Способ изготовления трансформатора

Способ изготовления трансформатора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электротехнике, в частности к изготовлению силовых низковольтных трансформаторов, трансформаторов для распределительных сетей, высоковольтных трансформаторов, и может быть использовано в их производстве.

Известен способ изготовления трансформатора («Массовая радиобиблиотека». Выпуск 176. Подъяпольский А.Н. Как намотать трансформатор. Госэнергоиздат, 1953 г., сс.4-11), заключающийся в следующем. Сердечник собирают из комплектов прямоугольных пластин одного и того же размера, формируя его с поперечным сечением прямоугольной формы. По размерам сердечника (магнитопровода), сформированного в виде набора разъемных пластин или пластин с просечкой среднего керна, изготавливают каркас трансформатора. Подготавливают изоляционные прокладки для рядов витков обмоток и самих обмоток, а также выводные проводники и изолирующие элементы для них. Выполняют намотку обмоток на каркас, применяя провод с эмалевой изоляцией марки ПЭ или ПЭЛ виток к витку, используя предварительно подготовленные изоляционные прокладки. Перед намоткой выводной проводник, соединенный пайкой с наматываемым проводом, или конец наматываемого провода крепят, в частности, к гильзе каркаса, после намотки последнего ряда обмотки наматываемый провод обрезают и после зачистки соединяют пайкой с залуженным кончиком выводного проводника и осуществляют его крепление. Закончив намотку трансформатора, приступают к сборке сердечника, устанавливая на нем обмотки. Пластины сердечника собирают без зазора, в перекрышку (поочередно, то с одной стороны, то с другой стороны) или встык, а для предотвращения при заполнении каркаса пластинами повреждения его гильзы или обмотки острым краем среднего керна в окно каркаса вставляют и загибают защитную полоску из мягкой стали, при сборке сердечника из пластин с просечкой среднего керна применяют вспомогательную направляющую пластину. Окно каркаса заполняют возможно большим числом пластин. Магнитопровод после сборки стягивают.

К недостаткам приведенного аналога способа изготовления трансформатора относится отсутствие возможностей уменьшения индуктивности рассеяния и сопротивления, улучшения теплоотвода от внутренних рядов катушки и снижения шума.

Указанные недостатки, в частности, обусловлены использованием намотки катушек (обмоток) на каркас, а затем проведением установки катушек (обмоток) вместе с каркасом на сердечник. Невозможность уменьшения индуктивности рассеяния связана с тем, что приведенное выполнение операций не позволяет производить максимально эффективное заполнение окна сердечника, а также используемой конструкцией последнего. Каркас необходим для изоляции обмоток от сердечника. Однако каркас занимает место в окне сердечника. Сердечник трансформатора собирают из штампованных листов одного и того же размера, Ш-образной формы с прямыми углами. Наличие угловых зон обеспечивает дополнительные потери. Следует также отметить, что сердечник имеет поперечное сечение прямоугольной формы, и витки обмотки, формируемой на каркасе, выполняют прямоугольной конфигурации. Этот геометрический фактор обуславливает высокую величину индуктивности рассеяния, не предоставляя возможности для получения ее более низкого значения. Кроме того, это же обстоятельство обуславливает и высокое сопротивленияе, препятствуя достижению более низкого его значения.

Окно каркаса заполняется пластинами поштучно. После заполнения окна производят стягивание сердечника. При этом нельзя исключить вероятности неравномерного и недостаточного стягивания, в особенности это касается участка сердечника, на котором установлены обмотки.

Кроме того, для намотки обмоток используют провод с эмалевой изоляцией, например, марки ПЭ или ПЭЛ. Намотку таким проводом осуществляют в бережном режиме, провод кладут виток к витку с некоторым, небольшим, натяжением, выдерживая угол натяжения, избегая повреждения изоляционного покрытия. Провод наматывают на каркас, который необходим не только для изоляции обмоток от сердечника, но и для удержания их в порядке. Каркас изготавливается из прочного, держащего форму материала - плотного картона, фибры, гетинакса, текстолита. Обмотки вместе с каркасом устанавливаются на сердечнике, который, как указано, после установки стягивается. При этом в отношении сердечника и установленных на него обмоток отсутствует какое-либо взаимодействие, которое способствовало бы улучшению теплоотвода от внутренних рядов катушки и препятствовало бы колебательному движению пластин и, таким образом, обеспечивало бы снижение шума. Колебание или вибрация пластин - непременный атрибут трансформаторов.

Отметим также следующее. Кроме того, для обмоток применяют провода из меди круглого или прямоугольного сечения с высокопрочной эмалевой изоляцией, в частности, марки ПЭВ, марки ПЭТВП, в некоторых случаях применяют провода с комбинированной изоляцией: с эмалешелковой (ПЭШО, ПЭШД) и с эмалехлопчатобумажной (ПЭБО, ПЭБД). Такая изоляция повышает электрическую прочность обмоток, но уменьшает коэффициент заполнения окна сердечника. Коэффициент заполнения окна показывает, какую часть площади окна занимает чистая медь проводов обмотки, без изоляции. Поскольку кроме изоляции проводов катушка имеет межслоевую и межобмоточную изоляцию, то все эти виды изоляции занимают значительную часть площади окна, и коэффициент заполнения окна медью получается небольшим.

Известен способ изготовления трансформатора (http://tehnoinfo.ru/tehnolog/elektro/74-2011-01-12-09-58-32.html), заключающийся в том, что изготавливают каркас для намотки катушек (обмоток), содержащий четыре стенки и два фланца с окнами (щечки), затем на каркас производят намотку катушек с выполнением выводов, сначала первичной, затем вторичной, для сборки сердечника выполняют (нарезают) стальные полосы прямоугольной формы, одной и той же ширины, обеспечивающей прямоугольное сечение сердечника, укладывают полосы в пакет друг на друга, который стягивают для плотного прилегания полос одна к другой, затем устанавливают катушки (обмотки) на пакет сердечника из полос, вставляя пакет в отверстие каркаса, концы полос при формировании пакета сдвигают на разную длину с возможностью их стыковки в разных местах, половину полос загибают в одну сторону, а другую половину - в другую, огибая установленные обмотки и сохраняя их укладку друг на друга, концы каждой полосы соединяют и фиксируют, оканчивая сборку сердечника, весь сердечник стягивают медной или мягкой железной проволокой и концы ее скручивают.

Каркас для намотки катушек изготавливают из текстолита или гетинакса толщиной 2 мм в составе двух узких стенок, двух широких стенок и двух фланцев, в последних выполнены окна шириной 41 мм, в которые впоследствии вставляют пакет из полос. Раскраивают и вырезают указанные детали каркаса. На одном из фланцев выполняют отверстия для выводов первичной катушки. На другом фланце - отверстия для выводов вторичной катушки. Затем осуществляют сборку деталей каркаса.

Готовый каркас устанавливают на станок для намотки катушек и производят намотку. Намотку осуществляют правильными рядами, чтобы катушка была плотной. Наматывают сначала первичную катушку. До начала намотки складывают провод в виде петли длиной около 200 мм. Конец петли длиной около 35 мм выводят через отверстие во фланце. Петля предназначена для усиления выводного конца катушки и предохранения его от обрыва. В начале петли зачищают изоляцию провода и скручивают оба провода. Если один провод обломится при работе трансформатора, другой будет служить для прохождения тока через катушку. При намотке, осуществляемой, как указано, рядами, провод передвигают вдоль каркаса то в одну, то в другую сторону. По окончании намотки первичной катушки снова выполняют петлю и через отверстие во фланце выводят конец катушки. Выполняют изолирующую прокладку для предотвращения соединения витков первичной и вторичной катушек. Наматывают вторичную катушку. Выводы от вторичной катушки выполняют одним проводом и выводят через отверстия противоположного фланца относительно выводов первичной катушки. При намотке вторичной катушки возможно выполнение вывода в виде петли после намотки 2/3 всех витков с последующей намоткой остальных витков без обрыва провода.

Для пакета сердечника нарезают полосы из стали шириной 40 мм и длиной, позволяющей обогнуть каркас. Края полос обрабатывают для устранения острых заусенцев с целью предотвращения создания замыкания между полосами. Выполняют изоляцию полос, покрывая их тонким слоем лака или олифы. Полосы складывают в пакет толщиной 20 мм, оборачивают его изоляционной лентой или прочными нитками для плотного прилегания полос одной к другой и вставляют пакет в отверстие каркаса.

Витой сердечник имеет существенные преимущества перед сердечником, собранным из прямоугольных пластин. В нем только один стык в каждом витке, благодаря тонкой стали потери энергии в нем незначительны, и его легко выполнить. Такие сердечники применяются в изготавливаемых заводских трансформаторах малой мощности, где их наматывают на станках из тонкой листовой стали.

К недостаткам выбранного в качестве ближайшего аналога способа изготовления трансформатора относится отсутствие возможностей уменьшения индуктивности рассеяния и сопротивления, улучшения теплоотвода от внутренних рядов катушки и снижения шума.

Указанные недостатки, в частности, обусловлены проведением намотки катушек (обмоток) на каркас и последующей установки катушек (обмоток) на сердечник вместе с каркасом. Отсутствие возможности уменьшения индуктивности рассеяния связано с тем, что приведенное выполнение операций не позволяет производить максимально эффективное заполнение окна сердечника. Каркас необходим для изоляции обмоток от сердечника. Однако каркас занимает место в окне сердечника. Следует также отметить, что сердечник имеет поперечное сечение прямоугольной формы, и витки обмотки, формируемой на каркасе, выполняют прямоугольной конфигурации. Этот геометрический фактор обуславливает высокую величину индуктивности рассеяния, не предоставляя возможности для достижения ее более низкого значения. Кроме того, это же обстоятельство обуславливает и высокое сопротивление, препятствуя достижению более низкого его значения.

При изготовлении трансформатора в окно каркаса вставляется пакет полос, предварительно стянутых изолентой или нитью во избежание развала его. В финале, после заполнения окна и соединения концов полос сердечника друг с другом, весь сердечник стягивают проволокой. Следует отметить существование вероятности неравномерного и недостаточного стягивания, в частности, участка сердечника, на котором установлены обмотки на каркасе.

Каркас, на который наматывают провод при изготовлении обмоток, необходим не только для изоляции обмоток от сердечника, но и для удержания их в порядке. Каркас в рассматриваемом способе изготавливается из прочного, держащего форму материала - гетинакса, текстолита. Обмотки вместе с каркасом устанавливаются на сердечнике, который, как указано, после установки стягивается. При этом в отношении сердечника и установленных на него обмоток отсутствует какое-либо взаимодействие, которое способствовало бы улучшению теплоотвода от внутренних рядов катушки и препятствовало бы колебательному движению полос сердечника и, таким образом, обеспечивало бы снижение шума. Колебание или вибрация пластин (полос) сердечника - непременный атрибут трансформаторов.

Необходимо отметить следующее. При применении для обмоток провода из меди круглого или прямоугольного сечения с высокопрочной эмалевой изоляцией, в частности, марки ПЭВ, марки ПЭТВП могут использовать провода с комбинированной изоляцией: с эмалешелковой (ПЭШО, ПЭШД) и с эмалехлопчатобумажной (ПЭБО, ПЭБД). Такая изоляция повышает электрическую прочность обмоток, но уменьшает коэффициент заполнения окна сердечника. Коэффициент заполнения окна показывает, какую часть площади окна занимает чистая медь проводов обмотки без изоляции. Поскольку кроме изоляции проводов катушка имеет межслоевую и межобмоточную изоляцию, то все эти виды изоляции занимают значительную часть площади окна, и коэффициент заполнения окна медью получается небольшим.

Техническим результатом является:

- уменьшение индуктивности рассеяния;

- снижение сопротивления;

- улучшение теплоотвода от внутренних рядов обмотки;

- снижение уровня шума.

Дополнительным преимуществом является облегчение автоматизации сборки трансформатора.

Технический результат достигается в способе изготовления трансформатора, заключающемся в том, что выполняют стальные полосы для сборки сердечника, укладывают их в пакет друг на друга, производят намотку обмоток с выполнением выводов - первичной и вторичной, устанавливают обмотки на пакет сердечника из полос, полосы загибают, огибая установленные обмотки и сохраняя их укладку друг на друга, концы каждой из полос соединяют и фиксируют, оканчивая сборку сердечника, при сборке сердечника укладку пакета осуществляют с распределением пластин на два блока, содержащих по M субпакетов с M≥2, каждый субпакет выполняют из N полос с N≥1 одинаковой ширины, ширина полос разных субпакетов одного и того же блока - разная, укладку полос наибольшей ширины при формировании блока и субпакета производят в середину пакета и укладывают полосы друг на друга, формируя блок и субпакеты, с соблюдением уменьшения их ширины в направлении от середины пакета к его краю, обеспечивая формирование из полос блоков с поперечными сечениями, симметричными относительно оси, проходящей через центр пакета и параллельной поверхности полос, получая пакет сердечника с поперечным сечением ступенчатой формы, приближающимся по фигуре к эллипсу или кругу, длину каждой из полос в пакете и их расположение относительно друг друга в продольном направлении при формировании пакета выбирают с возможностью обеспечения плотного огибания сердечником установленных на него обмоток, с возможностью соединения концов полос стык в стык, с локализацией относительно соединений концов ближайших соседних полос в разных местах, намотку обмоток - первичной и вторичной - и установку их на пакет сердечника осуществляют одновременно, наматывая провод относительно пакета сердечника, провод наматывают с натяжением и с возможностью оказания на сердечник стягивающего усилия.

В способе выполнение стальных полос осуществляют прямоугольной формы с использованием трансформаторной листовой стали толщиной 0,3 мм.

В способе при сборке сердечника укладку пакета осуществляют с распределением пластин на два блока, содержащих по M субпакетов с M≥2, каждый субпакет выполняют из N полос с N≥1 одинаковой ширины, ширина полос разных субпакетов одного и того же блока - разная, укладку полос наибольшей ширины при формировании блока и субпакета производят в середину пакета и укладывают полосы друг на друга, формируя блок и субпакеты, с соблюдением уменьшения их ширины в направлении от середины пакета к его краю, обеспечивая формирование из полос блоков с поперечными сечениями, симметричными относительно оси, проходящей через центр пакета и параллельной поверхности полос, получая пакет сердечника с поперечным сечением ступенчатой формы, приближающимся по фигуре к эллипсу или кругу, а длину каждой из полос в пакете выбирают разной, с возможностью при завершении изготовления сердечника загибания полос в отношении всего пакета в одну сторону, причем соблюдая условие выбора - с возможностью обеспечения плотного огибания сердечником установленных на него обмоток, с возможностью соединения концов полос стык в стык, с локализацией относительно соединений концов ближайших соседних полос в разных местах.

В способе при сборке сердечника укладку пакета осуществляют с распределением пластин на два блока, содержащих по M субпакетов с M=25, каждый субпакет выполняют из N полос с N=3 одинаковой ширины, ширина полос разных субпакетов одного и того же блока - разная, ширину полос по блоку варьируют от 12,6 мм до 46,0 мм, укладку полос наибольшей ширины при формировании блока и субпакета производят в середину пакета и укладывают полосы друг на друга, формируя блок и субпакеты, с соблюдением уменьшения их ширины в направлении от середины пакета к его краю, обеспечивая формирование из полос блоков с поперечными сечениями, симметричными относительно оси, проходящей через центр пакета и параллельной поверхности полос, получая пакет сердечника с поперечным сечением ступенчатой формы, приближающимся по фигуре к эллипсу или кругу, при изготовлении сердечника в пакете формируют блоки одинаковые не только в отношении ширин укладываемых полос, но и в отношении их длин и ориентации полос друг относительно друга в блоке в продольном направлении, соблюдая основное условие - длину каждой из полос в пакете и их расположение относительно друг друга в продольном направлении при формировании пакета выбирают с возможностью обеспечения плотного огибания сердечником установленных на него обмоток, с возможностью соединения концов полос стык в стык, с локализацией относительно соединений концов ближайших соседних полос в разных местах, длину полос по блоку варьируют от 212,3 мм до 349,4 мм, при завершении сборки сердечника полосы загибают, сохраняя их укладку друг на друга, в противоположные стороны по блокам.

В способе после намотки и установки на пакет сердечника обмоток концы каждой из полос соединяют и фиксируют, оканчивая сборку сердечника тем, что осуществляют внешний бандаж, используя трансформаторную ленту, которую сваривают контактной сваркой.

В способе намотку обмоток - первичной и вторичной - производят с расположением вторичной обмотки на намотанной первичной обмотке.

В способе перед намоткой и одновременной установкой обмоток пакет сердечника фиксируют для сохранения порядка укладки полос.

В способе осуществляют намотку первого ряда под заданным углом намотки α, при переходе к намотке каждого последующего ряда витков производят деформацию провода в двух плоскостях, в плоскости, перпендикулярной оси намотки, провод подгибают в направлении от намотанного ряда, в плоскости, параллельной оси намотки, провод подгибают на величину, обеспечивающую намотку под углом, большим угла намотки непосредственно предыдущего ряда.

В способе при намотке обмоток используют провод, в котором со стороны поверхности пакета сердечника - поверхности эллипса или круга как фигуры, к которой приближено поперечное сечение ступенчатой формы пакета сердечника, на которую осуществляют намотку, противоположные стороны плоскопараллельны, при переходе к намотке каждого последующего ряда витков производят деформацию провода в двух плоскостях, в плоскости, перпендикулярной оси намотки, провод подгибают в направлении от намотанного ряда, достигая величины подгиба до толщины провода, в плоскости, параллельной оси намотки, провод подгибают на величину, обеспечивающую намотку под углом, большим угла намотки предыдущего ряда, а именно равным величине удвоенного угла намотки предыдущего ряда.

В способе при переходе к последующему ряду витков производят деформацию провода, утончая его на 10÷20 мкм и осуществляя прокладку при этом изолирующим материалом, в качестве изолирующего материала используют кусочки слюды.

В способе провод наматывают с натяжением плотно виток к витку, осуществляя натяжение провода вплоть до достижения предела текучести материала провода.

В способе угол намотки α для первого ряда берут α=arctg(а/L_п), где L_п - длина периметра поверхности эллипса или круга как фигуры, к которой приближено поперечное сечение ступенчатой формы пакета сердечника, на которую осуществляют намотку, а - ширина провода как размер в поперечном сечении провода в направлении, параллельном поверхности эллипса или круга как фигуры, к которой приближено поперечное сечение ступенчатой формы пакета сердечника, на которую осуществляют намотку.

В способе при намотке используют провод из металла вентильной группы, алюминий, для первичной обмотки - алюминиевый провод сечением 2,3×1,4 мм², для вторичной обмотки - алюминиевый провод сечением 7,5×2,2 мм², используют провод с керамической изоляцией, а керамическая изоляция получена микродуговым оксидированием, в первичной обмотке наматывают 370 витков, во вторичной - 65 витков.

В способе после осуществления намотки для улучшения теплопроводности обмоток проводят пропитку: в электроизоляционном лаке - полиимидном или силазановом, или в неорганическом растворе - растворе полифосфатов, или в растворе жидкого стекла с гексафторсиликатом натрия, или в расплаве электроизоляционных веществ - низкоплавкие стекла или циризин.

В способе осуществляют намотку в электролите, производя дополнительное оксидирование и восстанавливая возможные при намотке нарушения предварительно сформированного изоляционного покрытия.

В способе осуществляют намотку: в электроизоляционном лаке - полиимидном или силазановом, или в неорганическом растворе - растворе полифосфатов, или в растворе жидкого стекла с гексафторсиликатом натрия, или в расплаве электроизоляционных веществ - низкоплавкие стекла или циризин.

Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами.

На Фиг.1 схематически показаны вид в продольном направлении пакета сердечника - а) и его поперечное сечение - б) в случае выполнения пакета сердечника содержащим 10 субпакетов (M=10) в каждом блоке, а в каждом субпакете по 1 полосе (N=1).

На Фиг.2 схематически показан сердечник с надетыми на него первичной и вторичной катушками.

На Фиг.3 схематически показан трансформатор в сборке, при которой половину полос загибают в одну сторону, а другую половину - в другую.

На Фиг.4 приведена Таблица 1, иллюстрирующая применимые на практике при изготовлении трансформатора комплектность и размеры полос для сборки сердечника с поперечным сечением ступенчатой формы, приближающимся по фигуре к кругу, комплектность приведена в отношении одного блока для случая изготовления блоков одинаковыми как в отношении ширины используемых полос, так и в отношении их длины, а также ориентации пластин относительно друг друга.

При изготовлении трансформатора, как правило, проводится предварительный расчет количества витков и определение геометрии сердечника, необходимые для достижения заданной индуктивности. При реализации достижения заданной индуктивности можно выделить два крайних случая: во-первых, использование малого количества витков и сердечника больших размеров, во-вторых - большого количества витков и сердечника малых размеров. Соответственно в первом случае получают трансформатор с высоким коэффициентом полезного действия и высокой стоимости, во втором случае - с низким коэффициентом полезного действия и невысокой стоимости. Заметим, пока существует неопределенность по допустимым потерям мощности, выбор сердечника произволен. Определение же допустимых потерь задает конкретную конструкцию трансформатора.

В случае идеального трансформатора магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, полностью, без потерь, поглощается вторичной обмоткой. В реальных же трансформаторах имеются потери. В основном эти потери подразделяются на потери, обусловленные сердечником трансформатора, и потери, которые связаны с омическими потерями в проводе и обмотках (катушках) трансформатора. Кроме того, могут быть потери из-за наличия паразитных межвитковых и межобмоточных емкостей, являющиеся актуальными в радиочастотных трансформаторах.

Индуктивность рассеяния - индуктивность, соответствующая потерям потока первичной обмотки, сцепляемого со всей вторичной обмоткой. Величина индуктивности рассеяния зависит от конструкции трансформатора (Баркан В.Ф. «Радиоприемные устройства». Изд. 4, 1972 г., 576 с., с.64). На величину индуктивности рассеяния оказывает существенное влияние тип сердечника трансформатора (Куликовский А.А. «Справочник по радиоэлектронике». Т.1, 1967 г., 640 с., с.531), взаимное расположение обмоток, их секционирование, способы намотки.

Магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, концентрируется в сердечнике и связывает собой первичную и вторичную обмотки. Магнитный поток замыкается по двум различным путям. Во-первых, через сердечник, с концентрацией большей части магнитного потока в нем. Эта часть магнитного потока, порождаемая первичной обмоткой, замыкается вторичной. Во-вторых, в обход сердечника, через окно сердечника, как результат его недостаточно эффективного заполнения. Эта часть магнитного потока, порождаемая первичной обмоткой, не замыкается вторичной обмоткой. Таким образом, возникают потери магнитного потока, порождаемого первичной обмоткой - индуктивность рассеяния.

В вышеприведенном уровне техники и указанных причинах, препятствующих достижению технического результата, отмечалось, что установка обмоток на сердечнике вместе с каркасом, изоляция проводов, межслоевая и межобмоточная изоляция являются факторами, влияющими на эффективность заполнения окна сердечника. Эти факторы обуславливают возникновение индуктивности рассеяния, так как ведут к потерям магнитного потока, порождаемого первичной обмоткой. Коэффициент заполнения окна показывает, какую часть площади окна занимает непосредственно проводящий материал проводов обмотки. Чем большую площадь занимает проводящий материал проводов, тем меньше потери магнитного потока и меньше величина индуктивности рассеяния. Следовательно, для снижения последней требуется увеличить эффективность заполнения окна сердечника. В этих целях в предлагаемом способе изготовления используется следующее. Бескаркасная намотка и установка обмоток. Намотку обмоток - первичной и вторичной - и установку их на пакет сердечника осуществляют одновременно, наматывая провод относительно пакета сердечника. Причем провод наматывают с натяжением и с возможностью оказания на сердечник стягивающего усилия. Кроме того, изготавливая сердечник из полос трансформаторной стали, длину каждой из полос в пакете сердечника и их расположение относительно друг друга в продольном направлении при формировании пакета выбирают с возможностью обеспечения плотного огибания сердечником установленных на него обмоток. При этом для каждой полосы производят расчет длины индивидуально, с возможностью соединения концов полос стык в стык, без зазора, а также учитывается условие локализации соединений концов ближайших соседних полос в разных местах. Это осуществляется для снижения магнитосопротивления и препятствования потерям.

Кроме решения задачи снижения индуктивности рассеяния посредством повышения коэффициента заполнения окна сердечника, эта задача решается также оптимизацией геометрических параметров. Как отмечалась, в представленных аналогах используются сердечники с поперечным сечением прямоугольной формы, этой же формы наматываются и витки обмоток. В предлагаемом способе сердечник характеризуется поперечным сечением ступенчатой формы, приближающимся по фигуре к эллипсу или кругу (см. Фиг.1), а наматываемые витки на него округлой формы. Это обеспечивает снижение индуктивности рассеяния по следующим причинам.

Индуктивность рассеяния зависит от размеров (q) трансформатора, квадрата отношения количества витков в обмотках (N²), геометрического параметра (k) трансформатора, так, L_{pacceяния}~qN²k. Геометрический параметр (k) зависит от типа и конструкции сердечника и его характеристик, от конструкции и технологии изготовления обмоток. С другой стороны, индуктивность при расположении катушки на сердечнике определяется выражением L=µ_oµqN²/l, в котором µ_o - магнитная постоянная, µ - относительная магнитная проницаемость сердечника, N - количество витков, S - площадь сечения сердечника при µ»1, l - длина катушки. Так, исходя из приведенных выражений, сравнивая сердечник, характеризующийся поперечным сечением прямоугольной формы, в частности квадратной (в предельном случае) с размером стороны 2R, в известном аналоге и сердечник ступенчатой формы по фигуре, близкой к кругу (в предельном случае) диаметром 2R - в предлагаемом решении, принимая равными все параметры, кроме геометрического параметра (k), можно видеть, что индуктивность рассеяния в случае сердечника с квадратным поперечным сечением окажется больше, чем в случае круглого сечения, поскольку в последнем случае величина S меньше. В отношении витков можно видеть, что провод на витке квадратной формы длиннее, чем на витке круглой формы. Соответственно сопротивление в случае сердечника, который собирают в предлагаемом способе, будет меньше. Эти же самые рассуждения будут иметь место в случае прямоугольного сечения для известного решения и соответственно сечения ступенчатой формы по фигуре, близкой к эллипсу, для предлагаемого решения.

Устранение причин, препятствующих достижению технического результата в части улучшение теплоотвода от внутренних рядов катушки и снижение уровня шума, обеспечивается следующим.

В предлагаемом способе изготовления, как уже указывалось, использована бескаркасная намотка и установка обмоток с намоткой провода относительно пакета сердечника. При этом провод наматывают с натяжением и с возможностью оказания на сердечник стягивающего усилия. Такое выполнение, без использования каркаса и с натяжением, приводит к улучшению теплоотвода от внутренних рядов катушки, поскольку улучшается тепловой контакт.

Намотка провода на пакет сердечника с натяжением и с возможностью оказания на сердечник стягивающего усилия обеспечивает снижение шума. Ответственным за возникновение шума трансформаторов является явление магнитострикции. Если на лист электротехнической стали, который используется при изготовлении сердечника, воздействовать магнитным полем, лист будет изгибаться сам по себе. При прекращении влияния магнитного поля лист вернется в первоначальное состояние. Магнитная система трансформатора возбуждается при протекании переменного тока, соответственно листы (пластины, полосы) сердечника подвергаются растяжению и сжатию при воздействии магнитного поля. Растяжение и сжатие неодновременны, а воздействуют на лист последовательно. Сердечник набран из большого количества полос (пластин, листов) трансформаторной стали. Хотя деформации весьма незначительны в реальном измерении и их невозможно выявить невооруженным глазом, однако они приводят к возникновению вибраций и, как следствие, шума. Стягивающее усилие намотанным проводом относительно сердечника препятствует колебательному движению полос из трансформаторной стали и, таким образом, обеспечивает снижение шума трансформатора.

Таким образом, с учетом вышеизложенной причинно-следственной связи совокупности существенных признаков и указанного технического результата в обобщенном случае выполнения способа, обеспечивающем достижение технического результата, он включает следующие этапы.

На первом этапе осуществляют формирование пакета сердечника. Этот этап является начальным как для сборки сердечника, так и для изготовления трансформатора. Для сборки сердечника необходимо для начала осуществить формирование пакета. Его выполняют комплектом стальных полос (см. Фиг.1). Полосы укладывают в пакет друг на друга. Укладку пакета осуществляют с распределением пластин на два блока, содержащих по M субпакетов с M≥2. Каждый субпакет выполняют из N полос с N≥1 одинаковой ширины. Разные субпакеты конкретного блока формируют из полос шириной, индивидуальной для данного субпакета. Полосы наибольшей ширины при формировании блока и субпакета укладывают в середину пакета (см. Фиг.1б)). Полосы укладывают друг на друга, формируя каждый блок и субпакеты в блоках, с соблюдением уменьшения их ширины в направлении от середины пакета к его краю (см. Фиг.1б), низ и верх пакета на чертеже). При этом обеспечивается формирование из полос блоков с поперечными сечениями, симметричными относительно оси, проходящей через центр пакета и параллельной поверхности полос (горизонтальная ось, как показано на Фиг.1б)). Причем укладку поло осуществляют таким образом, что получают пакет сердечника с поперечным сечением ступенчатой формы, приближающимся по фигуре к эллипсу или кругу (см. Фиг.1б)). Длину каждой из полос в пакете и их расположение относительно друг друга в продольном направлении (см. Фиг.1а)) при формировании пакета выбирают с возможностью обеспечения плотного огибания сердечником установленных на него обмоток (см. Фиг.2 и 3). Длина каждой полосы рассчитывается индивидуально. При этом для формирования пакета во внимание принимают возможностью соединения концов полос стык в стык, с локализацией относительно соединений концов ближайших соседних полос в разных местах (см. Фиг.3).

После получения пакета сердечника производят намотку обмоток с выполнением выводов - первичной и вторичной, устанавливают обмотки на пакет сердечника из полос (см. Фиг.2). Это второй этап. На этом этапе изготовления трансформатора осуществляют одновременную намотку обмоток и установку их на пакет. Провод наматывают относительно пакета сердечника, с натяжением и с возможностью оказания на сердечник стягивающего усилия.

На завершающем этапе изготовления трансформатора завершают сборку сердечника (см. Фиг.3). Полосы пакета сердечника загибают, огибая установленные обмотки и сохраняя их укладку друг на друга. Концы каждой из полос соединяют и фиксируют, оканчивая сборку сердечника.

При выполнении вышеприведенных этапов способа в частных случаях осуществляют следующее.

Стальные полосы изготавливают из трансформаторной листовой стали толщиной 0,3 мм.

При сборке сердечника укладку пакета осуществляют с получением пакета сердечника с поперечным сечением ступенчатой формы, приближающимся по фигуре к эллипсу или кругу, в котором длину каждой из полос в пакете выбирают разной, с возможностью при завершении изготовления сердечника загибания полос в отношении всего пакета в одну сторону. Так же, как и в общем случае, соблюдают условие выбора - с возможностью обеспечения плотного огибания сердечником установленных на него обмоток, с возможностью соединения концов полос стык в стык, с локализацией относительно соединений концов ближайших соседних полос в разных местах. В этом частном случае обеспечивают формирование из полос блоков с поперечными сечениями, симметричными относительно оси, проходящей через центр пакета и параллельной поверхности полос, при этом блоки имеют только одинаковые поперечные сечения (блоки выполняют одинаковыми только в отношении ширин используемых полос при сборке пакета сердечника). В отношении длин полос, их ориентации относительно друг друга - блоки разные.

При сборке сердечника укладку пакета осуществляют с получением пакета сердечника с поперечным сечением ступенчатой формы, приближающимся по фигуре к эллипсу или кругу, в котором при изготовлении сердечника в пакете формируют блоки, одинаковые не только в отношении ширин укладываемых полос, но и в отношении их длин и ориентации полос относительно друг друга в блоке в продольном направлении. При этом, как и в общем случае, соблюдают основное условие - длину каждой из полос в пакете и их расположение относительно друг друга в продольном направлении при формировании пакета выбирают с возможностью обеспечения плотного огибания сердечником установленных на него обмоток, с возможностью соединения концов полос стык в стык, с локализацией относительно соединений концов ближайших соседних полос в разных местах. При завершении сборки сердечника полосы загибают, сохраняя укладку их друг на друга, в противоположные стороны по блокам.

После формирования пакета сердечника, перед намоткой и установкой обмоток пакет сердечника фиксируют для сохранения порядка укладки полос и их расположения относительно друг друга. Фиксацию осуществляют посредством установки пакета в обойму, повторяющую форму сложенного пакета, или посредством стягивающего хомута, также повторяющего форму с