Регулировочный трансформатор с магнитной коммутацией Советский патент 1982 года по МПК H01F29/14 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, выпускающей регуляторы и регуляторы-стабили заторы 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 регулиоование напряжения и его стабилизация Известен трехфазный симметричный регулировочный трансформатор, содерж щий стержни магнитной системы, распо ложенные под углом 120 друг относительно друга, обмотки на каждом стер не, управляемые ярма с обмотками под магничивания и направляемые ярма, выполненные в виде многоугольника, замыкающиеся вне стержней. При этом первичная обмотка расположена между неуправляемым (нижним) и управляемым (средним) ярмом, а регулировочная вторичная обмотка расположена между управляемыми ( средним и верхним) ярмами 1. Такой трансформатор обладает хорошими регулировочными возможностями. Его конструкция исключает нечетные гармоники. Однако из-за 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 . Наиболее близок к предложенному регулировочный трехфазный трансформатор с магнитной коммутацией, содержащий стержни магнитной системы, расположенные в пространстве под углом 120 друг к другу, силовые обмотки 39 на каждом стержне, расщепленные управляе.мые м неуправляемые ярма, выполненные в виде замкнутого многоугольника, на управл емых ярмах расположены обмотки пбдмагничивания, соединенные последовательно-согласно на каждой расщепленной части и после довательно-встречно между собой 2. Коэффициент нелинейных искажений вторичного напряжения такого трансформатора не превышает 2,5-3, однако он имеет повышенный расход активных материалов, обладает .значительным индуктивным сопротивлением короткого замыкания, что в свою очеред уменьшает диапазон плавного регулиро вания напряжения. Так как регулировочная часть вторичной обмотки имеет значительное удаление от первичной, то неизбежно такой трансформатор имеет большое значение напряжения короткого замыкания. Реэультатом чего являются весьма мягкие внешние характеристики трансформатора. Для увеличения диапазона плавного регулирования необходимо увеличивать число витков регулировочной части вторичной обмотки, что влечет за собой увеличение обмоток управления, увеличение размеров магнитной системы. Изготовление трансформатора с пол ным диапазоном плавного регулирования по причинам, изложенным выше, экономически нецелесообразно. Цель изобретения - уменьшение рас хода активных материалов, расширение диапазона плавного регулирования напряжения. Поставленная цель достигается тем что неуправляемое ярмо расположено между управляемыми ярмами, а первичная обмотка расщеплена Ца две последовательно-встречно соединенные части, расположенные по обе стороны от неуправляемого ярма, и вторичная обмотка размещена на одной из частей первичной обмотки. На фиг. 1 приведена конструктивная схема регулировочного трансформатора с магнитной коммутацией, на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг.З один из вариайтов электрической схемы регулировочного трансформатора с магнитной коммутацией; на фиг. -. то же, но трансформатор выполнен по автотрансформаторной схеме. Магнитная система трансформатора содержит стержни 1, расположенные под углом 120 друг относительно друга, продольные оси которых параллельны. На каждом стержне 1 расположена первичная .обмотка 2 с двумя расщепленными частями 2 и 2 и вторичная обмотка З.Два управляемых ярма t и 5 выполненны в виде многоугольника. Каждое управляемое ярмо расщеплено на две части и 4 5и 5. Неуправляемое ярмо 6 расположено между управляемыми ярмами А и 5. На контурах и управляемого ярма расположено по три с одинаковым числом витков катушки 7 обмотки подмагничивания, а на контурах 5 и 5 управляемого ярма 5 - по три катушки 8 обмотки подмагничивания. Стержни 1 состыкованы с ярмами , 5 и 6 по трем плоскостям, расположенным под углом 120°. Во избежание перекрытия пластин ярм и стержней в местах стыковки устанавливаются тонкие изоляционные прокладки (не обозначены). В обмотках подмагничивания, состоящих из катушек 7 и 8 и расположенных на управляемых ярмах и 5, выполненных в виде многоугольника и стыкованных с симметрично расположенными стержнями 1, результирующая ЭДС основной гармоники от переменного магнитного потока равна нулю. В трансформаторе с симметричной магнитной системой компенсируются гармонические составляющие кратные трем. Четные гармонические составляющие компенсируются конструктивным выполнением управляемых ярм и соединением обмоток подмагничивания, т.е. управляемые ярма выполнены расщепленными на две части, а катушки одного контура управляемого ярма, соединенные согласно-последовательно, соединены с катушками второго контура последовательно-встречно (фиг. 3). Одна часть 2 первичной обмотки 2 расположена в нижнем окне, образован- ,. ном нижним управляемым ярмом 5 и неуправляемым ярмом 6. Вторая часть 2 первичной обмотки 2 расположена в верхнем окне, образованном неуправляемым средним ярмом 6 и верхним управляемым k. В верхнем же окне расположена и вторичная обмотка 3.

Очевидно, что расстояние между первичной обмоткой 2 и вторичной обмоткой 3 при концентричном их расположении является наименьшим из всех случаев расположения вторичных обмоток относительно первичных.

Следовательно, индуктивное сопротивление короткого замыкания предлаг емого трансформатора, которое прямо пропорционально расстоянию между первичной и вторичной обмотками, небольшое, поэтому внешние характеристики предложенного трансформатора весьма жестки (в пределах диапазона нагрузок не выше номинальной). Первичная и вторичная обмотки предложенного трансформатора могут соединяться как в звезду, так и в треугол ник.

трансформатор работает следующим образом.

При подключении первичной обмотки

2к напряжению сети в магнитопроводе трансформатора создается переменный магнитный поток холостого хода, который практически равномерно распределяется по неподмагниченным управляемым ярмам Ц и S- При этом магнитный поток в стержнях верхнего окна направлен встречно потоку в стержнях нижнего окна, так как части 2и 2 первичной обмотки 2 соединены между собой последовательно-встречно.

Когда управляемые ярма t и 3 не подмагничены, по каждому из них проходит магнитный поток, равный половине ПОЛНОГО потока в стержнях 1, так к каждой части 2 и 2 первичной обмотки 2 приложена половина напряжения сети. Во вторичной обмотке

3наводится ЭДС, пропорциональная половине магнитного потока в стержнях 1. На выходе трансформатора будет заданное среднее значение напря-жения.

При насыщенном состоянии ярма 5 переменный магнитный поток из него вытесняется в ярмо . Потокосцеплени вторичной обмотки 3 из-за того, что все первичное напряжение приложено к части 2 первичной обмотки 2, максимальное . Напряжение на выходе трансформатора максимальное:

При насыщенном состоянии управляемого ярма k переменный магнитный поток вытесняется в ярмо 5. Потокосцепление вторичной обмотки 3 отсутствует, так как все первичное напряжение в этом случае приложено к

части 2 первичной обмотки 2. На выходе трансформатора напряжение минимальное.

Дифференциальным или раздельным подмагничиванием ярм j и 5 обеспечивается плавное амплитудное регулирование напряжения на выходе трансформатора путем магнитной коммутации витков.

Условия намагничивания каждой расщепленной части управляемого ярма отличаются только полярностью постоянной составляющей магнитного,поля, при этом изменяется фаза четных гармоник на 180. Обе части расщепленного ярма обтекаются переменным и встречно-направленными постоянными магнитными потоками, а сумма мгновенных значений индукций не содержит четных гармонических составляющих. Поэтому ЭДС наводимая во вторичной обмотке 3, не содержит чатных гармоник.

Форма кривой вторичного напряжения такого трансформатора при амплитудном регулировании синусоидальна. Коэффициент нелинейных искажений назначительный и практически равен коэффициенту нелинейных искажений сети. Диапазон регулирования напряжения пропорционален числу витков вторичной обмотки 3.

Предложенный трансформатор позволяет получить полный диапазон регулирования напряжения, поскольку индук-i тивное сопротивление короткого замыкания такого трансформатора очень мало.

Предложенное устройство может быть выполнено по автотрансформаторной схеме (фиг. k),

В данном случае вторичной обмоткой 3 является часть первичной обмотки 2 .

При максимальном токе подмагничивания, проходящем через катушки 8 обмотки управления, поток холостого хода вытесняется в окно, образуемое средним 6 и верхним 4 ярмами. Вторич-, ное напряжение равно 0.

При максимальном токе подмагничивания, проходящем через катушки 7 обмотки управления, поток холостого хода вытесняется в нижнее окно, образуемое средним 6 и нижним 5 ярмами. Потокосцепление вторичной 3 (2) обмотки максимальное, вторичное напряжение максимальное. 7- 93 Значителбное расширение диапазона плавного регулирования напряжения, уменьшение напряжения короткого замы кания и снижение расхода активных ма териалов, а также повышение энергетических показателей позволяют получить весомый экономический эффект от изготовления и применения предложенного трансформатора с магнитной коммутацией в народном хозяйстве. Формула изобретения Регулировочный трансформатор с магнитной коммутацией, содержащий стержни магнитной системы, расположенные в пространстве под углом 120 друг к другу, силовые обмотки на каждом стержне, расщепленные управляемые и неуправляемые ярма, выполненные в виде замкнутого многоугольника, на управляемых ярмах расположены обмотки подмагничивания, соединенные последовательно-согласно на каждой расщепленной части и последовательно-встречно между собой, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода активных материалов, расширения диапазона плавного регулирования напряжения, неуправляемое ярмо расположено между управляемыми ярмами, первичная обмотка выполнена расщепленной на две последовательно-встречно соединенные части, расположенные по обе стороны от неуправляемого ярма, вторичная обмотка распсаюжена на одной из частей первичной обмотки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 01 F ,6.03.67. 2.Авторское свидетельство СССР № 597013, кл. Н 01 F 29/Н, 3.07-72.