Трехфазный насыщающийся реактор Советский патент 1991 года по МПК H01F29/14 

СП

с

Изобретение относится к статическим ферромагнитным устройствам, предназначенным для стабилизации напряжения в системах электроснабжения с резко переменным характером нагрузки, например в системах электроснабжения дуговых электропечей, а также для компенсации реактив- ной мощности в линиях электропередачи. Целями изобретения являются упрощение конструкции и повышение надежности работы реактора, а также улучшение стабилизирующих свойств реактора. Активная часть насыщающегося реактора состоит из трех одинаковых модулей. На стержнях магнито- провода расположены катушки We и WM одной фазы обмотки реактора и две катушки Wc и Wc двух других фаз обмотки. При включении обмотки в трехфазную сеть осуществляется стабилизирующий эффект по напряжению в широком диапазоне изменения тока. 1 з.п. ф-лы. 17 ил.

Изобретение относится к статическим ферромагнитным устройствам, предназначенным для стабилизации напряжения в системах электроснабжения с резко переменным характером нагрузки, например в системах электроснабжения дуговых электропечей, а также для компенсации реактивной мощности в линиях электропередачи.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности трехфазного насыщающегося реактора за счет уменьшения числа катушек в трехфазной основной обмотке, уменьшение статизма по напряжению вольт-амперной характеристики насыщающегося реактора, т.е. улучшение стабилизирующих свойств реактора.

На фиг. 1 изображена схема девятистер- жневого магнитосвязанного мзгнитопровода с расположенными на его стержнях катушками одной фазы А- X основной трехфазной обмотки; на фиг.2 - схема девятистержневого магнитосвязанного маг- нитопровода с расположенными на его стержнях катушками основной трехфазной обмотки: на фиг.З - один виток катушки фазы трехфазной основной обмотки, выполненной из четырехслойной композиции фольга - диэлектрик, расположенной на стержне, поперечное сечение; на фиг.4 - схема соединения и расположения на стержнях катушек одной фазы трехфазной основной обмотки, выполненной из чередующейся композиции фольга-диэлектрик; на фиг.5 - структурная схема замещения одной фазы насыщающегося реактора с трехфазной обмоткой, выполненной из чередующейся композиции фольга-диэлектО

ел

GO ГО О

рик; на фиг,6 и 7 - временные векторные диаграммы магнитодвижущихся сил катушек одной фазы А-Х; на фиг.8 - векторная диаграмма третьей гармоники ЭДС, индуктированной третьей гармоникой магнитно- го потока в катушках фазы А-Х; на фиг.9 - то же пятой гармоники ЭДС, на фиг.10 - то же седьмой гармоники ЭДС; на фиг. 11 - то же девятой гармоники ЭДС; на фиг. 12 - то же одиннадцатой гармоники ЭДС; на фиг.13 - то же тринадцатой гармоники ЭДС; на фиг.14-то же пятнадцатой гармоники ЭДС; на фиг.15-17 - варианты выполнения реактора с групповым магнитопроводом.

Трехфазный насыщающийся реактор содержит магнитосвязанный многостержневой магнитопровод и основную трехфазную обмотку, катушки которой расположены на стержнях магнитопровода (фиг,1 и 2). Магнитопровод включает девять стержней 1,2,...,9. Каждая фаза состоит из четырех последовательно соединенных катушек 10 (Л/Б), 11 (WM), 12 (We) и 13 (We), соотношение чисел витков которых составляет WB: WM: We: ,347:0,532:0,532, причем, катушка с большим числом витков и катушка с меньшим числом витков соединены между собой согласно, две катушки со средним числом витков каждая также соединены между собой согласно, а две пары катушек соединены между собой встречно. Активная часть реактора состоит из трех одинаковых модулей (фиг.2), которые связаны между собой магнитно посредством торцовых ярм 14 и 15 и электрически по- средством соединения между собой двух катушек 12 и 13 со средним числом витков We в каждой, принадлежащих одной и той же фазе, но расположенных на стержнях разных модулей (фиг.1 и 2). Каждый модуль (на- пример, I модуль на фиг.2) включает три рядом расположенных стержня (9,1,2), средний стержень (1) охватывается катушкой 11 с малым числом витков (WM), принадлежащей первой фазе (фаза А-Х), левый стер- жень 9 охватывается катушкой 12 со средним числом витков, принадлежащей второй фазе B-Y), правый стержень 2 охватывается катушкой 13 со средним числом витков (We), принадлежащей третьей фазе (фаза C-Z), все три катушки 10, 12 и 13 с числом витков WM, We и We каждого модуля охватываются катушкой 10с большим числом витков (We), принадлежащей первой фазе (фаза А-Х), Таким образом, в каждый модуль входят две катушки, принадлежащие одной и той же фазе, их числа витков WB и WM, и две катушки, принадлежащие двум другим разным фазам, их числа витков We и We. Для уменьшения статизма по

пряжению реактора, т.е. для уменьшения наклона рабочего насыщенного участка вольт-амперной характеристики, находящегося за коленом этой кривой, каждая катушка трехфазной основной обмотки выполнена из чередующихся двух слоев фольги и двух слоев диэлектрика (фиг.З). причем слри фольги всех катушек каждой фазы соединены между собой последовательно (фиг.4), образуя внешний и внутренний совокупные слои, которые не связаны гальванически, а каждый вывод обмотки соединен только с одной лентой фольги.

Стабилизация напряжения достигается за счет того, что за коленом ВАХ, в широком диапазоне изменения тока, протекающего в обмотке реактора, напряжение изменяется незначительно.

В предлагаемом реакторе за счет выполнения трехфазной рабочей обмотки из чередующейся композиции фольга-диэлектрик роль батареи конденсаторов выполняет сама обмотка, так как внутренний и внешний совокупные слои фольги (фиг.4) являются обкладками конденсатора, между которыми находится диэлектрик (фиг.З). обладающий высокой диэлектрической проницаемостью, например лавсановая пленка.

Из векторных диаграмм ЭДС, представленных на фиг.9, 10, 12 и 13 следует, что каждая фаза трехфазной обмотки реактора индуктивно не связана с пятой, седьмой, одиннадцатой и тринадцатой гармониками магнитного потока и коэффициенты распределения фазы обмотки по этим гармоникам равны нулю. Третья, девятая и пятнадцатая гармоники магнитного потока не обуславливают ЭДС между парами зажимов А. В или С трехфазной обмотки реактора (фиг.2), но в фазах обмотки эти гармоники обуславливают уменьшенные ЭДС (фиг.З, 11 и 14; коэффициент распределения фазы обмотки по третьей и пятнадцатой гармоникам равен 0,6, а по девятой гармонике 0,1) соответствующей частоты, которые составляют нулевую последовательность. Таким образом, в токе трехфазной основной обмотки реактора отсутствуют 3. 5. 7, 9. 11. 13. 15, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33-я и т.д. гармоники тока. Остаются нескомпенсированными в токе реактора лишь 17. 19, 35. 37-я и т.д. гармоники, амплитуды которых относительно невелики.

При больших мощностях трехфазный насыщающийся реактор можно выполнить с групповым магнитопроводом, состоящим из трех магнитонесвязанных модулей. На фиг.15 показан трехфазный насыщающийся реактор с групповым магнитопроводом, состоящий из трех магнитонесвязанных модулей. Каждый модуль реализован на броневом трехстержневом пленарном магнито- проводе. На фиг.16 и 17 показаны трехфазные насыщающиеся реакторы с групповым магнитопроводом, состоящим также их трех магнитонесвязанных модулей, но каждый модуль реализован на трех 0-образных магнитонесвязанных сердечниках, симметрично расположенных в пространстве. Катушки 11 (WM), 12 (We) и 13 (We) каждого модуля реактора (фиг.16) расположены по одной на тех же центральных трех стержнях, что и катушка 10 (Ws) модуля, которая охватывает указанные катушки 11 (WM), 12 (We) и 13 (We). В отличие от реактора, представленного на фиг.16, в реакторе, выполненном согласно фиг. 17. катушки 11 (WM), 12 (We) и 13 (We) каждого модуля расположены по одной на одном из периферийных трех стержнях. Расположение катушек, принятое на фиг. 17, упрощает технологию изготовления насыщающегося реактора.

Такое расположение катушек целесообразно использовать при изготовлении реакторов большой мощности, рассчитанных на высокое напряжение. Катушки каждой фазы трехфазных насыщающихся реакторов, представленных на фиг. 15-17, также как и у реактора, представленного на фиг 2, соединены между собой так, что каждая фаза создает временную векторную диаграмму МДС (фиг.6), а все три фазы каждого реактора создают временную векторную диаграмму МДС, показанную на фиг.7. Трехфазная основная обмотка каждого из трех насыщающихся реакторов (фиг. 15-17) может быть выполнена так же, как и обмотка реактора, представленного на фиг.2 и 4, из чередующейся композиции фольга-диэлектрик с целью уменьшения статизма по напряжению вольт-амперной характеристики реактора. Каждые три стержня, входящие в каждый из трех модулей реактора с планар- ным мзгнитопроводом (фиг.2 и 15), могут быть объединены в один составной стержень, каждый такой стержень включает три продольных составляющих, общий периметр поперечного сечения которых представляет собой ступенчатую фигуру, вписанную в окружность. На каждую составляющую составного стержня посажено по одной из катушек с числами виткоз 11 (WM) и 12 (We) и 13 (We). Весь составной стержень охватывается катушкой с числом витков 10 (WE). Соединение четырех катушек любого составного стержня такое же, как и у любого из модулей, показанных на фиг.2 и 15

В предлагаемом трехфазном насыщающемся реакторе так же, как и в известном

реакторе, может быть реализована внешняя компенсация 17 -и и 19-й гармоник тока, протекающего в трехфазной основной обмотке реакторэ. С этой целью на стержнях

магнитопровода реактора должны быть расположены катушки вторичной обмотки повышенной частоты, которые соединяются в многоугольник, короткозамкнутый по отношению к 9-й гармонике магнитного потока,

0 а к трем зажимам этого многоугольника, с которых снимается трехфазное напряжение утроенной частоты, подключается вторичный насыщающийся реактор, который кроме основной трехфазной обмотки содержит

5 еще и вторичную обмотку. За счет указанного существенного усложнения конструкции известного реактора достигается внешняя компенсация в токе его трехфазной основной обмотки 17 и 19 гармоник тока Однако

0 при использовании насыщающегося реактора, например, в системе электроснабжения дуговых электропечей, которые сами являются источниками высших гармоник тока, нецелесообразно компенсировать упо5 мянутые 17-ю и 19-ю гармоники тока за счет усложнения конструкции насыщающегося реактора, так как 17-я и 19-я гармоники, а также гармоники тока, обусловленные электропотребителем - дуговой электропечью,

0 появляются с помощью отдельных фильтров.

Формула изобретения 1. Трехфазный насыщающийся реактор, содержащий девятистержневой магнито5 провод, на стержнях которого размещены катушки основной трехфазной обмотки с выводами, каждая фаза которой состоит из нескольких катушек, расположенных на разных стержнях и соединенных последова0 тельно, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности реактора за счет уменьшения числа катушек в основной обмотке, магнитопровод выполнен с боковыми ярма5 ми, а каждая фаза основной обмотки состоит из четырех катушек, числа витков которых соотносятся как 1:0,347:0,532:0,532, причем катушка с большим числом витков и катушка с меньшим числом витков соединены между

0 собой согласно, а две катушки со средним числом витков также соединены между собой согласно и эти две пары катушек соединены между собой встречно, причем катушка с большим числом витков каждой

5 фазы расположена на трех смежных стержнях магнитопровода, образующих группу, а катушка с меньшим числом витков той же фазы расположена на одном из стержней этой группы, а на двух других стержнях этой группы расположены катушки с меньшим

числом витков, принадлежащие двум другим фазам.

слоев диэлектрика, причем слои фольги всех катушек каждой фазы соединены между собой, образуя гальванически не связанные между собой внешний и внутренний слои фольги, причем начало обмотки соединено только с первым слоем фольги, а конец обмотки - с вторым слоем фольги.

В

$ модул

фиг. г

I

л

Я-.

SB.

Uly

в3

913 Б3

3Z3 6

Ot-гпф

8 епф

&.

6 Мф

3

/ 9

LWtf)

& У

9VV

9ZCIS91

I

Центральные ХУ стержни

Редактор Е. Папп

Фиг. 17

Составитель Е. Волков Техред М.Моргентал

Заказ 1609Тираж 358Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г Ужгород, ул.Гагарина, 101

о ч

Центральные / стержни

Шинодуль

Фиг. 16

Корректор И. Муска

11

с

16

еп

LSC 9В

Фие.П

г

16

J5

V

фиг. 13

Фие.1Ь

IQM 7 / 8

Шимо дуль