Регулировочный трехфазный трансформатор с магнитной коммутацией Советский патент 1980 года по МПК H01F38/08 H01F29/14 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, выпускающей регуляторы и регуляторы - стабилизаторы напряжения и тока, и может быть использовано в различных областях техники, например, в химической, радиотехнической, металлургической промышленности, в исследовательских и испытательных лабораториях, в сварочной технике и других областях народного хозяйства, где требуется плавное регулирование напряжения и его стабилизации. Известен трехс зный симметричный регулируемый трансформатор, содержащий стержни, расположенные под углом 120 друг к другу, обмотки на каждом стержне управляемые ярма с обмотками подмаг-ничивания, выполненные в вице многоугольника, замыкающегося вне стержней i Такой трансформатор обладает хорошими регулировочными возможностями. Его конструкция исключает }ieчетные i-apMo.НИКИ. Однако двойного намагничивания управляемых ярм постоянным и переменным магнитными полями возникают четные гармоники. Поэтому такая конструкция трансформатора с магнитной коммутацией витков имеет значительный коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения и потребляемого тока, превышающий допустимые 5% для регуляторов - стабилизаторов напряжения общетехнического назначения. Наиболее близким по технической сущности является трех(| азный симметричный трансформатор, регулируемый магнитной коммутацией, исключающий четные гармоники. У такого трансформатора управляемые ярма, выполненные в виде замкнутого многоугольника, расщеплены, а на каждой рас .цепленной части расположены катушки обмоток подмагничивания, соединенные послецовательновстречно для постоянного магнитного поля, создаваемого этими катушками в расщепленных частях f2j.

Коэффициент нелинейных искажений такого трансформатора не превышает 2,5 - 3%,

Однако такой трансформатор имеет повышенный расход активных материалов обладает значительным индуктивным сопротивлением короткого замыкания, что в свою очередь уменьшает диапазон плавного регулирования напряжения.

Целью изобретения является уменьшение .расхода активных материалов, расширение диапазона плавного регулирования напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что ярма с обмотками управления выполнены БИТЫМИ, концентрично расположенными друг относительно друга и стыкованными со стержнями, выполненными в виде шихтованной трехлучевой звезды, расположенной в одной плоскости, причем плоскость навивки ярм перпендикулярна шихтуемой стыковочной плоскости стержней.

С целью уменьшения коэффициента нелинейных искажений вторичного напряжения и потребляемого тока , управляемые ярма выполнены двухконтурными, каждый контур стыкован с взаимно противоположными плоскостями стержней, причем катушки обмоток подмагничива- кия, расположенные на двух контурах управляемого ярма, соединены последовательно-встречно.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема трехфазного симметричного регулировочного трансформатора с магнитной коммутацией, разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема регулируемого трехфазного трансформатора, выполненного по автотрансформаторной схеме.

Магнитопровод трансформатора, регулируемого магнитной коммутацией, содержит выполненные в виде трехлучевой звезды три стержня 1, расположенные в одной плоскости под углом относительно друг друга.

На каждом стержне расположены первичная обмотка 2, нерегулируемая часть витков 3 и регулировочная часть витков 4 вторичной обмотки, два управляемых ярма 5 и 6, выполненные в виде витого многоугольника или круга. Наиболее приемлемо для описываемой конструкции трасформатора управляемые ярма выполнять в виде витого шестиугольника (фиг, 2). Каждое управляемое ярмо состоит из двух контуров 7 и 8, 9 и 10. На контурах 7 и 8 управляемого ярма 5 расположено по три с одинаковым количеством витков катушек 11 обмотки подмагничивания, а на контурах 9 и Ю управляемого ярма 6 расположено по три катушки 12 обмотки подмагничивания. Каждый контур управляемого ярма стыкован с взаимно противоположными плоскостями стержней.

Плоскость навивки ярм перпендикуляр-

на шихтуемой стыкованной плоскости

стержней. Во избежание перекрытия пластин ярм и стержней в местах стыковки закладываются тонкие изоляционные прокладки. С целью уменьшения тока и потерь

холостого хода в местах стыковки стержней и ярм целесообразно применять прокладки из магнитодиэлектрика (на чертеже прокладки не обозначены).

В катушках обмоток подмагничивания,

расположенных на ярмах, выполненных в виде многоугольника или круга и стыкованных с симметрично расположенными стержнями, выполненными в виде трехлучевой звезды, результируюшая ЭДС основ-

ной гармоники от переменного магнитного потока равна нулю. В трансформаторе с симметричной магнитной системой компенсируются нечетные гармонические составляющие. Однако при подмагничивании

постоянным током одного из ярм, выполненного в виде замкнутого многоугольника или круга, на выходе трансформатора появляются четные гармонические составляющие, что увеличивает коэффициент нели-

нёйных искажений. С целью подавления четных гармоник каждое управляемое ярмо выполнено двухконтурным, причем последовательно-согласно соединенные катушки обмотки подмагничивания двух контуров

управляемого ярма включены между собой последовательно-встречно (фиг. 3).

Регулировочная часть витков 4 вторичной обмотки расположена между управляемыми ярмами 5, 6 и включена последова-

тельно с нерегулируемой частью витков 3 вторичной обмотки.

При такой конструкции трансформатора сечение управляемых ярм 5 и 6 равно половине сечения стержня, а сечение каждого контура 7, 8, 9 и 10 равно четверти сечения стержня.

Очевидно, что расстояние между первичной .обмоткой 2 и регулировочной частью витков 4 вторичной обмотки незначительное, так как определяется шириной навитой части контура ярма 5. Следовательно, индуктивное сопротивление короткого замыкания предлагаемого трансформатора, которое, как известно, прямо проаорционально расстоянию между первичной и регулировочной частью витков вторичной обмотки, небольшое. Поэтому внешние характеристики трансформатора, регулируемо го магнитной коммутацией, относительно жесткие. Первичная и вторичная обмотки предлагаемого трансформатора могут соединяться как в звезду, так и в треугольник. Пре имущественное соединение в звезду. Описываемый трансформатор с магнитной коммутацией может быть выполнен по автотрансформаторной схеме (фиг. 3). , При подключении первичной обмотки 2 к напряжению сети в магнитопроводе трансформатора создается переменный магнитный поток холостого хода, который практически равномерно распределяется по неподмагниченным управляемым ярмам 5 и 6. Когда ярма 5 и 6 не подмагничены, по каждому из них проходит магнитный поток, который равен половине потока в стержнях 1. В регулировочной части витков 4 вторичной обмотки наводится ЭДС, пропорциональная половине магнитного йотока в стержне X. Эта ЭДС складывается с ЭДС, наводимой в нерегулируемой части витков 3 вторимной обмотки. На выходе трансформатора будет заданное среднее значение напряжения. При насыщенном состоянии ярма 5 переменный магнитный поток из него вытесняется в ярмо 6. Потокосцепление регулировочной части витков 4 вторичной обмотки максимально. Наибольшее аиаче«ние ЭДС, наводимой в этой обмотке, скла дывается с ЭДС нерегулируемой части витков 3, при этом напряжение на выходе трансформатора будет максимальное. При насыщенном состоянии управляв- мого ярма 6, переменный магнитный поток вытесняется в ярмо 5. Потокосцепление витков 4 вторичной обмотки отсутствует. На выходе трансформатора напряжение будет минимальным и соответствует ЭДС, наводимой в нерегулируемой час ти витков 3 вторичной обмотки. Дифференциальным или раздельным нодмагничиванием ярм 5 и 6 обеспечивается плавное амплитудное регулировани напряженияна выходе трансформатора путем магнитной коммутации витков. Условия намагничивания двух контуров управляемого ярма отличаются только полярностью постоянной составляющей магнитного поля, при этом изменяется фаза четных гармоник на ISO. Оба контура управляемого ярма обтекаются переменным и встречно направленными постоянными потоками, а сумма мгновенных значений индукций не содержит четных гармонических составляющих. Поэтому ЭДС, наводимая в витках 4 вторичной обмотки, не содержит четных гармоник. Форма кривой напряжения такого трансформатора при амплитудном регулировании синусоидальна. Коэффициент нелиней-ных искажений незначительный и практически равен коэффициенту нелинейных искажений сети. Диапазон регулирования напряжения пропорционален количеству витков 4 вторичной обмотки. Чем больше витков 4 регулировочной части вторичной обмотки, тем шире диапазон плавного регулирования. Предлагаемая конструкция трансформатора позволяет значительно расширить диапазон регулирования напряжения, поскольку индуктивное сопротивление короткого замыкания такого трансформатора незначительное. Такая конструкция трансформатора с магнитной коммутацией позволяет при повышенном напряжении витка исключить нерегулируемую часть витков вторичной обмотки, а всю обмотку расположить между управляемыми ярмами и получить плавное глубокое регулирование от нуля до максимальной величины напряжения. В данной конструкции трансформатора объем стали среднего управляемого ярма 5 значительно меньше объема стали управляемого ярма 6, так как средняя длина ярма 5 меньше. Поэтому требуется меньше ампервитков для насыщения ярма по сравнению с прототипом, следовательно, уменьшается расход обмоточного провода. Компактность трансформатора позволяет значительно сократить расход материалов. Значительное расширение диапазона плавного регулирования напряжения и уменьшение индуктивного сопротивления короткого ;3амыкания трансформатора с магнитной коммутацией, снижение расхода активных материалов, а также более высокие энергетические показатели в совокупности дают весомый экономический эффект от изготовления и применения предложенного трансформатора с магнитной коммутацией в народном козяйство. 7 Формула изобретения 1. Регулировочный трехфазный трансформатор с магнитной коммутацией, со- держащий стержни, расположенные в про странсгве под углом 120 друг к другу силовые обмотки на каждом стержне и управляемые ярма, выполненные в виде замкнутого многоугольника, на которых расположены обмотки подмагничивания, Соединенные Последовательно-встречно, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода активных материалов, расширения диапазона плавного регулирования напряжения, ярма выполканы витыми, концентрично располож;енными: друг относительно друга, cтepж ни выполнены в виде шихтованной трехлучевой звезды, расположенной в одной плоскости, причем плоскость навивки ярм 3перпендикулярна шихтуемой стыковочной плоскости стержней. 2. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения коэффициента нелинейных искажений вторичного напряжения, управляемые ярма выполнены двухконтурными, каждый контур которых стыкован с взаимно противоположными плоскостями стержней, причем катушки обмоток подмагничивания расположены на двух контурах управляемого ярма. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторекое свидетельство СССР № 21470О, кл. В 23 С 9/ОО. 2.Авторское свидетельство СССР № 597013, кл. Н 01 F 29/14, ОЗЮ7.72.

5

Ф 141.1

000

iФиг.З