмо; 3 – заготовка стержня.
Конструкция трехфазного пространственного «сухого» трансформатора с ВПМ (рис.
2.2, а) представлена на рис. 2.3.
Основой конструкции трансформатора или дросселя является магнитопровод. Его
конфигурация определяет главные размеры АЧ, геометрию обмоток и показатели
всего электромагнитного устройства. Главными геометрическими параметрами
магнитопровода и трансформатора (дросселя) в целом являются площадь сечения
стали стержня и площадь сечения обмоточного окна [32, 34, 36]. Одной и той же
могут соответствовать различные соотношения средней длины витков обмоток и
высоты обмоток [34].
Взамен параметра в ТТ малой и средней мощности может использоваться отношение
высоты и ширины обмоточного окна [36]
.
Согласно [34] меньшим (и, соответственно большим ) соответствует меньшая масса
стали и большая масса обмоток. С увеличением масса стали увеличивается, а масса
меди уменьшается. Выбор или существенно влияет на соотношение размеров и масс
активных материалов трансформатора и, соответственно, на все
технико-экономические показатели: напряжение короткого замыкания [33, 34],
потери, КПД, ТХХ и тепловой режим, а также стоимость и уровень магнитного
шума.
Отличительной особенностью предложенных в настоящей работе конструкций
пространственных трансформаторов является более сложная (относительно
прямоугольника и окружности) конфигурация и возможность обеспечения расчетной
площади сечения стержня при различных соотношениях элементов геометрии стержней
и ярма. В конструкции АЧ (рис. 2.1) геометрия магнитопровода и обмоток
определяется величинами наружного и внутреннего диаметров окружностей,
описанных вокруг соответственно наружного и внутреннего контуров ярма и
стержней. Геометрические соотношения АЧ также зависят от отношения величин
граней и внутреннего контура магнитопровода (рис. 2.4),
Рис. 2.3 Трехфазный трансформатор средней мощности с ВПМ
и составными стержнями:
1 – стержень; 2 – обмотка; 3 – ярмо; 4 – остов; 5 – кожух; 6 – крышка.
являющихся функциями центральных углов стержня и обмоточного окна .
Рис. 2.4. Вариант конфигурации и геометрические параметры
магнитопровода с шестигранным внутренним контуром
Аналогично, в конструкции АЧ с ВПМ (рис. 2.2) геометрические соотношения
элементов магнитопровода и обмоток также зависят от величин и диаметров
контурных окружностей (рис. 2.5), а также