Регулируемый трансформатор

 

Использование: в области электромашиностроения и может быть использовано в качестве регулируемых высоковольтных трансформаторов с регулированием высокого напряжения и ниэковольтных сварочных трансформаторов с регулированием крутизны характеристики тока сварки. Сущность: трансформатор выполнен в виде корпуса с установленными по торцам дисками, снабженными с внутренних сторон радиальными пазами с установленными в них пластинами клинообразного поперечного сечения из ферромагнитного немассивного материала. Первичная и вторичная обмотки выполнены в виде плоских катушек, причем каждая из обмоток соединена по типу якорных обмоток машин переменного тока. С внутренней цилиндрической поверхности магнитопровода установлены магнитные шунты, которые снабжены обмотками подмагничивания, соединенными с регулируемым выпрямительным устройством. Шунты могут также перемещаться относительно магнитопровода с помощью механического устройства. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к регулируемым трансформаторам, и может быть использовано в качестве регулируемых высоковольтных трансформаторов, в низковольтных трансформаторах с регулированием высокого напряжения и крутизны характеристики тока сварки.

Известны конструкции регулируемых трансформаторов с подмагничиванием (см. кн. А.М.Бамдас, С.В.Шапиро "Трансформаторы, регулируемые подмагничиванием", М. "Энергия", 1964, с. 120-122). Однако при этом происходит искажение формы кривой выходного напряжения, а также отсутствует преобразование фаз.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является конструкция трехфазного трансформатора свидетельство СССР 124523, 1959 г. H O1 F 29/14), которое принято за прототип.

Прототипу присущи следующие недостатки: низкие энергетические характеристики, насыщение магнитопровод по пути основного магнитного потока, магнитная несимметрия, приводящая к возникновению обратной составляющей вращающегося магнитного поля.

Цель изобретения улучшение энергетических характеристик, уменьшением массогабаритов, преобразование числа фаз.

Указанная цель достигается тем, что, в отличие от прототипа, магнитопровод имеет диски, установленные по торцам цилиндра, выполненные с радиальными пазами с внутренних сторон, в которые установлены пластины клинообразного поперечного сечения из ферромагнитного немассивного материала, первичная и вторичная обмотки выполнены в виде плоских катушек, размещенных между клинообразными пластинами, плоские катушки каждой обмотки соединены по типу якорных обмоток машин переменного тока; кроме того, обмотки подмагничивания установлены в магнитных шунтах, которые размещены внутри полого цилиндра и снабжены устройствами для перемещения внутри цилиндра; кроме того, обмотки подмагничивания подсоединены к регулируемому выпрямительному устройству.

Отличительными признаками изобретения являются: магнитопровод выполнен составным из клинообразных и плоских пластин из ферромагнитного немассивного материала в виде полого цилиндра с первичной и вторичной обмотками по типу якорных обмоток машин переменного тока; обмотки выполнены из катушек рамочного типа и установлены радиально между клинообразными пластинами из ферромагнитного материала, заполнены другими плоскими пластинами и соединены по типу якорных обмоток машин; магнитные шунты с обмотками подмагничивания установлены на свободных сторонах катушек обмоток; магнитные шунты выполнены в виде ферромагнитных сегментальных стержней и установлены к ферромагнитным клинообразным пластинам с возможностью свободного радиального и/или аксиального перемещения, а также снабжены устройством для перемещения; сегментные магнитные шунты снабжены обмотками подмагничивания, установленными внутри шунтов; обмотки подмагничивания снабжены регулируемым выпрямительным устройством, выходные концы которого замкнуты между собой.

На фиг. 1 изображено устройство регулируемого трансформатора, на фиг. 2 сечение А-А, на фиг. 3 -условная схема расположения первичной (I) и вторичной (II) обмоток по окружности магнитопровода, на фиг. 4 схема включения первичных и вторичных обмоток подмагничивания магнитных шунтов.

Регулируемый трансформатор включает корпус 1, торцевые диски 2 и 3 с пазами 4, клинообразные пластины 5 из немассивного ферромагнитного материала, первичную 6 и вторичную 7 обмотки, состоящие из катушек рамочного типа, с размещением внутри их другими плоскими магнитными пластинами 8 и 9, выходные клеммы 10 и 11 первичной и вторичной обмоток, магнитные шунты 12 и 13 с размещенными внутри их обмотками подмагничивания 14 и 15, соединены с выпрямительными устройствами 16 и 17 с блоками управления 18 и 19, болты 20 и регулировочные прокладки 21 для перемещения шунтов. Конструкция позволяет установить шунты первичной 12 и вторичной 13 обмоток со стороны внутренней цилиндрической поверхности магнитопровода, что уменьшает из массу.

Клинообразные пластины 5, другие пластины 8 и 9 магнитные шунты 12 и 13 могут выполняться из прессованного ферромагнитного порошка с поверхностной изоляцией, либо из тонких пластин из листовой электротехнической стали, скрепленных между собой клеем либо другим способом.

Для регулирования выходного напряжения необходим магнитный шунт 12 лишь для первичной обмотки. Для регулирования крутизны характеристики выходного тока достаточно иметь магнитный шунт 13 для вторичной обмотки. Индуктивность магнитных шунтов может регулироваться либо с помощью обмоток подмагничивания 14 и 15, либо их перемещением в радиальном и/или аксиальном направлениях с помощью болтов 20 и прокладок 21, либо другим каким-либо устройством. На фиг. 1 показано 4 ряда болтов 20. При сохранении 2 рядов болтов 20 шунт 12 может быть смещен в аксиальном направлении на расстояние, равное расстоянию между двумя смежными рядами болтов. Радиальное перемещение регулируется толщиной прокладок 21.

Клинообразные пластины 5 могут быть выполнены прямоугольного сечения, в этом случае другие плоские пластины 8 и 9 и катушки 6 и 7 должны иметь клинообразную форму.

При подаче напряжения на клеммы 10 первичной обмотки, выполненной в трехфазном исполнении, внутри магнитопровода, образованного клинообразными пластинами 5 и пластинами 9, создается круговое вращающееся электромагнитное поле с числом пар полюсов, определяемым схемой соединения первичной обмотки 6.

Это после будет иметь одно направление вращения во внутреннем слое пластин 9 и противоположное ему направление в наружном слое пластин 8. Магнитные потоки рассеяния замыкаются вокруг всех четырех сторон катушек первичной обмотки 6, при этом внутренний слой катушек этой обмотки имеет высокое значение полей рассеяния, поскольку к ним примыкаются магнитные шунты 12.

Магнитные потоки рассеяния первичной обмотки 6 в магнитных шунтах 12 пересекают обмотку подмагничивания 14 и 14' и наводят в ней переменную ЭДС. Эта выпрямляется, и ее выходное значение регулируется выпрямительным устройством 16 с помощью блока управления 18, что позволяет регулировать величину тока подмагничивания в последовательно соединенных обмотках 14 и 14' двух полюсов (N и S). Регулирование тока в этих обмотках позволяет управлять величиной насыщения магнитных шунтов 12, а, следовательно, и потоками рассеяния первичной обмотки 6.

Величина магнитного потока первичной обмотки 6 определяется суммой потоков рассеивания и основного потока, является величиной постоянной и зависит лишь от величины питающего напряжения.

Основной магнитный поток пересекает катушки 7 вторичной обмотки и наводит в них электродвижущую силу, пропорциональную величине основного потока, которая в свою очередь регулируется насыщением магнитных шунтов 12 с помощью управляемого выпрямительного устройства 16. Таким образом, управление тока в катушках 14 и 14' достигается плавное регулирование выходного напряжения вторичной обмотки. При подключении нагрузки к вторичной обмотке 7 образуются рассеяния во внутреннем слое катушек 7, примыкающих к магнитным шунтам 13. Потоки рассеяния пересекают витки катушек подмагничивания 15 и 15' и наводят в них переменную ЭДС, которая выпрямляется с помощью управляемого устройства 17.

Регулированием выходного тока выпрямительного устройства 17 блоком управления 19 достигается плавное регулирование индуктивности магнитных шунтов 13, что приводит к регулированию тока нагрузки вторичной обмотки трансформатора. Это имеет важное значение при использовании его в качестве сварочного аппарата.

Регулирование индуктивности магнитных шунтов 12 первичной и 13 вторичной обмоток можно осуществлять и механическим путем перемещением в радиальном и/или направлении с помощью болтов 20 и толщины прокладок 21.

Для управления установки обмоток подмагничивания 14, 15 в магнитных шунтах целесообразно магнитопроводы шунтов разделить по радиусу вдоль дуги окружности на две части, при этом одну часть снабдить пазами для укладки обмотки.

Для полного использования по мощность в трехфазном виде трансформатора для сварки целесообразно вторичную обмотку выполнять в 2-х фазном (или 4-х фазном) исполнении, что достигается схемой соединения катушек по типу якорной обмотки. Это позволяется при сварке равномерно загружать все три фазы, а, следовательно, получать большую мощность сварки или при заданной мощности снизить массогабариты. Круговое вращающееся поле с обмотками переменного тока, соединенными в звезду, не создает ЭДС третьей гармоники, как это имеет место в трансформаторах традиционной конструкции, что позволяет улучшить качество электроэнергии.

Кроме того, исключается целый ряд недостатков прототипа, связанных с искажением формы кривой выходного напряжения.

Формула изобретения

1. Регулируемый трансформатор, содержащий магнитопровод в виде полого цилиндра, первичную и вторичную обмотки и обмотки подмагничивания, отличающийся тем, что магнитопровод имеет диски, установленные по торцам цилиндра, выполненные с радиальными пазами с внутренних сторон, в которые установлены пластины клинообразного поперечного сечения из ферромагнитного немассивного материала, первичная и вторичная обмотки выполнены в виде плоских катушек, размещенных между клинообразными пластинами, плоские катушки каждой обмотки соединены по типу якорных обмоток машин переменного тока.

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что обмотки подмагничивания установлены в магнитных шунтах, которые размещены внутри полого цилиндра и снабжены устройствами для их перемещения внутри цилиндра.

3. Трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что обмотки подмагничивания подсоединены к регулируемому выпрямительному устройству.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4