Электроиндукционное устройство Советский патент 1985 года по МПК H01F27/34 H01F29/14 

Изобретение относится к электротехнике и энергетике и может быть использовано в качестве регулятора реактивной мощности, не вносящего нелинейных искажений в электрическу сеть. Известна конструкция регулятора реактивной мощности, содержащего ти ристорньй блок и индуктивное сопротивление, включенные последовательно друг к другу l. Недостатками этой конструкции-яв ляются пониженные технические харак теристики, обусловленные большим уровнем нелинейных искажений в потребляемом токе при регулировании реактршной мощности, а также больщие массы, габариты и стоимость, яв ляющиеся результатом необходимости установки тиристорного блока той же мощности, что и номинальная мощност устройства. Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция электроиндукци онного устройсгва, содержащего магHHTHjio систему, выполненную на сердечниках с ярмами и стержнями, на которых размещены секционированные обмотки, и тиристоры, подключенные к секциям обмотки 2. Недостатками известной конструкции являются пониженные технические характеристики, обусловленные налич ем повьшенньк потерь из-за потерь в магнитной системе, а также повышенный уровень нелинейных искажений в потребляемом токе обусловленньй генерацией нелинейных искажений в электрическую сеть при регулировани реактивной мощности. I Цель изобретения - уменьшение потерь нелинейных искажений в потре ляемом токе. Поставленная цельэ достигается тем, что в электроиндукционном устройстве, содержащем магнитную систе му, выполненную на .ечниках- с яр мами и стержнями, на которых размещены секционированные обмотки, и ти ристоры, подключенные к секциям обмотки, стержни снабжены участками уменьшенного сечения, причем соотно шение сечения участков к сечению стержня находится в пределах . 0,5, уммарная длина участков уменьшено сечения одного стержня опредется выражением е 2д. S, S - сечение участков уменьшенного сечения, S - сечение стержня сердечника, 1. - суммарная длина участков уменьшенного сечения, м; lA 41Г-10 - магнитная постоян - ная, THJIM; W - количество витков обмотки, Ьд - индуктивность устройства, Гн. На-фиг.1 схематически представлеконструкция стержней сердечников нитной системы; на фиг.2 - харакизменения коэффициентов гармоник оке устройства в различных режиработыВ электроиндукционном устройстве, ержащем магнитную систему (фиг. I ), олненную на сердечниках с ярмами тержнями 1, на которых размещены ционированные обмотки 2, и тирисы 1, подключенные к секциям обмот2, стержни 1 снабжены участками ньшенного сечения, причем соотноие сечения участков к сечению ржня находится в пределах 0,3 0,5, уммарная длина участков зтеньшено сечения одного стержня опредется выражением i-2M.. S - сечение участков уменьшенного сечения, м ; S - сечение стержня сердечника, - суммарная длина участков уменьшенното сечения, м; 5 43/-1 магнитная постоянная, Гн/м; W - количество витков обмотки;L - индуктивность устройства, Гн. На фиг.2 изображена кривая 4 изм нения коэффициента гармоник всего не четного ряда, проявляющихся в токе однофазных конструкций и кривая 5 н четного ряда гармоник прямой и обра ной последовательности, проявляющихся в токе трехфазной конструкции в симметричном режиме. Построение произведено для стали марки 2411 при за коне изменения индукции , + + Bgsiniot , где Bg - индукция насыщения стали 2411 (,96 Тл); В постоянная составляющая индукции (принятый при расчете диапазон изменения от О до 2Bj). Устройство работает следующим образом. Регулирование реактивной мощности устройства осуществляется изменением постоянной составляющей потока в маг нитопроводах, которая зависит от вре мени включения тиристоров 3. Во всех режимах подмагничивания величина намагничивающей силы Си.с,) обмотки 2 а следовательно, и потребляемый ток устройства, определяется, в основном падением н.с. на участках магнитопровода уменьшенного сечения, а остальные части кагнитопровода остаются ненасыщенными. Указанное соотношение обеспечивает целесообразное распределение н.с.. между насьпценными и ненасыщенными участками. Максимальное значение потока в участках уменьшенного сечения равно (2В, + B5)S., На оснонньгх участках магнитопровода при Ф,т,а индукция не должна превьшать Вд, что и является условием их ненасьщенности Вд Поставляя одно выражение в другое, S, , В получаем -|- Tin - Из опыта проектирования электротехнических устройств известно, что В целесообразно принимать в пределах BI (0,5 - 1)В. Откуйа имеем §: i О 5 - О 3 S 2(0,5-1)1 При соотношении более.О,5 недопустимо сильно насьпцается весь магнитопровод устройства, что приводит к искажению формы потребляемого тока. При соотношении менее 0,3 возрастает расход активных материалов от недоиспользования объема основно го магнитопровода. Равнсмерное распределение .участков уменьшенного сечения по высоте стержня обеспечивает минимальный уровень полей рассеяния в устройстве. Сравнительно малая длина насыщаемых участков магнитопровода обусловливает относительно высокое значение постоянной составляющей напряженности магнитного поля и индукции в них. В номинальном режиме работы независимо от длины насыценных участков, величина намагничивающей силы обмотки должна быть неизменной, поскольку это определяет номинальный ток устройства. По первой гар1-1онике, например, она F. i где 1 - первые гармоники фазы; w количество витков фазы. Однако в зависимости от длины насыщенных участков эта величина и.с. может быть обеспечена при различных значениях напряженности поля, в соответствии с известных выражением L Ш, где А - линейная плотность тока обмотки основной гармоники; Н напряженность поля основной гармоники в насыщенных участках. Из этих двух выражений для F получаем общее 1AI соотношение --- /ti-o R Ьл)у 1 Выражая индукцию потока основной гармоники в сердечнике, линейную плотность тока обмотки через внтки обмотки и сечение стержня, можно получить 1 2|U{, S, где Ь - суммарная длина участков уменьшенного сечения, м; S - сечение стержня сердечника, jU(, 47Г-10 -магнитная постоянная, Гн/м; W - количество витков обмотки; индуктивность устройства j Гн. В результате, при вьтолнении указанного выражения в режиме номинального намагничивания диапазон изменения переменной составляющей индукции практически полностью смещен в зону технического насыдения кривой иамагничивания, на ее линейный участок. При этом нелинейные искажения в напряженности магнитного поля и токе устройства полностью отсутствуют. Как видно из фиг.2, искажения тока имеют место лишь в на-чальном диапазоне подмагничивания. Экспериментальные исследования на модели показали, что степень нелинейных искажений не превышает характеристик, приведенных на фиг.2, если соотношение IL соблюдается не менее, чем с 10%-ной точностью.

В прототипе напряженность магнитного поля подмагничиваемых участков не превьшает линейной плотности тока обмотки вследствие равномерного насыщения всей части стержня, охваченного обмоткой. В результате, режим номинального подмагничивания устройства обеспечивается при сравнительно слабом смещении переменной составляющей индукции в область технического насыщения кривой намагничивания стали. Так, в прототипе мощностью до

единиц МВАр номинальный режим o6eqneчивается в пределах, не превьщ1ающих 5-7% от возможногоСштриховая линия на фиг.2), что и приводит к недопустимо большому искажению потребляемого тока во всем диапазоне регулирования. Кроме того, преимуществом изобретения являются также относительно уменьшенные потери в стали магнитной системы. Это обусловлено тем, что при смещении рабочей зоны индукции в область технического насыщения кривой намагничивания, составляющая гистерезисных потерь в стали снижается. Сравнительные эксперименты на моделях мощностью 4 кВАр показали, что при прочих равных условиях потери в стали предлагаемого устройства.в номинальном режиме в 3,9 раза ниже, чем в прототипе.

ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее магнитную систему, выполненную на сердечниках с ярмами и стержнями, на которых размещены секционированные обмотки, и тиристоры , подключенные к секциям обмотки, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь и нелинейных искажений в потребляемом токе, стержни снабжень участками уменьшенпричем соотношение сев к сечению стержня наделах лина участков уменьшенодного стержня определяем w2А.-™5., т сечение участков уменьшенного сечения, -сечение стержня сердечнику, м ; -суммарная длина участков уменьшенного сечения , м ; магнитная постоянная, Гн/м; - количество витков обмотки; -индуктивность устройства, Гн.