электроиндукционное устройство

Формула изобретения

Электроиндукционное устройство, содержащее магнитную систему с двумя ярмами, двумя боковыми и двумя средними стержнями, на средних стержнях расположены секции обмотки, к средним точкам которой подключен управляющий преобразователь, обеспечивающий возникновение в средних стержнях замыкающихся через боковые стержни одинаковых по величине и направлению переменных магнитных потоков и управляемых по величине разнонаправленных постоянных магнитных потоков, отличающееся тем, что сумма поперечных сечений средних стержней в 2-3 раза меньше суммы поперечных сечений ярем и боковых стержней, а высота стержней с точностью до 5% равна произведению эффективного сечения секции обмотки на отношение магнитной постоянной к номинальной магнитной проводимости устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых в электрической сети для компенсации реактивной мощности или емкостного тока замыкания на землю.

Известно электроиндукционное устройство [1], содержащее магнитную систему, выполненную из двух сердечников с ярмами и стержнями. Для обеспечения синусоидальности потребляемого тока в номинальном режиме и, как следствие, уменьшения искажений во всем диапазоне регулирования стержни, на которых размещена секционированная обмотка, снабжены участками уменьшенного сечения. Недостатком [1] является увеличенное по отношению к уменьшенным участкам сечение стержней и ярем сердечников, приводящее к увеличению расхода материалов и потерь в устройстве.

Частично недостатки [1] устранены в известном электроиндукционном устройстве [2] , являющемся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению. В отличие от аналога [1] магнитная система устройства-прототипа выполнена в виде единой конструкции, состоящей из двух ярем и четырех стержней - двух средних и двух боковых. Два средних стержня выполнены с участками уменьшенного сечения и на них расположены секции совмещенной обмотки переменно-постоянного тока. Исполнение магнитной системы в виде единой конструкции позволило разделить переменный и постоянный магнитные потоки и сократить пути их замыкания, что обеспечило уменьшение расхода материалов на ярма и потерь в них. Однако, как и в аналоге [1], стержни, на которых расположены секции обмотки, выполнены с участками уменьшенного сечения. В результате увеличенное по отношению к этим участкам сечение стержней приводит к повышенному расходу материалов как на сами стержни, так и на обмотку, которая на них расположена.

Целью изобретения является уменьшение расхода материалов и потерь за счет изменения конструкции и введения новых связей (соотношений) между ее элементами.

Поставленная цель достигается тем, что в электроиндукционном устройстве, содержащем магнитную систему с двумя ярмами, двумя средними и двумя боковыми стержнями, средние стержни, на которых расположены секции обмотки, выполнены сплошными, причем сумма их поперечного сечения от двух до трех раз меньше суммы сечения ярем и боковых стержней, а высота стержней с точностью до 5% равна произведению эффективного сечения обмотки на отношение магнитной постоянной к номинальной магнитной проводимости устройства.

Новым в предлагаемом изобретении является измененная конструкция и новые связи между элементами. Средние стержни выполнены сплошными, их поперечное сечение соотносится определенным образом с суммой сечений ярем и боковых стержней, а высота - с эффективным сечением обмотки и номинальной магнитной проводимостью устройства.

Устройство поясняется чертежами. На фиг.1 показана конструкция магнитной системы, порядок размещения секций обмотки и схема их электрических соединений с указанием характерных геометрических размеров. Магнитная система содержит два средних стержня 1, два боковых стержня 2 и два ярма 3. На средних стержнях 1 расположены секции обмотки переменно-постоянного тока 4. К средним точкам и ответвлениям обмотки 4 подключен управляющий преобразователь 5. На фиг.2. приведены осциллограммы потребляемого из сети электрического тока устройства 6 напряжения электрической сети 7, напряжения управляющего преобразователя 8 и магнитных потоков в средних стержнях магнитной системы 9, 10.

Электороиндукционное устройство, выполненное в соответствии с формулой предлагаемого изобретения, работает следующим образом. При подключении выводов обмотки 4 к электрической сети переменного тока (А-Х) в неработающем управляющем преобразователе 5 в средних стержнях 1 возникают одинаковые по величине и направлению переменные потоки с амплитудой Ф_m, замыкающиеся через боковые стержни магнитной системы 2. Амплитуда потоков Ф_m примерно равна потоку насыщения средних стержней Ф_S, а постоянный магнитный поток Ф₀ отсутствует. Ни в одном из сечений магнитопровода магнитные потоки не превышают потоков насыщения Ф_S и ток устройства практически равен нулю. Этот режим еще называют режимом холостого хода. График изменения электрического тока 6, напряжений 7, 8, магнитных потоков 9, 10 показан для этого случая на фиг. 2 в интервале времени t₀-t₁.

При включении в работу управляющего преобразователя 5 между средними точками 0, 0" обмотки 4 возникает регулируемое по величине и знаку выпрямленное напряжение 8, что в свою очередь приводит к появлению и нарастанию в магнитопроводе потока подмагничивания Ф₀, замыкающегося через средние стержни 1 и ярма 3. В результате переменная составляющая потоков Ф₁ и Ф₂ средних стержней 1 начинает смещаться в область технического насыщения кривой намагничивания и, как следствие, это приводит к насыщению средних стержней 1 и возрастанию тока 6 в обмотке 4. По мере нарастания потока подмагничивания Ф₀ время насыщенного состояния средних стержней также нарастает (см. фиг.2, интервал времени t₁-t₂).

В номинальном режиме, кроме переменных потоков Ф_m, в средних стержнях замыкаются постоянный поток Ф_он, также равный по величине потоку насыщения средних стержней Ф_S. В результате время насыщенного состояния каждого из стержней равно ровно половине периода. Причем за счет разных направлений переменных Ф_m и постоянного потока Ф₀ в средних стержнях 1 одну половину периода насыщен один стержень, а другую - другой (см. фиг.2, интервал времени t₂-t₃).

При дальнейшем увеличении потоков подмагничивания Ф₀ переменный ток 6 устройства продолжает увеличиваться (см. фиг. 2, интервал времени t₃-t₄) вплоть до полного насыщения средних стержней (см. фиг.2, интервал времени t₄-t₅). Величина потока подмагничивания Ф_0max при этом становится равной двукратному значению потока насыщения средних стержней Ф_S.

Принципиальной особенностью работы устройства является то, что в номинальном режиме, как и прототип, оно потребляет синусоидальный ток. Как следствие, это обеспечивает значительное снижение гармоник тока и во всем диапазоне регулирования от холостого хода и вплоть до полного насыщения средних стержней. Это происходит благодаря равенству в пределах технологического допуска высоты стержня произведению эффективного сечения обмотки на отношение магнитной постоянной к номинальной проводимости устройства:



где H_ст - высота стержней;

- эффективное сечение обмотки;

- магнитная постоянная;

g_п - номинальная магнитная проводимость устройства;

D_вн - внутренний диаметр обмотки;

b - радиальный размер обмотки;

к_дon= 0,05 - допуск на отклонение параметров при проектировании и изготовлении.

При выполнении соотношения (1) магнитная проводимость устройства в номинальном режиме остается неизменной. Устройство все время находится в состоянии, когда один из средних стержней насыщен, а другой нет. Следовательно, потребляемый из сети ток 6 имеет строго синусоидальную форму.

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве не требуется наличие участков уменьшенного сечения в средних стержнях для обеспечения синусоидальности тока в номинальном режиме. При выполнении соотношения (1) это достигается при неизменном по всей высоте сечении стержней. Отсутствие в предлагаемом устройстве расширенной по сечению ненасыщаемой части средних стержней до 1,5-2,0 раз сокращает расходы материала как на сами стержни, так и на обмотку переменно-постоянного тока и потери в них.

Следующей важной особенностью работы предлагаемого устройства является то, что ярма 3 и боковые стержни 2 во всех режимах работы устройства не должны насыщаться. В противном случае это приводит к искажению тока 6 и увеличению потерь в устройстве за счет выпучивания поля за пределы магнитной системы. С другой стороны, степень увеличения сечения боковых стержней и ярем не должна превышать целесообразных значений, иначе это приводит к перерасходу материалов на изделие. Для осуществления условий ненасыщаемости ярем 3 и боковых стержней 2 и возможного минимума расхода материалов их суммарное сечение во столько раз должно превышать суммарное сечение средних стержней, во сколько раз значение суммы постоянного потока ₀ и амплитуды переменного потока Ф_m превышает поток насыщения средних стержней Ф_S. Если диапазон изменения режимов находится в пределах от холостого хода до номинального (см. фиг. 2, интервал t₁-t₂), суммарное сечение ярем и боковых стержней должно превышать сумму сечений средних стержней в два раза (фиг.2, интервал t₂-t₃). В предельном случае, соответствующем полному насыщению средних стержней (фиг. 2, интервал t₄-t₅), это соотношение должно возрасти до трех. Именно этот диапазон соотношения сечений оговорен в предлагаемом изобретении.

Работоспособность предлагаемого электроиндукционного устройства и его высокие технико-экономические показатели подтверждены моделированием и расчетами. По сравнению с аналогом и прототипом предлагаемое изобретение обладает основным преимуществом - уменьшением расхода материалов и потерь. В качестве дополнительного преимущества можно рассматривать упрощение конструкции средних стержней магнитной системы (исключены участки уменьшенного сечения).

Литература

1. Электроиндукционное устройство. Патент 1164795, Н 01 F 27/34; Н 01 F 29/1. Бюллетень изобретений 24, 1985 г.

2. Авторское свидетельство СССР 1706322, Н 01 F 29/14, 1985 г. Для служебного пользования.