RS52864B - Delta magnetno jezgro trofaznog transformatora - Google Patents

Abstract

Delta magnetno jezgro trofaznog transformatora, prečnika opisanog kruga jezgra d sastoji se od, tri identične kanure K izrađene namotavanjem paketa od traka trafo lima, spojene po površinama S, naznačeno time, što je svaka kanura (K) dobijena uzastopnim namotavanjem paketa (P1,P2,P3,P4...Pi...Pn) sa pomerenim počecima u odnosu na prethodne za margine (m2,m3,m4...mi...mn) na četvrtastom zaobljenom šablonu (A×B/R) od različitih traka konstantnih širina (w1,w2,w3,w4...wi…wn) u visinama naslaga (h1,h2,h3,h4...hi…hn) sa poprečnim presekom polovine nazubljenog kruga prečnika (d) čije isturene bočne ivice ravno namotanih paketa (P1,P2,P3,P4...Pi...Pn) sa jedne strane leže u ravni nagnutoj u odnosu nanormalu ose namotavanja za 30° i u spoju sa drugom kanurom (K) stvaraju aksijalne kanale za hladjenje jezgra a sa druge strane leže na površini tube oko šablona (A×B/R) prečnika (d) ostavljajući blage ivice po spoljnoj površini stuba za bolji raspored električnog polja i olakšano namotavanje namotaja.

Description

Oblast tehnike na koju se pronalazak odnosi

Ovaj pronalazak, spada u oblast elektrotehnike, odnosno osnovnih elektrotehničkih elemenata, a preciznije u oblast trofaznih transformatora.

Prema Međunarodnoj klasifikaciji patenata, pronalazak ima oznaku H 01F 30/12.

Tehnički problem

Tehnički problem koji se ovim pronalaskom rešava je kako konstrukcijski resiti delta magnetsko jezgro trofaznog transformatora namotavanjem od standardnih širina traka trafo lima na standardnim mašinama sa jednom upravljivom osom, sa zanemarljivim deformacijama materijala, bez tehnološkog otpada materijala a sa koeficijentom ispunjenosti idealnog kruga većim od 90%.

Stanje tehnike

Trofazi transformatori spadaju u grupu osnovnih elektrotehničkih elemenata i u osnovi se sastoje od magnetskog jezgra i tri para namotaja primara i sekundara.

Magnetska jezgra trofaznih transformatora se najčešće izrađuju od trafo lima, tj. čelika sa visokim sadržajem silicijuma oformljenog u vrlo tanke ploče.

U proizvodnji trofaznih transformatora najzastupljeniji tip magnetskog jezgra je E-jezgro koje se izrađuje slaganjem velikog broja specijalno isečenih delova od trafo lima. E-jezgro ima tri stuba povezana sa četiri jarma gde krajnjim fazama pripadaju po jedan stub i dva jarma a srednjoj fazi samo jedan stub. Krajnji stubovi se slažu od limova trapezastog oblika sa uglovima od 45°, srednji stub od limova oblika dvostruke strelice sa uglovima od 90° a po dva jarma zajedno su od limova trapezastog oblika sa V-izrezom od 90° na sredini. Tri faze transformatora su u medjusobno različitim odnosima jer su prostorno raspoređene na pravcu te magnetski fluksevi krajnjih i srednje faze prelaze različite dužine svojih putanja. Ova osobina trofaznog transformatora unosi nesimetriju električnih veličina u dalekovode i potrošače energetskog sistema. Magnetsko E-jezgro takvog trofaznog transformatora ima nekoliko hiljada delova, otpad pri sečenju delova srednjeg stuba i jarmova je preko 5%,

Potrebna je velika tačnost pri sečenju i slaganju i potrebna su specijalna utezanja pri formiranju konstrukcije.

Trofazna magnetska delta jezgra imaju tri stuba rasporedjena svojim centrima u temenima jednakostraničnog trougla, a sa po četiri polujarma se svaki stub spaja sa po dva polujarma ostala dva stuba magnetskog jezgra. Ovakav simetričan odnos svake faze prema ostalim dvema fazama čini potpuno simetričan magnetski trofazni sistem. Danas se u praksi delta magnetska jezgra malo koriste zbog veoma komplikovanih poznatih metoda izrade.

Danas motana magnetska jezgra bilo kojih električnih mašina u odnosu na sečena i slagana imaju mnoge prednosti: jednostavaniji način izrade, niže struje magnećenja a proizvodnja nije opterećena tehnološkim otpadom.

Francuski patent FR 2 518 306 daje rešenje za delta magnetsko jezgro trofaznog transformatora izuzetno komplikovane konstrukcije sa specijalnim prstenovima za spajanje i povezivanje stubova triju faza.

Američki patent US 6,683,524 BI daje rešenje za trofazno motano magnetsko delta jezgro, koje je relevantno stanje tehnike za pronalazak iz predmetne prijave. Razlika između ova dva pronalaska je u izboru raspoloživih traka, stepenu geometrijske ispune kruga stuba i velikim deformacijama materijala zbog uvijanja pri ukrštanju kanura od traka trafo lima. Osnovni oblik ovog rešenja, pored još 26 veoma zahtevnih, je oblik stuba pravilnog šestougaonika čiji je poznat odnos površine prema površini opisanog kruga jednak 0.827699.

Prijava patenta RS P-2008-0403 se može označiti kao najrelevantnije stanje tehnike za pronalazak iz predmetne prijave. Namotavanje traka trafo lima sa smicanjem svakog sledećeg sloja u odnosu na prethodni zahteva mašinu motalicu sa dve upravljive ose i velikim zatezanjem namotavane trake, kako bi se obezbedilo zgusnuto namotavanje trake zbog smicanja slojeva. Zbog toga namotavani materijal trpi naprezanje na istezanje i uvijanje čime se njegove izvorne karakteristike pogoršavaju i neophodno je žarenje magnetskih jezgara radi vraćanja karakteristika trafo limu. Kada su namotavane trake veće širine, što je neminovno kod većih i velikih transformatora, pojava pomenutih deformacija je utoliko izraženija. Pretraživanjem patentne dokumentacije i pregledanjem stručne literature iz ove oblasti, nije pronađeno slično rešenje postavljenog tehničkog problema.

Izlaganje suštine pronalaska

Delta magnetsko jezgro prema ovom pronalasku sastoji se od tri identične pravougaone kanure medjusobno dodirom spojene po analognim stranama koje čine stubove trofaznog transformatora a preostale dve stane kanure su pod uglom od 60° sa analognim stranama druge kanure i čine jarmove trofaznog transformatora, okarakterisano je time što se svaka kanura sastoji od više paketa kanura pravougaonog poprečnog preseka izradjenih namotavanjem traka trafo lima uniformnih širina a svaki paket osim prvog i drugog je svojom spoljnom ivicom pomeren u odnosu na spoljnu ivicu prethodnog tako da spoljne ivice svih paketa leže u ravani nagnutoj pod 30° na normalu ose namotavanja a suprotne spoljne ivice paketa dodiruju opisanu kružnicu stuba delta jezgra. Kada se dve kanure spoje po nagnutim ravnima dobija se stub jedne faze, dva polustuba drugih faza i po dva para polujarmova pod uglovima od po 60° a dodavanjem treće kanure sklop se zatvara i dobijaju se tri stuba spojena sa šest jarmova. Poprečni preseci stubova su približno kružnog poprečnog preseka sa romboidnim šupljinama duž ravni spajanja i sa prečnikom opisanog kruga delta jezgra projektovanog transformatora.

Prednost ove konstrukcije delta jezgra u odnosu na jezgra poznata u stanju tehnike je u povećanoj ispuni željenog idealnog kružnog oblika stuba optimalnim izborom širina standardnih traka i debljina paketa. Ova konstrukcija se izvodi na najjednostavnijim mašinama sa samo jednom upravljivom osom, sa minimalnim zatezanjem prilikom namotavanja i bez naprezanja na uvijanje traka, jer se namotavaju ravno jedna preko druge, te se gubi potreba za naknadnim žarenjem jezgra. Romboidni kanali duž ravni spajanja u stubu jezgra uvek doprinose hladjenju jezgra te se tako kod većih jedinica snaga transformatora izbegava dodatno umetanje kanala koje kod prethodnih konstrukcija umanjuju koeficijent postignute ispune idealne površine opisanog kruga stuba. Spoljne ivice nazubljenog kruga su blage oštrine pa doprinose olakšanom namotavanju namotaja faza u odnosu na poznato rešenje sa vrlo oštrim spoljnim ivicama jezgra.

Kratak opis slika nacrta

Pronalazak je detaljno opisan na primeru izvođenja prikazanom na nacrtu u kome: Slika 1. - prikazuje dve projekcije sa naznačenim presekom delta magnetskog jezgra prema ovom pronalasku,

Slika 2. - prikazuje trodimenzionalni izgled delta magnetskog jezgra prema ovom pronalasku sa prikazanim presekom jednog stuba i

Slika 3. - prikazuje detaljan poprečni presek kanure sa paketima namotaja od trafo lima.

Detaljanopis pronalaska

Radi potpunog razumevanja predloženopg pronalaska potrebno je dati značenja pozivnih oznaka, te prema slici 1 ona glase:

K - kanura

A - veća dimenzija četvrtastog zaobljenog šablona na kojem se izvodi namotavanje kanure B - manja dimenzija četvrtastog zaobljenog šablona na kojem se izvodi namotavanje kanure R - radijus zaobljenja četvrtastog šablona na kojem se izvodi namotavanje kanure

S - ravan spajanja dve kanure,

prema slici 2:

K - kanura

C - poprečni presek stuba jezgra

S - ravan spajanja dve kanure i

prema slici 3:

x,y-ose Dekartovog pravouglog koordinatnog sistema

d - prečnik opisane kružnice stuba delta magnetskog jezgra

S - linija ravani spajanja dve kanure

Pl, P2, P-., P4... Pl... Pn- Uzastopni paketi namotani od traka trafo lima različitih širinawl,w,,w3, w4... wr.. w„- širina trake trafo lima odgovarajućeg paketah^, h2, h3, h4... hr.. hn- visina naslage namotane trake odgovarajućeg paketam2, m3, m4... mr.. mn- rastojanja početaka odgovarajućih paketa u odnosu na prethodne - margine

Uzastopnim namotavanjem paketaPI, P2, P,, P4... PI... P„ { Slika 3)sa pomerenim počecima u odnosu na prethodne za marginem2, m-. <m4... mr.. mnna četvrtastom zaobljenom šablonu AxB/R( Slika 1)od različitih širina trakan\. w2, w:.,\ v4... wr.. wl,u debljinama naslagah^ h2, h- i, h4... hr.. hn ( Slika 3)dobija se četvrtasta kanura K( slika 1)sa poprečnim presekom polovine nazubljenog kruga prečnika d, označenog naslici 3,čije isturene bočne ivice paketaPf, P2, P:i, P4... Pr.. Pnsa jedne strane leže u ravni nagnutoj u odnosu na normalu ose namotavanja za 30° a sa druge strane leže na površini opisane tube oko šablona AxB/R( Slika 1)prečnika d( Slika 3),i spajanjem tri identične kanure K po površinama( slika I)dobija se delta magnetsko jezgro, prikazanog naslici 2,prema ovom pronalasku.

Može se zapaziti da se presek C-C sa slike 1 sastoji od tri kanute K povezane po površini S što govori da je celokupno magnetsko delta jezgro sastavljeno od tri identične kanure K. Kanura K se izradjuje namotavanjem paketa od traka trafo lima, premaslici 3.Prvi paketP; ( Slika 3)se namotava od trake širine w, do debljine naslage /?, ili u broju navojaka to iznosihs /debljinatrake trafo lima. Treba napomenuti da broj navojaka, to jest ovaj količnik ne mora obavezno da se usvoji kao najbliži ceo broj već se namota onoliko celobrojnih navojaka i za ostatak decimalnog broja se domota odgovarajući deo kruga i namotavana traka se ravno preseče. Širina ove trake w]se bira kao najpovoljnija od raspoloživih traka širine manje od d/2. Debljina naslage hx paketaPfse odredjuje tako što se,prema slici 3,postavi tetiva dužine ve, na kružnicu d a takva da joj x osa bude simetrala i time je definisana najniža vrednost apscise x, sto je položaj leve ivice paketaP],a desna ivica paketa i°, se mora nalaziti na vrednosti apscise = - d<*>cos30°. Apsolutna razlika apscisa leve i desne ivice paketaPxje /z, =debljina naslage paketaPt.;Drugi paketP2se dobija nastavljanjem motanja nove trake širine w2i debljine naslage h2tako što se za širinu trake bira prva od raspoloživih traka manja od d/2 i, premaSlici 3,postavlja se duž dužine w2uz desnu ivicu paketa P| a da pri tom dodiruje kružnicu prečnika d svojom gornjom tačkom. Povlačenjem horizontalne linije iz donje tačke duži w2do preseka sa osom S( slika 3)dobija se vrednost apscise za kraj drugog odnosno početak trećeg paketa. Povlačenjem desne ivice paketa P2kao uspravne duži dužine w2dobija se pravougaonik predstavljen kao paket P2( slika 3).Apsolutna razlika ordinata y izmedju donjih stranica paketa P2i paketa Pipredstavlja vrednost margine m2( slika 3).;Počev od paketa P3pa dalje sve dok je apscisa x negativna biraju se raspoložive širine traka veće ili jednake d/2 a manje od 0.57<*>d i na isti način kao za paket dva konstruišu se novi paketi. Znači, pravilo je da se konstuiše pravougaonik čija je leva duža stranica jednaka širini izabrane trakeW| i postavlja se uz desnu ivicu prethodnog paketa, gornje levo teme dodiruje kružnicu prečnika d/2( slika 3)a donje desno teme se dobija povlačenjem horizontale iz donjeg levog temena do preseka sa linijom S,slika 3,koja prolazi kroz centar kruga prečnika d i stoji pod uglom 30° u odnosu na osu xSlika 3.Apsolutna razlika ordinata yjizmedju donjih stranica paketa Pji paketa Pm predstavlja vrednost margine mi( slika 3),

Kada se desna ivica paketa toliko približi da je nemoguće na prethodni način konstruisati pravougaonik onda se biraju trake širine manje od d/2, desna ivica paketa se odredjuje tako što se raspoloživa širina trakeWjkao duž postavlja paralelno sa y osom tako da gornja tačka dodiruje kružnicu prečnika d a donja tačka dodiruje liniju S,slika 3.Takodje kao i u prethodnim slučajevima debljina naslage paketa Pjse dobija kao razlika apscisa desne ivice i-te kanure i desne ivice i-1 kanure. Apsolutna razlika ordinata y; izmedju donjih stranica paketa Pji paketa Pm predstavlja vrednost margine mjSlika 3.

Ovakav se postupak izbora traka nastavlja do najuže raspoložive trake wnkoja se namota u debljini naslage hna njen početak tj. margina mnse odredi na isti način kako je ovde već opisano premaslici 3.

Zaobljenje četvrtaste kanure, veličina R,slika 1,se može proizvoljno izabrati ali je ona u principu proporcionalna najvećem priključenom naponu transformatora i orijentaciono se može uzeti kao R=lmm/kV, što žnači da je za transformator najvišeg napona lOkV R=l Omm a za transformator najvišeg napona 11 OkV R= 11 Omm.

Spajanjem tri ovakve kanure po liniji S,slika 3,odnosno po ravnima S,slika 1,i obmotavanjem poliglas trakom dobija se kompaktno delta magnetsko jezgro prečnika stuba d poprečnog preseka oblika nazubljenog kruga sa koeficijentom ispune idealnog kruga d,slika 3,preko 90% sa tri prozora A x B /R,s\ ika 1.dovoljnih za smeštaj namotaja prema proračunu.

Svakako da se, zadržavajući isti princip pronalaska, detalji konstrukcije, tehnološke pripreme i oblici izvodjenja mogu menjati u širim granicama u odnosu na opisane i prikazane, a da se ne odstupi od opsega prikazanog pronalaska.

Claims (1)

1. Delta magnetno jezgro trofaznog transformatora, prečnika opisanog kruga jezgra d sastoji se od, tri identične kanure K izrađene namotavanjem paketa od traka trafo lima, spojene po površinama S, naznačeno time, što je svaka kanura (K) dobijena uzastopnim namotavanjem paketa( Pi, P2, P:s, PA... Pi... Pii)sa pomerenim počecima u odnosu na prethodne za margine( m2, m:t, m4... mr.. mn)na četvrtastom zaobljenom šablonu (AxB/R) od različitih traka konstantnih širina( w], w2, w:i, w4... wi... wii )u visinama naslaga( h^ h2, h,, h4... hl... hn)sa poprečnim presekom polovine nazubljenog kruga prečnika (d) čije isturene bočne ivice ravno namotanih paketa( Pi, P2, P. 3, PA... Pl... PH)sa jedne strane leže u ravni nagnutoj u odnosu na normalu ose namotavanja za 30° i u spoju sa drugom kanurom (K) stvaraju aksijalne kanale za hladjenje jezgra a sa druge strane leže na površini tube oko šablona (A*B/R) prečnika (d) ostavljajući blage ivice po spoljnoj površini stuba za bolji raspored električnog polja i olakšano namotavanje namotaja.