Регулируемый трансформатор с вращающимся магнитным полем

Изобретение относится к электротехнике, а в частности к трансформаторам с подмагничиванием. Технический результат состоит в повышении надежности работы контура стабилизации выходного напряжения. Устройство содержит первичное ярмо - внешний шихтованный полый цилиндр с трапецеидальными пазами на внутренней поверхности для многофазной первичной обмотки, вторичное ярмо - внутренний шихтованный цилиндр с трапецеидальными пазами на внешней поверхности для вторичной многофазной обмотки, магнитный шунт - промежуточный полый цилиндр с трапецеидальными пазами на внешней и внутренней поверхностях для трех обмоток подмагничивания. Первичные обмотки трансформаторов тока включены соответственно в фазу А, В, С нагрузки. Выпрямители питаются от вторичных обмоток трансформаторов тока и обеспечивают питанием соответствующие обмотки подмагничивания. Регулировочные реостаты предназначены для выставки выходного напряжения. Магнитная проводимость шунта регулируется изменением тока в его обмотках подмагничивания. Регулирование величины тока подмагничивания осуществляется автоматическим регулятором, состоящим из трансформаторов тока и выпрямителей и изменяющим напряжения питания обмоток подмагничивания пропорционально изменению тока нагрузки. Изменяя ток в обмотках подмагничивания, можно изменять величину магнитного потока, сцепленного с витками вторичной обмотки, расположенной на вторичном, а значит, и величину выходного напряжения. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а в частности к трансформаторам с подмагничиванием.

Известно устройство [1], содержащее составной цилиндрический шихтованный магнитопровод, имеющий внешнюю и внутреннюю части с пазами для многофазных первичной и вторичной обмоток переменного тока, а также магнитный шунт, выполненный в виде полого цилиндра с пазами для обмотки подмагничивания, отличающийся тем, что он снабжен трансформаторами тока, первичные обмотки которых включены в каждую фазу его нагрузки, а вторичные обмотки питают мостовые выпрямители, выводы которых соединены между собой последовательно, обеспечивая суммирование их выходных напряжений, являющееся напряжением питания обмотки подмагничивания, а регулировочный реостат обеспечивает необходимый уровень регулировочного напряжения.

Недостатком устройства является:

- ухудшение качества электроэнергии при любой неисправности в контуре регулирования выходного напряжения, что проявляется в снижении выходного напряжения по мере увеличения тока нагрузки.

Задачей изобретения является:

- повышение надежности работы контура стабилизации выходного напряжения.

Задача решается введением трансформатора тока с мостовым выпрямителем в каждую из трех фаз нагрузочной цепи регулируемого трансформатора. Выходы мостовых выпрямителей обеспечивают напряжениями питания соответствующие обмотки подмагничивания шунта.

Технический результат выражается в том, что:

- вводимые в известное устройство [1] дополнительные обмотки подмагничивания питаются каждая от своего выпрямителя. Следовательно, при выходе из строя одного (двух) контуров регулирования два (один) оставшиеся нормально работают, обеспечивая стабилизацию напряжения на выходе устройства. Как показывают результаты экспериментальных исследований, в случае отказа контура регулирования в известном устройстве при увеличении тока нагрузки от 0 до номинального значения выходное напряжение снижается на 53,3%. В предлагаемом устройстве при отказе одного контура регулирования выходное напряжение снижается на 17,3%, двух - на 34,6%. И только при полном отказе всех трех контуров, вероятность чего очень низка, происходит снижение выходного напряжения на 53,3%.

На фиг.1 представлен поперечный разрез трансформатора с вращающимся магнитным полем (ТВМП).

Электрическая схема включения элементов предлагаемого устройства приведена на фиг.2.

Конструкция ТВМП содержит (см. фиг.1):

- первичное ярмо 1 - внешний шихтованный полый цилиндр с трапецеидальными пазами на внутренней цилиндрической поверхности для многофазной первичной обмотки переменного тока 2;

- вторичное ярмо 3 - внутренний шихтованный цилиндр с трапецеидальными пазами на внешней цилиндрической поверхности для вторичной многофазной обмотки переменного тока 4;

- магнитный шунт 5 - промежуточный полый цилиндр с трапецеидальными пазами на внешней и внутренней цилиндрических поверхностях для тороидальных обмоток подмагничивания 6, 7, 8.

На электрической схеме (см. фиг.2) приняты следующие обозначения:

- 9, 10, 11 - трансформаторы тока, первичные обмотки которых включены соответственно в фазу А, В, С нагрузки ТВМП;

- 12, 13, 14 - мостовые выпрямители, получающие питание от вторичных обмоток соответствующих трансформаторов тока 9, 10, 11 и обеспечивающие напряжением питания соответствующие обмотки подмагничивания 6, 7, 8;

- 15, 16, 17 - регулировочные реостаты для изменения тока в цепи питания обмоток подмагничивания 6, 7, 8.

Электрическая схема предлагаемого устройства (см. фиг.2) обеспечивает компаундную (пропорциональную току нагрузки) стабилизацию напряжения на выходе ТВМП. Требуемая для стабилизации величина выходного напряжения выставляется с помощью регулировочных резисторов 15, 16, 17.

Работает предлагаемое устройство следующим образом (см. фиг.1, 2): при подключении питания Uвх к первичной обмотке переменного тока 2 по последней протекает ток, создающий вращающийся магнитный поток Фя1. Этот магнитный поток, пройдя по первичному ярму 1, делится на две составляющие Фя2 и Фш. Составляющая Фш является потоком рассеяния и замыкается через магнитный шунт 5, а составляющая Фя2, являясь основным рабочим потоком, замыкается через вторичное ярмо 3, и, пересекая витки вторичной обмотки переменного тока 4, наводит в ней электродвижущую силу, пропорциональную величине потока Фя2.

Взаимосвязь составляющих первичного магнитного потока определяется выражением:

откуда следует, что

Из выражения (2) следует, что, изменяя величину Фш, можно изменять величину Фя2, а следовательно, и величину напряжения Uвых на выходе устройства. Само же значение Фш зависит от магнитного сопротивления шунта, которое, в свою очередь, определяется величиной токов, протекающих по обмоткам подмагничивания 6, 7, 8. Регулирование величины тока в обмотках подмагничивания 6, 7, 8 обеспечивается автоматическими регуляторами, состоящими из трансформаторов тока 9, 10, 11 и выпрямителей 12, 13, 14 соответственно. Реостаты 15, 16, 17 служат для выставки величины выходного напряжения, подлежащего стабилизации.

Итак, при увеличении тока нагрузки в выходных обмотках трансформаторов тока 9, 10, 11 пропорционально увеличивается переменное напряжение. Увеличиваются и выпрямленные в выпрямителях 12, 13, 14 напряжения постоянного тока, являющиеся напряжениями питания соответствующих обмоток подмагничивания шунта 6, 7, 8. Причем и эти напряжения увеличиваются пропорционально увеличению тока нагрузки. Следовательно, ток подмагничивания шунта также увеличится пропорционально току нагрузки. Увеличение тока подмагничивания вызовет соответствующий рост магнитного сопротивления шунта. В результате величина магнитного потока Фш, замыкающегося по магнитному шунту 5, снижается. При этом в соответствии с выражением (2) происходит увеличение магнитного потока Фя2, замыкающегося по вторичному ярму 3 ТВМП и, следовательно, напряжение Uвых на его выходной обмотке 4 остается равно исходному. При уменьшении тока в обмотках подмагничивания 6, 7, 8 все процессы протекают в обратном порядке.

ЛИТЕРАТУРА

1. «Регулируемый трансформатор с вращающимся магнитным полем». Патент на изобретение №2222066 по заявке №2001117970 с приоритетом от 27 июня 2001 г. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений РФ 20 января 2004 г. Мишин С.В., Старчуков Е.М., Подлужный Т.С.

Регулируемый трансформатор с вращающимся магнитным полем, содержащий составной цилиндрический шихтованный магнитопровод, имеющий внешнюю и внутреннюю части с пазами для многофазных первичной и вторичной обмоток переменного тока, а также магнитный шунт, выполненный в виде полого цилиндра с пазами для обмотки подмагничивания, отличающийся тем, что он снабжен трансформаторами тока, первичные обмотки которых включены в каждую фазу его нагрузки, вторичные обмотки питают три мостовых выпрямителя, выводы которых обеспечивают напряжением питания три соответствующие обмотки подмагничивания, а регулировочные реостаты обеспечивают необходимый уровень регулировочного напряжения.