Изобретение относится к электротехническим устройствам и относится к конструкции аппаратов с поперечным подмагничиванием, например управляемых реакторов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является управляемый электрический реактор с поперечным подмагничиванием (см. авт. св. СССР №542250 от 26.01.1972 г., опубликовано 05.01.1977 г., МКИ H01F 29/14, 27/24), содержащий стержень магнитопровода, выполненный в виде соосно расположенных колец из электротехнической стали, разделенных немагнитными промежутками, основную сетевую обмотку и соединенную с управляемым источником постоянного напряжения обмотку управления, ось витков которой расположена в плоскости, перпендикулярной оси основной сетевой обмотки.
Обмотка управления частично проходит внутри стержней, ярма магнитопровода расщеплены и снабжены магнитными шунтами, охватывающими сетевую обмотку. Лобовые части обмотки управления расположены вне ярм магнитопровода и отогнуты относительно плоскости, проходящей через оси стержней. Ярма магнитопровода разделены на отдельные отгибаемые секции. Магнитные шунты равномерно распределены по окружности относительно сетевой обмотки и имеют С-образную форму.
Недостатками известного устройства является недостаточный диапазон регулирования мощности реактора и высокие электромагнитные потери.
Объясняется это тем, что в известном устройстве магнитный поток, образованный током обмотки управления, насыщает не только активные участки магнитной системы (стержни, магнитное состояние которых определяет индуктивность сетевой обмотки реактора), а и неактивные участки (ярма, шунты, металлические элементы конструкций).
Насыщение этих неактивных участков приводит к необходимости повышения мощности, расходуемой на намагничивание, повышению потерь и локальным нагревам в реакторе. Для снижения потерь и нагревов приходится увеличивать габариты магнитной системы. Для реакторов большой мощности увеличение габаритов магнитной системы и, соответственно, всего реактора, недопустимо из-за транспортных ограничений. Поэтому приходится уменьшать высоту сетевой обмотки и стержней, что приводит к уменьшению активных участков намагничивания и снижает диапазон регулирования мощности реактора.
Известное устройство сложно в изготовлении, так как витки обмотки управления проходят в нем вдоль всей высоты стержневого магнитопровода, в ярмах или шунтах. Для изготовления такой обмотки ее витки приходится монтировать на стержне, размещая внутри стержня магнитопровода отдельные части витков, а затем соединять их с отдельными лобовыми частями, проходящими внутри ярм или шунтов. При таком выполнении части витков внутри стержня магнитопровода должны иметь жесткую структуру, например изготавливаться из отдельных медных шин или отводов с большим сечением. Внутри стержней или шунтов помещается не более десятка таких витков. Поэтому для подмагничивания всего стержневого магнитопровода в целом и малом числе витков требуется большой ток и, соответственно, мощность обмотки управления.
Трудоемкость изготовления и большая мощность обмотки управления приводят к большим экономическим затратам. Вызванные магнитным потоком управления потери в ярмах, шунтах и других металлических элементах приводят к дополнительным затратам при эксплуатации.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования управляемого электрического реактора с поперечным подмагничиванием путем введения новых конструктивных элементов, новых связей между элементами, нового их выполнения, что ведет к увеличению диапазона регулирования и снижению электромагнитных потерь за счет оптимизации магнитного потока насыщения, а также способствует улучшению технологичности изготовления устройства и снижению экономических затрат при изготовлении и при эксплуатации устройства.
Поставленная задача решается тем, что в управляемом электрическом реакторе с поперечным подмагничиванием, содержащем стержень магнитопровода, выполненный в виде соосно расположенных колец из электротехнической стали, разделенных немагнитными промежутками, основную сетевую обмотку и соединенную с управляемым источником постоянного напряжения обмотку управления, ось витков которой расположена в плоскости, перпендикулярной оси основной сетевой обмотки, новым является то, что, по крайней мере, одно кольцо стержня магнитопровода выполнено из изолированных полос электротехнической стали, навитых вдоль окружности кольца стержня магнитопровода в направлении прокатки, а соединенная с управляемым источником постоянного напряжения обмотка управления выполнена в виде, по крайней мере, одной секции, витки которой намотаны на этом кольце стержня магнитопровода так, что витки обмотки управления располагаются в немагнитных промежутках между кольцами стержней магнитопровода, при этом ось каждого витка обмотки управления направлена по касательной к окружности, проходящей по центру кольца стержня магнитопровода, на который она намотана.
Новым является также то, что, по крайней мере, две секции обмотки управления, размещенные на одном кольце стержня магнитопровода, соединены последовательно.
Новым является также то, что начала и концы секций обмотки управления, размещенных на разных кольцах стержней магнитопровода, соединены параллельно.
Новым является также то, что в кольце стержня магнитопровода с секциями обмотки управления выполнены радиальные зазоры, заполненные изоляционным материалом.
Новым является также то, что в кольце стержня магнитопровода с секциями обмотки управления выполнены радиальные зазоры, заполненные материалом, создающим постоянный поток магнитного поля вдоль окружности кольца - постоянными магнитами.
Новым является также то, что стержень магнитопровода содержит, по крайней мере, один дополнительный магнитный элемент, выполненный из пластин электротехнической стали, расположенных радиально, и прилегающий, по крайней мере, к одному кольцу стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления, по крайней мере, с одной стороны.
Новым является также то, что отношение площади S2 горизонтального сечения дополнительного магнитного элемента, прилегающего к боковой стороне кольца стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления, к площади S1 горизонтального сечения этого кольца стержня магнитопровода удовлетворяет соотношению:
,
2,0≤BS1≤2,4; 2,0≤BS2≤2,4,
где Bnom - номинальное значение средней индукции переменного магнитного поля в горизонтальном сечении (S1+S2) стержня магнитопровода от тока основной сетевой обмотки реактора;
BS1 - значение индукции суммарных переменного и постоянного магнитных полей в кольце стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления;
BS2 - значение индукции переменного магнитного поля от тока основной сетевой обмотки в дополнительном магнитном элементе, который прилегает к боковой поверхности кольца стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления;
В0 - значение индукции постоянного магнитного поля в кольце стержня магнитопровода от тока секций обмотки управления;
Bcm - значение индукции постоянного магнитного поля в кольце стержня магнитопровода от постоянных магнитов, расположенных в радиальных зазорах кольца стержня магнитопровода;
k* - коэффициент, равный
- (1) при наличии в зазорах кольца стержня магнитопровода постоянных магнитов;
- (0) при отсутствии постоянных магнитов в зазорах кольца стержня магнитопровода.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом состоит в том, что заявляемое конструктивное выполнение управляемого электрического реактора с поперечным подмагничиванием, а именно то, что:
- по крайней мере, одно кольцо стержня магнитопровода выполнено из изолированных полос электротехнической стали, навитых вдоль окружности кольца стержня магнитопровода в направлении прокатки,
- соединенная с управляемым источником постоянного напряжения обмотка управления выполнена в виде, по крайней мере, одной секции,
- витки которой намотаны на этом кольце стержня магнитопровода так, что витки обмотки управления располагаются в немагнитных промежутках между кольцами стержней магнитопровода,
- при этом ось каждого витка обмотки управления направлена по касательной к окружности, проходящей по центру кольца стержня магнитопровода, на который она намотана,
в совокупности с известными признаками технического решения позволяет увеличить диапазон регулирования и снизить электромагнитные потери за счет оптимизации магнитного потока насыщения, а также способствует улучшению технологичности изготовления устройства и снижению экономических затрат при изготовлении и при эксплуатации устройства.
То, что:
- по крайней мере, две секции обмотки управления, размещенные на одном кольце стержня магнитопровода, соединены последовательно,
- начала и концы секций обмотки управления, размещенных на разных кольцах стержней магнитопровода, соединены параллельно,
- в кольцах стержня магнитопровода с секциями обмотки управления выполнены радиальные зазоры, заполненные изоляционным материалом,
- в кольцах стержня магнитопровода с секциями обмотки управления выполнены радиальные зазоры, заполненные материалом, создающим постоянный поток магнитного поля вдоль окружности кольца - постоянными магнитами,
- стержень магнитопровода содержит, по крайней мере, один дополнительный магнитный элемент, выполненный из пластин электротехнической стали, расположенных радиально, и прилегающий, по крайней мере, к одному кольцу стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления, по крайней мере, с одной стороны,
- в управляемом электрическом реакторе с поперечным подмагничиванием отношение площади S2 горизонтального сечения дополнительного магнитного элемента, прилегающего к боковой стороне кольца с секциями обмотки управления, к площади S1 горизонтального сечения этого кольца удовлетворяет соотношению:
,
2,0≤BS1≤2,4; 2,0≤BS2≤2,4, где
Bnom - номинальное значение средней индукции переменного магнитного поля в горизонтальном сечении (S1+S2) стержня магнитопровода от тока сетевой обмотки реактора;
BS1 - значение индукции суммарных переменного и постоянного магнитных полей в кольце стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления;
BS2 - значение индукции переменного магнитного поля от тока основной сетевой обмотки в дополнительном магнитном элементе, прилегающем к боковой поверхности кольца стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления;
В0 - значение индукции постоянного магнитного поля в кольце стержня магнитопровода от тока секций обмотки управления;
Bcm - значение индукции постоянного магнитного поля в кольце стержня магнитопровода от постоянных магнитов, расположенных в радиальных зазорах кольца стержня магнитопровода;
k* - коэффициент, равный
- (1) при наличии в зазорах кольца стержня магнитопровода постоянных магнитов;
- (0) при отсутствии постоянных магнитов в зазорах кольца стержня магнитопровода,
также позволяет дополнительно увеличить диапазон регулирования и снизить электромагнитные потери за счет оптимизации магнитного потока насыщения, а также способствует улучшению технологичности изготовления устройства и снижению экономических затрат при изготовлении и при эксплуатации устройства.
Объясняется это следующим.
То, что по крайней мере одно кольцо стержня магнитопровода выполнено из изолированных полос электротехнической стали, навитых вдоль окружности кольца стержня магнитопровода в направлении прокатки, обеспечивает высокие значений индукции поля подмагничивания В0 и высокую магнитную проницаемость кольца стержня магнитопровода, так как в направлении прокатки магнитная проницаемость электротехнической стали в сотни раз больше, чем в направлении поперек прокатки.
Одновременно из-за того, что намотанная на это кольцо стержня магнитопровода обмотка управления выполнена в виде, по крайней мере, одной секции, витки которой намотаны так, что они располагаются в немагнитных промежутках между кольцами стержней магнитопровода, а при этом ось каждого витка обмотки управления направлена по касательной к окружности, проходящей по центру кольца стержня магнитопровода, на который она намотана, магнитный поток, образованный секциями обмотки управления, расположенными на кольце стержня магнитопровода, намагничивает только это кольцо. При этом нет дополнительных затрат энергии на намагничивание неактивных участков (ярм, шунтов, элементов конструкций) и потери в реакторе меньше, чем у прототипа.
Витки секций обмотки управления в заявляемом устройстве можно наматывать на кольцо стержня магнитопровода на отдельном производственном участке, а затем собрать стержень из отдельных колец, как это принято при сборке обычных (не управляемых) шунтирующих реакторов, т.е. изготовление такого устройства не требует применения специальной технологической оснастки.
Так как витки обмотки управления охватывают сечение кольца стержня магнитопровода, а не весь стержень, они могут быть выполнены из мягкого медного провода с полихлорвиниловой или бумажной изоляцией или из медной или алюминиевой фольги с изоляционным покрытием. Это позволяет в небольшом объеме в промежутке между рядом расположенными кольцами стержня магнитопровода разместить в секциях обмотки управления большое (до тысячи) число витков. При прохождении по этим виткам даже небольшого постоянного тока (в десятки ампер), образованная этим током индукция намагничивания В0, направленная вдоль оси окружности кольца, достигает больших значений и обеспечивает совместно с переменной индукцией BS1 магнитного поля сетевой обмотки полное размагничивание соответствующего кольца стержня магнитопровода. При этом из-за большого числа витков и малого тока намагничивания требуется малая мощность обмотки управления.
Это приводит к снижению экономических затрат при изготовлении и эксплуатации устройства.
В витых кольцах стержня магнитопровода по радиальному размеру кольца выполняют зазоры, заполненные изоляционным материалом, например электрокартоном. Это снижает риск возникновения замыканий между пластинами колец, снижает электромагнитные потери в них.
Для повышения индукции намагничивания этот зазор заполняют материалом, создающим постоянный поток магнитного поля вдоль окружности кольца - постоянными магнитами, например, намагниченным пермаллоем. Это увеличивает индукцию постоянного магнитного поля подмагничивания.
То, что стержень магнитопровода содержит, по крайней мере, один дополнительный магнитный элемент, выполненный из пластин электротехнической стали, расположенных радиально, и прилегающий, по крайней мере, к одному кольцу стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления, по крайней мере, с одной стороны, дополнительно обеспечивает уменьшение потерь в витых кольцах стержней. Это объясняется тем, что поток радиального магнитного поля токов основной сетевой обмотки входит в шихтованную часть дополнительного магнитного элемента, а не в боковую не шихтованную часть витого кольца стержня магнитопровода с секциями обмотки управления. В этом случае дополнительный магнитный элемент должен находиться или над, или под, или снаружи витого кольца.
В принципе, каждая секция обмотки управления может быть подсоединена к отдельным источникам постоянного напряжения и управляться системой управления по различным алгоритмам. Однако наиболее экономичным и технологичным является последовательное соединение секций обмотки управления, расположенных на одном кольце стержня магнитопровода, и параллельное соединение концов секций, расположенных на различных кольцах стержня магнитопровода. При таком соединении витков и секций обмотки управления намагничивание и размагничивание колец стержня магнитопровода происходит синхронно для всех колец, расположенных по высоте стержня магнитопровода. Если витки основной сетевой обмотки расположены равномерно по высоте стержня магнитопровода, что практически всегда выполняется, то равномерное по высоте намагничивание и размагничивание стержня магнитопровода обеспечивает плавное изменение индуктивности основной сетевой обмотки реактора и, как следствие, плавное изменение мощности реактора. Расширение диапазона регулирования мощности обеспечивается тем, что управляемый магнитный поток подмагничивания в заявляемом устройстве концентрируется локально в каждом активном элементе стержневого магнитопровода - кольце стержня магнитопровода с секциями обмотки управления. При намагничивании относительная магнитная проницаемость кольца стержня магнитопровода изменяется от нескольких десятков тысяч до единицы, при этом плавно изменяется индуктивность основной сетевой обмотки и мощность реактора.
Экспериментально установлено, что оптимальным по экономическим затратам и величине диапазона регулирования реактора является такое соотношение размеров между витым кольцом стержня магнитопровода и прилегающим к нему дополнительным магнитным элементом, при котором в случае полного насыщения витого кольца стержня магнитопровода одновременно полностью насыщается и дополнительный магнитный элемент. При этом витое кольцо стержня магнитопровода насыщается магнитным потоком, являющимся суммой постоянного потока намагничивания и части проходящего через него переменного осевого магнитного потока основной сетевой обмотки. Дополнительный магнитный элемент к этому кольцу стержня магнитопровода насыщает оставшаяся часть переменного магнитного потока основной сетевой обмотки. Такая зависимость имеет место при заявляемом соотношении между площадями сечений расположенных рядом витого кольца, дополнительного магнитного элемента и значений индукций соответствующих магнитных потоков, как это заявляется.
Таким образом, новые признаки заявляемого технического решения в совокупности с известными признаками позволяют увеличить диапазон регулирования и снизить удельные потери за счет оптимизации магнитного потока насыщения, а также способствуют улучшению технологичности изготовления устройства и снижению экономических затрат при изготовлении и при эксплуатации устройства. Заявляемый управляемый реактор быть изготовлен однофазным или трехфазным с независимым или отдельным регулированием отдельных фаз.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 изображен стержень магнитопровода с обмотками одной фазы реактора;
- на фиг. 2 изображено кольцо стержня магнитопровода, выполненное из изолированных полос электротехнической стали, навитых вдоль окружности кольца стержня магнитопровода в направлении прокатки, с секциями витков обмотки управления и радиальным зазором;
- на фиг. 3 изображена часть сечения витого кольца стержня магнитопровода с двумя секциями обмотки управления и радиальным зазором, заполненным постоянным магнитом;
- на фиг. 4 изображено возможное расположение витого кольца стержня магнитопровода, к одной стороне которого прилегает дополнительный магнитный элемент, выполненный из пластин электротехнической стали, расположенных радиально (снаружи, внутри, сверху или снизу);
- на фиг. 5 изображен стержень магнитопровода с обмотками одной фазы реактора, в котором одновременно выполнены кольца стержня магнитопровода с секциями обмотки управления и дополнительные магнитные элементы.
Заявляемый управляемый электрический реактор с поперечным подмагничиванием содержит стержень 1 магнитопровода, который выполнен в виде соосно-расположенных колец 2 из электротехнической стали.
Кольца 2 стержня 1 магнитопровода разделены между собой немагнитными промежутками 3. На стержне 1 магнитопровода расположена основная сетевая обмотка 4 с осью 5. На кольцах 2 стержня 1 магнитопровода намотана соединенная с управляемым источником 6 постоянного напряжения обмотка 7 управления, ось 8 витков которой расположена в плоскости, перпендикулярной оси 5 основной сетевой обмотки 4. Каждое кольцо 2 стержня 1 магнитопровода выполнено из изолированных полос электротехнической стали, навитых по окружности кольца 2 стержня 1 магнитопровода в направлении прокатки. Соединенная с управляемым источником 6 постоянного напряжения обмотка 7 управления выполнена в виде, по крайней мере, одной или двух секций 9. Витки секций 9 намотаны на кольцо 2 стержня 1 магнитопровода так, что они располагаются в немагнитных промежутках 3 между рядом расположенными кольцами 2 стержня 1 магнитопровода. При этом ось 8 каждого витка обмотки 7 управления направлена по касательной к окружности, проходящей по центру кольца 2 стержня 1 магнитопровода, на который она намотана.
Немагнитные промежутки 3 между кольцами 2 стержня 1 магнитопровода образованы с помощью дистанционных прокладок 10. Секции 9 витков обмотки 7 управления могут быть выполнены из алюминиевого или медного одножильного или многожильного провода круглого или прямоугольного сечения с бумажной или полихлорвиниловой, или тканевой изоляцией. Секции 9 витков обмотки 7 управления могут быть выполнены из медной или алюминиевой фольги. При этом фольга должна быть покрыта слоем изолирующего лака либо бумажной изоляцией.
Секции 9 обмотки 7 управления, размещенные на одном кольце 2 стержня магнитопровода, соединены последовательно.
Начала 11 и концы 12 секций 9 обмотки 7 управления, размещенных на разных кольцах 2 стержня 1 магнитопровода, соединены параллельно.
Для снижения риска замыканий между пластинами и уменьшения потерь в стали кольца 2 стержня 1 магнитопровода от осевого переменного магнитного потока, кольцо 2 стержня 1 магнитопровода может быть разделено, по крайней мере, одним радиальным зазором 13, заполненным изоляционным материалом, например, электрокартоном. Величина зазора 13 выбирается минимальной (до 0,5 мм) для обеспечения максимальной индукции намагничивания В0, образованной током в витках секций 9 обмотки 7 управления.
Для дополнительного увеличения индукции подмагничивания В0 кольца 2 стержня 1 магнитопровода, в зазор 13 установлена вставка 14 из постоянного магнита (например, намагниченного пермаллоя) так, что в кольце 2 стержня 1 магнитопровода, образуется дополнительная составляющая индукции постоянного магнитного поля Bcm, направленная вдоль оси 8 окружности кольца 2 стержня 1 магнитопровода.
Для уменьшения потерь от радиальных переменных магнитных полей, входящих в боковую поверхность пластин кольца 2 стержня 1 магнитопровода в направлении поперек прокатки, образованных током основной сетевой обмотки 4, заявляемое устройство содержит дополнительный магнитный элемент 15, выполненный из пластин электротехнической стали, расположенных радиально.
Дополнительный магнитный элемент 15, выполненный из пластин электротехнической стали, расположенных радиально, прилегает к, по крайней мере, одному кольцу 2 стержня 1 магнитопровода, на котором размещены секции 9 обмотки 7 управления, по крайней мере, с одной стороны.
То есть он может быть размещен с любой стороны относительно кольца 2 стержня 1 магнитопровода - внутри, снаружи, сверху или снизу.
На фиг. 5 показано расположение дополнительных магнитных элементов 15 на стержне 1 магнитопровода вместе с витыми кольцами 2 стержня 1 магнитопровода и обмотками реактора. Дополнительные магнитные элементы 15 могут размещаться следующим образом: снизу под нижним кольцом 2 стержня 1 магнитопровода, сверху над верхним кольцом 2 стержня 1 магнитопровода, снаружи боковой поверхности колец 2 стержня 1 магнитопровода, расположенных в верхней и нижней части стержня 1 магнитопровода, с внутренней стороны боковой поверхности кольца 2 стержня 1 магнитопровода в средней части стержня 1 магнитопровода (фиг. 5). При этом центры радиальных сечений дополнительных магнитных элементов 15, расположенных внутри или снаружи кольца 2 стержня 1 магнитопровода, лежат в одной горизонтальной плоскости с осью 8 кольца 2 стержня 1 магнитопровода.
Основная сетевая обмотка 4 концом А подключается к электрической сети. При этом конец X этой обмотки, как правило, предназначен для заземления.
Управляемый электрический реактор работает следующим образом.
Основную сетевую обмотку 4 подключают концом А к электрической сети. При этом конец X этой обмотки, как правило, заземлен. Концы обмотки 7 управления, состоящей из отдельных секций 9, намотанных на витых кольцах 2 стержней 1 магнитопровода, подключены к управляемому источнику 6 постоянного напряжения. Напряжение в точке подключения к сети основной сетевой обмотки 4 достигает номинального значения для данного реактора. Если при этом постоянное напряжение управляемого источника 6 равно нулю (режим холостого хода), то по виткам основной сетевой обмотки 4 протекает номинальный ток, а в обмотке 7 управления ток равен нулю, и данное устройство работает, как обычный шунтирующий реактор с немагнитными зазорами. При этом ток в основной сетевой обмотке 4 создает магнитный поток, у которого индукция магнитного поля имеет осевую и радиальную составляющие. Осевая составляющая индукции проходит через витые кольца 2 стержня 1 магнитопровода и дополнительные магнитные элементы 15, так что ее значения в этих частях стержня 1 магнитопровода практически одинаковы. Активным сечением стержня 1 магнитопровода является сумма активных сечений витых колец 2 стержня 1 магнитопровода и радиально-шихтованного кольца дополнительных магнитных элементов 15. Радиальная составляющая индукции этого магнитного поля входит в стержень 1 магнитопровода, в шихтованную часть дополнительных магнитных элементов 15, расположенных сверху, снизу или снаружи витых колец 2 стержня 1 магнитопровода, и не создает дополнительные потери в стержне 1 магнитопровода.
В случае необходимости изменения мощности, потребляемой реактором, по сигналам управления изменяется напряжение, вырабатываемое управляемым источником 6 постоянного напряжения, и по виткам секций 9 обмотки 7 управления течет ток. Этот ток создает в витых кольцах 2 стержня 1 магнитопровода постоянный магнитный поток, направленный вдоль окружности кольца 2 стержня 1 магнитопровода с индукцией намагничивания В0. При наличии в витом кольце 2 стержня 1 магнитопровода вставки 14 из постоянного магнита, вдоль окружности кольца 2 стержня 1 магнитопровода кроме индукции намагничивания создается дополнительная индукция Bcm.
При этом результирующий магнитный поток намагничивания в витом кольце 2 стержня 1 магнитопровода будет равен сумме индукций (В0+Βcm) или их разности (В0-Bcm), в зависимости от порядка подключения обмотки 7 управления к клеммам плюс и минус управляемого источника 6 постоянного напряжения. Указанные индуктивности намагничивания лежат в плоскости, перпендикулярной осевой составляющей переменного магнитного поля тока основной сетевой обмотки 4, проходящего через витые кольца 2 стержня 1 магнитопровода. Витые кольца 2 стержня 1 магнитопровода и дополнительные магнитные элементы 15 изготовлены из пластин электротехнической стали. Экспериментальные исследования показывают, что магнитная проницаемость электротехнической стали зависит не от отдельных составляющих индукции магнитного поля, а от модуля векторной суммы всех составляющих индукций переменного и постоянного магнитных полей. Поэтому при увеличении тока в обмотке 7 управления увеличивается индукция намагничивания в витых кольцах 2 стержней 1 магнитопровода, увеличивается модуль суммы всех составляющих индукций магнитного поля и, соответственно, снижается магнитная проницаемость витых колец 2 стержня 1 магнитопровода (принцип поперечного подмагничивания).
Снижение магнитной проницаемости витых колец 2 стержней 1 магнитопровода приводит к увеличению их магнитного сопротивления основному осевому переменному потоку магнитного поля от токов основной сетевой обмотки 4. При наличии прилегающего к витому кольцу 2 стержня 1 магнитопровода дополнительного магнитного элемента 15 из-за увеличения магнитного сопротивления витого кольца 2 стержня 1 магнитопровода увеличивается доля осевого потока переменного магнитного поля в дополнительном магнитном элементе 15, из-за чего он также подмагничивается, а его магнитная проницаемость уменьшается.
Благодаря большому числу витков в секциях 9 обмотки 7 управления, локализации магнитного потока в малом объеме внутри витых колец 2 стержня 1 магнитопровода и из-за выбора оптимальных соотношений между сечениями витых колец 2 стержня 1 магнитопровода и сечениями дополнительных элементов 15, указанные выше процессы при определенных значениях тока в обмотке 7 управления приводят к полному насыщению, и относительная магнитная проницаемость всего стержня 1 магнитопровода практически становится равной единице.
Уменьшение тока в обмотке 7 управления приводит к обратному процессу размагничивания, и относительная магнитная проницаемость стержня 1 магнитопровода достигает значения до десятков тысяч при токе в обмотке 7 управления, равном нулю. Изменение магнитной проницаемости стержня 1 магнитопровода приводит к изменению индуктивности основной сетевой обмотки 4 и, следовательно, к изменению потребляемой реактором реактивной мощности. С помощью такого управляемого реактора решаются различные проблемы электрических сетей (компенсация реактивной мощности сети, стабилизация напряжения в точке подключения реактора к сети и другие).
Заявляемое техническое решение может быть изготовлено на существующем оборудовании с использованием известных материалов и средств, что подтверждает промышленную применимость объекта.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР | 2018 |
|
RU2677681C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ТРАНСФОРМАТОРА ИЛИ РЕАКТОРА | 2015 |
|
RU2585008C1 |
| УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ (ВАРИАНТЫ) | 2015 |
|
RU2585007C1 |
| Устройство для измерения токов в обмотках высоковольтных маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов или электрических реакторов | 2018 |
|
RU2678330C1 |
| ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С РЕГУЛИРУЕМЫМ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ | 1993 |
|
RU2063084C1 |
| ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ТРЕХФАЗНЫЙ РЕАКТОР | 1998 |
|
RU2132581C1 |
| ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ | 2001 |
|
RU2217829C2 |
| ТРЕХФАЗНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ РЕАКТОР | 2007 |
|
RU2339109C1 |
| ТРЕХФАЗНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ РЕАКТОР | 1970 |
|
SU264534A1 |
| ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ | 2010 |
|
RU2439730C1 |
Изобретение относится к электротехнике, к аппаратам с поперечным подмагничиванием, например управляемых реакторов. Технический результат состоит в повышении диапазона регулирования и снижении электромагнитных потерь за счет оптимизации магнитного потока насыщения. Управляемый электрический реактор содержит стержень магнитопровода, выполненный в виде соосно расположенных колец из электротехнической стали, разделенных немагнитными промежутками, основную сетевую обмотку и соединенную с управляемым источником постоянного напряжения обмотку управления, ось витков которой расположена в плоскости, перпендикулярной оси основной сетевой обмотки. Одно кольцо стержня магнитопровода выполнено из изолированных полос электротехнической стали, навитой вдоль окружности кольца стержня магнитопровода в направлении прокатки. Соединенная с управляемым источником постоянного напряжения обмотка управления выполнена в виде, по крайней мере, одной секции, витки которой намотаны на этом кольце стержня магнитопровода так, что ее витки располагаются в немагнитных промежутках между кольцами стержней магнитопровода. Ось каждого витка обмотки управления направлена по касательной к окружности, проходящей по центру кольца стержня магнитопровода, на который она намотана. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Управляемый электрический реактор с поперечным подмагничиванием, содержащий стержень магнитопровода, выполненный в виде соосно расположенных колец из электротехнической стали, разделенных немагнитными промежутками, основную сетевую обмотку и соединенную с управляемым источником постоянного напряжения обмотку управления, ось витков которой расположена в плоскости, перпендикулярной оси основной сетевой обмотки, отличающийся тем, что, по крайней мере, одно кольцо стержня магнитопровода выполнено из изолированных полос электротехнической стали, навитой вдоль окружности кольца стержня магнитопровода в направлении прокатки, а соединенная с управляемым источником постоянного напряжения обмотка управления выполнена в виде, по крайней мере, одной секции, витки которой намотаны на этом кольце стержня магнитопровода так, что витки обмотки управления располагаются в немагнитных промежутках между кольцами стержней магнитопровода, при этом ось каждого витка обмотки управления направлена по касательной к окружности, проходящей по центру кольца стержня магнитопровода, на который она намотана.
2. Управляемый электрический реактор с поперечным подмагничиванием по п. 1, отличающийся тем, что, по крайней мере, две секции обмотки управления, размещенные на одном кольце стержня магнитопровода, соединены последовательно.
3. Управляемый электрический реактор с поперечным подмагничиванием по п. 1, отличающийся тем, что начала и концы секций обмотки управления, размещенных на разных кольцах стержней магнитопровода, соединены параллельно.
4. Управляемый электрический реактор с поперечным подмагничиванием по п. 1, отличающийся тем, что в кольце стержня магнитопровода с секциями обмотки управления выполнены радиальные зазоры, заполненные изоляционным материалом.
5. Управляемый электрический реактор с поперечным подмагничиванием по п. 1, отличающийся тем, что в кольце стержня магнитопровода с секциями обмотки управления выполнены радиальные зазоры, заполненные материалом, создающим постоянный поток магнитного поля вдоль окружности кольца - постоянными магнитами.
6. Управляемый электрический реактор с поперечным подмагничиванием по п. 1, отличающийся тем, что стержень магнитопровода содержит, по крайней мере, один дополнительный магнитный элемент, выполненный из пластин электротехнической стали, расположенных радиально, и прилегающий, по крайней мере, к одному кольцу стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления, по крайней мере, с одной стороны.
7. Управляемый электрический реактор с поперечным подмагничиванием по пп. 1, 6, отличающийся тем, что отношение площади S2 горизонтального сечения дополнительного магнитного элемента, прилегающего к боковой стороне кольца стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления, к площади S1 горизонтального сечения этого кольца стержня магнитопровода удовлетворяет соотношению:
2,0≤BS1≤2,4; 2,0≤BS2≤2,4,
где Bnom - номинальное значение средней индукции переменного магнитного поля в горизонтальном сечении (S1+S2) стержня магнитопровода от тока сетевой обмотки реактора;
BS1 - значение индукции суммарных сменного и постоянного магнитных полей в кольце стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления;
BS2 - значение индукции переменного магнитного поля от тока основной сетевой обмотки в дополнительном магнитном элементе, прилегающем к боковой поверхности кольца стержня магнитопровода, на котором размещены секции обмотки управления;
В0 - значение индукции постоянного магнитного поля в кольце стержня а магнитопровода от тока секций обмотки управления;
Bcm - значение индукции постоянного магнитного поля в кольце стержня магнитопровода от постоянных магнитов, расположенных в радиальных зазорах кольца стержня магнитопровода;
k* - коэффициент, равный
- (1) при наличии в зазорах кольца стержня магнитопровода постоянных магнитов;
- (0) при отсутствии постоянных магнитов в зазорах кольца стержня магнитопровода.
| Управляемый реактор с поперечным подмагничиванием | 1972 |
|
SU542250A1 |
| ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ | 1992 |
|
RU2037224C1 |
| Электрический реактор | 1971 |
|
SU441601A1 |
| WO 9831024 A1, 16.07.1998 | |||
| WO 9411891A1, 26.05.1994 | |||
| Ячейка для измерения диэлектрической проницаемости | 1980 |
|
SU911293A2 |
