ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ Российский патент 1995 года по МПК H01F29/14 H01F21/06 

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]
Недостатком этой конструкции является повышенное содержание гармоник в рабочей точке реактора, недостаточная глубина регулирования и небольшая удельная мощность реактора.

Известна также конструкция электрического реактора с подмагничиванием, содержащего катушки основной обмотки, катушки обмотки управления, крепежные элементы, магнитную систему со стержнями и ярмами, отделенными друг от друга немагнитными зазорами, снабженными электроизоляционными элементами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, а на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления [2]
Данная конструкция по своей технической сути и достигаемому результату наиболее близка к предлагаемому изобретению.

Недостатком ее является также повышенное содержание гармоник в рабочем токе реактора, потерь, а также недостаточная глубина регулирования и небольшая удельная мощность реактора.

Целью изобретения является уменьшение содержания гармоник в рабочем токе реактора, потерь, а также повышение глубины регулирования и мощности реактора.

Для обеспечения реализации поставленной цели электрический реактор с подмагничиванием содержит катушки основной обмотки, катушки обмотки управления, крепежные элементы, магнитную систему со стержнями и ярмами, отделенными друг от друга немагнитными зазорами, снабженными электроизоляционными элементами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, а на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления, реактор снабжен дополнительными крепежными элементами и вставками из листов электротехнической стали, размещенными с немагнитными зазорами между ярмами и бронестержневыми сердечниками взаимно симметрично последним и выполненными с возможностью встречного перемещения относительно ярм и сердечников вдоль осей катушек основной обмотки, причем плоскости листов вставок совпадают с плоскостями листов бронестержневых сердечников, а часть электроизоляционных элементов выполнена, преимущественно, в виде покрытия из эпоксидного компаунда, расположенного на торцах листов вставок, со сторон, примыкающих к ярмам и бронестержневым сердечникам, соотношение сечений центрального стержня к участку бокового ярма, размещенного параллельно оси катушки основной обмотки, определяется следующим выражением:
K1-K1- где K₁ 29,44 и 12,89;
K₂ 1,06 и 1,11 безразмерные коэффициенты, где первые цифры относятся к реакторам с центральным стержнем под обмотку управления прямоугольного сечения, а вторые к реакторам с центральным стержнем ступенчатой формы, вписывающейся в окружность;
K_p задаваемая глубина регулирования;
соотношение произведений числа витков на сечение провода основной обмотки к числу витков на сечение провода обмотки управления одного стержня реактора;
α угол, заключенный в пределах 0<α< , определяемый из выражения 0 и соответствующий нулевому значению нечетной гармоники или минимальной величине группы нечетных гармоник, которое надо исключить или уменьшить в рабочем токе реактора;
ν 3,5,7. номера нечетных гармоник, дополнительные крепежные элементы выполнены в виде накладок, вкладышей и трубок из электроизоляционного материала, причем накладки и вкладыши выполнены, преимущественно, из стекло-текстолита, шпилек и гаек, накладки жестко соединены с бронестержневыми сердечниками, вставками и ярмами посредством шпилек с гайками, между накладками бронестержневых сердечников и ярм размещены вкладыши, а накладки бронестержневых сердечников и ярм через вкладыши и накладки бронестержневых сердечников и вставок соединены шпильками и гайками.

На фиг. 1 изображен электрический реактор с подмагничиванием, общий вид; на фиг. 2 размещение дополнительных крепежных элементов на основных конструктивных узлах реактора.

Электрический реактор с подмагничиванием содержит катушки основной обмотки 1, катушки обмотки управления 2, крепежные элементы, магнитную систему со стержнями и ярмами 3, отделенными друг от друга немагнитными зазорами, снабженными электроизоляционными элементами 4, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников 5 с центральными стержнями и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, а на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления 2, реактор снабжен дополнительными крепежными элементами и вставками 6 или листов электротехнической стали, размещенными с немагнитными зазорами между ярмами и бронестержневыми сердечниками взаимно симметрично последним и выполненными с возможностью встречного перемещения относительно ярм и сердечников вдоль осей катушек основной обмотки, причем плоскости листов вставок 6 совпадают с плоскостями листов бронестержневых сердечников 5, а часть электроизоляционных элементов 4 выполнена, преимущественно, в виде покрытия из эпоксидного компаунда, расположенного на торцах листов вставок 6 со сторон, примыкающих к ярмам и бронестержневым сердечникам 8, соотношение сечений центрального стержня к участку бокового ярма, размещенного параллельно оси катушки основной обмотки определяется следующим выражением:
K1-K1- где K₁ 29,44 и 12,89;
K₂ 1,06 и 1,11 безразмерные коэффициенты, где первые цифры относятся к реакторам с центральным стержнем под обмотку управления прямоугольного сечения, а вторые к реакторам с центральным стержнем ступенчатой формы, вписывающейся в окружность;
K_p задаваемая глубина регулирования;
соотношение произведений числа витков на сечение провода основной обмотки к числу витков на сечение провода обмотки управления одного стержня реактора;
α угол, заключенный в пределах 0<α< определяемый из выражения 0 и соответствующий нулевому значению нечетной гармоники или минимальной величине группы нечетных гармоник, которые надо исключить или уменьшить в рабочем токе реактора;
ν 3,5,7 номера нечетных гармоник, дополнительные крепежные элементы (см. фиг. 2) выполнены в виде накладок 7, вкладышей 8 и трубок из электроизоляционного материала, причем накладки и вкладыши выполнены, преимущественно, из стеклотекстолита, шпилек 9 и гаек 10, накладки 7 жестко соединены с бронестержневыми сердечниками 5, вставками 6 и ярмами 3 посредством шпилек 9 с гайками 10, между накладками 7 бронестержневых сердечников и ярм размещены вкладыши 8, а накладки 7 бронестержневых сердечников и ярм через вкладыши 8, накладки 7 бронестержневых сердечников и вставок 6 соединены шпильками 9 и гайками 10.

Устройство работает следующим образом.

Катушки основной обмотки 1 подключают к источнику переменного напряжения. Обмотку управления 2 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, благодаря чему достигается регулирование реактивной мощности реактора в пределах Q_о ≅ Q_рег ≅ Q_н, где Q_о минимальное значение реактивной мощности, определяемое величиной немагнитных зазоров в магнитной системе реактора. Номинальная мощность реактора соответствует номинальному значению тока в основной обмотке.

Уменьшение содержания гармоник в рабочем токе реактора и потерь достигается путем выбора угла α заключенного в пределах 0<α< для формы кривой рабочего тока, приближающейся к трапецеидальной и определяемого по формуле
Σ 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 миминизация группы нечетных гармоник.

Так, например, задаваясь необходимостью исключения из номинального рабочего тока реактора 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 номинальном 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, ν5,7, 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 и задаваясь глубиной регулирования реактора, а также варьируя соотношение (WS_пр)_о/(WS_пр)_y, которое задается последовательным рядом чисел: 1,0; 0,9; 0,8; 0,7 и т.д. можно определить соотношение сечений центрального стержня бронестержневого сердечника к участку бокового ярма, размещенного параллельно оси катушки основной обмотки.

Одновременное уменьшение потерь при заданной глубине регулирования и мощности реактора, либо повышение глубины регулирования и мощности реактора при заданных массогабаритных показателях достигается встречным перемещением вставок относительно неподвижных бронестержневых сердечников и ярм реактора. Реализация указанных целей необходима как в процессе настройки реактора в номинальный режим, так и в процессе эксплуатации реактора, когда в течение длительного времени меняется конфигурация распределительных сетей, а следовательно, меняются и ее параметры по емкостному току.

Так, например, при сближении вставок с бронестержневым сердечником происходит частичное перераспределение постоянного магнитного потока обмотки управления между боковыми ярмами и вставками из электротехнической стали, за счет чего напряженность постоянного магнитного поля в боковых ярмах уменьшается при незначительном увеличении длины магнитной силовой линии постоянного магнитного потока данного параллельного участка относительно длины магнитной силовой линии только горизонтального участка бокового ярма. При этом н. с. горизонтальных участков боковых ярм бронестержневых сердечников уменьшается, а н. с. вертикальных участков пропорционально возрастает, при сохранении неизменным числа ампервитков обмотки управления. Следовательно, одновременно возрастает глубина регулирования и мощность реактора, в целом.

Конструктивное выполнение дополнительных крепежных элементов для обеспечения встречного перемещения вставок относительно ярм и сердечников может иметь различные варианты исполнений, один из которых изложен в п. 3 формулы изобретения.

Дополнительно к изложенному необходимо отметить, что во избежание замыкания пластин электротехнической стали вставок с пластинами бронестержневых сердечников или пластинами ярм при перемещении вставок, на торцах последних, примыкающих к бронестержневым сердечникам и ярмам, предусмотрено электроизоляционное покрытие, выполненное, преимущественно, в виде эпоксидного компаунда, либо другого изоляционного материала.

Использование: в электротехнике и энергетике, в частности, в электроиндукционных устройствах с плавным регулированием индуктивности путем подмагничивания. Сущность изобретения: устройство содержит катушки основной обмотки 1, катушки обмотки управления 2, крепежные элементы, магнитную систему со стержнями и ярмами 3, отделенными друг от друга немагнитными зазорами, снабженными электроизоляционными элементами 4, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников 5 с центральными стержнями и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, а на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления 2, реактор снабжен дополнительными крепежными элементами и вставками 6 из листов электротехнической стали, размещенными с немагнитными зазорами между ярмами и бронестержневыми сердечниками взаимно симметрично последним и выполненными с возможностью встречного перемещения относительно ярма и сердечников вдоль осей катушек основной обмотки, причем плоскости листов вставок 6 совпадают с плоскостями листов бронестержневых сердечников 5, а часть электроизоляционных элементов 4 выполнена, преимущественно, в виде покрытия из эпоксидного компаунда, расположенного на торцах листов вставок 6, со сторон, примыкающих к ярмам и бронестержневым сердечникам 5. Реализация изобретения позволит уменьшить содержание гармоник в рабочем токе реактора, потерь, а также повысить глубину регулирования и мощность реактора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ, содержащий катушки основной обмотки, катушки обмотки управления, крепежные элементы, магнитную систему со стержнями и ярмами, отделенными друг от друга немагнитными зазорами, снабженными электроизоляционными элементами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, а на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления, отличающийся тем, что реактор снабжен дополнительными крепежными элементами и вставками из листов электротехнической стали, размещенными с немагнитными зазорами между ярмами и бронестержневыми сердечниками, взаимно симметрично последним и выполненными с возможностью встречного перемещения относительно ярм и сердечников вдоль осей катушек основной обмотки, причем плоскости листов вставок совпадают с плоскостями листов в бронестержневых сердечников. 2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что часть электроизоляционных элементов выполнена преимущественно в виде покрытия из эпоксидного компаунда, расположенного на торцах листов вставок со сторон, примыкающих к ярмам и бронестержневым сердечникам. 3. Реактор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что отношение сечений центрального стержня к участку бокового ярма, размещенного параллельно оси катушки основной обмотки, определяется выражением

где K₁ 29,44 и 12,89, K₂ 1,06 и 1,11 безразмерные коэффициенты, где первые цифры относятся к реакторам с центральным стержнем под обмотку управления прямоугольного сечения, а вторая к реакторам с центральным стержнем ступенчатой формы, вписывающейся в окружность;
K_р задаваемая глубина регулирования;
отношение произведений числа витков W на сечение S_пр провода основной обмотки к числу витков на сечение провода обмотки управления одного стержня реактора;
α угол в пределах определяемый из выражения

и соответствующий нулевому значению нечетной гармоники или минимальной величине группы нечетных гармоник, которые надо исключить или уменьшить в рабочем токе реактора;
n = 3, 5, 7 номера нечетных гармоник. 4. Реактор по пп.1 и 3, отличающийся тем, что дополнительные крепежные элементы выполнены в виде накладок, вкладышей и трубок из электроизоляционного материала, причем накладки и вкладыши выполнены преимущественно из стеклотекстолита, шпилек и гаек, накладки жестко соединены с бронестержневыми сердечниками, вставками и ярмами посредством шпилек с гайками, между накладками бронестержневых сердечников и ярм размещены вкладыши, а накладки бронестержневых сердечников и ярм через вкладыши и накладки бронестержневых сердечников и вставок соединены шпильками и гайками.