Новий стандарт трансформаторів

Повний опис проекту

Трансформатор є основним елементом електромереж. Завдяки йому з’явилась можливість виробляти електроенергію при напрузі, зручній для її генерування, передавати її з напругою, яка відповідає мінімальним втратам і споживати при напрузі, розрахованій на параметри електроприймачів. Трансформатор не лише змінює напругу до рівня, зручного для усіх ланок електричного кола, але і зв’язує їх в єдину енергосистему. 

Принцип дії трансформатора базується на явищі електромагнетизму, суть якого полягає в охопленні електричного струму магнітним полем. В конструкціях усіх сучасних трансформаторів обмотки, тобто струм, охоплюють магнітопровід, тобто магнітне поле, а тому явище електромагнетизму спотворено. Результати такого спотворення обернулися рядом суттєвих проблем, які мають місце в сучасному трансформаторобудуванні. Основними проблемами є: 

1. Значні втрати реактивної потужності у вигляді полів розсіяння енергії обмоток в оточуючий простір.
2. Значні втрати активної потужності, зумовлені компенсацією втраченої реактивної потужності шляхом збільшенням струмів обмоток, а також втрати від полів розсіяння.
3. Зростання струмів призвело до прискореного старіння ізоляції, скорочення ресурсу роботи трансформатора і необхідності використання примусової системи охолодження, яка включає в себе бак, масло, насоси, фільтри, труби, радіатори та інше.
4. Значно ускладнився технологічний процес виробництва масляних трансформаторів, зросли витрати на їх випуск, експлуатацію і ремонт. Суттєво посилився негативний вплив на екологію.
5. Підключення навантаження на різні фази, яке завжди відрізняється і за величиною, і за характером (резистивне і реактивне), викликає у вторинному колі трансформатора перекіс фазних напруг. Несиметрія напруг негативно впливає на роботу електроприймачів усіх видів, а для її усунення використовують симетруючі пристрої, які мають невеликий діапазон дії і потребують значних витрат на виготовлення.
6. Усі сучасні трансформатори самі є джерелом несиметрії і вищих гармонік напруг і струмів, які негативно впливають на елементи систем енергопостачання та ліній зв’язку. Вищі гармоніки спотворюють форму напруги живлення, створюють додаткові втрати і підвищують нагрів трансформаторів, зумовлюють резонансні явища, є причиною наведень в телекомунікаційних мережах і мережах управління, призводять до виникнення вібрацій в електромашинних системах та ін.
7. Проблема регулювання напруги під навантаженням не розв’язана зовсім. Напруга сучасних трансформаторів регулюється дискретно, у вузькому діапазоні ( 5-10%) і регулювання неможливе без стороннього втручання в їх роботу.

Від усіх сучасних конструкцій трансформаторів і технологій їх виготовлення запропонований винахід відрізняється тим, що магнітна система трансформатора, виготовлена з електротехнічної або аморфної сталі і має форму правильної шестигранної призми, на стрижнях якої розміщені основні та додаткові обмотки фаз у складі первинної і вторинної обмотки однієї фази.

Переваги запропонованих трансформаторів перед усіма існуючими полягають у наступному: 

1. За рахунок охоплення обмоток магнітопроводом відбулась концентрація, або замикання полів розсіяння на магнітопроводі, тобто поля розсіяння перетворились у робоче магнітне поле, що адекватно зростанню реактивної потужності трансформатора.
2. Ріст робочого поля усунув потребу у збільшенні струмів та у громіздкий, дорогій у виготовленні і складній в експлуатації примусовій системі охолодження. Нові трансформатори будь-якої потужності виготовляються в сухому виконанні.
3. Плоскі Ш – подібні магнітопроводи сучасних трансформаторів перетворюють  тривимірне електромагнітне поле  у двовимірне, що призвело до магнітної несиметрії, ускладнило протікання електромагнітного процесу і погіршило енергетичні характеристики трансформатора. Ці недоліки відсутні у трансформатора нової конструкції, що має об’ємний просторовий магнітопровід.
4. Виготовлення, експлуатація і ремонт нових трансформаторів вимагають значно менших капіталовкладень у порівнянні з масляними трансформаторами.
5. Відсутність вищих гармонік у струмах і напругах, перекосу напруг та їх коливань та коливань напруг (день-ніч) створила умови суттєвого зростання надійності і ресурсу роботи трансформаторів нової конструкції.
6. Екологічність і безпека трансформаторів нової конструкції дають змогу розміщувати їх поблизу і навіть у самих житлових масивах. Завдяки цьому зменшуються витрати на прокладання кабельних ліній, інших будівельно-монтажних робіт. Крім того їх монтаж не вимагає виділення окремих земельних ділянок, ціни на які постійно ростуть. 

Використання трансформаторів нової конструкції, захищених патентами на винаходи України, дозволяє: 

1. Забезпечити практично 100% якість електроенергії завдяки наявності в його напругах та струмах лише 1-ї гармоніки і відсутності будь-яких вищих гармонік,також завдяки властивості самостійно симетрувати напругу, тобто усувати перекоси напруг без використання будь-якого додаткового обладнання, а також завдяки властивості самого трансформатора плавно і в широкому діапазоні регулювати напругу під навантаженням.
2.  Крім високої якості електроенергії нові трансформатори дають змогу економити великі кошти, які витрачаються на виготовлення складних і малоефективних пристроїв, необхідних для роботи існуючих трансформаторів. До них відносяться фільтри вищих гармонік, симетруючі пристрої, регулятори напруги і інше. Нові трансформатори працюють без використання будь-яких додаткових пристроїв або обладнання. 

Запропонована нова конструкція трансформатора може виготовлятися на всіх фірмах і підприємствах, зайнятих виробництвом сучасних трансформаторів. Необхідна лише незначна зміна технологічного процесу. 

Вимоги до вихідної сировини є  традиційними для трансформаторобудування: активні матеріали – мідь або алюміній, електротехнічна або аморфна сталь; ізоляційні матеріали.