СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО ТОКА ТРАНСФОРМАТОРА И ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК H01F21/04 

Изобретение относится к электротехнологии и может найти применение в любой отрасли промышленности в качестве источника питания с падающими внешними характеристиками, в которых необходимо обеспечить плавное регулирование тока без изменения величины напряжения холостого хода.

Известны трансформаторы, а точнее автотрансформаторы (А.С. СССР №1088078, Кл. H01F 31/02, H02F 29/06, опублик. 08.10.80), использующие принцип деления напряжения путем перемещения коммутатора (токосъемника) по контактной дорожке.

Недостаток такого трансформатора заложен в самом способе регулирования выходного тока, заключающийся в том, что при регулировании выходного тока пропорционально ему изменяется и выходное напряжение

Существуют трансформаторы с подвижными, неподвижными и дополнительной обмотками, регулирование тока в которых осуществляется за счет изменения магнитной связи между катушками обмоток в результате изменения расстояния между ними путем перемещения одной из катушек вдоль стержня магнитопровода значительной длины (А.С. №860154, кл. H01F 38/08, B23K 9/00, опублик. 30.08.81).

Способ регулирования тока трансформатора путем продольного перемещения обмоток по стержням магнитопровода, этим изменяя расстояние, а соответственно и магнитную связь между ними, предопределяет большую длину этих стержней, а также требует громоздкого механизма перемещения, что, в свою очередь, вызывает большой уровень акустических помех за счет нежесткой фиксации перемещаемых катушек, в результате чего трансформаторы такой конструкции имеют большие габариты, вес, металлоемкость и узкий диапазон регулирования выходного тока.

Задача изобретения - создание способа регулирования выходного тока трансформатора и такого трансформатора, в которых изменение магнитной связи, при неизменном коэффициенте трансформации, между входной - первичной и выходной - вторичной обмотками, в результате изменения расстояния между ними осуществлялось бы путем не механического и не продольного их перемещения, что позволило бы расширить диапазон плавного регулирования выходного тока, при неизменном выходном напряжении холостого хода, упростить конструкцию трансформатора, уменьшить его материалоемкость, габариты, вес и снизить уровень акустических помех.

Задача решается тем, что в способе регулирования выходного тока трансформатора, при неизменном коэффициенте трансформации изменением магнитной связи между входной - первичной и выходной - вторичной обмотками путем их перемещения, согласно изобретению, перемещение входной - первичной обмотки осуществляют поперек стержней, для увеличения выходного тока трансформатора путем синхронного выведения из работы числа витков во входной - первичной обмотке, и введения в работу этого же числа витков в дополнительной обмотке, расположенной поверх выходной - вторичной обмотки, а для уменьшения выходного тока трансформатора, наоборот, синхронно выводят из работы число витков в дополнительной обмотке и вводят в работу это же число витков во входной - первичной обмотке.

Задача изобретения решается также тем, что в трансформаторе, содержащем: двухстержневой магнитопровод, на первом стержне которого расположена однослойная входная - первичная обмотка, на втором стержне расположена выходная - вторичная обмотка, дополнительную обмотку, направляющую с подвижным коммутатором, контактирующим с оголенными частями витков обмоток, образующих контактные дорожки, согласно изобретению дополнительная обмотка выполнена однослойной, ее число витков равно числу витков входной - первичной обмотки и расположена поверх выходной обмотки, при этом намотка входной первичной обмотки и дополнительной обмотки, для соблюдения правильной фазировки, выполнены встречно и разнонаправлено, т.е. намотка первичной обмотки начинается слева направо, а направление витков - левое, намотка дополнительной обмотки выполнена наоборот - справа налево, а направление витков - правое, причем первый сетевой вход соединен с концом первичной обмотки, начало которой не задействовано, второй сетевой вход соединен с концом дополнительной обмотки, начало которой не задействовано.

Кроме того, в трансформаторе, предназначенном для сварки, верхний предел тока короткого замыкания ограничен для предупреждения разрушения трансформатора и обеспечения верхнего предела ПВ до 60%.

При этом в наружном слое входной - первичной обмотки расположено 30% витков от общего числа витков входной - первичной обмотки, и в дополнительной обмотке соответственно так же расположено 30% витков от всех витков первичной обмотки.

Ниже приводится подробное описание примера выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает общий вид трансформатора; фиг. 2 - принципиальную схему трансформатора; фиг. 3 - электромеханическую схему трансформатора, предназначенного для сварки; фиг. 4 - приведенную схему трансформатора для минимального выходного тока; фиг. 5 - приведенную схему трансформатора для максимального выходного тока.

Предлагаемый трансформатор содержит магнитопровод 1 известной конструкции (см. фиг. 1), в состав которого входят первый стержень 2, второй стержень 3 и два ярма, на первом стержне 2 расположена неподвижно однослойная входная - первичная обмотка 4, а на втором стержне 3 также неподвижно - выходная - вторичная обмотка 5, поверх которой установлена дополнительная однослойная обмотка 6, число витков которой равно числу витков входной - первичной обмотки 4, намотка входной - первичной обмотки 4 и дополнительной обмотки 6 для соблюдения правильной фазировки выполнена встречно и разнонаправленно (см. фиг. 2), т.е. намотка первичной обмотки 4 начинается слева направо, а направление витков - левое, намотка дополнительной обмотки 6 выполнена наоборот - справа налево, а направление витков - правое, причем первичная обмотка 4 выполнена отдельно, до сборки трансформатора, пропитана изоляционным компаундом и является составной деталью трансформатора, соответственно вторичная обмотка 5, поверх которой установлена дополнительная однослойная обмотка 6, также выполнена отдельно, до сборки трансформатора, пропитана изоляционным компаундом и является составной деталью трансформатора (технология изготовления обмоток известна в трансформаторостроении), при этом на внешних изоляционных слоях 7 фиг. 1, по осевым линиям входной - первичной обмотки 4 и дополнительной обмотки 6, прорезаны окна, через которые просматриваются оголенные верхние участки витков входной - первичной 4 и дополнительной 6 обмоток, образующие контактные дорожки, по которым, контактируя с витками, может передвигаться, по направляющей 8, коммутатор 9 известной конструкции, состоящий из движка с впрессованной в него осью - перемычкой, на которой, по концам, установлены подвижно углеграфитовые щетки и (или) ролики, причем первый сетевой вход 10 соединен с концом первичной обмотки 4, начало которой не задействовано, второй сетевой вход 11 соединен с концом дополнительной обмотки 6, начало которой не задействовано.

Кроме того, в трансформаторе, предназначенном для сварки (см. фиг. 3), верхний предел тока короткого замыкания ограничен для предупреждения разрушения трансформатора и обеспечения верхнего предела ПВ до 60%.

При этом в наружном слое входной - первичной обмотки 4 расположено 30% витков от общего числа витков входной - первичной обмотки, и в дополнительной обмотке 6 соответственно также расположено 30% витков от всех витков первичной обмотки.

Трансформатор в соответствии с изобретением работает следующим образом.

В исходном состоянии (см. фиг. 2) коммутатор 9 установлен в левом крайнем положении, при этом ток, из сети, поданный на вход трансформатора, замыкается по цепи: первый сетевой вход 10, конец первичной обмотки 4, первичная обмотка 4, начало первичной обмотки 4, коммутатор 9, второй сетевой вход 11, т.е. входной обмоткой служит первичная обмотка 4.

Такое положение коммутатора 9 обеспечивает минимальный ток на выходе трансформатора, см. приведенную схему трансформатора (фиг.4) для минимального выходного тока.

Действительно, входная первичная обмотка 4 и выходная обмотка 5 расположены на разных стержнях и потому находятся на максимально возможном расстоянии друг от друга, что обеспечивает минимальную магнитную связь между ними.

Для увеличения выходного тока трансформатора коммутатор 9 плавно сдвигают вправо на нужную величину, при этом происходит плавное поперечное перемещение входной - первичной обмотки 4 с первого стержня 2 на второй стержень 3.

Физически этот процесс происходит следующим образом. При передвижении коммутатора 9 из левого крайнего положения (фиг. 2) в крайнее правое положение (штриховое изображение) из первичной обмотки 4 последовательно выводятся из работы витки, синхронно с этим в дополнительной обмотке 6 происходит введение в работу того же числа витков.

Правое крайнее положение коммутатора 9 отвечает максимальному выходному току трансформатора, при этом ток, из сети поступающий на вход трансформатора, замыкается по цепи: первый сетевой вход 10; коммутатор 9 (штриховое изображение); начало дополнительной обмотки 6; дополнительная обмотка 6; конец дополнительной обмотки 6; второй сетевой вход 11, чему соответствует приведенная схема на фиг. 5, здесь входная - уже дополнительная обмотка 6 расположена поверх вторичной обмотки 5, и они находятся на одном стержне, поэтому магнитная связь между ними максимальная.

При передвижении коммутатора 9 из правого крайнего положения влево происходит обратный процесс, и выходной ток трансформатора уменьшается.

В каком бы положении не находился коммутатор 9, общее число витков (участвующих в работе) во входной цепи остается неизменным, т.е. коэффициент трансформации так же остается неизменным, что обеспечивает постоянство напряжения на выходе трансформатора в режиме холостого хода.

Сравнивая два изображения фиг. 4 и фиг. 5 одновременно, видно, что произошло поперечное перемещение входной обмотки.

Таким образом, в предлагаемом трансформаторе, в процессе регулирования выходного тока, входной обмоткой может служить как первичная обмотка 4, так и дополнительная обмотка 6 и (или) их комбинация.

Предлагаемый способ поперечного перемещения входной обмотки существенно расширяет диапазон регулирования выходного тока, позволяет упростить конструкцию трансформатора, снизить габариты, металлоемкость, вес и уровень акустических помех.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания с падающими внешними характеристиками для обеспечения плавного регулирования тока без изменения величины напряжения х.х. Технический результат состоит в расширении диапазона регулирования и уменьшении материалоемкости. Регулирования выходного тока трансформатора изменением магнитной связи между входной - первичной и выходной - вторичной обмотками осуществляется путем введения и выведения в работу, непрерывной и плавной коммутацией, витков во входной обмотках, образованной первичной и дополнительной обмотками. Это обуславливает неизменность общего числа витков во входной обмотке, постоянство коэффициента трансформации. Трансформатор содержит двухстержневой магнитопровод, на первом стержне которого расположена однослойная входная - первичная обмотка с двумя сетевыми входами, на втором стержне расположена выходная - вторичная обмотка. Направляющая выполнена с подвижным коммутатором, контактирующим с оголенными частями витков обмоток, образующих контактные дорожки. Дополнительная обмотка выполнена однослойной, ее число витков равно числу витков входной - первичной обмотки и расположена поверх выходной обмотки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ регулирования выходного тока трансформатора изменением магнитной связи между входной - первичной и выходной - вторичной обмотками путем введения и выведения в работу, непрерывной и плавной коммутацией, витков в обмотках, отличающийся тем, что введение и выведение в работу числа витков производят во входной обмотке, образованной первичной и дополнительной обмотками, для увеличения выходного тока трансформатора синхронно выводят из работы число витков в первичной обмотке и вводят в работу это же число витков в дополнительной обмотке, а для уменьшения выходного тока трансформатора, наоборот, синхронно выводят из работы число витков в дополнительной обмотке и вводят в работу это же число витков в первичной обмотке, что обуславливает неизменность общего числа витков во входной обмотке, постоянство коэффициента трансформации и неизменность напряжения холостого хода на выходной - вторичной обмотке, при этом число витков в выходной обмотке остается неизменным.

2. Трансформатор, содержащий магнитопровод, в состав которого входят первый стержень, второй стержень и два ярма, на первом стержне расположена однослойная входная - первичная обмотка, а на втором стержне выходная - вторичная и дополнительная обмотки, контактные дорожки поверх обмоток, направляющую с коммутатором, контактирующим с контактными дорожками, состоящим из движка с впрессованной в него осью - перемычкой, на которой, по концам, установлены подвижно углеграфитовые щетки и (или) ролики, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона плавного регулирования выходного тока, при неизменном выходном напряжении холостого хода, упрощения конструкции трансформатора, уменьшения его материалоемкости, габарита, веса и снижения уровня акустических помех, дополнительная обмотка выполнена однослойной, ее число витков равно числу витков входной - первичной обмотки и расположена поверх выходной - вторичной обмотки, намотка входной - первичной обмотки и дополнительной обмотки, для соблюдения правильной фазировки, выполняется встречно и разнонаправлено, т.е. намотка входной - первичной обмотки начинается слева направо и при этом направление витков - левое, намотка дополнительной обмотки выполняется наоборот - справа налево, а направление витков - правое, при этом первый сетевой вход соединен с концом первичной обмотки, второй сетевой вход соединен с концом дополнительной обмотки.

3. Трансформатор по п. 2, отличающийся тем, что, с целью ограничения верхнего предела тока короткого замыкания, в наружном слое входной - первичной обмотки расположено 30% витков от общего числа витков входной - первичной обмотки, и в дополнительной обмотке соответственно также расположено 30% витков от всех витков первичной обмотки.