АКСИАЛЬНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР Российский патент 2001 года по МПК H01F38/18 H01F29/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к индукционным регуляторам, и может быть использовано, например, для регулирования напряжения.

Известна конструкция индукционного регулятора (см. Костенко М.П., Пиотровский Л. М. Электрические машины, ч. 2, Л.: Энергия, 1973, с. 389-390), представляющего собой обычную асинхронную машину цилиндрического исполнения с фазным заторможенным ротором. Такой индукционный регулятор 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 величины выходного напряжения. При этом за первичную обмотку принимается обычно обмотка ротора, за вторичную - обмотка статора.

При поворачивании ротора величина выходного напряжения плавно изменяется.

Однако конструкция такого индукционного регулятора сложна из-за необходимости штамповки листов магнитопроводов статора и ротора. Кроме того, стоимость такого индукционного регулятора велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке.

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 величины выходного напряжения, т.е. невозможность использования его в качестве регулятора напряжения ввиду того, что магнитопроводы многофазного трансформатора выполнены взаимно неподвижными.

Данное изобретение решает задачу обеспечения возможности регулирования величины выходного напряжения.

Для этого начала обеих (первичной и вторичной) обмоток электрически соединяются между собой посредством скользящих контактов, а тороидальный магнитопровод с первичной обмоткой, соединенной в "звезду", выполняется подвижным относительно тороидального магнитопровода со вторичной обмоткой, для чего устанавливается самотормозящаяся червячная передача, жестко связанная с подвижным магнитопроводом, причем между тороидальными магнитопроводами обеспечивается воздушный зазор, необходимый для их взаимного перемещения, а вторичная обмотка выполняется проходящей, то есть имеющей возможность подключения к нагрузке.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого аксиального индукционного регулятора в разрезе, на фиг. 2 - схема соединения его обмоток, на фиг. 3 - ЭДС и токи в одной обмотке, на фиг. 4 - векторная диаграмма для одной фазы.

Аксиальный индукционный регулятор содержит (см. фиг. 1): червячную передачу, состоящую из винтового колеса 1 и червяка 2, подвижный тороидальный магнитопровод 3 с трехфазной обмоткой 4, неподвижный тороидальный магнитопровод 5 с трехфазной обмоткой 6, начало которой электрически соединено с началом трехфазной обмотки 4, корпус 7, вал 8, закрепленный в подшипниковых узлах 9 и 11 и жестко связанный с подвижным магнитопроводом 3 посредством диска 10. Начало трехфазной обмотки 4 подвижного тороидального магнитопровода 3 соединено с началом трехфазной обмотки 6 неподвижного тороидального магнитопровода 5 посредством скользящего контакта 12 (см. фиг. 2).

Аксиальный индукционный регулятор работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 4 подвижного тороидального магнитопровода 3 к питающей сети напряжением U₁ в воздушном зазоре аксиального индукционного регулятора создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с трехфазной обмоткой 6 неподвижного тороидального магнитопровода 5, наводит в ней систему ЭДС. При пространственном совпадении осей обмоток 4 и 6, соответственно подвижного 3 и неподвижного 5 тороидальных магнитопроводов магнитный поток (см. фиг. 3) одновременно набегает на обмотки 4 и 6 и наводит в них ЭДС совпадающие по фазе и одинаково направленные относительно обмоток. При этом вектор ЭДС действует согласно с вектором напряжения Поэтому величина напряжения U₂ (см. фиг. 4) на зажимах потребляющей сети представляет собой арифметическую сумму U₁ и E₂: U₂ = U_2max = U₁ + E₂, т.к. обмотки 4 и 6 электрически соединены между собой, как указано выше. 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 магнитопровода 5 с обмоткой 6 на определенный угол, что приводит к соответствующему повороту вектора ЭДС (см. фиг. 4) обмотки 6 относительно вектора напряжения подаваемого на обмотку 4 из питающей сети. При повороте подвижного тороидального магнитопровода 3 на угол α = 180^o получим U₂ = U_2min = U₁ - E₂. Геометрическое место концов вектора а, значит и , при изменении угла α есть круг, описанный из точки A как из центра радиусом E₂. Результирующее выходное напряжение аксиального индукционного регулятора при повороте подвижного тороидального магнитопровода 3 относительно неподвижного тороидального магнитопровода 5 (см. фиг. 1) на угол от 0 до 180^o изменяется по величине от U_2min = U₁ - E₂ до U_2max = U₁+E₂
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию трансформатора, как и прототип, в то же время в отличие от него позволяет менять величину выходного напряжения. Так, при равенстве по величине между собой напряжения U₁ и ЭДС E₂ выходное напряжение U₂ будет изменяться по величине от нуля до 2U₁. В сравнении с известной конструкцией индукционного регулятора, основанного на использовании асинхронных машин цилиндрического исполнения с фазным заторможенным ротором, аксиальный индукционный регулятор 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: для регулирования напряжения. Технический результат заключается в обеспечении возможности регулирования величины выходного напряжения. В заявленном устройстве начало первичной обмотки, соединенной в "звезду", электрически соединено с началом вторичной обмотки. Тороидальные магнитопроводы выполнены с первичной и вторичной трехфазными обмотками взаимно подвижными. Для этого между магнитопроводами установлен необходимый для их взаимного перемещения воздушный зазор. Перемещение подвижного магнитопровода с первичной трехфазной обмоткой относительно неподвижного магнитопровода с вторичной трехфазной обмоткой обеспечивается установкой самотормозящейся червячной пары. Вторичная обмотка выполнена имеющей возможность подключения к нагрузке. 4 ил.

Трансформатор-индукционный регулятор, содержащий два тороидальных магнитопровода с пазами, в которые уложены первичная и вторичная трехфазные обмотки, отличающийся тем, что начала первичной и вторичной обмоток электрически соединены между собой посредством скользящих контактов, а тороидальный магнитопровод с первичной обмоткой, соединенной в "звезду", выполнен подвижным относительно тороидального магнитопровода со вторичной обмоткой, для чего установлена червячная передача, жестко связанная с подвижным магнитопроводом, причем между магнитопроводами имеется воздушный зазор, необходимый для их взаимного перемещения, а вторичная обмотка выполнена имеющей возможность подключения к нагрузке.