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 большая технологическая сложность изготовления, наличие в рабочем токе реактора всего спектра нечетных гармоник и повышенные потери.

Известна также конструкция электрического реактора с подмагничиванием, содержащего катушки основной обмотки, катушки обмотки управления и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями 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 изобретению.

Недостатками ее являются наличие в рабочем токе реактора нечетных гармоник во всем диапазоне регулирования и повышенные добавочные потери.

Целью изобретения является уменьшение гармоник в рабочем токе реактора во всем диапазоне регулирования и уменьшение добавочных потерь.

Для этого электрический реактор с подмагничиванием, содержащий катушки основной обмотки, катушки обмотки управления и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями 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, снабжен дополнительными сердечниками с корректирующими обмотками и магнитными шунтами, ярма магнитной системы в зоне канала рассеяния снабжены выступами из электротехнической стали, а шунты размещены в канале рассеяния реактора, по обеим сторонам от лобовых частей катушек обмотки управления, причем дополнительные сердечники с корректирующими обмотками расположены между магнитными шунтами и выступами ярма, а корректирующие обмотки соединены последовательно с катушками обмотки управления; магнитные шунты отделены от дополнительных сердечников немагнитными зазорами.

На фиг. 1 изображен общий вид одного стержня электрического реактора с подмагничиванием; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг.3 общий вид дополнительного сердечника с корректирующей обмоткой; на фиг.4 график изменения н. с. реактора при подмагничивании.

Электрический реактор с подмагничиванием содержит катушки основной обмотки 1, катушки обмотки 2 управления и магнитную систему со стержнями и ярмами 3, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников 4 с центральными стержнями 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, реактор снабжен дополнительными сердечниками 5 с корректирующими обмотками 6 и магнитными шунтами 7, ярма 3 магнитной системы в зоне канала рассеяния снабжены выступами 8 из электротехнической стали, а шунты 7 размещены в канале рассеяния реактора, по обеим сторонам от лобовых частей катушек обмотки 2 управления, причем дополнительные сердечники 5 с корректирующими обмотками 6 расположены между магнитными шунтами и выступами ярма, а корректирующие обмотки 6 соединены последовательно с катушками обмотки управления 2; магнитные шунты 7 отделены от дополнительных сердечников 5 немагнитными зазорами.

Работает описываемый реактор следующим образом.

Катушки основной обмотки 1 подключают к источнику переменного напряжения. Обмотку управления 2 с корректирующей обмоткой 6 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 соответствует номинальному значению тока в основной обмотке.

Рассматривая работу реактора по прототипу, при наличии на основной обмотке переменного напряжения U const, суммарный переменный магнитный поток в боковых участках бронестержневого сердечника и прилегающих к ним каналов будет также величиной постоянной.

При увеличении тока в обмотке управления от нуля до величины, когда B_o будет больше B_S (фиг. 4), и далее, до величины B_o', угол α будет увеличиваться от нуля, при B_oB_S до определенной величины при B_o > >B_Sи далее, при B_o' > B_o > B_S, т.е. в диапазоне 0≅ α ≅ .

Аналогичная картина изменения угла α может быть получена, если зафиксировать в каком-либо промежуточном значении ток в обмотке управления, при котором, например, индукция в сердечнике равнялась бы B_o, но при этом бы изменялась переменная индукция в боковых участках бронестержневого сердечника. В этом случае, при B_o const, при увеличении B_m,o, угол α будет уменьшаться, а при уменьшении B_m,o увеличиваться.

Изобретение сводится к тому, что с увеличением тока в обмотке управления, а следовательно и индукции B_o, одновременно происходит увеличение переменной индукции в боковых участках бронестержневого сердечника. При этом угол α остается постоянным на всем диапазоне изменения тока в обмотке управления и переменной индукции в боковых участках сердечника до номинального значения.

Реализация описываемого технического решения обеспечивается наличием на пути прохождения переменного магнитного потока двух параллельно включенных магнитных сопротивлений: одного, представляющего собой боковые участки бронестержневого сердечника с немагнитными зазорами между сердечником и ярмами, которое в режиме холостого хода реактора, преимущественно из-за относительно больших немагнитных зазоров представляет собой достаточно большое магнитное сопротивление, и другого, представляющего собой магнитные шунты с относительно небольшими, по сравнению с первыми, немагнитными зазорами, которые имеют значительно меньшее, чем первое, магнитное сопротивление. Следовательно, в режиме, близком к B_o B_S, преимущественно весь магнитный поток будет проходить по магнитным шунтам и лишь небольшая его часть по боковым участкам сердечников. При этом угол α будет иметь максимально возможную, выбранную заранее величину.

При увеличении тока в обмотке управления и корректирующей обмотке, соединенных последовательно, происходит увеличение магнитного сопротивления участка с магнитными шунтами за счет увеличения магнитного сопротивления подмагничиваемого дополнительного сердечника на пути прохождения части переменного магнитного потока. Таким образом при увеличении подмагничивания одновременно происходит перераспределение магнитного потока основной обмотки, который постепенно вытесняется из шунтов в боковые участки бронестержневого сердечника, а следовательно, в указанных участках возрастает и амплитуда магнитной индукции. При этом с увеличением разности (B_o B_S) (фиг.4) одновременно увеличивается и амплитуда индукций B₁ и B₂ в боковых участках сердечника, а угол α на всем диапазоне регулирования остается постоянным.

Выбор угла α, заключенного в пределах 0 < α < для формы кривой рабочего тока, приближающейся к трапецеидальной, может быть произведен по формуле 0, где ν= 3,5,7, номера нечетных гармоник, на основании необходимости исключения из рабочего тока реактора на всем диапазоне регулирования любой нечетной гармоники либо минимизации группы нечетных гармоник.

Так, например, задаваясь необходимостью исключения из рабочего тока реактора на всем диапазоне регулирования третьей гармоники, ν 3, угол α под знаком суммы должен быть равен 60^о, для исключения пятой гармоники, ν 5, α 36^о и т.д. Для минимизации влияния в рабочем токе группы гармоник, например третьей и пятой, ν 3,5, угол α под знаком суммы составит соответственно 62,6^о, для минимизации пятой и седьмой гармоник, ν 5,7, угол α будет соответственно равен 35,3^о и т.д. Решая приведенное выражение суммы численными методами, можно задаваться любым числом гармоник в токе реактора и их комбинацией: с наличием гармоник, кратных трем, или без них, учитывая возможность использования описываемого реактора в трехфазной группе с соединением основных обмоток в треугольник и соответствующей компенсацией гармоник, кратных трем, в треугольнике.

Определившись в выборе угла α, можно определить геометрический размер стороны бронестержневого сердечника по формуле
a (3,73÷4,50) 10, а затем величину электромагнитной индукции холостого хода
B_m,o a(K_уJ_у)/(0,36-0,44)sinα где Q_н задаваемое номинальное значение мощности реактора;
К_р задаваемая глубина регулирования реактора;
ω угловая частота;
К_с коэффициент заполнения сталью геометрического сечения бронестержневого сердечника;
(К_уJ_у) произведение задаваемого коэффициента заполнения окна бронестержневого сердечника обмоткой управления на задаваемую плотность тока в обмотке управления.

Численные коэффициенты в обеих формулах характеризуют диапазон выбора соотношения сечений центральных стержней к боковым ярмам (боковым участкам) бронестержневых сердечников.

Дополнительно к изложенному необходимо отметить, что во избежание замыкания пластин электротехнической стали ярм с пластинами дополнительных сердечников между последними необходимо предусмотреть также наличие небольшого технологического зазора, который может быть образован путем, например, нанесения на поверхности пластин на участках их взаимного соприкосновения, тонкого слоя эпоксидного компаунда либо другого изоляционного материала.

Использование: в электротехнике и энергетике, в частности в электроиндукционных устройствах с плавным регулированием индуктивности путем подмагничивания. Сущность изобретения: реактор содержит катушки основной обмотки 1, катушки обмотки 2 управления и магнитную систему со стержнем и ярмами 3, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников 4 с центральными стержнями 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. Реактор снабжен дополнительными сердечниками 5 с расположенными на них корректирующими обмотками 6 и магнитными шунтами 7, ярма 3 магнитной системы со стороны внешней лобовой части обмотки управления по обеим ее сторонам снабжена выступами 8 из электротехнической стали, сердечники 5 с обмотками 6 расположены между выступами 8 ярма 3 и шунтами 7, расположенными по всей высоте реактора и объединяющими противолежащие выступы, а обмотки 6 соединены последовательно с катушками обмотки 2, шунты 7 отделены от сердечников 5 немагнитными зазорами. Реализация изобретения позволит уменьшить гармоники в рабочем токе реактора во всем диапазоне регулирования и уменьшить добавочные потери. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ, содержащий катушки основной обмотки, катушки обмотки управления и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями 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 реактор снабжен дополнительными сердечниками с расположенными на них корректирующими обмотками и магнитными шунтами, ярма магнитной системы со стороны внешней лобовой части обмотки управления по обеим ее сторонам снабжены выступами из электротехнической стали, дополнительные сердечники с корректирующими обмотками расположены между выступами ярма и магнитными шунтами, расположенными по всей высоте реактора и объединяющими противолежащие выступы, а корректирующие обмотки соединены последовательно с катушками обмотки управления. 2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что магнитные шунты отделены от дополнительных сердечников немагнитными зазорами.