ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ РЕАКТОР Российский патент 2004 года по МПК H01F29/14 H01F37/00 H01F38/02 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических реакторах с ферромагнитным магнитопроводом (например, из электротехнической стали) различного предназначения, прежде всего в дугогасящих управляемых подмагничиванием реакторах для компенсации тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, в плавно регулируемых подмагничиванием компенсирующих реакторах, включаемых параллельно конденсаторным батареям, управляемых шунтирующих реакторах и др.

В ряде типов электрических реакторов, в частности в дугогасящих реакторах, управляемых подмагничиванием, для получения низкого уровня высших гармоник в токе реактора необходима нелинейная магнитная вебер-амперная характеристика (зависимость потокосцепления обмотки от тока) заданной формы. Например, в реакторе-аналоге [1] в стержнях магнитопровода для обеспечения такой характеристики предусмотрены одноступенчатые участки уменьшенного поперечного сечения. Недостатком известного устройства являются повышенный уровень нелинейных искажений в токе, сложность изготовления реактора и увеличенные затраты активных материалов (электротехнической стали и проводников).

Частично эти недостатки устранены в устройстве-прототипе [2]. В этом дугогасящем реакторе применена более совершенная совмещенная бронестержневая магнитная система с двумя стержнями, имеющими участки переменного сечения - многоступенчатые участки сниженного сечения. Недостатком прототипа является сложность конструкции. Из-за многоступенчатости сечения пластины стержня не цельные, а состоят из многих частей. Между частями пластин в области уменьшенного сечения имеются дополнительные элементы конструкции - гофрированные листы стали. Недостатком является также высокий уровень нелинейных искажений в токе реактора.

Целью изобретения является упрощение конструкции, технологии изготовления и сборки магнитопровода, снижение искажения тока высшими гармониками, улучшение технико-экономических показателей реактора.

Поставленная цель достигается тем, что в электрическом управляемом подмагничиванием реакторе, содержащем шихтованный из пластин ферромагнитного материала магнитопровод, имеющий стержень с участками переменного сечения, на котором расположена обмотка, и ярма, пластины стержней выполнены цельными, а участки переменного сечения выполнены в виде вырубов со сторонами, образующими угол.

Вырубы в форме угла могут быть расположены с одной стороны пластин, а также с двух сторон пластин.

На фиг.1 показан управляемый подмагничиванием реактор; на фиг.2 - магнитная вебер-амперная характеристика реактора; на фиг.3 - пластина магнитопровода реактора с вырубом со сторонами, образующими угол.

На фиг.4-10 показаны варианты выполнения вырубов в пластинах магнитопровода. На фиг.4 представлены пластины магнитопровода реактора с вырубами в форме отверстий в пластинах; на фиг.5 и 6 - пластины магнитопровода с вырубом более сложной формы; на фиг.7 - пластина магнитопровода с вырубами со сторонами, образующими угол, в которой вырубы расположены с двух ее сторон; на фиг.8 - магнитопровод управляемого подмагничиванием реактора, у которого вырубы выполнены в пластинах стержней и ярем; на фиг.9 - бронестержневой однофазный реактор с вырубами в пластинах стержней; на фиг.10 - бронестержневой трехфазный реактор с вырубами в пластинах стержней.

Управляемый подмагничиванием реактор (фиг.1) содержит бронестержневой совмещенный магнитопровод 1, состоящий из двух соосно расположенных стержней 2, на которых расположены обмотки 3. Магнитопровод имеет ярма: верхнее ярмо 4, нижнее ярмо 5, боковые ярма 6 и среднее ярмо 7. Магнитопровод состоит из пакетов цельных пластин электротехнической стали, которые шихтуются по слоям. Два из многих возможных вариантов планов шихтовки магнитопровода: 8 - в случае шихтовки с прямыми стыками и 9 - в случае шихтовки с косыми стыками. В пластинах 10 стержня имеются вырубы 11. Часть пластины 10 стержня с вырубом 11 показана на фиг.3, где видно, что выруб имеет стороны, образующие угол.

Управляемый подмагничиванием реактор работает следующим образом.

Реактор подсоединяется к сети переменного тока. В части обмоток при помощи преобразователя создается изменяемый (управляемый) постоянный ток подмагничивания. Степень подмагничивания реактора регулируется, поэтому реактор является регулируемой индуктивностью (управляемым реактором). При разных уровнях подмагничивающего тока насыщается разная часть стержня магнитопровода, для чего стержень реактора имеет участки переменного сечения с плавным изменением сечения стали по высоте стержня. Это обеспечивается за счет выполнения в пластинах стержней магнитопровода вырубов со сторонами, образующими угол. Как следует из фиг.3, вне выруба площадь сечения пластины максимальна. Минимальная площадь сечения пластины составляет часть этой площади (а-b)/а=с/а, где а - ширина пластины, b - глубина выруба и с - минимальная ширина пластины с вырубом - перешеек пластины. В промежуточных точках сечение пластины, а следовательно, сечение пакета пластин и сечение стержня плавно изменяется от максимального до минимального значения. Магнитная вебер-амперная характеристика 12 реактора (фиг.2) имеет нелинейную форму.

Из-за подмагничивания частей магнитопровода постоянным магнитным потоком ток реактора кроме основной гармоники содержит и высшие гармоники, искажающие сетевой ток, причем эти искажения различны при разных уровнях регулируемого тока. В управляемом подмагничиванием реакторе с вырубами его магнитная вебер-амперная характеристика имеет оптимальную нелинейную форму, при которой искажения тока минимальны во всем рабочем диапазоне изменения тока реактора.

Обеспечение в реакторе необходимой формы магнитной характеристики и ее оптимизация достигнуты за счет вариации параметров вырубов в пластинах, от которых зависит форма характеристики и ее параметры. Так, начальная точка вебер-амперной характеристики реактора - потокосцепление начального насыщения ψ_S тем ниже, чем больше глубина выруба b. Наклон характеристики тем меньше, чем больше длина выруба d. При одной и той же глубине выруба b наклон характеристики меньше при сторонах выруба, образующих тупой угол α, (фиг.3, пунктир) и больше при сторонах выруба, образующих острый угол (штрихпунктир). Наклон характеристики ниже при увеличении числа вырубов в пластине. Имеется возможность применять вырубы с разными параметрами в разных пакетах пластин стержня.

Вырубы в пластинах могут быть выполнены в форме отверстий (круглых, ромбовидных, овальных) в пластинах (фиг.4).

Для тонкой подгонки магнитной характеристики вырубы в пластинах стержней магнитопровода выполняются в более сложной форме, показанной на фиг.5 и фиг.6.

Для достижения оптимальной магнитной характеристики вырубы в пластинах могут быть расположены как с одной стороны пластин (фиг.1, 3, 5, 6), так и с двух сторон пластин (фиг.7).

Иногда, например, в дугогасящих реакторах требуется обеспечить уменьшенный диапазон регулирования индуктивности и тока реактора. В этом случае для корректировки магнитной вебер-амперной характеристики реактора вырубы могут быть выполнены не только в пластинах стержня, но и в пластинах ярем (фиг.3).

Необходимая форма характеристики задается при проектировании реактора, для этого проводятся компьютерные расчеты магнитного поля реактора, его магнитной вебер-амперной характеристики и гармонического состава тока.

Реактор с вырубами может быть с магнитопроводом не только совмещенного бронестержневого типа (фиг.1 и 8), но и любого другого типа, например однофазного бронестержневого типа (фиг.9) с двумя стержнями, двумя боковыми ярмами, верхним и нижним ярмом, и трехфазного бронестержневого типа (фиг.10) с шестью стержнями, двумя боковыми ярмами, верхним и нижним ярмом.

Бронестержневые реакторы с вырубами могут применяться не только как дугогасящие реакторы, но и как управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы для компенсации реактивной мощности в электрических сетях и как реакторы другого назначения.

Применение вырубов рационально не только в управляемых подмагничиванием реакторах, но во всех типах реакторов, где необходима нелинейная магнитная характеристика.

По сравнению с аналогами и прототипом реактор с вырубами в пластинах магнитопровода имеет существенные преимущества.

В предлагаемом реакторе магнитопровод выполнен шихтованным из цельных пластин с вырубами. Такая конструкция имеет несомненное достоинство в том, что в производстве и сборке сохраняются преимущества конструкции обычного силового трансформатора с цельношихтованным магнитопроводом (без участков уменьшенного сечения, создаваемых пластинами с разрезами и частями пластин различной длины, как это обеспечено в прототипе). Выполнением пластин цельными достигается упрощение конструкции, технологии изготовления и сборки магнитопровода управляемого подмагничиванием реактора. Например, вырубы со сторонами, образующими прямой угол 90°, возможно изготовить в пластинах при использовании работающих на заводах машин для резки стали при производстве магнитопроводов трансформаторов и реакторов с косым стыком. Упрощение конструкции снижает затраты производства реакторов с вырубами, т.е. достигается улучшение технико-экономических показателей таких реакторов.

В то же время вырубы позволяют получить плавное (а не ступенчатое, как в прототипе) изменение сечения стержня (и при необходимости ярма), что улучшает магнитную вебер-амперную характеристику реактора (варьируя число вырубов, тип вырубов и параметры вырубов, можно получить магнитную характеристику любого желаемого вида) и позволяет получить более высокие его технические параметры (в том числе снизить содержание высших гармоник в токе).

В настоящее время разработан проект управляемого подмагничиванием дугогасящего реактора с вырубами в магнитопроводе. В ближайшее время опытный образец будет изготовлен и испытан.

Литература

1. А.М. Брянцев. Электроиндукционное устройство, авт. свидетельство СССР №1164795, класс Н 01 F 27/34, опубл. в бюлл. №24, 1985.

2. Базылев Б.И. Разработка и оптимизация конструкции управляемых подмагничиванием дугогасящих реакторов серии РУОМ для электрических сетей 6, 10 кВ. Автореферат диссертации. - М.: МЭИ, 2001, с.8 и 9, рис.2б и рис.3.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических реакторах с ферромагнитным магнитопроводом из электротехнической стали различного предназначения. Технический результат заключается в упрощении конструкции, технологии изготовления и сборки магнитопровода, снижении искажения тока высшими гармониками, улучшении технико-экономических показателей реактора. Технический результат достигается тем, что в электрическом управляемом подмагничиванием реакторе, содержащем шихтованный из пластин ферромагнитного материала магнитопровод, имеющий стержень с участками уменьшенного сечения, на котором расположены обмотки и ярма, пластины стержней выполнены цельными, а участки уменьшенного сечения в них выполнены в виде вырубов со сторонами, образующими угол. Вырубы в пластинах могут быть расположены с одной и с двух сторон пластин. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Электрический управляемый подмагничиванием реактор, содержащий шихтованный из пластин ферромагнитного материала магнитопровод, имеющий стержни с участками переменного сечения, на котором расположены обмотки, и ярма, отличающийся тем, что пластины стержней выполнены цельными, а участки переменного сечения в них выполнены в виде вырубов со сторонами, образующими угол.2. Электрический реактор по п.1, отличающийся тем, что вырубы в пластинах выполнены с одной стороны пластин.3. Электрический реактор по п.1, отличающийся тем, что вырубы в пластинах расположены с двух сторон пластин.