МНОГОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР-ФАЗОРЕГУЛЯТОР Российский патент 1999 года по МПК H01F30/14 H01F38/18 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к многофазным трансформаторам и фазорегуляторам, и может быть использовано, например, в лабораторных условиях для поверки электросчетчиков и т. д.

Известна конструкция фазорегулятора (см. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, ч. 2, Л.: Энергия, 1973, с.394), представляющего собой обычную асинхронную машину цилиндрического исполнения с фазным заторможенным ротором. Такой фазорегулятор содержит статор и ротор с соответствующими трехфазными обмотками, корпус, подшипниковые щиты и самотормозящуюся червячную передачу, позволяющую оператору вращать ротор относительно неподвижного статора на необходимый угол с целью изменения фазы выходного напряжения. При этом за первичную обмотку обычно принимается обмотка статора, за вторичную - обмотка ротора. При поворачивании ротора фаза выходного напряжения плавно изменяется в пределах 0 - 2π при постоянной величине этого напряжения.

Однако конструкция такого фазорегулятора сложна из-за необходимости штамповки листов магнитопроводов статора и ротора. Кроме того, стоимость такого фазорегулятора велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке. Более того, конструкция такого фазорегулятора не позволяет получить многофазное выходное напряжение.

Наиболее близким к изобретению по физической сущности и достигаемому результату является многофазный трансформатор (см. патент N 2082245, 1997 г. , Бюл. N 17, авторы Сингаевский Н.А., Гайтов Б. X., Жуков Ф.И. и др.), содержащий средний витой магнитопровод с обмотками и два боковых магнитопровода, примыкающих к торцам среднего магнитопровода через немагнитные прокладки, причем средний витой магнитопровод и два боковых витых магнитопровода выполнены тороидальными, на торцах среднего магнитопровода выполнены пазы, в которые уложена первичная трехфазная обмотка, охватывающая этот магнитопровод, а на торцах боковых магнитопроводов, примыкающих к среднему магнитопроводу через немагнитные прокладки, выполнены пазы, в которые уложены две вторичные многофазные обмотки, каждая из которых охватывает тот боковой магнитопровод, в пазы которого она уложена.

Существенным недостатком такого многофазного трансформатора является невозможность обеспечения регулирования фазы выходного напряжения, т.е. невозможность использования его в качестве фазорегулятора ввиду того, что магнитопроводы многофазного трансформатора выполнены взаимно неподвижными.

Данное изобретение решает задачу обеспечения возможности регулирования фазы выходного напряжения в диапазоне 0 - 2π при постоянной его величине.

Для этого тороидальный магнитопровод со вторичной многофазной обмоткой выполняется подвижным относительно неподвижного тороидального магнитопровода с первичной трехфазной обмоткой, для чего устанавливается самотормозящаяся червячная передача, жестко связанная с подвижным тороидальным магнитопроводом, а между тороидальными магнитопроводами обеспечивается воздушный зазор, необходимый для их взаимного перемещения.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого многофазного трансформатора-фазорегулятора в разрезе, на фиг. 2 - схема соединения его обмоток, на фиг. 3 - векторная диаграмма для одной фазы.

Многофазный трансформатор-фазорегулятор содержит (см. фиг. 1): червячную передачу, состоящую из винтового колеса 1 и червяка 2, подвижный тороидальный магнитопровод 3 с многофазной, например, девятифазной обмоткой 4, неподвижный тороидальный магнитопровод 5 с трехфазной обмоткой 6, корпус 7, вал 8, закрепленный в подшипниковых узлах 9 и 11 и жестко связанный с подвижным тороидальным магнитопроводом 3 посредством диска 10. Обмотка 4 подвижного магнитопровода 3 имеет возможность соединяться с нагрузкой посредством скользящего контакта 12 (см. фиг. 2).

Многофазный трансформатор-фазорегулятор работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 6, принимаемой за первичную, неподвижного тороидального магнитопровода 5 к питающей сети напряжением U₁ в воздушном зазоре многофазного трансформатора- фазорегулятора создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с многофазной обмоткой 4, принимаемой за вторичную, подвижного тороидального магнитопровода 3, наводит в ней систему многофазных ЭДС. Фаза ЭДС в обмотке 4 подвижного тороидального магнитопровода 3 зависит от первоначального взаимного расположения осей обмоток 4 и б соответственно подвижного тороидального магнитопровода 3 и неподвижного тороидального магнитопровода 5. При повороте рукоятки (на фиг.1 она не показана, как не имеющая отношения к существу изобретения), жестко связанной с червяком 2, подвижный тороидальный магнитопровод 3 с обмоткой 4 поворачивается относительно неподвижного тороидального магнитопровода 5 с обмоткой 6 на определенный угол, что приводит к соответствующему повороту вектора ЭДС (см. фиг. 3, на которой стрелками показаны возможные направления перемещения вектора ЭДС , а следовательно, и вектора напряжения при подключении нагрузки) обмотки 4 относительно вектора напряжения подаваемого на первичную обмотку 6 из питающей сети, при постоянной величине ЭДС т.е. к изменению фазы ЭДС а, значит, и вектора напряжения
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию многофазного трансформатора, как и прототип, в то же время в отличие от него, позволяет менять фазу выходного напряжения в диапазоне 0-2π. В сравнении с известной конструкцией фазорегулятора, основанного на использовании асинхронных машин цилиндрического исполнения с фазным заторможенным ротором, многофазный трансформатор-фазорегулятор позволяет значительно упростить технологию изготовления магнитопроводов статора и ротора, значительно сократить при этом расход электротехнической стали. Так, при мощности 5 кВт расход электротехнической стали уменьшается на 20-25%.

Использование: в лабораторных условиях для поверки электросчетчиков и т. д. Тороидальный магнитопровод выполнен с вторичной многофазной обмоткой, установленной на тороидальном магнитопроводе, подвижном относительно неподвижного тороидального магнитопровода с первичной трехфазной обмоткой. Для этого устанавливается червячная передача, жестко связанная с подвижным тороидальным магнитопроводом, а между тороидальными магнитопроводами обеспечивается воздушный зазор, необходимый для их взаимного перемещения. Технический результат заключается в возможности регулирования фазы выходного напряжения в диапазоне 0-2π при постоянной его величине. 3 ил.

Многофазный трансформатор-фазорегулятор, содержащий два тороидальных магнитопровода с пазами, в которые уложены первичная трехфазная и вторичная многофазная обмотки, отличающийся тем, что тороидальный магнитопровод с вторичной многофазной обмоткой выполнен подвижным относительно неподвижного тороидального магнитопровода с первичной трехфазной обмоткой, для чего установлена червячная передача, жестко связанная с подвижным тороидальным магнитопроводом, а между тороидальными магнитопроводами имеется воздушный зазор, необходимый для их взаимного перемещения.