Трехфазный реактор Советский патент 1944 года по МПК H01F38/02 

Предлагаемое изобретение является в.идоизменением описанного в авторском свидетельстве „Nb 55460 трёхфазного реактора, в котором компенсированы гармоники, кратные трём, а также 5, 7, 17, 19, 29, 31 и т. д. Настоящее изобретение представляет собой систему, в которой компенсированы практически все гармоники, включая 11 и 13-ю (в диапазоне до 45-й включительно не компенсированы лишь 23 и 25-я, наличие которых практически несущественно). Ток такого реактора при синусоидальном напряжении не имеет высщих гармонических составляющих.

На чертеже фиг. 1 изображает схематически систему компенсационных обмоток, называемую «двойным неравноплечим зигзагом, фиг. 2 - видоизменение схемы фиг. 1, фиг. 3 - векторную диаграмму к схеме фиг. 2, фиг. 4 и 5 - схемы соединений обмоток реактора для весьма мощных линий передач, фиг. 6 - векторную диаграмму к схеме фиг. 5 и фиг. 7 - векторную диаграмму потоков всех сердечников.

Для уяснения сущности изобретения разберём схему фиг. 1, где

показана система компенсационных обмоток, называемая «двойным неравноплечим зигзагом.

Имеется шесть одинаковых сердечников V, 1, 2, 2, 3, 3, канализирующих соответственные по обозначению магнитные потоки. На каждом сердечнике насажено по две обмотки: одна с числом витков

WW

2 3 другая с числом витков у обратно намотанная (что обозна q2 J

чается знаком «минус :

Соединения показаны на схеме (фиг. 1). Будем называть сердечники «прим «левыми, а сердечники «прим-прим - «правыми.

Будем всегда предполагать такие включения, чтобы схема фиг. 1 представляла собой симметричную трёхфазную систему с потоками:

ф; Ф„, -Sin ( ) )

Ф: Ф„.81п cot + f-|-, ,

(U

ф; Ф . Sin (ш t - j I Ф,„-зш («t+l) ///2я 9 Ф Ф„, .Sln(a.t + -f /2л , Ф S 1 ™ t - У + ) I где 9 - угол сдвига, о котором речь ниже. Может быть доказано следующее:1. Для достижения данного угла сдвига 9 нужно лишь установить соотношение витков: а - - 2. При наличии картины потоков (1) нотенциалы нейтралей N и N равны и эти точки можно соединить. При наличии соединения общую нейтраль будем называть N. Анализ работы схемы может быть произведён по следующему принципу. Пусть в главных обмотках (не показанных на фиг. 1) течёт синусоидальный ток. Предположим, что в других обмотках никакого тока ещё нет. Потоки в таком случае ещё не могут быть синусоидальными. Пусть потоки включают, помимо первой, также N-тую гармонику. Если окажется, что существует замкнутый контур, в котором при этом образуются э. д. с. N-той гармонической, возбуждающие ток, одинаковый по всему контуру (независимо от наличия ответвлений), то можно заключить, что N-тая гармоника в потоке существовать не может. Она исчезнет из нотока за счёт появления тока N-той гармонической в контуре. Если доказать, что при синусоидальном токе ни одна гармоническая в потоке не существует, и он синусоидален, то справедливо и обратное: при заданном синусоидальном потоке (напряжении) ток синусоидален. Будем рассматривать любой из симметричных контуров AaNa A, BbNb B, CcNc C, например, контур AaNa A. Будгм анализировать .сумму: US UA,.X+U,,,,,.,-(3) Если напряжение по пути AaN равно напряжению по , взятому с обратным знаком, т. е. если Us -О,(4 то образуется указанная «круговая э. д. с. данной гармонической и, следовательно, эта гармоническая компенсируется. Может быть выведено, что для N-той гармонической имеет место разенстБО: cosNj..cosx(| + |-) (5) И, исходя отсюда, доказано, что Us 0 при следующих комбинациях:I о ж / f ( 15° 1 N 12n-7 N N 24п-13 i 15° X 24п - 11 где , 2, 3... (натуральный ряд). Таким образом, если ф 30° чему по выражению (2) соответствует а 0,366, то компенсируются гармоники: 5, 7, 17, 19, 29, 31... Если (т. е. а 0,1645), то компенсируются гармоники И, 13, 35, 37... Для того чтобы компенсировались гармоники обоих рядов, нужно иметь щесть пар сердечников. На щести парах, как на целых сердечниках, насажены обмотки системы I, характеризуемой а 0,366. Далее, щесть «левых сердечников всех пар связаны системой II с а 0,1645, и щесть «правых сердечников пар - системой III, также с а 0,1645. Компенсация гармоник, кратных трём, может быть произведена двумя способами: а) Как уже было предложено по авторскому свидетельству N° 55460, три сердечника «прим фиг. 1 (левые) можно связать треугольником Вместо того чтобы охватить пару сердечников данной одной обмоткой, можно, вообще говоря, соединить последовательно две половины обмотки, сидящие одна на „левом, другая на „правом сердечниках нары. третичных обмоток, а три сердечника «прим-прим (правые) - другим независимым треугольником. Ь) Но можно также охватить каждую из пар сердечников: 1, 1, 2, 2, 3, 3 своей общей обмоткой, и три получившиеся обмотки включить в треугольник. Однако для компенсации при этом необходимо, чтобы нейтрали N и N были между собой соединены. Гармоники, кратные трём, монофазны; поэтому можно систему фиг. 1 заменить монофазной системой АО (фиг. 2). Система Во той же фигуры представляет собой общий треугольник (на фигуре вместо того, чтобы охватывать оба сердечника одной обмоткой, раздельные обмотки каждой пары включены последовательно, что эквивалентно). Так как потоки в двух сердечниках данной фазы сдвинуты на угол 9, то намагничивающие ампервитки третьей гармоники сдвинуты на угол 3 ф(фиг. 3, где ампервитки левого и правого сердечника обозначены условно 1л и „ с приведением к одному витку). Имеем (при соединённых нейтралях N и N): {Л -1-1 1„ Отсюда л - in 3 Г i, . Sin Аналогичен вывод и для любой гармоники номера Зп. В мощных реакторах разбивание системы на двенадцать сердечников получается естественно. Проекты щестисердечниковых реакторов (т. е. с компенсацией только 5, 7, 17, 19... гармоник) показали, что конструкция каждой двухсердечниковой фазы должна быть двухрамной, т. е. каждый сердечник делится на 2 и получается двенадцать одинаковых сердечников. Остаётся лищь ввести относительно маломощные низковольтные обмотки в щель между сердечниками, не затрагивая изоляционной конструкции. На фиг. 4 дана общая схема соединений, а на фиг. 5 более подробная схема, npHMeHHTevibHO к реактору для весьма мощных передач. Здесь Г - главные обмотки высокого напряжения (.. кв). Эти обмотки несут лищь синусоидальный ток основной частоты. В авторском свидетельстве Л 55460 эти обмотки включены так, что в каждой фазе ветви на двух сердечниках параллельны, и поэтому они сами включены в «неравноплечий зигзаг. Они могут быть включены последовательно, как показано на фиг. 4 и 5, что, хотя и перегружает компенсационные обмотки Z, током основной гармоники (при этом увеличение сечения меди здесь вызывает нежелательное увеличение рассеяния между плечами v и w зигзага), но при высоком напряжении с конструктивной точки зрения лучше. Обмотки Zg.), - «зигзаг со сдвигом Ф 30° (а 0,366). Обмотки ДД - два «треугольника. Все перечисленные обмотки охватывают каждая по два сердечника. Далее идут обмотки, охватывающие каждая один сердечник и образующие две системы, каждая со сдвигом 9 15° (а 0,1645). Для ясности чертежа эти системы на фиг. 4 показаны одна под другой. На фиг. 5 (группа однофазных трансформаторов) видны также дополнительные сердечники, пропускающие разности потоков сдной и другой пары сердечников данной фазы. Ампервитки основной гармоники в обмотках Zi5° обозначим ii и al. , полные ампервитки основной гармоники одного сердечника пары бозначим Ii. Векторная диаграмма имеет вид, показанный на фиг. 6

где рассматривается случай . Соответствующее соотношение для ЭТОГО случая:

il +01,

Ii sin ( 120 4-|sln

sin 120°

при ci- 15° имеем: iL+L o,l3 °

I,

0,866

Амнервитки одного сердечника рассматриваемой пары (или, что то

„,т

же, всей пары) составляют cos -

cos ,966 от ампервитков главной обмотки. Поэтому ii+aii

. 0,966 0,138 0,132. (8)

hr

где IIP-ампервитки главной обмотки.

Согласно (6), ампервитки 3-й гарветви «зигзага Zi5° моники одной составляют.

о 4 ГО

Sin . 0,38

от полных ампервитков 3-й гармоники сердечника.

Последние (при регулирующем эффекте -4,5) составляют - 50% от ампервитков основной гармониСхема компенсдции гармоник при системе с тремя

ки. Обтуём тока на сердечник в двух обмотках Zi5° таким образом составляет, примерно:

1/ OTl31 +(0,,5) 0,224 (9)

от объёма тока главной обмотки.

На фиг. 7 показана векторная диаграмма потоков всех сердечни(1 -f ) (7) ков.

Как указывает изобретатель, система с компенсацией 5, 7... гармонических опробована на модели 1200 ква. Компенсируемые гармоники исчезают. Например, от пятой остаётся менее 0,5%, хотя при отсутствии компенсации она составляет - 25% от основной. Некомпенсируемые одиннадцатая и тринадцатая гармоники остаются и составляют 0,,8%. Изложенный принцип устранения 11, 13... гармоник по идее тот же, что и принцип устраненИЯ 5, 7 ... гармоник, и не вызывает сомнения, что при применении этого принципа И, 13... гармоники исчезнут совсем, ибо, если остаток пятой гармоники равнялся

ОТ 25%,

0,5%, т. е. составлял

50

то остаток одиннадцатой и тринадцатой будет порядка 1 % : 50 0,02 %. Практически исчезают все гармоники. В таблице дана сводка, иллюстрирующая это. .зигзагами

Предмет изобретения

Видоизменение трёхфазного реактора по авторскому свидетельству Л 55460, отличающееся тем, что с целью компенсации высших гармонических в диапазоне до 45-й включительно за исключением 23 -25-й, указанный реактор снабжён на три фазы двенадцатью одинаковыми насыщенными сердечниками, на которых для последовательного сдвига потоков четырёх сердечников каждой фазы на 15° так, чтобы векторы потоков имели углы, например, для первой фазы: - 22,5°, -7,5°, + 7,5°, + 22,5° и соответственно с поворотом на 120 и на 240° для других двух фаз, наложены три системы компенсационных обмоток, представляющие собой соФиг. 1

.,г

единения в неравноплечие двойные «зигзаги, имеющие по две нейтральные точки, причём одна система с отношением чисел витков плеч 0,366 служит для создания сдвига потоков лТ,вух пар сердечников фазы на 30°, а другие две системы, имеющие отношения чисел витков плеч по 0,1645, для сдвига потоков внутри каждой пары по 15°, причем в совокупности все три системы представляют схему компенсационных обмоток, в которой компенсация гармоник, кратных трём, должна осуществляться двумя отдельными «треугольниками обмоток, соответствующими двум парам сердечников каждой фазы, при наличии попарного соединения нейтральных точек внутри обеих систем зигзага, дающих сдвиг 15°.

)i W

Фиг. 2

RO

7

3oi$le d