РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 1997 года по МПК H01F29/08 

Устройство предназначено для защиты различных промышленных и бытовых потребителей электроэнергии от значительных колебаний напряжения, которые могут вызвать их выход из строя.

Прототип бесконтактный регулятор тока и напряжения (авт. св. СССР N 1022229, кл. Н 01 F 29/08, 1983).

Цель изобретения создание условия, при котором стабилизация выходного напряжения в зависимости от входного напряжения и выходного тока происходит автоматически.

На фиг. 1 изображено устройство трансбилизатора; на фиг.2 график зависимости выходного напряжения от входного напряжения; на фиг.3 график зависимости выходного напряжения от нагрузки.

Указанная задача достигается путем создания горизонтальной подвижности вторичной обмотки и намотки дополнительных контрольных обмоток 3 и 4 на подпружиненной штанге для самостабилизации по входному напряжению и выходному току.

Устройство состоит из неподвижной части сердечника 1, подвижной части сердечника 2, первичной обмотки 3, второй обмотки 4, обмотки самостабилизации по напряжению 5, обмотки самостабилизации по току 6, неметаллической части подпружиненной штанги 7, соединяющей подвижную часть 2 с металлической частью штанги 8, двигающимся в неподвижном пазу 9 из магнитного материала (железа), которая по-существу является якорем электромагнита, образуемого обмотками 5 и 6, пружины 10, фиксирующей подвижную часть 2 в определенном положении, при котором при отсутствии напряжения сечение части 2 по площади совпадает с сечением неподвижной части 1, входные провода 11 и выходные 12. Сопротивление обмотки 6 должно быть менее 1 Ом. Вариант: в месте Б подключается дополнительный переключатель 13, обмотка с якорем 14 которого включена последовательно с нагрузкой и также имеет сопротивление менее 1 Ом.

Устройство работает следующим образом (фиг.1).

Стабилизация по входному напряжению: при подаче канального расчетного напряжения на первичную обмотку провода 14, напряжение поступает также на обмотку 5 и сдвигает подвижную часть так, что общая площадь соприкосновения сечения половины 1 и половины 2 составляет 0,4 от общей площади сечения. При этом индукция уменьшается до 0,4 от полной индукции трансформатора, а на вторичной обмотке 4 также должно быть требуемое напряжение. При уменьшении входного напряжения обмотка 5 соответственно уменьшает силу сдвижения, индуктивность возрастает и выходное напряжение на обмотке 4 сохраняется нормальным.

Пример. Первичная обмотка 1 5000 витков, вторичная обмотка 2 454 витков (первоначальный коэффициент 11/100), при подаче нормального напряжения 500 В в связи с тем, что индуктивность уменьшена до 0,4, во вторичной обмотке будет требуемое напряжение 220 В. При падении входного напряжения до 4000 В обмотка 5 также уменьшает силу сдвижения на 1/5, т.е. есть сечение подвижной и неподвижной части будет соединено на 0,52.4000 умножить на 0,52 и на 11/100 будет 228 В, что в пределах нормы (5%) всех бытовых и промышленных приборов. При падении входного напряжения до 3000 В обмотка 5 уменьшит силу сдвижения на 2/5 и площадь общего сечения 1 и 2 половин составит 0,64 от номинала. На выходе будет: 3000 х 0,64 х 11/100=211 В. При повышении входного напряжения до 5500 В сила сдвига увеличится и общая площадь сечения составит 0,34 от номинала. 5500 х 0,34 х 11/100 206 В. Таким образом, пределы самостабилизации трансбилизатора по входному напряжению от 3000 до 5500 В, что практически достаточно для 90% случаев. При этом существует достаточно простая возможность повысить верхний предел самостабилизации. Достаточно ограничить ток в точке провода, обозначенной на фиг.1 буквой А, например, установив высоковольтный конденсатор. При этом сдвижение подвижной части 2 замедлится и выходное напряжение будет равно номиналу в более широких пределах, ориентировочно 3000 100000 В. Но следует учесть, что время самостабилизации зависит от массы и подвижности системы пружина 10 якорь 8 и колеблется от 0,01 до 1,0 с.

Аналогично действует система самостабилизации по входному напряжению и при других необходимых входных и выходных напряжениях.

Стабилизация по нагрузке: вторичная обмотка 4 подключается к нагрузке через (последовательно) обмотку 6, сопротивление которой должно быть менее 1 см. При повышении отбора тока (роста нагрузки) обмотка 6 пропорционально возвращает подвижную часть 2 с обмоткой 4 к первоначальному состоянию, таким образом, коэффициент трансформации увеличивается, что компенсирует падение напряжения в обмотке 4 по мере роста тока.

Примечание. Для более ровной зависимости ток напряжение (более ровной линии на фиг.3) возможно в точке Б(фиг.1) подключение простейшего электромагнитного переключателя, который при нагрузке менее 70% от номинала отключает обмотку 6, так как падение напряжения становится пропорциональным росту тока только при приближении к 70% номинальной мощности трансбилизатора. В зависимости от материала и перегрузочной способности используемых обмоток электромагнитный переключатель 13 14 может подключать обмотку 6 после роста тока до 60%-ного или даже 50%-ного номинала.

На фиг. 2 представлена зависимость выходного напряжения от входного при ограничении тока в точке А (фиг.1) и точности представления ±10%
Форма пружины и якоря произвольны.

В зависимости от требований по точности выходного напряжения начальное положение пружины 10 с подвижной частью 2 может и не соответствовать 100%-му совпадению сечений частей 1 и 2.

Использование: в области электротехники. Сущность: трансформатор имеет магнитопровод, выполненный из двух частей: неподвижной 1 с первичной обмоткой 3 и подвижной со вторичной обмоткой 4, последовательной соединенной с обмоткой 6, установленной на магнитной части 8 штанги 7, одним концом проходящим в зазоре неподвижного элемента 9. Штанга 7 подпружинена, на ней установлена обмотка 5, подключаемая к вводам трансформатора. Штанга 7 неподвижно закреплена на подвижной части магнитопровода 2. 3 ил.

Регулируемый трансформатор, содержащий сердечник, выполненный из двух частей, одна из которых подвижна, на неподвижной части установлена первичная обмотка, а на подвижной вторичная обмотка, отличающийся тем, что в нем установлено две дополнительные обмотки, подпружиненная штанга с немагнитным участком и участком из магнитного материала, размещенная в направляющем элементе, немагнитная часть которой жестко соединена с подвижной частью сердечника, обе дополнительные обмотки установлены на магнитной части штанги, одна из обмоток соединена параллельно с первичной обмоткой, а другая соединена последовательно с вторичной обмоткой.