ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ Российский патент 2006 года по МПК H01F29/14 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети для компенсации реактивной мощности.

Известен электрический реактор с подмагничиванием [1]. В этом устройстве - аналоге имеется магнитная система со стержнями, ярмами, с двумя боковыми ярмами, имеется одна сетевая обмотка, охватывающая два соседних стержня с обмотками управления. Однако устройство обладает повышенными потерями на вихревые токи, возникающие в элементах конструкции из-за магнитного поля рассеяния.

Частично недостатки [1] устранены в известном устройстве [2], являющемся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению. Так же, как и в аналоге [1], в этом устройстве - прототипе имеется магнитная система со стержнями, верхним и нижним горизонтальными ярмами, двумя боковыми ярмами, на стержнях размещены обмотки управления, подключенные к регулируемому источнику постоянного напряжения, и сетевые обмотки, охватывающие два соседних стержня с управляющими обмотками, включенными встречно. Между торцами обмоток и ярмами размещены массивные кольцевые магнитные шунты с радиальным разрезом. Кольцевые шунты выполнены по форме, соответствующей форме сечения торцов обмоток, выступающих за контуры магнитной системы. Недостатками прототипа являются большой расход стали и увеличенные потери в стали в стержнях и ярмах, а также существенная сложность конструкции.

Целью изобретения является уменьшение расхода стали в стержнях и ярмах магнитной системы, снижение потерь в стали и упрощение конструкции реактора за счет введения новых элементов конструкции - магнитных шунтов из пакетов полос электротехнической стали в виде замкнутых прямоугольных рам.

Поставленная цель достигается тем, что в электрическом реакторе с подмагничиванием, содержащем магнитную систему со стержнями, верхним и нижним горизонтальными ярмами, двумя боковыми ярмами, обмотки управления, размещенные на средних стержнях, соединенные попарно встречно и подключенные к регулируемому источнику постоянного напряжения, сетевые обмотки, охватывающие два соседних стержня с обмотками управления, и магнитные шунты. Шунты набраны из пакетов полос электротехнической стали, установлены вне магнитной системы с двух сторон реактора и выполнены в виде двух замкнутых прямоугольных рам. Две торцевые части каждой рамы размещены на противоположных торцах обмоток, а две другие продольные части рамы расположены вдоль обмоток.

Предлагаемый электрический реактор с подмагничиванием поясняется чертежами.

На фиг.1 показана конструкция магнитной системы реактора с обмотками в сечении по главной оси, на фиг.2 - сечение реактора в плане, на фиг.3 - реактор сбоку. На фиг.4 дан шунт в виде рамы. На фиг.4 и 5 изображены шихтованное и стыковое сочленение частей в углах рамы, на фиг.6 - вариант фрагмента торцевой части шунта с увеличенным охватом площади торцевой поверхности обмотки. На фиг.7 дан вариант рамы с продольными частями, расположенными между фазами трехфазного реактора. На фиг.8 показан вариант реактора в однофазном исполнении.

Магнитная система реактора содержит стержни 1, два ярма (горизонтальных) - верхнее 2 и нижнее 3, два боковых ярма 4. На всех стержнях 1 размещены обмотки управления 5. В реакторе имеются три (по числу фаз А, В и С) сетевые обмотки 6, каждая сетевая обмотка охватывает два соседних стержня с обмотками управления. В реакторе установлены два магнитных шунта в форме прямоугольных рам, охватывающих обмотки. Части каждой рамы - торцевые 7 и продольные 8 - выполнены из пакетов полос электротехнической стали. Торцевые части 8 расположены на минимально допустимым по условиям обеспечения электрической изоляции расстоянии от обмоток.

Для удобства выполнения и монтажа, для лучшего охлаждения шунты-рамы могут быть сплошными или составными из нескольких пакетов, в последнем случае между этими пакетами располагаются охлаждающие каналы 9, которые показаны на фиг.6.

Углы шунтов-рам в местах сочленения торцевых сторон 7 с продольными сторонами 8 могут быть выполнены шихтованными (фиг.4). Возможен также стыковой вариант сочленения сторон рамы, при котором они прижаты друг к другу (фиг.5).

На фиг.6 представлена более сложная конструкция торцевых частей шунта-рамы с увеличенным охватом площади торцевой поверхности обмотки. Увеличение площади торцевой поверхности достигается установкой между пакетами стали или между их частями дополнительных изоляционных прокладок 10.

Продольные части шунтов-рам могут быть расположены не вблизи крайних фаз реактора А и С (фиг.1), а между фазами реактора А и В, В и С (фиг.7).

Кроме трехфазного варианта, возможен однофазный вариант конструкции электрического реактора с подмагничиванием, при этом сохраняются все элементы конструкции трехфазного реактора, но соответственно уменьшается число стержней и обмоток (фиг.8).

Сетевые обмотки 6 трех фаз могут быть соединены в звезду с нулем (или в другую трехфазную схему) и подключены к трехфазной сети переменного напряжения.

Обмотки управления 5, при помощи которых осуществляется регулирование мощности реактора подмагничиванием сердечников, подключаются к регулируемому источнику постоянного напряжения, при этом возможны различные варианты соединения обмоток управления. Например, каждая пара обмоток управления 5, охваченная своей сетевой обмоткой 6, может быть соединена последовательно встречно, а все три пары обмоток управления трех фаз реактора могут быть соединены между собой параллельно.

Электрический реактор с подмагничиванием, выполненный в соответствии с формулой предлагаемого изобретения, работает следующим образом.

Сетевые обмотки 6 подключаются к электрической сети переменного тока. При этом внутри области сетевой обмотки возникает переменный магнитный поток. Управление мощностью реактора осуществляется подключением к подмагничивающим обмоткам управления 5 регулируемого источника постоянного напряжения, например регулируемого преобразователя (выпрямителя). Так как к обмоткам управления подключен источник постоянного напряжения, в обмотках 5 возникает ток с постоянной составляющей, этот ток приводит к возникновению в стержнях постоянного во времени потока подмагничивания. В соседних стержнях этот поток направлен в разные стороны (из-за встречного включения обмоток управления), поэтому он замыкается в основном по кратчайшему пути через участки ярем, расположенные между стержнями 1 одной фазы. Так как на поток подмагничивания накладывается переменный поток, результирующий поток смещен в область насыщения стали, т.е. стержни оказываются насыщенными некоторую часть периода. В свою очередь, насыщение стержней является причиной возникновения тока в сетевой обмотке 6. Это - рабочий ток реактора.

При работе реактора, кроме магнитного поля, в стали стержней возникает магнитное поле в области обмоток, которое создается током обмоток. Это магнитное поле имеет максимальную индукцию в области середины высоты обмоток, а замыкается оно вне обмоток, проходя в основном сквозь торцы обмоток. Если магнитное поле не направить определенными конструктивными мерами, то оно, вырвавшись наружу, наведет вихревые токи во всех металлических узлах конструкции (прессующих балках, ярмах, стенках бака и др.). Эти вихревые токи приведут к существенному увеличению потерь мощности в реакторе, к опасным местным нагревам. Для мощных реакторов они грозят их полной неработоспособностью.

Часть потока магнитного поля обмоток проходит через поверхности верхнего и нижнего ярем, перекрываемые частью площади торцевых зон (на фиг.2 перекрываемая площадь выделена косой штриховкой). Эта часть магнитного потока входит в узкие стороны листов стали и не вызывает добавочных потерь на вихревые токи. Вместе с потоком стержня этот поток замыкается по ярмам магнитной системы.

Вторая часть магнитного потока поля обмоток (его можно условно назвать потоком рассеяния) направляется в торцевые части 7 шунтов-рам (в нижнюю и верхнюю). Собранный этими шунтами поток рассеяния замыкается в продольных частях шунтов 8 (магнитный поток выходит из области обмоток, входит в верхние торцевые части шунтов, проходит по продольным частям шунтов и выходит из нижних торцевых частей в область обмоток). Направленное в узкие стороны полос пакетов шунтов магнитное поле не вызывает при этом добавочных потерь на вихревые токи в деталях конструкции реактора.

Предлагаемый реактор имеет ряд преимуществ по сравнению с реактором-прототипом.

Как в предлагаемом реакторе, так и в прототипе имеются магнитные шунты для направления потока рассеяния. В предлагаемом реакторе шунты-рамы выведены за пределы магнитной системы. В прототипе же массивные кольцевые шунты расположены в окне магнитной системы, поэтому магнитная система имеет увеличенную длину стержней и боковых ярем, что увеличивает расход стали и потери в стали по сравнению с предлагаемым реактором.

В предлагаемом реакторе магнитный поток рассеяния замыкается продольными сторонам шунтов - рам, т.е. магнитный поток рассеяния не нагружает магнитную систему. В прототипе магнитный поток рассеяния, собираемый кольцевыми шунтами, переходит в верхнее и нижнее ярма и замыкается через боковые ярма магнитной системы, т.е. дополнительно их нагружает. Таким образом, можно снизить сечение боковых ярем магнитной системы и дополнительно снизить расход стали по сравнению с прототипом.

Предлагаемая конструкция реактора более простая в изготовлении и сборке по сравнению с прототипом, в котором есть сложные многослойные намотанные из ленты электротехнической стали кольцевые шунты с разрезами для ликвидации короткозамкнутого витка.

Работоспособность предлагаемого управляемого подмагничиванием электрического реактора и его высокие технико-экономические показатели подтверждены расчетами и физическим моделированием. По сравнению с аналогом и прототипом предлагаемое изобретение обладает явным преимуществом - уменьшением расхода материалов и потерь.

Литература

1. Core for electrical apparatus. Paul A. Vanse. Патент США №2,267,382. Application Juli 23, 1940, Serial No 346, 904. Patendet Dec. 23, 1941.

2. Электрический реактор с подмагничиванием. Патент РФ №2217829. Н 01 F 29/14. Бюллетень изобретений №33 2003 г.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электрических управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети для компенсации реактивной мощности. Электрический реактор с подмагничиванием содержит магнитную систему со стержнями, верхним и нижним горизонтальными ярмами, двумя боковыми ярмами, размещенные на стержнях обмотки управления подмагничивания, размещенные на стержнях, соединенные попарно встречно и подключенные к регулируемому источнику постоянного напряжения, сетевые обмотки, охватывающие два соседних стержня с обмотками управления, и магнитные шунты. Новым в реакторе является то, что магнитные шунты в реакторе набраны из пакетов полос электротехнической стали, установлены вне магнитной системы с двух сторон реактора и выполнены в виде двух замкнутых прямоугольных рам, охватывающих указанные обмотки. При этом две торцевые части каждой рамы размещены на противоположных торцах обмоток, а две другие продольные части рамы расположены вдоль обмоток. Торцевые части шунтов эффективно собирают магнитное поле рассеяния обмоток реактора и замыкают его по продольным частям шунтов - рам. Технический результат - уменьшение расхода материалов и потерь, упрощение изготовления и сборки. 8 ил.

Электрический реактор с подмагничиванием, содержащий магнитную систему со стержнями, верхним и нижним горизонтальными ярмами, двумя боковыми ярмами, обмотки управления, размещенные на стержнях, соединенные попарно встречно и подключенные к регулируемому источнику постоянного напряжения, сетевые обмотки, охватывающие два соседних стержня с обмотками управления, и магнитные шунты, отличающийся тем, что указанные шунты выбраны из пакетов полос электротехнической стали, установлены вне магнитной системы с двух сторон реактора и выполнены в виде двух замкнутых прямоугольных рам, охватывающих указанные обмотки, при этом две торцевые части каждой рамы размещены на противоположных торцах обмоток, а две другие продольные части рамы расположены вдоль обмоток.