УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01F29/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во всех областях, где наиболее важной характеристикой является точность и плавность изменения величины выходного напряжения и где можно пренебречь незначительными потеpями мощности.

Предлагаемое устройство может эффективно использоваться при бурении нефтяных и газовых скважин электробуром, когда с углублением ствола необходимо плавное повышение напряжения на выходе питающего трансформатора для поддержания номинального напряжения на зажимах забойного двигателя, а также в гальванотехнике и сварочном производстве.

Представляется возможным применение устройства в качестве компенсационного элемента для вольтодобавки в энергосистемах, а также для автоматизированного выравнивания напряжения в трехфазных системах при глубокой асимметрии нагрузок в фазах, путем включения предлагаемого устройства в каждую фазу по обычным схемам включения "звездой" или "треугольником" в случаях, если это невозможно реализовать оптимальнее другим путем.

Известен автотрансформатор, содержащий магнитопровод с обмоткой, имеющий контактную дорожку и токосъемный ролик, жестко установленный на оси, выполненной из материала с высокой электро- и теплопроводностью (преимущественно из меди), пружинящий проводок, выполненный с охлаждающими полками, окном, в котором расположена ось с возможностью вращения [1].

Недостатком известного автотрансформатора является недостаточная точность регулирования напряжения на клеммах нагрузки, так как токосъемный ролик замыкает несколько (как минимум два) полных витков обмотки, что является порогом точности регулирования напряжения. Кроме того, в автотрансформаторе имеется только одна обмотка, поэтому потенциал на клеммах нагрузки по отношению к земле всегда равен потенциалу подводимого к автотрансформатору напряжения.

Вследствие этих причин автотрансформатор не может применяться там, где необходима высокая точность и плавность регулирования напряжения.

Наиболее близким по конструктивным признакам к заявляемому устройству является индуктивное устройство (2), включающее стержень из магнитного материала, собранные из параллельных пластин два цилиндрических полых барабана, вмонтированные с возможностью аксиального вращения вокруг стержня, на каждый из которых намотан электрический провод, образуя две проводящие электричество катушки, витки которых перематываются с одной катушки на другую под воздействием аксиально вращающихся барабанов в синхронном порядке при помощи регулирующего ремня, причем первичная катушка вмонтирована в барабан, а витки вторичной катушки наматываются вокруг поверхностей барабанов. К каждому концу соединенных между собой барабанов подведены электрические контакты, соединенные с коммутаторами, вращающиеся на опорах прямоугольного стержня. Устройство содержит приспособление для одновременного аксиального вращения барабанов с целью избирательного изменения числа витков на одной из катушек путем перемещения витков катушки из одного барабана на другой. Принцип действия индуктивного устройства основан на изменении выходного напряжения за счет взаимодействия индуцированных напряжений на вторичных катушках в зависимости от их взаиморасположения. Недостатком известного устройства является невозможность достижения плавности и точности регулирования выходного напряжения, связанная с наличием коммутаторного устройства, в котором неизбежно происходят переходные процессы, вызывающие дополнительные пульсации выходного напряжения. Токосъем с вторичной обмотки выполнен в виде довольно сложного, недостаточно надежного коммутаторного устройства. Кроме того, неэффективен процесс перемотки витков на барабанах. Устройство менее доступно для ремонтных и наладочных работ из-за неблочности конструкции.

Целью изобретения является повышение точности и плавности изменения величины выходного напряжения в устройствах регулирования, где возможно пренебречь незначительными потерями мощности в магнитопроводе.

На фиг.1 изображен общий вид устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1.

Устройство (см. фиг. 1) состоит из двухстержневого магнитопровода 1, имеющего неподвижный стержень 2 и стержень 3, выполненный с возможностью проворачивания относительно своей продольной оси в опорах 4 и 5 скольжения. Кроме того, устройство снабжено валом 6 с возможностью его проворачивания в опорах 7 и 8. Вал 6 установлен вне магнитопровода, причем ось его вращения параллельна продольной оси стержня 3. На стержне 2 установлен неподвижный каркас 9 с первичной обмоткой 10 и выводами концов обмотки 11 и 12. Вторичная обмотка выполнена в виде спаренной навивки 13 и 14 из гибкой изолированной токопроводящей ленты 15, размещенной соответственно на каркасах 16 и 17. Жестко связанные каркас 16 и стержень 3 имеют радиальную прорезь 18 (см. фиг. 2), в которую помещен начальный вывод 19 навивки 13 и гальванически связан с токопроводящей клеммной штангой 20. Последняя выведена из подвижного стержня 3 магнитопровода 1 наружу, причем по отношению к радиальной прорези 18 штанга 20 и начальный вывод 19 изолиpованы диэлектрическим чехлом 21. Токопроводящая клеммная штанга 20 на конце оборудована скользящим токосъемным контактом 22. На каркасе 17, жестко связанном с валом 6, на нижней торцовой части укреплено токопроводящее кольцо 23, к которому подключен вывод 24 навивки 14 вторичной обмотки. Кольцо 23 снабжено скользящим токосъемным контактом 25.

Применение идентичного кольца, снабженного скользящим токосъемным контактом, на каркасе 16 для начального вывода 19 навивки 13, невозможно вследствие прямого виткового коpоткого замыкания. В данном случае, желая избежать короткого замыкания, можно выполнить такое кольцо разрезным в виде секторов с подключением к каждому из них начального вывода 19. Но при этом, совершая проворот каркаса 16 вокруг своей оси, скользящий контакт, переходя через два соседних сектора кольца, за один полный проворот обязательно вызовет также витковое короткое замыкание. Поэтому техническое решение выноса начального вывода 19 вторичной обмотки посредством штанги 20 строго по продольной оси стержня 3 исключает возникновение короткозамкнутого витка при его полном провороте. На выходных концах стержней 3 и 6 жестко установлены рукоятки 26 и 27, выполненные из диэлектрического материала.

Устройство работает следующим образом.

При подключении выводов 11 и 12 устройства к сети переменного напряжения в первичной обмотке 10 возникает переменный ток, который создает переменный магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу 1. Поток индуцирует в первичной обмотке 10 и в навивке 13 вторичной обмотки переменные электродвижущие силы (ЭДС), пропорциональные числам витков в обмотках. В связи с тем, что навивка 14 вторичной обмотки находится вне магнитопровода 1, ЭДС в ней не наводится.

С навивки 13 вторичной обмотки напряжение снимается при помощи скользящих контактов 22 и 25 на определенную нагрузку. При этом навивка 14 будет являться некоторым активно индуктивным сопротивлением, которое легко замерить или рассчитать. Регулировка напряжения на вторичной обмотке осуществляется вращением каркасов 16 и 17 с помощью рукояток 26 и 27. При необходимости снижения напряжения на вторичной обмотке витки навивки 13 сматываются с каркаса 16 и наматываются на каркас 17 с помощью рукоятки 27. Для увеличения напряжения на вторичной обмотке витки навивки 14 сматываются с каркаса 17 и наматываются на каркас 16 рукояткой 26.

Конструктивные электрические параметры обмоток, а также магнитопровода для предлагаемого устройства подбираются и рассчитываются так, как и в известных трансформаторах промышленного применения. Таким образом, от исполнения можно производить устройства регулирования различной мощности.

Применяя несложные устройства автоматизированного привода стержня 3 и вала 6 (вместо рукояток 26 и 27) на основе сравнения с определенным заданным базовым напряжением на зажимах контактов 22 и 25, существует возможность полностью автоматизировать процесс регулирования напряжения.

Устройство регулирования напряжения позволяет изменять напряжение на вторичной обмотке от нуля в случае, когда все ее витки расположены на каркасе, установленном на валу, и до максимума, когда все витки расположены на каркасе, жестко закрепленном на вращающемся стержне магнитопровода, а величина напряжения определяется количеством вольт-витков вторичной обмотки. Кроме того, путем поворота катушек на определенный угол можно изменять соотношение витков на них как на определенное целое число, так и на долю витка, что позволяет плавно изменять напряжение до сотых долей вольта. Также вследствие того, что вторичная обмотка, в отличие от аналогичной в известных автотрансформаторах, гальванически не связана с первичной обмоткой, величина потенциала на ней относительно земли зависит исключительно от количества вольт-витков на каркасе, установленном на подвижном стержне магнитопровода.

Таким образом, совокупность существенных отличий заявляемого устройства позволяет по сравнению с известными аналогичными устройствами более плавно регулировать величину напряжения, а также значительно расширить диапазон его применения.

Использование: в электротехнике. Сущность: устройство состоит из двухстержневого магнитопровода 1, один из стержней 3 которого подвижен с возможностью проворачивания относительно своей оси, на нем расположена обмотка 13, с которой витки в процессе регулирования перематываются на вал 6, который установлен в опорах 7 и 8 с возможностью его проворачивания. Такое исполнение устройства позволяет повысить плавность и точность изменения величины выходного напряжения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее двухстержневой магнитопровод, первичную обмотку, установленную на магнитопроводе, вращающуюся вторичную обмотку, выполненную из двух частей, установленных на двух кинематически связанных между собой каркасах, одна часть вторичной обмотки размещена на одном из стержней магнитопровода, отличающееся тем, что оно снабжено валом, установленным параллельно стержню магнитопровода с возможностью вращения вокруг продольной оси, токопроводящим кольцом, скользящими токосъемными контактами, токопроводящей клеммной штангой, один из стержней магнитопровода установлен с возможностью вращения и выполнен с радиальной прорезью с односторонним осевым отверстием, через которое изолированно введена клеммная штанга, соединенная с начальным выводом вторичной обмотки, один из каркасов вторичной обмотки жестко укреплен на подвижном стержне магнитопровода, а другой каркас жестко связан с токопроводящим кольцом, соединенным с конечным выводом вторичной обмотки и установлен на валу, токопроводящая клеммная штанга и токопроводящее кольцо содержат скользящие токосъемные контакты. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вторичная обмотка выполнена в виде ленты, а каркасы, на которых установлены части вторичной обмотки, связаны между собой посредством изолированной токопроводящей ленты.