устройство для регулирования переменного напряжения

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее два трансформатора с О-образными сердечниками, на первых стержнях которых размещены первичные обмотки, а вторые стержни охвачены общей вторичной обмоткой, первичная обмотка первого трансформатора выполнена однослойной с контактной дорожкой для регулировочного вывода и соединена крайними выводами с входными выводами, а регулировочным выводом с одним из крайних выводов первичной обмотки второго трансформатора, отличающееся тем, что первичная обмотка первого трансформатора снабжена второй контактной дорожкой с вторым регулировочным выводом, который соединен с другим крайним выводом первичной обмотки второго трансформатора, причем регулировочные выводы выполнены с возможностью перемещения синхронно встречно от крайних выводов первичной обмотки первого трансформатора вдоль всей ее длины.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на вторых стержнях сердечников размещены вторые первичные обмотки, включенные параллельно согласно с первичными обмотками первых стержней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве плавнорегулируемого источника переменного напряжения, например, для проведения испытаний повышенным напряжением промышленной частоты основной изоляции электрооборудования распредустройств и силовых кабелей с рабочим напряжением 6-10 кВ.

Известно устройство для плавного регулирования переменного напряжения под нагрузкой (фиг. 1, а), применяемое, например, в серийных испытательных аппаратах АИИ-70М и содержащее два трансформатора, первый из которых, автотрансформатор, своими крайними выводами соединен с входными выводами для подключения питающей сети и снабжен регулировочным выводом с возможностью перемещения вдоль витков обмотки трансформатора, соединенным с одним из выводов первичной обмотки второго трансформатора, другой вывод первичной обмотки которого соединен с одним из крайних выводов первичной обмотки автотрансформатора, а вторичная обмотка второго трансформатора подключена непосредственно к выходным выводам устройства, предназначенным для подключения нагрузки.

Недостатками известного устройства являются значительные массогабаритные показатели, поскольку в такой схеме масса автотрансформатора может составлять до 50% массы всего устройства, а также необходимость дополнительных трудозатрат на сборку испытательной схемы в тех случаях, когда устройство составляется из двух отдельных блоков по принципу "автотрансформатор + трансформатор".

Наиболее близким техническим решением (прототип) к изобретению является устройство для регулирования переменного тока, содержащее (фиг. 1, б) два трансформатора 1 и 2, первичная обмотка одного из которых крайними выводами соединена с входными выводами устройства и с крайними выводами переключателя 3 и снабжена регулировочным выводом, соединенным с одним из выводов первичной обмотки другого трансформатора, второй вывод которой соединен со средним выводом переключателя 3, а также вторичную обмотку 4, к выводам которой подсоединяются выходные выводы устройства. Применение указанного устройства позволяет примерно на 25-30% уменьшить его вес по сравнению с аналогичными за счет совмещения регулировочного узла и повышающего трансформатора.

Недостатком прототипа является невозможность обеспечения плавного изменения выходного напряжения во всем диапазоне регулирования, причем в случае подъема выходного напряжения в диапазоне от 0 до 100% U_max (т. е. в случае равенства максимальных значений ЭДС обоих трансформаторов) значение напряжений, прикладываемых к испытуемому объекту скачкообразно достигает 50% от U_max, хотя в этом случае диапазон плавного регулирования выходного напряжения максимален и составляет также 50% . При любом другом соотношении максимальных значений ЭДС трансформаторов становится невозможным подъем выходного напряжения от 0, т. е. включение устройства в этом случае всегда будет приводить к скачкообразному появлению напряжения на выходе устройства, а дальнейший подъем выходного напряжения до U_max будет сопровождаться еще одним скачком в момент перевода переключателя в другое положение. Аналогичным образом будет осуществляться регулирование выходного напряжения при его снижении от максимума до нуля. Наличие в прототипе указанного недостатка приводит к тому, что применение данного устройства в целом ряде случаев становится невозможным, например при проведении испытаний повышенным напряжением промышленной частоты электрооборудования распредустройств, профилактических и межремонтных испытаний силовых кабелей, когда подъем или снижение испытательного напряжения, согласно действующим нормам должны осуществляться плавно со скоростью 1-2 кВ/с, так как при скачкообразном изменении напряжения может произойти пробой нормальной изоляции испытываемого оборудования.

Цель изобретения - обеспечение плавного изменения выходного напряжения во всем диапазоне регулирования при сохранении уменьшенной массы устройства.

Это достигается тем, что в устройстве для регулирования переменного напряжения, содержащем два трансформатора с О-образными сердечниками, на первых стержнях которых размещены первичные обмотки, однослойная первичная обмотка одного из трансформаторов, выполненная с регулировочным выводом, снабжена вторым регулировочным выводом и оба регулировочных вывода соединены с крайними выводами первичной обмотки другого трансформатора. Причем перемещение регулировочных выводов по контактным дорожкам выполнено синхронно-встречным от крайних выводов первичной обмотки первого трансформатора.

С целью облегчения работы изоляции (повышения электрической прочности основной изоляции) вторичная обмотка выполнена общей для двух трансформаторов и размещена на изоляционном цилиндре с изоляционными перегородками.

Существенные отличительные признаки изобретения - это применение в имеющей один регулировочный вывод первичной обмотке первого трансформатора дополнительного регулировочного вывода, перемещающегося по своей контактной дорожке, выполнение перемещения обоих регулировочных выводов синхронно-встречным и соединение элементов устройства описанным образом, а также использование в устройстве с целью повышения отдаваемой мощности, дополнительных первичных обмоток, которые размещены на вторых стержнях сердечников и включены параллельно-согласно с основными первичными обмотками трансформаторов. Сущность этих признаков определяется следующим.

Предлагаемое устройство снабжено вторым дополнительным регулировочным выводом, направление перемещения которого синхронно-противоположно направлению перемещения первого регулировочного вывода. Этим достигается плавность регулирования и реверсирование магнитного потока второго трансформатора. При одинаковых максимальных значениях ЭДС, наводимых во вторичной обмотке первым и вторым трансформаторами (что имеет место, например, при использовании одинаковых сердечников и равном числе витков первичных обмоток трансформаторов), это обеспечивает плавное без скачков регулирование выходного напряжения во всем диапазоне от 0 до U_max. Другими словами, наличие у однослойной первичной обмотки первого трансформатора дополнительного регулировочного вывода придает предлагаемому устройству дополнительную полезную функцию, позволяя расширить область его применения, поскольку в прототипе скачки напряжения в процессе регулирования неизбежны. Синхронность движения регулировочных выводов упрощает работу устройства, сводя к минимуму количество операций по регулированию напряжения. А предлагаемое соединение элементов устройства, обеспечивая их взаимное функционирование, даст совокупный эффект, позволяющий получить устройство с уменьшенными массогабаритными показателями и плавным регулированием выходного напряжения во всем диапазоне от 0 до U_max. Использование в предлагаемом устройстве дополнительных первичных обмоток, размещаемых на вторых стержнях сердечников и соединенных параллельно-согласно с основными первичными обмотками трансформаторов, дает возможность уменьшить потоки рассеяния обмоток и увеличить магнитную связь между первичными и вторичной обмотками - это приводит к тому, что доля мощности, отдаваемая устройством в нагрузку, существенно возрастает.

Принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 2. Устройство содержит два О-образных одинаковых сердечника 1 и 2, две первичные обмотки 3 и 4, размещенные на крайних стержнях сердечников 1 и 2 соответственно, и одну вторичную обмотку 5, охватывающую два других стержня сердечников. Первичная обмотка 3 имеет две (независимые) контактные дорожки с регулируемыми выводами 6 и 7, перемещаемыми встречно-синхронно из крайних положений этой обмотки.

Устройство работает следующим образом.

При подключении первичной питающей обмотки 3 к сети с напряжением U_l в сердечнике 1 устанавливается номинальный рабочий поток. Когда первый подвижный контакт 6 находится в начале обмотки и второй подвижный контакт 7 находится в конце обмотки (положение 0 на фиг. 2) на питаемую первичную обмотку 4 подается напряжение U_l , что соответствует номинальному рабочему потоку и в сердечнике 2. Однако при принятой полярности включения первичных обмоток рабочие потоки сердечников 1 и 2 будут направлены встречно, результирующий поток, пронизывающий вторичную обмотку 5, равен нулю и равно нулю выходное напряжение U_II. При перемещении подвижных контактов 6 и 7 в направлении центра обмотки 3 напряжение на первичной обмотке 4 и магнитный поток в сердечнике 2 уменьшаются. Рабочий магнитный поток сердечника 1 компенсируется не полностью и на выходе вторичной обмотки 5 появляется напряжение, которое взрастает одновременно с синхронным перемещением подвижных контактов. Если подвижные контакты находятся в центре обмотки 3, то обмотка 4 закорочена, вторичная обмотка 5 пронизывается только рабочим потоком сердечника 1 и напряжение на выходе вторичной обмотки 5 равно половине номинального. При смещении подвижных контактов за середину обмотки 3 ток в обмотке 4 изменяет направление и магнитные потоки в обоих сердечниках совпадают, в результате чего выходное напряжение увеличивается. Когда первый подвижный контакт 6 находится в конце обмотки 3, а второй подвижный контакт в начале этой обмотки (положение 1,0, фиг. 2) на обмотку 4 подается напряжение U_I, что соответствует номинальному рабочему потоку в сердечнике 2, совпадающему по направлению с номинальным рабочим потоком сердечника 1. Результирующий магнитный поток, пронизывающий вторичную обмотку 5, удваивается и на выходе устройства напряжение U_II равно расчетному максимальному.

Принципиальная электрическая схема устройства, отличающегося повышенной отдаваемой мощностью, приведена на фиг. 3.

Устройство содержит два О-образных одинаковых сердечника 1 и 2, первые (основные) первичные обмотки 3 и 4, размещенные на крайних стержнях сердечников 1 и 2, вторичную обмотку 5, регулировочные выводы 6 и 7, перемещающиеся по контактным дорожкам обмотки 3 и снабжено вторыми (дополнительными) первичными обмотками 8 и 9, размещаемыми на вторых стержнях сердечников 1 и 2 и включенными согласно-параллельно с основными первичными обмотками 3 и 4 соответственно.

Работа устройства осуществляется вышеописанным образом.

При этом использование в схеме устройства дополнительных первичных обмоток 8 и 9 способствует увеличению потокосцепления между первичными и вторичными обмотками, что уменьшает внутреннее сопротивление трансформаторов и обеспечивает увеличение мощности, отдаваемой устройством в нагрузку.

Таким образом, предлагаемое устройство для регулирования переменного напряжения позволяет осуществлять плавное, без толчков изменение выходного напряжения во всем диапазоне регулирования от 0 до U_max, сохраняя при этом уменьшенные массогабаритные показатели. Кроме того, применение дополнительных первичных обмоток дает возможность изменять внутреннее сопротивление трансформаторов и соответственно выходную мощность устройства. Все это позволяет существенно расширить область применения устройства, простота и надежность которого обеспечивают максимальное удобство в эксплуатации.