Регулировочный трансформатор (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК H01F29/14 

Изобретение относится к электрот нике, в частности к промышленности, выпускающей регуляторы и регуляторы стабилизаторы напряжения и тока, и может быть использовано в различных областях техники, например в химической, радиотехнической, металлург ческой промышленности, в исследовательских и испытательных лабораториях, в сварочной технике и других областях народного хозяйства, где требуется плавное бесконтактное регулирование напряжения и его стабилизация. Известен регулировочный трансформатор, содержащий стержни, расположенные под углом относительно друг друга, обмотки на каждом стержне .,, расщепленные управляемые ярма, выполненные в виде замкнутого многоугольника, катушки обмоток управления, расположенные на каждой расщепленной части и соединенные последовательно-встречно для постоянного магнитного поля, создаваемого этими катушками в расщепленных частях 1. Коэффициент нелинейных искажений такого трансформатора не превышает 2,5-3. Недостатком такого трансформатора является то, что он имеет повышенный расход активных материалов, обладает значительным индуктивным сопротивлением короткого замыкания, что,в свою очередь, уменьшает диапазон регулирования напряжения, а кроме того, на базе такого трансформатора невозможно выполнить однофазный регулировочный трансформатор с приемлемыми технико-экономическими показателями. Наиболее близок к предложенному регулировочный однофазный трансформатор, содержащий стержни с силовыми первичной и вторичной обмотками, катушки подмагничивания и магнитные шунты, выполненные в виде многоугольника и концентрично расположенные друг относительно друга 2. Недостатком его являются низкие энергетиче(.кие характеристики. Цель изобретения - повышение энергетических показателей однофазного регулировочного трансформатора Поставленная цель достигается тем, что стержни магнитной системы трансформатора выполнены в виде четырехлучевой звезды, магнитные шунты выполнены витыми двухконтурными и служат ярмами, первичная обмотка разделена на две встречно соединенные части, расположенные на двух стержнях магнитной системы, а вторичная обмотка разделена на нере гулируемую и регулируемую катушки, причем плоскость навивки ярем перпен дикулярна стыковочной плоскости стер ней, каждый контур ярма установлен на взаимно-противоположных плоскостя стержней, катушки подмагничивания расположены на двух контурах ярм по обе стороны от стержней, нерегулировомные катушки вторичной обмотки рас положены на одном стержне с первичной обмоткой, а регулировочные катушки - на двух других стержнях межд двумя контурами ярм. С целью уменьшения индуктивного сопротивления трансформатора регулировочная часть вторичной обмотки сна жена двумя дополнительными катушками, расположенными между управляемыми ярмами на стержнях. С целью уменьшения коэффициента нелинейных искажений вторичного напряжения и потребляемого тока катушки намагничивания, расположенные на двух контурах управляемых ярм, соединены последовательно-согласно. С целью упрощения конструкции маг нитная система трансформатора выполнена на одном стержне, магнитные шун ты выполнены витыми и служат ярмами каждое ярмо выполнено двухконтурным вторичная обмотка разделена на нерегулируемую и регулируемую катушки, причем плоскость навивки ярм перпендикулярна стыковочной плоскости стер ня, каждый контур ярма установлен на взаимно противоположных плоскостях стержней, катушки подмагничивания расположены на двух контурах ярм нерегулировочная катушка вторичной обмотки расположена совместно с первичной, а регулировочные катушки расположены между двумя контурами ярм. На фиг. 1 приведена конструктивная схема трансформатора, разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 2 - то же, вид сверху. На фиг. 3 - конструкция трансформатора с пониженным индуктивным сопротивлением, вид сверху; на фиг. - конструкция трансформатора, магнитная система которого выполнена на одном стержне. Магнитная система трансформатора содержит выполненные в виде четырехлучевой звезды четыре стержня 1, расположенные в одной плоскости под углом 90 относительно друг друга. На двух стержнях вдоль оси 2-2 расположены две части Зи 3 первичной обмотки, две части Ци нерегулировочных витков вторичной обмотки. На Стержнях вдоль оси 5-5 распо.ложены две части 6 и б регулировочных витков вторичной обмотки. Два управляемых ярма 7 и 8 выполнены в виде витого многоугольника или круга. Наиболее целесообразно управляемые ярма выполнять в виде витого четырехугольника. Каждое управляемое ярмо состоит из двух контуров 7и 7, 8. На контурах 7 и 7 управляемого ярма 7 расположено по четыре катушки 9 обмотки подмагничивания с одинаковым количеством витков, а на контурах 8 и В управляемого ярма 8 расположено по четыре катушки 10 обмотки подмагничивания. Каждый контур управляемого ярма стыкован с взаимно противоположными плоскостями стержней. Плоскость навивки ярм перпендикулярна шихтуемой стыкованной плоскости стержней. Во избежание перекрытия пластин ярм и стержней в местах стыковки закладываются тонкие изоляционные прокладки (не обозначены). Части Зи 3 первичной обмотки могут соединяться последовательно или параллельно, при этом соединение частей 3и З первичной обмотки должно обеспечивать потоки холостого хода в стержнях 1, направленные встречно, при этом в одной половине по длине средней линии управляемых ярм 7 и 8 переменное поле направлено в одну сторону, в другой половине - в другую. В катушках обмоток подмагничивания, расположенных на ярмах, выполненных в виде многоугольника и стыкованных с симметрично расположенными стержнями, результирующая 9ДС основной гармоники от переменного магнит ного потока равна нулю. При подмагничивании постоянным током одного из ярм, выполненного в виде замкнутого многоугольника, на выходе трансформатора появляются четные гармонические составляющие, что увеличивает коэффициент нелиней ных искажений. С целью подавления четных гармоник катушки обмотки подмагничивания двух контуров управляемого ярма вкл чены между собой последовательно-со гласно, при этом постоянное поле в обоих контурах управляемых ярм направлено в одну сторону. Регулировочная часть витков б и 6 вторичной обмотки расположена ме ду управляемыми ярмами 7 и 8, при этом часть витков 6 соединена после довательно-согласно с частью витков нерегулировочных витков вторичной обмотки. При такой конструкции трансформа тора сечение управляемых ярм 7 и 8 равно половине сечения стержня, а сечение каждого контура 7и 7,, 8и 8 равно четверти сечения стержня. Расстояние между двумя частями Зи 3 первичной обмотки и двумя частями 6 регулировочной части вторичной обмотки несколько больше чем в известном трансформаторе, однако расщепление обмоток на две части позволяет получить относительно неболь шое индуктивное сопротивление короткого замыкания и довольно жесткие внешние характеристики. Предложенный трансформатор может быть выполнен по автотрансформаторной, схеме. В специальных случаях, когда требуется получить весьма жесткие внешние характеристики, целесообразно применение трансформатора с пониженным индуктивным сопротивлением. Такой трансформатор (см. фиг. 3) содержит четыре стержня 1, выполненны в виде четырехлучевой звезды. Стержни 1 расположены в одной плоскости под углом 90° друг относительно друга. На стержнях 1 вдоль оси 2-2 расположены две катушки первичной обмотки 3 и 3. Две катушки нерегулируемой части витков вторичной обмотки V и t расположены на стержнях по оси 5-5Регулировочная часть витков вторичной обмотки расщеплена на четыре части 6, 6, 6, . Каждая часть расположена на стержне между внутренним 7 и наружным 8 управляемыми ярмами, выполненными в виде витых многоугольников. Ярма 7 и 8 состоят из двух контуров 7, 7и 8. Индуктивное сопротивление короткого замыкания такого трансформатора в связи с тем, что регулировочная часть витков вторичной обмотки расщеплена на четыре части, составляет малую величину, поэтому внешние характеристики такого трансформатора будут весьма жесткими. Матнитная система трансформатора (см. фиг. 4 ) содержит один стержень 1 с расположенными на нем первичной обмоткой 3, нерегулировочной частью 4 вторичной обмОтки и двумя регулировочными частями 6и б вторичной обмотки, расположенными между управляемымм ярмами 7 и 8. Управляемые ярма 7 и 8 выполнены двухконтурными. При этом управляемое ярмо 7 содержит контуры 7и 7, а ярмо 8 - контуры 8и 8 . На каждом контуре управляемых ярм расположены по две катушки обмоток подмагничивания 9 и 10. Трансформатор работает следующим образом. При подключении первичной обмотки 3 к напряжению сети в магнитной системе трансформатора создается переменный магнитный поток холостого хода, который практически равномерно распределяется по неподмагниченным управляемым ярмам 7 и 8. Когда ярма 7 и 8 не подмагничены, по каждому из них проходит магнитный поток, который равен половине потока в стержне 1 . В регулировочной части витков 6 вторичной обмотки наводится ЭДС, пропорциональная половине магнитного потока в стержне 1. Эта ЭДС складывается с ЗДС, наводимой в нерегулировочной части k витков вторичной обмотки. На выходе трансформатора заданное среднее значение напряжения. При насыщенном состоянии ярма 7 переменный магнитный поток из него вытесняется в ярмо 8. Потокосцепление регулировочной части витков 6 вторичной обмотки максимально. Наибольшее значение ЭДС, наводимой в этой обмотке, складывается с ЭДС нерегулировочной части витков 4, при этом напряжение на выходе трансформатора максимальное. 7 При насыщенном состоянии управля емого ярма 8 переменный магнитный поток вытесняется в ярмо 7. Потокосцепление витков 8 вторичной обмотки отсутствует. На выходе трансформатора напряжение минимальное и соответствует ЭДС, наводимой в нерегу лировочной части витков вторичной обмотки. Дифференциальным или раздельным подмагничиванием ярм 7 и 8 обеспечивается плавное амплитудное регули рование напряжения на выходе трансформатора путем магнитной коммутаци витков. При работе трансформатора с магнитной коммутацией под нагрузкой в связи с наличием разнесенной части витков вторичной обмотки его индуктивное сопротивление короткого замыкания увеличивается, что приводит к значительному наклону внешней характеристики UQ fCJ.) . Это весьма заметно при насыщенно внутреннем ярме 7, когда в регулировочной части витков 6 наводится ЭДС. Вследствие повышенного индуктивного сопротивления диапазон плавного регулирования напряжения уменьшается. Известно, что индуктивное сопротивление короткого замыкания пропор ционально квадрату разнесенной части витков вторичной обмотки Х|с3 .Так,. например, если количество регулировочных витков состав ляет , то Хц , При расщеплении регулировочных витков на две части и размещении их на про тивоположных стержнях индуктивное сопротивление пропорционально сумме квадратов двух частей витков XKa-0, 0,5W, и при Wp 40, «ОО 800, т.е. индуктив ное сопротивление уменьшается практически наполовину. При расщеплении на четыре части Xj i -iOO. Важной особенностью предложенног трансформатора является то, что при насыщении ярм постоянным током стер ни не насыщаются и форма кривой индукции в стержнях не искажается. Снижение расхода активных матери алов, более высокие энергетические показатели позволяют получить весоный экономический эффект от изготов 3 ления и применения предложенного трансформатора в народном хозяйстве. Только за счет повышения КПД трансформатора предложенной конструкции эффект экономии потребителя составит более 300 руб. в год на одну штуку. Кроме того, за счет уменьшения активных материалов экономический эффект на заводе-изготовителе составит.до 150 руб. на штуку. Формула изобретения 1. Регулировочный трансформатор, содержащий стержни с силовыми первичной и вторичной обмотками, катушки подмагничивания и магнитные шунты, выполненные в виде многоугольника и концентрично расположенные друг относительно друга, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей регулировочного трансформатора, стержни магнитной системы трансформатора выполнены в виде четырехлучевой звезды, магнитные шунты выполнены витыми двухконтурными и служат ярмами, первичная обмотка разделена на две встречно соединенные части, расположенные на двух стержнях магнитной системы, а вторичная обмотка разделена на нерегулируемую и регулируемую катушки, причем плоскость навивки ярм перпендикулярна стыковочной плоскости стержней, каждый контур ярма установлен на взаимно противополсэжных плоскостях стержней, катушки подмагничивания расположены на двух контурах ярм по обе стороны от стержней, нерегулировочные катушки вторичной обмотки расположены на одном стержне с первичной обмоткой, а регулировочные катушки расположены на двух других стержнях, между двумя контурами ярм. 2. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что регулировочная часть вторичной обмотки снабжена двумя дополнительными катушками, расположенными между управляемыми ярмами на стержнях. 3. Трансформатор по пп 1 и 2, отличающий ся тем, что, с целью уменьшения коэффициента нелинейных искажений вторичного напряжения и потребляемого тока, катушки подмагничивания, расположенные на

993

двух контурах управляемых ярм, соединены последовательно-согласно.

4. Регулировочный трансформатор, содержащий стержни, на которых расположены силовые первичная и вторичная обмотки, катушки подмагничивания и магнитные шунты, выполненные в виде многоугольников и концентрично расположенные друг относительно друга, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции регулировочного трансформатора, магнитная система трансформатора выполнена на одном стержне, магнитные шунты выполнены витыми и служат ярмами, каждое ярмо выполнено двухконтурным, вторичная обмотка разделена на нерегулируемую

( шя

10

и регулируемую кату|ики, прич-ч ппоскость навивки ярм перпендикулярна стыковочной плоскости стержня, каждый контур ярма установлен на взаимно противоположных плоскостях стержней, катушки подмагничивания расположены на двух контурах ярм, нерегулировочная катушка вторичной обмотки расположена совместно с первичной, а регулировочные катушки расположены между двумя контурами ярм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 597013, М кл Н 01 F 29/1, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР

N i 938l6, М. кл. Н 01 F 29/1, 1971.

А-/4

Pu2.i