ТРЕХФАЗНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ РЕАКТОР Российский патент 2008 года по МПК H01F21/08 H01F38/08 H02J3/18 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в реакторах компенсаторов реактивной мощности с целью повышения качества электроэнергии в электрических сетях.

Электрические реакторы разнообразных конструкций известны. Известен, например, реактор компенсатора реактивной мощности (патент РФ №50042 на полезную модель, H02J 3/18, 2005 [1]), содержащий двухстержневой магнитопровод и сетевые обмотки, расположенные на стержнях.

Недостатками указанного аналога являются однофазное исполнение и стержневая конструкция магнитопровода реактора, что обуславливает повышенный расход активных материалов (стали и меди) при трехфазном его исполнении. В результате возрастает металлоемкость и увеличиваются линейные размеры реактора.

Наиболее близким к заявляемому трехфазному кольцевому реактору является электрический управляемый подмагничиванием трехфазный реактор (патент РФ №2132581 на изобретение, H01F 29/14, 21/08, 1999 [2]), который содержит три замкнутых однофазных стержневых магнитопровода, каждый из которых имеет два стержня, а также двухсекционную сетевую обмотку и двухсекционную обмотку управления, при этом секции сетевой обмотки, размещенные на каждом магнитопроводе, соединены параллельно и присоединены к трехфазной сети.

Недостатками указанного устройства являются его конструктивная сложность, выражающаяся в множественности конструктивных и функциональных связей, снижающих надежность устройства, а также стержневая конструкция магнитопроводов, ведущая к повышенному расходу активных материалов при изготовлении реактора и увеличению его себестоимости.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является упрощение настройки на требуемую индуктивность, повышение технологичности изготовления, снижение удельных массогабаритных показателей, что приводит к снижению себестоимости трехфазного реактора.

Сущность изобретения состоит в том, что трехфазный кольцевой реактор содержит магнитопровод и три фазных сетевых обмотки, причем магнитопровод содержит два боковых витых кольцевых магнитопровода и шихтованные зубцы прямоугольной формы. Указанные зубцы торцами наклеены на торцовую шлифованную поверхность первого бокового магнитопровода, а противоположными торцами примыкают через прокладку калиброванной толщины из немагнитного материала к шлифованной поверхности второго бокового магнитопровода. При этом каждая фазная сетевая обмотка является двухполюсной, выполнена из одинаковых катушек, витки каждой их которых охватывают один из зубцов. При этом каждая фазная обмотка расположена на 1/3 поверхности первого кольцевого магнитопровода и занимает 1/3 каждого полюсного деления.

В пределах одного полюса каждой фазной сетевой обмотки катушки преимущественно соединены между собой последовательно таким образом, что величина магнитного потока, создаваемого ими в боковых кольцевых магнитопроводах, равна сумме величин магнитных потоков, создаваемых ими в зубцах. Целесообразное количество зубцов равно восемнадцати, а количество катушек в каждой фазной сетевой обмотке равно шести.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан трехфазный кольцевой реактор, вид сбоку; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - схема соединения катушек одной фазной обмотки реактора.

Трехфазный кольцевой реактор (фиг.1) содержит два боковых витых кольцевых магнитопровода (1, 2). На торцовую шлифованную поверхность первого бокового магнитопровода (1) при помощи ферромагнитного клея наклеены шихтованные зубцы (3) прямоугольной формы (фиг.2). Торцами, противоположными приклеенным к первому боковому магнитопроводу (1), зубцы (3) примыкают через прокладку (4) калиброванной толщины из немагнитногр материала к шлифованной поверхности второго бокового магнитопровода (2). Прокладка (4) формирует «воздушный зазор» реактора, уменьшающий нелинейность его магнитной цепи. Внешние свободные поверхности боковых магнитопроводов (1, 2) выполнены нешлифованными. Примыкание зубцов (3) ко второму боковому кольцевому магнитопроводу (2) через прокладку (4) обеспечивается каркасом (не показан), охватывающим боковые магнитопроводы (1, 2), и стянутым резьбовым соединением, например, с помощью шпилек и гаек.

Трехфазная сетевая обмотка состоит из трех фазных сетевых обмоток, которые состоят из одинаковых секций. Каждая секция выполнена в виде катушки (5), витки которой охватывают один из зубцов (3). Предпочтительно на каждом зубце (3) размещать одну катушку (5). В пределах одного полюса каждой фазы катушки (5) соединены между собой последовательно таким образом, что величина магнитного потока, создаваемого ими в боковых магнитопроводах (1, 2), равна сумме величин магнитных потоков, создаваемых ими в зубцах (3).

Горизонтальные оси симметрии соседних зубцов (3) образуют угол, определяемый по формуле:

α=2π/(2×3m),

где m - целое число, равное количеству зубцов (3), на которых размещены катушки (5) одного полюса одной фазы. Для реактора, показанного на фиг.2, m=3.

Каждая фаза заявляемого реактора расположена на 1/3 поверхности кольцевого магнитопровода (1) и занимает 1/3 каждого полюсного деления. На фиг.2 показаны: 6, 7, 8 - начальная сторона (один полюс) секций соответственно первой, второй, третьей фазы; 9, 10, 11 - конечная сторона (второй полюс) секций соответственно первой, второй, третьей фазы. На фиг.3 показана схема соединения катушек (5) одной фазы (фазы А) двухполюсной обмотки трехфазного реактора, где А, Х - соответственно начало и конец обмотки.

Реактор работает следующим образом. По неподвижным фазным сетевым обмоткам реактора пропускают токи, образующие симметричную трехфазную систему. В этих обмотках создается вращающееся магнитное поле (Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л., Теоретические основы электротехники, 4-е изд., том 1, Спб.: Питер, 2004, стр.327-329 [3]). Силовые магнитные линии магнитного поля замыкаются по пути, проходящему через первый боковой кольцевой магнитопровод (1), зубцы (3), через прокладку (4), формирующую «воздушный зазор», и второй боковой кольцевой магнитопровод (2). Так как магнитные оси фазных обмоток смещены друг относительно друга на пространственный угол 2π/3, система проводников симметрична, а угол сдвига фаз между токами соседних сетевых обмоток одинаков и равен 2π/3, то магнитное поле в кольцевом магнитопроводе реактора вращается с постоянной амплитудой результирующего вектора магнитной индукции и постоянной угловой скоростью в направлении, зависящем от порядка следования фаз токов в фазных сетевых обмотках. «Воздушный зазор», выполненный из немагнитного материала, оказывает определяющее влияние на магнитное сопротивление реактора, и, следовательно, величину тока реактора. Исходя из условий насыщения и требуемых номинальных параметров реактора, расчетом определяется требуемая величина «воздушного зазора» (Белопольский И.И., Пикалова Л.Г. "Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности", М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963 [4]).

В заявляемом трехфазном кольцевом реакторе заявляемый технический результат "упрощение настройки на требуемую индуктивность, повышение технологичности изготовления, снижение удельных массогабаритных показателей" достигается за счет того, что трехфазный кольцевой реактор содержит магнитопровод и три фазных сетевых обмотки, причем магнитопровод содержит два боковых витых кольцевых магнитопровода и шихтованные зубцы прямоугольной формы. Указанные зубцы торцами наклеены на торцовую шлифованную поверхность первого бокового магнитопровода, а противоположными торцами примыкают через прокладку калиброванной толщины из немагнитного материала к шлифованной поверхности второго бокового магнитопровода. При этом каждая фазная сетевая обмотка является двухполюсной, выполнена из одинаковых катушек, витки каждой их которых охватывают один из зубцов. При этом каждая фазная обмотка расположена на 1/3 поверхности первого кольцевого магнитопровода и занимает 1/3 каждого полюсного деления. Указанная конструкция реактора обеспечивает симметрию распределения магнитных потоков в магнитопроводе реактора, чего невозможно получить в трехфазном стержневом магнитопроводе из-за различных длин магнитного пути для потоков, созданных обмотками центрального и крайних стержней магнитопровода (Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты, М.: Колос, 1971, с.11 [5]). В результате снижается отклонение индуктивности реактора от номинальных значений, упрощается настройка реактора на требуемую индуктивность, повышается технологичность его изготовления из-за отсутствия необходимости в разрезании магнитопровода для создания воздушного зазора. Применение трехфазной конструкции реактора с кольцевым магнитопроводом позволяет добиться снижения его удельных массогабаритных показателей и тем самым уменьшения себестоимости в сравнении с трехфазными конструкциями реакторов на основе стержневых магнитопроводов (см. Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты, М.: Колос, 1971, с.10-11 [5]).

Применение заявляемого трехфазного кольцевого реактора в составе компенсатора реактивной мощности позволяет обеспечить эффективную компенсацию реактивной мощности в распределительных сетях благодаря повышению надежности работы указанного компенсатора, так как последовательное включение с конденсаторной батареей такого реактора позволит избежать резонансного или близкого к нему режима за счет вносимой реактором частотной расстройки, и улучшению качества электроэнергии у потребителя вследствие того, что каждая ступень компенсатора с трехфазным кольцевым реактором настраивается на фильтрацию одной гармоники тока из числа высших гармонических составляющих тока, присутствующих в питающей сети. Изготовление реакторов по заявляемой конструкции обеспечивает снижение себестоимости, повышение технологичности производства, улучшение технических характеристик устройства. Тем самым становится возможным получить значительный экономический эффект от внедрения данного изобретения.

Заявляемый трехфазный кольцевой реактор реализован из промышленно выпускаемых материалов, может быть собран на предприятии электротехнической промышленности и найдет широкое применение в электроэнергетике.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №50042 на полезную модель, H02J 3/18, 2005.

2. Патент РФ №2132581 на изобретение, H01F 29/14, 21/08, 1999.

3. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л., Теоретические основы электротехники, 4-е изд., том 1, Спб.: Питер, 2004, стр.327-329.

4. Белопольский И.И., Пикалова Л.Г. "Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности", М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963.

5. Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты. М.: Колос, 1971.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в компенсаторах реактивной мощности. Технический результат состоит в повышении качества электроэнергии в электрических сетях, технологичности изготовления, снижении удельных массогабаритных показателей за счет упрощения настройки на требуемую индуктивность, что приводит к снижению себестоимости. Трехфазный кольцевой реактор содержит магнитопровод и три фазных сетевых обмотки. Магнитопровод содержит два боковых витых кольцевых магнитопровода и шихтованные зубцы прямоугольной формы. Зубцы торцами наклеены на шлифованную поверхность первого бокового магнитопровода, а противоположными торцами примыкают через прокладку калиброванной толщины из немагнитного материала к шлифованной поверхности второго бокового магнитопровода. Каждая фазная сетевая обмотка является двухполюсной, выполнена из одинаковых катушек, витки каждой их которых охватывают один из зубцов. Каждая фазная обмотка расположена на 1/3 поверхности первого кольцевого магнитопровода и занимает 1/3 каждого полюсного деления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Трехфазный кольцевой реактор, содержащий магнитопровод и три фазных сетевых обмотки, отличающийся тем, что магнитопровод реактора содержит два боковых витых кольцевых магнитопровода и шихтованные зубцы прямоугольной формы, торцами наклеенные на торцовую шлифованную поверхность первого бокового магнитопровода, а противоположными торцами примыкающие через прокладку калиброванной толщины из немагнитного материала к шлифованной поверхности второго бокового магнитопровода, при этом каждая фазная сетевая обмотка является двухполюсной, выполнена из одинаковых катушек, витки каждой их которых охватывают один из зубцов, причем каждая фазная обмотка расположена на 1/3 поверхности первого кольцевого магнитопровода и занимает 1/3 каждого полюсного деления.2. Трехфазный кольцевой реактор по п.1, отличающийся тем, что в пределах одного полюса каждой фазной сетевой обмотки катушки соединены между собой последовательно таким образом, что величина магнитного потока, создаваемого ими в боковых кольцевых магнитопроводах, равна сумме величин магнитных потоков, создаваемых ими в зубцах.3. Трехфазный кольцевой реактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что количество зубцов равно восемнадцати, а количество катушек в каждой фазной сетевой обмотке равно шести.