RS51714B

RS51714B - Motano delta magnetno jezgro trofaznog transformatora

Info

Publication number: RS51714B
Application number: RS20080403A
Authority: RS
Original assignee: Abs Minel Trafo Ad-Joint Stock Company
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2011-10-31
Also published as: EP2443638A1; RS20080403A; WO2010027290A1

Abstract

Motano delta magnetno jezgro trofaznog transformatoра koje se sastoji od tri identične međusobno spojene kanure 4, gde se svaka kanura 4 sastoji od dva međusobno paralelna prava kraka 2' koji čine po polovinu stuba 2 jezgra 1, pri čemu su kraci 2' jedne kanure 4 međusobno povezani jarmom 3, naznačeno time, što se svaka kanura (4) sastoji od više namotaja (6, 6', 6"...6n), a svaki namotaj od jednog ili više navojaka (7, 7'...7k), u kojoj je prvi namotaj (6) pravilnog cilindričnog oblika čije spoljašnje ivice (8) dodiruju opisani krug prečnika Dj oko stuba (2), dok su navojci (7, 7'...7k) preostalih namotaja (6', 6"...6n) izvedeni sa smicanjem od 30° u odnosu na prethodni navojak defmišući stranu (5) koja leži na pravcu prečnika za 30° pomerenog od normale na osu namotavanja. a njihove spoljašnje ivice (9, х', x'...x„) definišu polovinu kružnice prečnika Dj.Prijava sadrži još 3 zavisna patentna zahteva.

Description

Oblast tehnike

Ovaj pronalazak spada u oblast elektrotehnike, odnosno osnovnih elektrotehničkih elemenata, a preciznije u oblast trofaznih transformatora. Prema MKP, pronalazak ima oznaku H 01F 30/12 i H 01F 27/26.

Tehnički problem

Tehnički problem koji se ovim pronalaskom rešava je kako konstrukcijski resiti motano delta jezgro trofaznog transformatora kod koga će stubovi. koji nose namotaje primara i sekundara. kada su u sklopljenom stanju jezgra imati nazubljen kružni oblik u poprečnom preseku, sa stepenom ispunjenosti idealnog kruga od najmanje 90%, a da pri tome nema tehnološkog otpada materijala od koga se jezgra izrađuju, ali sa maksimalnim zadržavanjem magnetnog fluksa unutar jezgra u cilju sprečavanja njegovog rasipanja u okolinu, odnosno sa maksimalnim smanjenjem reaktivne struje, smanjenjem lokalnih zasićenja i brujanja.

Stanje tehnike

Transformatori spadaju u grupu osnovnih elektrotehničkih elemenata i neizbežni su u tehnici naizmenične struje, bez obzira da lije ona jednofazna ili trofazna. U osnovi, transformatori se sastoje od jezgra i namotaja primara i sekundara, pri čemu se proračun i jezgra i namotaja izrađuje na bazi napona koji treba da se transformiše i snage koja se prenosi.

Jezgra transformatora se najčešće izrađuju od takozvanog transformatorskog lima, tj. čelika sa visokim sadržajem silicijuma koji čeliku obezbeđuje poboljšane magnetne osobine.

U trofaznim instalacijama naizmenične struje upotrebljavaju se trofazni transformatori, mada je moguće jedan trofazni transformator zameniti sa tri jednofazna transformatora, jer se ovi poslednji u principu ne razlikuju od trofaznih transformatora.

U proizvodnji jezgara trofaznih transformatora naj zastupljeni] i tip je E-jezgro koje se izrađuje slaganjem velikog broja specijalno isečenih delova od trafo lima, a najčešće: jarmovi trapezastog oblika sa uglovima od 45° i V izrezom od 90° na sredini, krajnji stubovi trapezastog oblika od 45° i srednji stub oblika dvostruke strelice sa šiljkom od 90°. Naprednija konstrukcija, tzv...STEP LAP". pored svega navedenog ima još u svakom limu po dva tehnološka otvora da omoguće ispravno slaganje jezgra. Tri faze transformatora su prostorno raspoređene na pravcu, te su međusobni odnosi faza različiti što unosi nesimetriju električnih veličina u dalekovode energetskog sistema. Magnetno jezgro takvog transformatora ima nekoliko hiljada delova, otpad pri sečenju je preko 5%. a složeno jezgro je rastresito, te su potrebna specijalna utezanja da bi se obezbedila kompaktnost jezgra i smanjila buka pri radu transformatora.

Trofazna delta jezgra imaju simetričan, prirodan raspored stubova faza u temenima jednakostraničnog trougla. a jarmovi imaju samo polovinu poprečnog preseka jezgra, svi su iste dužine, a po masi ukupno su oko 2/3 od jarmova ekvivalentnog E-jezgra. Struje magnećenja kod delta jezgra su simetrične, jednake u svim fazama i nemaju u sebi trećeg harmonika. U praksi, danas se delta jezgra malo koriste zbog veoma komplikovanih poznatih metoda izrade.

Motana jezgra bilo kojih električnih mašina u odnosu na sečena i slagana imaju mnoge dobre strane: jednostavan, brz i jeftin način izrade, niske struje magnećenja, niski nivo buke pri radu. mogućnost žarenja jezgra i pri tom vraćanja izvornih karakteristika trafo limu koje se uvek pogoršaju kod svake mehaničke obrade.

U francuskoj prijavi patenta FR 2 518 306 opisano je delta jezgro trofaznog transformatora izuzetno komplikovane konstrukcije, kod koje se posebnim prstenovima obezbeđuje mehanička čvrstoća limova koji čine stubove oko kojih se namotavaju provodnici primara i sekundara.

U američkom patentu US 6.683,524 BI opisano je delta jezgro trofaznog tranformatora. koje se može označiti kao najrelevantnije stanje tehnike za pronalazak iz predmetne prijave. Da bi se istakla razlika između ova dva pronalaska, između ostalog biće pominjan i prečnik Dj koji je prečnik opisanog kruga prikazanog isprekidanim linijama na Fig. 17a i Fig 17b. tog američkog patenta, odnosno istog kruga sa slike 4 obe prijave patenta. Stubovi jezgra su prostorno raspoređeni tako da su im centri opisanih krugova prečnika Dj u temenima jednakostraničnog trougla. Svaki stub se formira od po jednog kraka dve namotane kanure. Svaka kanura se sastoji od tri manje kanure. Jedna od tri manje kanure se izrađuje od traka širine Dj/2, a druge dve od traka širine Dj/4 i pri tome su različitih dužina i ukrštene su međusobno da bi došlo do uklapanja sa sledećom kanurom iz drugog stuba.

Ukrštanje kanura uzrokuje uvijanje traka trafo lima. pa je pored savijanja ovde prisutna još jedna deformacija trafo lima. Svaki stub ima oblik šestougaonika. pa je odnos površine poprečnog preseka stuba jezgra prema površini opisanog kruga jednak 0.8270. što je i koeficijent ispune kruga.

U tom patentu ima još 26 opisanih oblika i svi oni prate strukturu popunjavanja kruga sa 6. 9. 12 stranica i u zavisnosti od potrebnog prečnika Dj zahtevaju posebne odgovarajuće širine traka.

Suština pronalaska

Motano delta magnetno jezgro trofaznog transformatora, prema ovom pronalasku, sastoji se od tri međusobno spojene identične kanure. gde se svaka kanura sastoji od dva međusobno paralelna prava kraka koji. kada su spojeni, čine jedan stub jezgra trofaznog transformatora, i dva lučna jarma koji povezuju prave krake i sa njima su integralno izrađeni, a okarakterisano je time što se svaka kanura sastoji od više namotaja različite debljine, a svaki namotaj se sastoji od jednog ili više navojaka trake od transformatorskog lima, pri čemu je. osim kod prvog namotaja. svaki navojak izveden sa smicanjem u odnosu na prethodni navojak, tako da se ta strana kraka nalazi pod uglom od 30° u odnosu na preostali deo generalno u poprečnom preseku. poluokruglog pravog kraka, gde krajnje ivice namotaja naspram strane nagnute pod 30°. dodiruju zamišljeni opisani krug. Kada se kanure duž svojih pravih krakova spoje naleganjem strana nagnutim pod 30°. dobija se jezgro trofaznog transformatora prema ovom pronalasku, koje ima tri stuba za namotavanje primara i sekundara, a svaki približno okrugao stub se sastoji od dva prava kraka susednih kanura koje se nalaze pod uglom od 60°. a stub ima prečnik opisanog kruga koji nalaže proračun, ako se koriste trake širine manje od 57,7% usvojenog prečnika opisanog kruga prema proračunu.

Prednost ove konstrukcije jezgra trofaznog transformatora u odnosu na jezgra poznata u stanju tehnike je u povećanoj ispuni željenog idealnog kružnog oblika stuba, što doprinosi manjim gubicima magnetnog fluksa. a time i boljim ukupnim karakteristikama transformatora uz smanjenje buke pri njegovom radu. Ovakva konstrukcija takođe omogućava optimizaciju i izbor manjeg broja širina traka, zamenu trake jedne širine sa dve ili više traka iste ukupne širine, postizanje različite ispune kruga zavisno od projekta, jeftinu izradu na mašini za namotavanje. jednostavno nastavljanje trake iste ili različite širine na prethodnu traku, manju deformaciju materijala, te mogućnost izbegavanja naknadnog žarenja, itd.

Opis slika nacrta

Detaljan opis ovog pronalaska izrađen je uz pozivanje na priložene slike nacrta na kojima:Slika1 prikazuje trodimenzionalni izgled motanog delta magnetnog jezgra trofaznog transformatora prema ovom pronalasku;

Slika2 prikazuje prvu projekciju kanure prema ovom pronalasku;

Slika 2aprikazuje presek kanure sa slike 2 duž ravni A-A;

Slika3 prikazuje horizontalni presek jezgra sa slike 1 po sredini stubova.

odnosno način spajanja tri identične kanure; i

Slika4 prikazuje detaljan poprečni presek kraka kanure sa n namotaja.

Detaljan opis pronalaska

Kao što se može zapaziti na slici 1, motano delta magnetno jezgro 1 prema ovom pronalasku sastoji se od tri identična prava stuba 2 i šest lučnih jarmova 3. Svaki stub 2 sastoji se od dva identična dela koje čine pravi kraci 2' kanure 4. slika 2. Pravi kraci 2' jedne kanure 4 međusobno su povezani integralno izrađenim jarmovima 3 sa obe strane krakova 2". Međusobni spoj tri kanure 4 jezgra 1 prikazan jc na slici 3. sa tačkasto prikazanim opisanim krugom na svakom od tri temena, koji je na slici 4 prikazan kao krug prečnika Dj. Upoređivanjem slika 2a i 3. može se zapaziti da se slika 3 sastoji od tri slike 2a povezane stranama 5.

Kao što se na slikama 2a i 4 vidi. svaka kanura 4 sastoji se od više namotaja 6. 6". 6"'...6,,. a n je broj koji zavisi od proračuna transformatora i raspoloživih traka određene širine. Iako na slikama nije prikazano, ovde treba zapaziti da traku jedne širine mogu da zamene dve ili više užih traka iste ukupne širine, a podužno, jedna uz drugu, postavljene prilikom namotavanja jedna neposredno uz drugu. Takođe, traka jedne širine može se nastaviti drugom trakom iste širine čeonim spajanjem, ili čeonim spajanjem dve ili više užih traka iste ukupne širine sa trakom te širine u jednom od navojaka 7. 7'. 7<v>do 7<k>. namotaja 6, 6"...6ngde k zavisi od proračuna. Ono o čemu mora da se vodi računa je da širina jednog namotaja 6-6„ bude uvek ista bez obzira na broj navojaka 7-7<k>u tom namotaju. Na ovaj način se obezbeđuje da trake od transformatorskog lima imaju paralelne podužne strane, odnosno da su pravougaone. čime se izbegava potreba za sečenjem traka u obliku trapeza.

Kao što je rečeno, a na slikama 2a i 4 i prikazano, svaka kanura 4 sastoji se od više namotaja 6. 6', 6"...6n. Prvi namotaj 6 ima širinu aoi debljinu b0. gde je debljina b0ceo umnožak debljine trake od koje se namotaj izrađuje, odnosno ceo umnožak debljine navojaka 7. 7'. 7'<*...>7<k.>jer je debljina jednog navoj ka jednaka debljini transformatorskog lima koji se koristi za izradu jezgra 1. Isto pravilo i označavanje navojaka odnosi se i na ostale namotaje 6'-6„. Ako traka koja se koristi za izradu namotaja 6. ili bilo kog drugog, nema dovoljnu dužinu za postizanje projektovane debljine b0. bi. bj.-.bn, ona se čeono nastavlja trakom istih karakteristika, postavljanjem lepljive trake zalepljene na gornjoj površini. Kao što je na slici 4 prikazano, spoljne ivice 8 namotaja 6 dodiruju kružnicu prečnika Dj. Isti je slučaj sa spoljnim ivicama x'. x**. namotaja 6". ivicom xxnamotaja6„itd.. do ivice xnnamotaja 6n. Jedini izuzetak od ovog pravila može da bude spoljna ivica 9 namotaja 6". a iz razloga da se postigne maksimalna popuna poprečnog preseka kraka 2<*>, odnosno stubova 2 jezgra 1.

Širina a0trake od koje se mota prvi i jedini ravan namotaj 6 bez smicanja navojaka 7-7k, je manja od Dj/2, dok se ostali namotaj i izrađuju od raspoloživih traka širina manjih od 0.577 Dj, a u debljinama koje su određene proračunom koji je izložen u nastavku. Širina aitrake za namotaj 6' veća je od širine a0. ali je manja ili jednaka polovini prečnika Dj. Traka širine aičeono je lepljivom trakom spojena sa trakom širine a,, i namotana tako daje svaki njen navojak 7<*>. 7<**..>.7<k>smaknut pod uglom od 30° u odnosu na prethodni navojak. Broj navojaka 7.7'...7k zavisi od projektovane debljine binamotaja 6'. i to se pravilo odnosi i na preostale namotaje 6",...6,...6n, kod kojih su navoj ci takođe smaknuti pod uglom od 30° u odnosu na prethodni.

Namotaj 6" je najšriri namotaj kanure 4 i izrađen je od trake širine & u ukupnoj debljini b2koja je određena proračunom kao i u slučaju svih ostalih namotaja. Širina a2veća je od polovine Dj. a manja od 0.577 Dj i bira se tako da spoljne ivice x\ x" namotaja 6" dodiruju kružnicu prečnika Dj. I u ovom namotaju, kao i u ostalim namotaj ima 6<*>, 6,...6„, navoj ci 7. 7\..7k smaknuti su pod uglom od 30° u odnosu na prethodni, tako da svi oni zajedno formiraju stranu 5 pod uglom od 30° u odnosu na ostatak kraka 2'. tako da kada se sve tri kanure 4 međusobno spoje po tim stranama 5. dobija se ugao između kanura od 60°. Trajno međusobno spajanje kanura obavlja se pomoću poliglas trake. U slučaju daje pre spajanja kanura potrebna njihova termička obrada, onda se one tokom te obrade spajaju metalnim obujmicama, posle čega se te obujmice skidaju, a kanure trajno spoje poliglas trakom.

Posmatrajući posebno sliku 4. lako se može zaključiti da je potpuno izvodljivo da se debljine b0...bnnamotaja smanje i da se za smanjene debljine umetnu novi namotaj i čije bi ivice dodirivale krug prečnika Dj. čime bi se postigla veća ispuna namotaj ima tog kruga, odnosno čime bi poprečni presek stuba 2 po obimu imao više stepenika. to jest stub 2 bi bio u preseku bliži idealnom okruglom obliku. Razume se. u proizvodnji se teži optimizaciji koja, u slučaju motanog jezgra prema ovom pronalasku, može da se postigne sa sedam stepenika po lučnom obimu jednog kraka 2', to jest. korišćenjem traka sa pet različitih širina, jer se pri namotavanju kanure 4 trake određene širine ponavljaju. U ovom slučaju, stepen geometrijske ispune idealnog kruga prečnika Dj odnosno prečnika opisanog kruga stuba 2. dostiže više od 90%.

Kao što je stručnjacima iz ove oblasti poznato, karakteristike transformatora se proračunavaju na bazi parametara utvrđenih projektnim zadatkom. Neke od tih karakteristika se proračunavaju na poznat način, a među njih spadaju: Dj-tačan prečnik opisanog kruga stuba 2; Bj-tačan razmak stubova 2 jezgra 1; Hj-taćna ravna dužina stubova 2 jezgra 1, odnosno dužina pravog kraka 2' kanure 4; i Rj-željeni unutrašnji radijus zaobljene četvrtaste kanure 4 (treba zapaziti daje na slikama 1 i 2 jaram 3 prikazan kao što je uobičajeno-pravilnog lučnog oblika, mada u praksi on ima ravan deo u sredini).

Budući daje motano jezgro transformatora, prema ovom pronalasku, specifične konstrukcije, to je specifičan i način proračuna debljina namotaja odgovarajuće širine, odnosno ukupne debljine svih navojaka u jednom namotaju, kao i određivanje unutrašnje šitine i dužine kanure. odnosno šablona oko koga se obavlja namotavanje traka od transformatorskog lima. Proračun tih veličina obavlja se na sledeći način.

1.Određivanje debljina namotanih naslaga odgovarajućih širina traka:

Ovaj se postupak može uraditi i grafički i analitički poštujući oznake sa slike 4. Namotaj 6 [b0(a0)] se mota ravno (bez posmaka od 30°), a grafičko određivanje širine

°. rr~ > r

u„ («„ < —)lh - V D,' ~ l' o

trake " i debljine naslage b0 je očigledno, a analitički je:

Namotaj 6' [bi(a0], kao i svi ostali, mota se sa posmakom od 30°. Grafičko određivanje.0,

a ( a , < ci, <- — -

širine trake 2 i njen stepenik ne mora da, osim u graničnom slučaju, dodiruje opisani krug) i debljine bije očigledno, a analitički je

gde je a:širina druge stepenice (ai< & 2 < 0.577 Dj).

Ostali namotaji [bj(aj)]. 2 < = i < = n; treba ispitati korene kvadratne jednačine: te ako su oba negativna, onda je:

2.Određivanje unutrašnje širine i dužine kanure ( šablona za namotavanje )

Kraća strana šablona kanure B: B = Bj - (Dj cos 30° + 2b0)

Duža strana šablona kanure A: A = Hj<+>2Rj

Za izradu motanog jezgra trofaznog transformatora prema ovom pronalasku koriste se trake širine koje se utvrde proračunom, a izrađene od standardnog transformatorskog lima od čelika sa povećanim sadržajem silicijuma. Jezgro se sastoji od tri identične kanure međusobno spojene po površinama strana 5 koje su nagnute pod uglom od 30°. a dobijene su smicanjem pod istim uglom navojaka u svim namotajima osim prvog-namotaj 6. Kanura 4 izrađuje se tako što se napravi drveni ram koji služi kao šablon za namotavanje. a ima širinu B i dužinu A izračunate na prethodno opisani način. Ivice na uglovima šablona za namotavanje se zaoble radi lakšeg namotavanja trake preko tih ivica. Tako napravljen šablon za namotavanje postavlja se na standardnu mašinu za namotavanje koja se koristi i za izradu namotaja primara i sekundara. Prvo se namotava namotaj 6 dok ne postigne projektovanu debljinu b0, za šta se koristi traka širine a0. Navojci 7-7<k>, čiji broj zavisi od projektovane debljine b„. namotavaju se pravilno, to jest, spoljašnje ivice su im u istim ravnima. Kada se namota namotaj 6. pristupa se namotavanju namotaja 6' veće širine a]do postizanja projektovane debljine b]. posle čega se namotavaju svi ostali namotaji do 6n. Pri namotavanju namotaja

6'-6ntreba voditi računa daje svaki namotaj smaknut u odnosu na prethodni za ugao od 30° kako bi se dobila strana 5. Ukoliko na motalici trake nema dovoljno trake za izradu celog namotaja. onda se upotrebi druga traka kao nastavak prethodne, pri čemu taj nastavak, bez obzira u kom namotaju ili u kom navojku se nalazi, biva čeono spojen sa krajem prethodne trake postavljanjem lepljive trake po gornjoj površini. Takođe. ako nema dovoljne dužine trake proračunate širine, onda se mogu koristiti dve ili više traka čija ukupna širina odgovara proračunatoj, a one se namotavaju jedna pored druge u istom navojku tako da im se podužne strane dodiruju. Kada se završi namotavanje namotaja 6n. namotaji se pričvrste ili metalnim obujmicama. ukoliko kanura ide na termičku obradu, ili poliglas trakom koja se termički stabilizuje da obezbedi da se kanura ne razmota. Od tri izrađene kanure sklapa se jezgro transformatora tako što se kanure spoje po površinama strana 5 i ti spojevi obezbede na isti način kao i u prethodnom slučaju.

Ovako proizvedeno jezgro transformatora obezbeđuje minimalan otvor između spojeva, što za posledicu ima i minimalan gubitak magnetnog fluksa koji nastaje upravo na spojevima. Time se postiže da jezgro transformatora prema ovom pronalasku obezbeđuje niže reaktivne struje koje inače kruže između transformatora i generatora za proizvodnju struje, a što sa svoje strane obezbeđuje potrebu za manjim presekom kablova za prenos električne energije i slabije osigurače koji se koriste u prenosnom sistemu. Ta mala reaktivna struja koja se postiže jezgrom transformatora prema ovom pronalasku, obezbeđuje da cos cp bude 0.99-1.00.

Stručnjacima je jasno da u okviru napred opisanog tehničkog rešenja i zahteva koji slede, mogu da budu izvedene različite varijante, ali i da su sve one u suštini opsega ovog pronalaska.

Claims

1. Motano delta magnetno jezgro trofaznog transformatora koje se sastoji od tri identične međusobno spojene kanure 4. gde se svaka kanura 4 sastoji od dva međusobno paralelna prava kraka 2<*>koji čine po polovinu stuba 2 jezgra 1, pri čemu su kraci 2<*>jedne kanure 4 međusobno povezani jarmom 3.naznačeno time. što se svaka kanura (4) sastoji od više namotaja (6. 6\ 6'*...6,,). a svaki namotaj od jednog ili više navojaka (7. 7\..7<k>). u kojoj je prvi namotaj (6) pravilnog cilindričnog oblika čije spoljašnje ivice (8) dodiruju opisani krug prečnika Dj oko stuba (2). dok su navojci (7. 7<*>...7k) preostalih namotaja (6". 6**...6n) izvedeni sa smicanjem od 30° u odnosu na prethodni navojak definišući stranu (5) koja leži na pravcu prečnika za 30° pomerenog od normale na osu namotavanja. a njihove spoljašnje ivice (9. x\ x'...xn) definišu polovinu kružnice prečnika Dj.

2. Motano jezgro prema zahtevu 1,naznačeno t i m e, što je svaki namotaj (6. 6<*>. 6"...6„) izrađen od jedne trake od transformatorskog lima iste širine ili dve ili više traka iste ukupne širine namotane neposredno jedna uz drugu.

3. Motano jezgro prema zahtevu li2, naznačeno time. što je u jednom ili više namotaja (6. 6". 6"...6,,) traka ili trake od kojih je taj namotaj izrađen čeono nastavljene na istom ili različitim mestima do dužine potrebne za postizanje projektovane debljine (b0rbi. b2...b„).

4. Motano jezgro prema zahtevima 1-3, naznačeno time. što su kanure (4) međusobno spojene duž pravih krakova (2') površinama strana (5).