Трансформатор с высоким коэффициентом полезного действия

(51) 01 30/10 (2006.01) 01 27/28 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ системах, связанных с преобразованием одной системы переменного тока (напряжения) в другую. Повышение к.п.д. трансформатора осуществляется изменением конструкции обмоток трансформатора каждая обмотка разделена на одинаковое количество равных частей по количеству витков и размещены по длине магнитопровода поочередно одна часть первичной обмотки, одна часть вторичной обмотки до полного заполнения магнитопровода. Технический результат состоит в обеспечении минимальных потерь в трансформаторе в процессе преобразования одного переменного тока по значению напряжения в другое. Предлагаемая конструкция трансформатора позволяет повысить к.п.д. до единицы и экономить электрическую энергию без использования дополнительных внешних компенсирующих устройств.(72) Хадеев Навиль ТагировичХадеев Камиль Навилевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) ТРАНСФОРМАТОР С ВЫСОКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ(57) Изобретение относится к области электротехники,в частности,трансформаторостроению,и может быть использовано в различных электротехнических Изобретение относится к области электротехники,в частности,трансформаторостроению,и может быть использовано в различных электротехнических системах, связанных с преобразованием одной системы переменного тока (напряжения) в другую. Выпускаемые в настоящее время промышленностью силовые трансформаторы,(однофазные, трехфазные) по сути своей работы в первичных обмотках преобразуют электрическую энергию в магнитную, а во вторичных обмотках магнитную энергию в электрическую, т.е. вторичные обмотки выступают в роли источников ЭДС для последующих нагрузок. Они содержат магнитопровод, выполненный из электротехнической стали, первичную и вторичную обмотки, расположенные на магнитопроводных стержнях. (Кацман М.М. Электрические машины. М. Высш. школа, 1983 г., с.13). Основными недостатками существующих трансформаторов, работающих как на активную, так и на другие виды нагрузок, являются большие потери на холостом ходу и под нагрузкой,вследствие чего их к.п.д. в зависимости от мощности имеют значения от 0,6 .0,92. Известен однофазный трансформатор (Патент РФ 2 496172, 01 30/10, 01 30/04, 01 27/42. Опубликовано 20.10.2013 Бюл. 29), содержащий магнитопровод, первичную и три вторичные обмотки, одна из которых является рабочей, а две другие - обмотками отрицательной обратной связи,и фазосдвигающую цепь, состоящую из двух диодов и двух конденсаторов, что приводит к повышению к.п.д. на 10-15. Недостатком этой конструкции является наличие дополнительных вторичных обмоток, конденсаторов и полупроводниковых элементов для уменьшения потерь энергии, что приводит к удорожанию конструкции трансформатора. Известен резонансный трансформатор, (Патент РФ 2418333, МПК 01 30/10 01 27/28. Опубликовано 10.05.2011 Бюл. 13) содержащий первичную и вторичную обмотки, магнитопровод,имеющий удлиненные стержни. Первичная цепь трансформатора введена в режим резонанса токов путем параллельного соединения конденсатора и первичной обмотки. Недостатком этой конструкции является также наличие конденсатора и удлиненные стержни магнитопровода, повышенные металлоемкость и габариты трансформатора, все это приводит к удорожанию конструкции. По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данная конструкция трансформатора выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения. Техническая задача - повышение коэффициента полезного действия трансформатора путем уменьшения (до нуля) реактивного индуктивного сопротивления в обмотках. Поставленная задача решается изменением конструкции обмоток трансформатора каждая обмотка разделена на одинаковое количество 2 равных частей по количеству витков и размещены с чередованием одна часть первичной обмотки, одна часть вторичной обмотки до полного заполнения магнитопровода. Теоретическое обоснование используемого метода. По правилу Ленца э.д.с. самоиндукции в цепи с индуктивным сопротивлением препятствует изменениям тока в ней. Это приводит к существованию индуктивного сопротивления задерживающего изменения тока в цепи по сравнению с изменениями э.д.с. В цепи с емкостью(емкостным сопротивлением) колебания силы тока опережают колебания э.д.с. При введении в цепь с индуктивным сопротивлением емкость с емкостным сопротивлением равным индуктивному сопротивлению общее реактивное сопротивление равняется нулю, произойдет совпадение фаз колебаний тока и э.д.с, т.е. обмотки трансформатора превращаются в колебательный контур.(Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - М. Наук, 1989. с.576) Смещение фаз колебаний тока и напряжения в потребителях электрической энергии с индуктивным сопротивлением и потери электрической энергии в результате этого явления в электротехнике оценивают параметром . При равенствеединице отсутствуют потери электрической энергии на реактивную мощность. Как известно наличие проводников, разделнных диэлектриком приводит к возникновению мкостей между обмотками, слоями и витками. (Китаев В.Е. Трансформаторы Высшая школа, М. 1974 г.) Разделение обмоток на равные части по количеству витков, слоев намотки и других геометрических параметров и размещение их с чередованием одна часть первичной обмотки, одна часть вторичной обмотки до полного заполнения магнитопровода,создает равномерно распределенное реактивное емкостное сопротивление. При достижении равенства индуктивного и емкостного реактивных составляющих сопротивлений общее реактивное сопротивление исчезает т.е.,и трансформатор входит в режим резонанса и общий коэффициент полезного действия приближается к единице. Технический результат предлагаемая конструкция трансформатора имеет высокий коэффициент полезного действия и приближается к единице. Сущность изобретения поясняется электрической схемой фиг. Трансформатор с высоким к.п.д. содержит магнитопровод 1, первичную обмотку 2,вторичную обмотку 3. Обмотки составлены из отдельных частей количество участков первичной обмотки равно количеству участков вторичной обмотки. Первичная обмотка состоит изучастков 11, 12, 13 . 1, вторичная - из такого же количества участков 21, 22, 23,2,соединенных между собой. Трансформатор работает следующим образом. Первичная обмотка соединяется к источнику электроэнергии переменного тока, вторичная к нагрузке. Благодаря наличию отдельных участков с одинаковым количеством витков, как в первичной,так и во вторичной обмотках, расположенных с чередованием одна часть первичной обмотки, одна часть вторичной обмотки до полного заполнения магнитопровода, образуется электрическая емкость,т.е. отдельные участки обмоток выполняют функции обкладок конденсаторов. Чем больше количество участков , тем больше емкость обмоток трансформатора. При достижении равенства индуктивного и емкостного реактивных составляющих сопротивлений на обоих обмотках,общее реактивное сопротивление в трансформаторе исчезает, т.е. , трансформатор работает без потерь на реактивную мощность и входит в режим резонанса, а общий коэффициент полезного действия приближается к единице. Предлагаемая конструкция трансформатора позволяет повысить к.п.д. до единицы и экономить электрическую энергию без использования дополнительных внешних компенсирующих устройств. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Трансформатор с высоким коэффициентом полезного действия содержащий магнитопровод,первичную и вторичную обмотки, отличающийся тем, что каждая из обмоток разделена на одинаковое количество равных частей по количеству витков и размещены по длине магнитопровода поочередно одна часть первичной обмотки, одна часть вторичной обмотки до полного заполнения магнитопровода.