Результат интеллектуальной деятельности: Магнитопровод трансформатора (варианты)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к магнитопроводам трансформаторов.

Известна плоская многофазная магнитная система (патент РФ №2 444 801 C1, H01F 3/04, H01F 27/25, 2010), выполненная из ленточного аморфного ферромагнитного материала, которая содержит верхние и нижние ярма и стержни, которые соединены друг с другом с образованием единой бесстыковой конструкции. Ярма и стержни выполнены в виде собранных из лент пакетов с прямоугольным поперечным сечением равной толщины. Пакеты выполнены симметрично сдвинутыми относительно вертикальной и горизонтальной оси соответственно ярем и стержней и друг друга. Каждый из последующих пакетов выполнен меньшей площади, чем предыдущий, и сдвинут на одинаковое расстояние от сторон предыдущего пакета с образованием в поперечном сечении ярем и стержней симметричной многоступенчатой фигуры, углы которой размещены на одинаковом расстоянии от пересечения вертикальной и горизонтальной осей симметрии. Пакеты выполнены от 1 до 10 мм, толщина лент, входящих в пакеты, от 20 до 40 мкм.

Недостатками данной конструкции являются сложность сборки магнитопровода, низкая индукция насыщения.

Известен магнитопровод (патент РФ №94 049 Ul, H01F 27/25, 2010), выполненный витым из ленты магнитомягкого сплава и термообработанным, который состоит, по меньшей мере, из двух примыкающих друг к другу сердечников, разделенных электроизоляционными прокладками.

Недостатками данной конструкции являются сложность сборки магнитопровода, неэффективное соотношение между индукцией насыщения и потерями в объеме магнитопровода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является трансформатор с параллельными магнитными цепями различной средней длины и характеристиками удельных потерь [патент US №4205288, МПК H01F 33/00, H01F 27/24], имеющий обмотку и магнитный сердечник, содержащий две параллельные магнитные цепи с различными средними длинами. Причем короткая параллельная магнитная цепь изготовлена из магнитного материала, имеющего более низкие удельные потери, а в более длинных параллельных магнитных цепях используется магнитный материал с более высокими удельными потерями при сопоставимых уровнях индукции.

Недостатком данной конструкции является неэффективное соотношение материалов магнитопровода и неравномерное распределение магнитных потоков по сечению магнитопровода.

Задача изобретения - повышение эффективности использования магнитопровода посредством установления оптимального соотношения его материалов при использовании частичного синтеза наилучших свойств магнитных материалов, улучшения охлаждения магнитопровода.

Технический результат - увеличение КПД трансформатора, достижение оптимального соотношения объемов магнитных материалов в магнитопроводе и их эффективное распределение в конструкции.

Поставленная задача решается, а технический результат по первому варианту достигается тем, что магнитные материалы магнитопровода намотаны слоями друг на друга с общим количеством слоев n, с соотношением объемов магнитного материала в двух соседних слоях, равным соотношению суммарных объемов магнитных материалов в n слоях, которое определяется по формуле:,

где V_c2 - суммарный объем второго магнитного материала в n слоях;

V_{c 1} - суммарный объем первого магнитного материала в n слоях;

B_{s 1} - индукция насыщения первого материала;

B_{s 2} - индукция насыщения второго материала;

р_{с 1} - удельные потери первого материала;

р_{с 2} - удельные потери второго материала,

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена трехстержневой.

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена кольцевой.

Поставленная задача решается, а технический результат по второму варианту достигается тем, что магнитные материалы магнитопровода уложены параллельно друг другу с общим количеством слоев n, с соотношением объемов магнитного материала в двух соседних слоях, равным соотношению суммарных объемов магнитных материалов в n слоях, которое определяется по формуле: ,

где V_c2 - суммарный объем второго магнитного материала в n слоях;

V_{c 1} - суммарный объем первого магнитного материала в n слоях;

B_{s 1} - индукция насыщения первого материала;

B_s2 - индукция насыщения второго материала;

р_{с 1} - удельные потери первого материала;

р_{с 2} - удельные потери второго материала.

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена трехстержневой.

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена кольцевой.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен трехстержневой магнитопровод по первому варианту. На фиг. 2 - общий вид трехстержневого магнитопровода по первому варианту. На фиг. 3 - трехстержневой магнитопровод по второму варианту. На фиг. 4 - вариант магнитопровода кольцевого типа по первому варианту. На фиг. 5 - общий вид магнитопровода кольцевого типа по первому варианту. На фиг. 6 - магнитопровод кольцевого типа по второму варианту.

Предложенный магнитопровод содержит магнитный материал 1 и магнитный материал 2, уложенные таким образом, что слой магнитного материала 1 чередуется со слоем магнитного материала 2 до достижения n слоев в продольном (фиг. 1 - фиг. 2 и фиг. 4 - фиг. 5) или поперечном направлении (фиг. 3 и фиг. 6) с соотношением объемов магнитных материалов

где V_c2 - суммарный объем второго магнитного материала в n слоях;

V_{c 1} - суммарный объем первого магнитного материала в n слоях;

B_{s 1} - индукция насыщения первого материала;

B_s2 - индукция насыщения второго материала;

р_{с 1} - удельные потери первого материала;

Р_{с 2} - удельные потери второго материала.

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена трехстержневой.

Кроме того, конструкция магнитопровода может быть выполнена кольцевой.

Предложенный магнитопровод по всем вариантам работает следующим образом: в магнитном поле в магнитопроводе возникает магнитный поток, представляющий собой сумму магнитных потоков в материалах 1 и 2. При достижении индукции насыщения материалом одного вида его магнитное сопротивление резко возрастет и основной рост магнитного потока будет наблюдаться в материале с более высокой индукцией насыщения. Также при достижении индукции насыщения магнитным материалом одного вида его температура будет выше температуры материала с более высокой индукцией насыщения, в связи с чем конструкция магнитопровода позволяет рассредоточить источники нагрева равномерно по сечению, а также повысить эффективность за счет оптимального соотношения потерь в магнитопроводе и индукции насыщения.

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает синтез характеристик материалов магнитопровода и позволяет равномерно распределить нагрев по его сечению.

Итак, заявленное изобретение позволяет повысить КПД трансформатора, улучшить его охлаждение.