ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2212723
ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
Имя изобретателя: Брянцев Александр Михайлович
Имя патентообладателя: Брянцев Александр Михайлович
Адрес для переписки: 140105, Московская обл., г. Раменское, ул. Чугунова, 38, кв.10, А.М.Брянцеву
Дата начала действия патента: 2001.06.29
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в
управляемых реакторах для компенсации реактивной мощности или емкостного тока
замыкания на землю в электрических сетях. Технический результат заключается в
уменьшении расхода материалов. Устройство содержит магнитную систему с двумя средними
и боковыми стержнями и двумя ярмами. На средних стержнях расположены секции обмотки с
подключенным к ее средним точкам управляющим преобразователем. Средние стержни
выполнены с уменьшенным от двух до трех раз сечением по отношению к суммарному сечению
ярм и боковых стержней, и одновременно с этим высота стержней с точностью до 5% равна
произведению эффективного сечения обмотки на отношение магнитной постоянной к
номинальной проводимости устройства.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
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 Фm, замыкающиеся через боковые стержни магнитной системы 2.
Амплитуда потоков Фm примерно равна потоку насыщения средних стержней ФS, а
постоянный магнитный поток Ф0 отсутствует. Ни в одном из сечений магнитопровода
магнитные потоки не превышают потоков насыщения ФS 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 Фm, в средних стержнях замыкаются
постоянный поток Фон, также равный по величине потоку насыщения средних стержней
ФS. В результате время насыщенного состояния каждого из стержней равно ровно
половине периода. Причем за счет разных направлений переменных Фm 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 Ф0max при этом становится равной двукратному значению потока
насыщения средних стержней ФS.
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:
gп - номинальная магнитная проводимость устройства;
Dвн - внутренний диаметр обмотки;
b - радиальный размер обмотки;
кдon= ±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 Фm превышает поток насыщения средних стержней ФS.
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).
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
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.
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.
Версия для печати
Дата публикации 15.02.2007гг
вверх
|
