Электрический реактор с подмагничиванием

 

Использование: в электротехнике и энергетике, в частности в электроиндукционных устройствах с плавным регулированием индуктивности путем подмагничивания. Сущность изобретения: реактор содержит катушки основной обмотки, катушки обмотки управления, выполненные из витков электропроводящего материала, и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями, окнами и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления, витки которых гальванически соединены последовательно друг с другом, а сами сердечники отделены от ярм немагнитными зазорами, каждый виток катушки обмотки управления содержит выполненные на базе графита горизонтальные участки прямоугольной формы с металлизированными концами, размещенные в окнах бронестержневых сердечников, и вертикальные участки, выполненные из пакетов лент, например меди, причем горизонтальные и вертикальные участки гальванически соединены последовательно друг с другом, образуя витки катушки обмотки управления. Реализация изобретения позволит уменьшить потери, уменьшить гармоники в токе реактора и расход активных материалов, а также упростить технологию изготовления реактора. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и энергетике, в частности к электроиндукционным устройствам с плавным регулированием индуктивности путем подмагничивания.

Известна конструкция электрического реактора, управляемого поперечным подмагничиванием, содержащего основные обмотки и магнитную систему со стержнями, выполненными в виде отдельных участков, каждый из которых состоит из двух соприкасающихся ферромагнитных цилиндров, охваченных секцией обмотки управления в области их соприкосновения, а лобовые части секций размещены внутри кольцевых ферромагнитных вставок [1] Недостатками этой конструкции являются большие относительные потери в обмотке управления от тока управления, больше добавочные потери от потоков рассеяния и повышенный расход активных материалов.

Известна также конструкция электрического реактора с подмагничиванием, содержащего катушки основной обмотки, катушки обмотки управления с крепежными элементами, и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями, окнами и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления, а сами сердечники отделены от ярм немагнитными зазорами [2] Данная конструкция по своей сути и достигаемому результату наиболее близка к заявляемому изобретению.

Недостатками ее являются также большие потери в обмотке управления от тока управления, большие добавочные потери в обмотке управления от потоков рассеяния, большие гармоники в токе реактора и повышенный расход активных материалов.

Целью изобретения является уменьшение потерь, уменьшение гармоник в токе реактора и расхода активных материалов, а также упрощение технологии изготовления реактора.

Для обеспечения реализации поставленной цели в электрическом реакторе с подмагничиванием, содержащем катушки основной обмотки, катушки обмотки управления, выполненные из витков электропроводящего материала, и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями, окнами и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления, витки которых гальванически соединены последовательно друг с другом, а сами сердечники отделены от ярм немагнитными зазорами, каждый виток катушки обмотки управления содержит выполненные на базе графита горизонтальные участки прямоугольной формы с металлизированными концами, размещенные в окнах бронестержневых сердечников, и вертикальные участки, выполненные из пакетов лент, например меди, причем горизонтальные и вертикальные участки гальванически соединены последовательно друг с другом, образуя витки катушки обмотки управления, а ленты в пакетах, в промежутках между местами их гальванического соединения с горизонтальными участками, отделены друг от друга изоляционным слоем; соотношение произведений числа витков на сечение провода основной обмотки к числу витков на сечение провода обмотки управления стержня реактора определяется выражением (0,91÷0,75) 1- , а линейный геометрический размер стороны бронестержневого сердечника определяется выражением a (3,73÷4,50)10, где Q_н [B˙A] задаваемая номинальная мощность реактора при максимальном подмагничивании; I_у [А/мм²] задаваемая плотность тока в обмотке управления; ω [c^-1] угловая частота; К_р задаваемая глубина регулирования; К_с коэффициент заполнения сталью геометрического сечения бронестержневого сердечника; К_у коэффициент заполнения окна бронестержневого сердечника обмоткой управления;
α угол, заключенный в пределах 0 < α < , определяемый из выражения 0 и соответствующий нулевому значению нечетной гармоники или минимальной величине группы нечетных гармоник, которые надо исключить или уменьшить в рабочем токе реактора;
ν 3,5,7. номера нечетных гармоник.

На фиг. 1 изображен предлагаемый реактор, общий вид; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 вид по стрелке Б на фиг.1.

Электрический реактор с подмагничиванием содержит катушки 1 основной обмотки, катушки обмотки 2 управления, выполненные из витков электропроводящего материала, и магнитную систему со стержнями и ярмами 3, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников 4 с центральными стержнями, окнами и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки 1, на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки 2 управления, витки которых гальванически соединены последовательно друг с другом, а сами сердечники 4 отделены от ярм 3 немагнитными зазорами, каждый виток катушки обмотки управления содержит выполненные на базе графита горизонтальные участки 5 прямоугольной формы с металлизированными концами 6, размещенные в окнах бронестержневых сердечников 4, и вертикальные участки 7, выполненные из пакетов лент, например меди, причем горизонтальные и вертикальные участки 5 и 7 гальванически соединены последовательно друг с другом, например, путем пайки, образуя витки катушки обмотки управления, при этом ленты в пакетах, в промежутках между местами их гальванического соединения с горизонтальными участками 5, отделены друг от друга тонким слоем изоляционного материала, например, лаком или бумагой для исключения возможности их взаимного замыкания по длине вертикальных участков; соотношение произведений числа витков на сечение провода основной обмотки 1 к числу витков на сечение провода обмотки 2 управления стержня реактора определяется выражением
(0,91÷0,75) 1- , а линейный геометрический размер стороны бронестержневого сердечника 4 определяется выражением
a (3,73-4,50)10, где Q_н [B˙A] задаваемая номинальная мощность реактора при максимальном подмагничивании;
I_у [А/мм²] задаваемая плотность тока в обмотке управления;
ω [с^-1] угловая частота;
К_р задаваемая глубина регулирования;
К_с коэффициент заполнения сталью геометрического сечения бронестержневого сердечника;
К_у коэффициент заполнения окна бронестержневого сердечника обмоткой управления;
α угол, заключенный в пределах 0 < α < , определяемый из выражения 0 и соответствующий нулевому значению нечетной гармоники или минимальной величине группы нечетных гармоник, которые надо исключить или уменьшить в рабочем токе реактора;
ν 3,5,7. номера нечетных гармоник.

Работает описываемый реактор следующим образом.

Основную обмотку 1 реактора подключают к источнику переменного напряжения. Обмотку 2 управления подключают к источнику постоянного тока, величину которого можно изменять от нуля до номинального значения. При изменении тока в обмотке управления 2 меняется величина тока в основной обмотке 1, чем достигается регулирование реактивной мощности реактора в пределах Q_o ≅ Q_рег ≅ Q_н, где Q_о минимальное значение реактивной мощности, определяемое величиной немагнитных зазоров в магнитной системе реактора. Номинальная мощность реактора Q_нсоответствует номинальному значению тока в основной обмотке.

При этом выполнение горизонтальных участков 5 витков катушек обмотки управления на базе графита с добавками пластичного с хорошей электропроводностью металла, например, меди, позволит избежать добавочных потерь от полей рассеяния и выпучивания в материала обмотки управления, присущих конструкциям, где обмотка управления выполнена, например, только из медного или алюминиевого проводника. Выполнение вертикальных участков 7 витков катушек обмотки управления из ряда параллельных проводников, выполненных, например, из меди, также позволит свести к минимуму добавочные потери от полей рассеяния и выпучивания, поскольку величина потерь пропорциональна квадрату толщины проводника, который в данном случае несоизмеримо меньше толщины единичного провода обмотки управления.

Кроме того, описываемая конструкция позволяет упростить технологию изготовления и смены обмоток управления в процессе эксплуатации, поскольку не требуется разборка ярм бронестержневого сердечника, так как монтаж и демонтаж обмоток управления происходит при полностью собранном и зашихтованном сердечнике путем пайки, либо распайки участков обмотки прямо на месте установки.

Гальваническое соединение и фиксация друг относительно друга горизонтальных и вертикальных участков обмотки управления может быть обеспечена путем, например, выполнения токопроводящих накладок из меди по обе стороны участков, которые затем припаиваются, соответственно, к металлизированным концам горизонтальных участков и к пакетам лент вертикальных участков. Кроме того, в местах соединения может быть выполнено дополнительное болтовое соединение накладок и горизонтальных участков, обеспечивающее более надежную в механическом отношении конструкцию соединения данного узла.

Выбор соотношения произведений чисел витков и сечений основной обмотки к обмотке управления соответственно и линейного геометрического размера стороны бронестержневого сердечника позволит создать в сочетании с выполнением участков виток катушек обмотки управления из неметаллического материала, наиболее экономичную с точки зрения расхода активных материалов (стали, меди) конструкцию с заданными параметрами по гармоническому составу рабочего тока реактора и заданными коэффициентами.

Так, например, задаваясь необходимостью исключания из номинального рабочего тока реактора третьей гармоники ν 3, угол α под знаком суммы должен быть равен 60^о, для исключения пятой гармоники, ν 5, α36^о и т.д. Для минимизации влияния в номинальном рабочем токе группы гармоник, например, третьей и пятой, ν 3,5, угол α под знаком суммы составит соответственно 62,6^о, для минимизации пятой и седьмой гармоник, ν 5,7, угол α будет соответственно равен 35,3^о и т.д. Решая приведенное выражение суммы численными методами, можно задаваться любым числом гармоник в токе реактора и их комбинацией: с наличием гармоник, кратных трем, или без них, учитывая возможность использования описываемого реактора в трехфазной группе с соединением основных обмоток в треугольник и соответствующей компенсацией гармоник, кратных трем, в треугольнике.

Численные коэффициенты в обоих выражениях характеризуют диапазон выбора соотношения сечений центральных стержней к боковым ярмам бронестержневых сердечников.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ, содержащий катушки основной обмотки, катушки обмотки управления, выполненные из витков электропроводящего материала, и магнитную систему со стержнями и ярмами, причем стержни магнитной системы выполнены в виде отдельных бронестержневых сердечников с центральными стержнями, окнами и боковыми ярмами, расположенными ортогонально осям катушек основной обмотки, на центральных стержнях бронестержневых сердечников размещены катушки обмотки управления, витки которых гальванически соединены последовательно друг с другом, а сами сердечники отделены от ярм немагнитными зазорами, отличающийся тем, что каждый виток обмотки управления содержит горизонтальные и вертикальные участки, причем горизонтальные участки выполнены прямоугольной формы и размещены в окнах бронестержневых сердечников, а вертикальные участки размещены между бронестержневыми сердечниками и катушками основной обмотки, параллельно последним, причем горизонтальные и вертикальные участки выполнены из материалов с различной удельной электрической проводимостью и гальванически последовательно соединены друг с другом, образуя витки катушки обмотки управления.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что горизонтальные участки витков обмотки управления выполнены на базе графита с металлизированными концами, а вертикальные участки выполнены из пакетов лент, например, меди, причем ленты в пакетах, в промежутках между местами их гальванического соединения с горизонтальными участками, отделены друг от друга изоляционным слоем.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отношение произведений числа витков W на сечение провода S_пр основной обмотки к числу витков на сечение провода обмотки управления стержня реактора определяется выражением

а линейный геометрический размер a стороны бронестержневого сердечника определяется выражением

где Q_н задаваемая номинальная мощность реактора при максимальном подмагничивании, ВА;
j_у задаваемая плотность тока в обмотке управления, А/мм²;
ω угловая частота, с^-1;
K_р задаваемая глубина регулирования;
K_с коэффициент заполнения сталью геометрического сечения бронестержневого сердечника;
K_у коэффициент заполнения окна бронестержневого сердечника обмоткой управления;
a угол, заключенный в пределах определяемый из выражения

и соответствующий нулевому значению нечетной гармоники или минимальной величине группы нечетных гармоник, которые надо исключить или уменьшить в рабочем токе реактора;
n 3, 5, 7. номера нечетных гармоник.