Регулируемый трансформатор Советский патент 1992 года по МПК H01F29/14 

Целью изобретения является упрощение трансформатора, уменьшение его стоимости, расширение диапазона регулирования напряжения на нагрузках, близких к номинальной, и увеличение коэффициента полезного действия.

Для обеспечения реализации поставленной цели в регулируемом трансформаторе, содержаа1ем стержневой магнитопровод с тремя ярмами - верхним, средним и нижним, первичную и вторичную, размещенную, между средним и нижним ярмами, обмотки и биполярно соединенныетиристоры, причем первичная обмотка состоит из двух частей, соединенных последовательно-согласно, одна из которых размещена на стержнях между двумя соседними ярмами, например, средним инижним, а к другой присоединены биполярно соединенные тиристоры, вторая часть первичной обмотки размещена на стержнях между средним и верхним ярмами.

На фиг, 1 схематически изображена однофазная конструкция регулируемого трансформатора; на фиг. 2 - трехфазная конструкция; на фиг. 3 - электрическая схема трехфазной конструкции; на фиг. 4 - вариант выполнения трансформатора в однофазном исполнении; на фиг. 5 - вариант выполнения трансформатора в трехфазном исполнении; на фиг. б и 7 - внешние характеристики трансформаторов по фиг.-, 2, 3 и фиг, 4, 5 соответственно.

Регулируемый трансформатор содержит стержневой магнитопровод 1 с тремя ярмами - верхним 2, средним 3 и нижним 4, первичную и вторичную 5 обмотки и биполярно соединенные тиристоры 6, причем первичная обмотка состоит из двух частей 7 и 8, соединенных последовательно-согласно, одна из которых, например часть 7 обмотки,размещена на стержнях ,между двумя соседними ярмами, например, средним 3 и нижним 4, а к другой, например части 8 обмотки, присоединены биполярно соединенные тиристоры 6, причем вторая часть 8 первичной обмотки размещена на стержнях между средним 3 и верхним 2 ярмами.

Варианты трансформаторов по фиг. 4, 5 выполнены с немагнитными зазорами в ярме, а к первичной обмотке трансформатора по фиг. 4 может быть подключен конденсатор.

Внешние характеристики (фиг. 6 и 7) трансформаторов по фиг. 1, 2, 4 и фиг. 5 соответственно содержат, характеристики при максимальном 9 и минимальном 10 напряжениях холостого хода.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Регулирование трансформатора осуществляется путем изменения угла включения

тиристоров 6. Нижний предел диапазона регулирования вторичного напряжения по кривой 10 (фиг. 6) имеет место при угле включения 180°, когда тиристоры 6 в течение всего периода выключены. При этом

0 напряжение сети Ui прикладывается к обеим частям 7 и 8 первичной обмотки, следовательно напряжени.е витка будет минимальным, а значит и напряжение, наводимое во вторичной обмотке 5 имеет так5 же минимальное значение (и2мин),

Верхний предел диапазона регулирования вторичного напряжения по кривой 9 (фиг. 6) реализуется при угле включения 0°, когда тиристоры 6 включены в течение всего

0 периода.

В этом случае напряжение сети Ui приложено только к части 7 витков первичной обмотки, поэтому напряжение витка трансформатора максимально, а следовательно и

5 вторичное напряжение имеет максимальное значение (и2макс). Плавно изменяя угол включения тиристоров 6 от О до 180°, получают соответствующие им промежуточные значения вторичного напряжения Ua. Внеш0 -ние характеристики, получаемые при этом, располагаются между внешними характеристиками 9 и 10 по фиг. 6. При включенных тиристорах 6 описываемый трансформатор превращается в обычный нерегулируемый

5 трансформатор с минимальным полем рассеяния, поэтому внешняя характеристика 9 по фиг, 6 является жесткой, практически не зависящей от тока нагрузки.

Опыт работы с моделью описываемого.

0 трансформатора и с трансформатором по прототипу показы-вает, что при больших токах нагрузки, близких к номинальным, макси мал ьные значения . напряжений устанавливаются при выключенных тиристорах, шунтирующих части силовых обмоток. Однако при снижении тока нагрузки от некоторой величины, меньшей номинального тока, до холостого хода для получения минимальных значений напряжений о

0 трансформаторе по прототипу включаются тиристоры, шунтирующие часть вторичной обмотки.

в описываемом трансформаторе управление осуществляется только одной парой

5 биполярно соединенных тиристоров, подключенных к части первичной обмотки. Поэтому диапазон регулирования напряжения при малых нагрузках и при холостом ходе в описываемом трансформаторе (фиг. 6) меньше, чем в трансформаторе по прототипу.

Для большинства потребителей электрической энергии важнее иметь возможность более широкого плавного регулирования напряжения при токах нагрузки, близких к номинальному, чем на холостом ходу и малых нагрузках.

В тех случаях, когда требуется большой диапазон регулирования напряжения при холостом ходе и малых нагрузках, можно использовать варианты конструкций трансформаторов по фиг. 4 и 5. Благодаря наличию немагнитных зазоров в ярмах, основной магнигный поток, создаваемый частями 7 и 8 первичной обмотки при включенных тиристорах 6, не проходит через них, а полностью замыкается по двум другим ярмам. Поэтому в данном случае напряжение на виток и значения вторичного напряжения по кривой 10 (фиг. 7) будут меньше, чем у трансформатора по фиг. 1 (см. кривую 10 по фиг. 6), и совпадают с характеристикой при минимальном напряжении холостого хода трансформатора по прототипу. Верхний диапазон регулирования напряжения по кривой 10 (фиг. 7) в этом трансформаторе (по фиг. 4 и 5), как и в

трансформаторах по фиг. 1, 2, 3 достиг.эется включением тиристоров б. при этом, благодаря экранирующему действию части 8 первичной обмотки, основной магнитный поток, преодолевая повышенное магнитное сопротивление, замкнется по ярму с немагнитным зазором.

Как показали испытания опытной модели, для получения необходимого диапазона регулирования напряжения холостого хода требуется незначительная длина немагнитного зазора, и в зависимости от мощности трансформатора она изменяется от 0,1 до 1 мм.

В тех случаях, когда ток холостого хода из-за немагнитного зазора возрастает выше установленной нормы и эксплуатация трансформатора недопустима, то параллельно первичной обмотке подключается электрический конденсатор. Трансформатор может быть выполнен трехфазным, с симметричной магнитной системой. Он является весьма перспективным при совершенствовании многих источников питания, применяемых для различных сварочных процессов.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, содержащий стержневой магнитопровод с тремя ярмами - верхним, средним и нижним, первичную и вторичную размещенную между средним и нижним ярмами, обИзобретение относится к электротехнике и мржет быть использовано в любой отрасли промышленности для бесконтактного регулирования вторичного напряжения трансформатора. Известна конструкция трансформаторно-транзисторного регулятора-стабилизатора н апряжения, содержащего регулирующий элемент, управлянэщий элемент и схему широтно-импульсной модуляции, в которой регулирующий элемент выполнен в зиде двух последовательно включенных автотрансформаторов (трансформаторов). Недостатком конструкции является ее пониженная надежность, обусловленная сложностью схемного решения. Известна также конструкция регулируемого трансформатора, содержащего стержневой магнитопровод с тремя ярмами верхним, средним и нижним, первичную и мотки и биполярно соединенные тиристоры, причем первичная обмотка состоит из двух частей, соединенных последовательносогласно, одна из которых размещена на стержнях между двумя соседними ярпами, средним и нижним, а к другой присоединены указанные биполярно соединенные тиристоры, отличающийся тем. что, с целью упрощения трансформатора, уменьшения его стоимости, расширения диапазона регулирования напряжения на нагрузках, близких к номинальной увеличения коэффициента полезного действия, вторая часть первичной обмотки размещена на стержнях между средним и верхним ярмами. (Л с вторичную, размещенную между средним и нижним ярмами, обмогки и биполярно соединенные тиристоры, причем первичная обмотка состоит W3 двух частей, соединенных последовательно-согласно, одна из которых 00 размещена на стержнях между двумя соседел о ними ярмами, например, средним и Н1 жним, а к другой присоединены биполярно VI соединенные тиристоры. Данная конструкция по своей технической сути и достигаемому результату является наиболее близкой к описываемому изобретению. Недостатками ее являются относительная сложность конструкции трансформатора, повыщенная его стоимость, а такжр достаточно узкий диапазон регулирования напряжения на нагрузках, близких к номинальным, и пониженный коэффициент { олезного действуя.

1

сриг.1

1 г

/ I

г

j 7

Фиг, 2

J«.,

V.

Vl

.5

1/2

gOi/e.

gA /

ZMUH

Ю

Zff)2 fpus.S

UZHOXC

/,

фиг. 7