ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ Российский патент 1995 года по МПК H01F29/14 

Изобретение относится к электротехнике и энергетике, в частности к электроиндукционным устройствам с плавным регулированием индуктивности путем подмагничивания.

Известна конструкция электрического реактора, управляемого поперечным подмагничиванием, содержащего основные обмотки и магнитную систему со стержнями, выполненными в виде отдельных участков, каждый из которых состоит из двух соприкасающихся ферромагнитных цилиндров, охваченных секцией обмотки управления в области их соприкосновения, а лобовые части секций размещены внутри кольцевых ферромагнитных вставок [1]
Недостатками этой конструкции являются большие относительные потери в обмотке управления от тока управления, большие добавочные потери от потоков рассеяния и повышенный расход активных материалов.

Известна также конструкция электрического реактора с подмагничиванием, содержащего катушки основной обмотки, катушки обмотки управления с крепежными элементами, и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями, окнами и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления, а сами сердечники отделены от ярм немагнитными зазорами [2]
Данная конструкция по своей сути и достигаемому результату наиболее близка к заявляемому изобретению
Недостатками ее являются также большие потери в обмотке управления от тока управления, большие добавочные потери в обмотке управления от потоков рассеяния, недостаточные условия охлаждения участков обмотки управления, размещенных в окнах бронестержневых сердечников, а также повышенный расход активных материалов.

Целью изобретения является уменьшение потерь, улучшение охлаждения и уменьшение расхода активных материалов.

Для обеспечения реализации поставленной цели в электрическом реакторе с подмагничиванием, содержащем катушки основной обмотки, катушки обмотки управления с крепежными элементами, и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями, окнами и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления, а сами сердечники отделены от ярм немагнитными зазорами, каждая катушка обмотки управления выполнена на базе графита в виде одного витка С-образной в плане формы с металлизированными концами, зафиксированными друг относительно друга крепежными элементами, а лобовые части витка выполнены с поперечным сечением, находящимся в пределах
S_ок < S_лоб < S_сегм, где S_ок сечение окна бронестержневого сердечника;
S_лоб поперечное сечение лобовой части витка катушки обмотки управления;
S_сегм поперечное сечение сегмента, образованного внутренней поверхностью основной обмотки и плоскостью бронестержневого сердечника; каждая катушка обмотки управления снабжена охлаждающими каналами, выполненными под углом к плоскости катушек, в зоне участков катушек, расположенных в окнах бронестержневых сердечников; соотношение произведений числа витков на сечение провода основной обмотки к числу витков на сечение провода обмотки управления стержня реактора определяется выражением
(0,91÷0,75)1- , а линейный геометрический размер стороны бронестержневого сердечника определяется выражением
a (2,12-2,53)10, где Q_н [B˙A] задаваемая номинальная мощность реактора при максимальном подмагничивании;
B_m,o [Тл] задаваемая электромагнитная индукция;
I_у [А/мм²] задаваемая плотность тока в обмотке управления;
ω [с^-1] угловая частота;
К_р задаваемая глубина регулирования;
К_с коэффициент заполнения сталью геометрического сечения бронестержневого сердечника;
К_у коэффициент заполнения окна бронестержневого сердечника обмоткой управления;
α угол, определяемый из выражения
sin1- = .

На фиг. 1 изображен предлагаемый реактор, общий вид; на фиг.2 и 3 варианты исполнения электрического реактора с подмагничиванием с различной формой лобовых частей витков катушек обмотки управления; на фиг.4 узел I на фиг.1; на фиг.5 сечение А-А на фиг.4.

Электрический реактор с подмагничиванием содержит катушки основной обмотки 1, катушки обмотки 2 управления с крепежными элементами 3, и магнитную систему со стержнями и ярмами 4, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников 5 с центральными стержнями, окнами и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки 1, на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления 2, а сами сердечники 5 отделены от ярм 4 немагнитными зазорами, каждая катушка обмотки управления выполнена на базе графита в виде одного витка С-образной в плане формы по фиг.2 и 3 с металлизированными концами 6, зафиксированными друг относительно друга крепежными элементами 3, а лобовые части витка выполнены с поперечным сечением, находящимся в пределах
S_ок < S_лоб < S_сегм, где S_ок сечение окна бронестержневого сердечника 5;
S_лоб поперечное сечение лобовой части витка катушки обмотки 2;
S_сегм поперечное сечение сегмента, образованного внутренней поверхностью основной обмотки 1 и плоскостью бронестержневого сердечника 5, каждая катушка обмотки 2 управления снабжена охлаждающими каналами 7 по фиг.4 и 5, выполненными под углом к плоскости катушек, в зоне участков катушек, расположенных в окнах бронестержневых сердечников 5; соотношение произведений числа витков на сечение провода основной обмотки 1 к числу витков на сечение провода обмотки 2 управления стержня реактора определяется выражением
(0,91-0,75)1- , а линейный геометрический размер стороны бронестержневого сердечника 5 определяется выражением
a (2,12-2,53)10, где Q_н [B˙A] задаваемая номинальная мощность реактора при максимальном подмагничивании;
B_m,o [Тл] задаваемая электромагнитная индукция;
I_у [А/мм²] задаваемая плотность тока в обмотке управления;
ω [с^-1] угловая частота;
К_р задаваемая глубина регулирования;
К_с коэффициент заполнения сталью геометрического сечения бронестержневого сердечника;
К_у коэффициент заполнения окна бронестержневого сердечника обмоткой управления;
α угол, определяемый из выражения
sin1- = .

Работает описываемое устройство следующим образом.

Основную обмотку 1 реактора подключают к источнику переменного напряжения. Обмотку 2 управления подключают к источнику постоянного тока, величину которого можно изменять от нуля до номинального значения. При изменении тока в обмотке управления 2 меняется величина тока в основной обмотке 1, чем достигается регулирование реактивной мощности реактора в пределах Q_o ≅ Q_рег ≅ Q_н, где Q_o минимальное значение реактивной мощности, определяемое величиной немагнитных зазоров в магнитной системе реактора. Номинальная мощность реактора Q_нсоответствует номинальному значению тока в основной обмотке. При этом, если участки витка (лобовые части) катушки обмотки управления выполнить с большим поперечным сечением, чем у участков витка, проходящих в окнах бронестержневых сердечников, то электрическое сопротивление участков с большим поперечным сечением будет, соответственно, меньше, а следовательно, будут меньшими и потери по постоянному току в обмотке управления.

Кроме того, выполнение катушек обмотки управления на базе графита с добавками пластичного с хорошей электропроводностью металла, например, меди, позволит избежать добавочных потерь от полей рассеяния и выпучивания в материале обмотки управления, присущих конструкциям, где обмотка управления выполнена, например, только из медного или алюминиевого проводника.

Улучшение охлаждения устройства обеспечивается наличием на участках витка обмотки управления, размещенных в окнах бронестержневых сердечников, охлаждающих каналов.

Эти участки минимального поперечного сечения имеют максимальную плотность тока, что влечет за собой работу участка витка в напряженном тепловом режиме. При выполнении в этих участках каналов под углом к плоскости катушек обеспечивается лучшая циркуляция охлаждающей среды, например, масла, чем достигается более интенсивное охлаждение обмотки управления и улучшение охлаждения реактора в целом.

Выбор соотношения произведений чисел витков и сечений основной обмотки к обмотке управления соответственно и линейного геометрического размера стороны бронестержневого сердечника позволит создать в сочетании с выполнением обмотки управления из неметаллического материала, наиболее экономичную с точки зрения расхода активных материалов (стали, меди) конструкцию с заданными электромагнитными нагрузками и коэффициентами.

Численные коэффициенты в обоих выражениях характеризуют диапазон выбора соотношения сечений центральных стержней к боковым ярмам (боковым участкам) бронестержневых сердечников, причем первое число соответствует соотношению 1,5, а второе 2,0.

Использование: в электротехнике и энергетике, в частности в электроиндукционных устройствах с плавным регулированием индуктивности путем подмагничивания. Сущность изобретения: реактор содержит катушки основной обмотки управления с крепежными элементами и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями, окнами и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления, а сами сердечники отделены от ярм немагнитными зазорами, каждая катушка обмотки управления выполнена на базе графита в виде разомкнутого витка с металлизированными концами, зафиксированными друг относительно друга крепежными элементами, а лобовые части витка выполнены с поперечным сечением, находящимся в пределах, указанных в описании. Реализация изобретения позволит уменьшить потери, улучшить охлаждение и уменьшить расход активных материалов. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ, содержащий катушки основной обмотки, катушки обмотки управления с крепежными элементами и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями, окнами и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления, а сами сердечники отделены от ярм немагнитными зазорами, отличающийся тем, что каждая катушка обмотки управления выполнена на базе графита в виде разомкнутого витка с металлизированными концами, зафиксированными относительно друг друга крепежными элементами, а лобовые части витка выполнены с поперечным сечением, S_лоб находящимся в пределах
S_ок < S_лоб < S_сегм,
где S_ок -сечение окна бронестержневого сердечника;
S_сегм поперечное сечение сегмента, образованного внутренней обмоткой и плоскостью бронестержневого сердечника. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что каждая катушка обмотки управления снабжена охлаждающими каналами, выполненными под углом к плоскости катушек, в зоне участков катушек, расположенных в окнах бронестержневых сердечников. 3. Реактор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отношение произведений числа W витков на сечение провода основной обмотки к числу витков на сечение S_пр провода обмотки управления стержня реактора определяется выражением

а линиейный геометрический размер стороны бронестержневого сердечника определяется выражением

где Q_н задаваемая номинальная мощность реактора при максимальном подмагничивании, В · А;
B_т,о задаваемая электромагнитная индукция, Тл;
I_у задаваемая плотность тока в обмотке управления, А/мм²;
ω угловая скорость, с^-1.

K_р задаваемая глубина регулирования;
K_с коэффициент заполнения сталью геометрического сечения бронестержневого сердечника;
K_у коэффициент заполнения окна бронестержневого сердечника обмоткой управления;
a угол, определяемый из выражения