Многофазный аксиальный индукционный регулятор

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для регулирования напряжения. Технический результат заключается в упрощении конструкции и технологии изготовления, уменьшении расхода материалов, повышении надежности его работы, улучшении массогабаритных показателей и уменьшении стоимости. Тороидальный магнитопровод имеет первичную многофазную обмотку, соединенную в "звезду". Он установлен неподвижно относительно тороидального магнитопровода со вторичной трехфазной обмоткой. Первичная многофазная обмотка выполнена с числом фаз, кратным трем от шести и выше. Начала фаз обеих обмоток электрически соединены со скользящими контактами коммутатора, позволяющего подключать соответствующие фазы первичной многофазной обмотки к соответствующим фазам трехфазной питающей сети и к началам соответствующих фаз вторичной трехфазной обмотки. Фазы вторичной обмотки подключены к нагрузке. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к индукционным регуляторам, и может быть использовано, например, для регулирования напряжения.

Известна конструкция индукционного регулятора (см. Костенко М.П., Пиотровский Л. М. Электрические машины. Ч.2. - Л.: Энергия, 1973, с.389-390), представляющего собой обычную асинхронную машину цилиндрического исполнения с фазным заторможенным ротором. Такой индукционный регулятор содержит статор и ротор с соответствующими трехфазными обмотками, корпус, подшипниковые щиты и самотормозящуюся червячную передачу, позволяющую оператору вращать ротор относительно неподвижного статора на необходимый угол с целью изменения величины выходного напряжения. При этом за первичную обмотку принимается обычно обмотка ротора, за вторичную - обмотка статора. При поворачивании ротора величина выходного напряжения плавно изменяется.

Однако конструкция такого индукционного регулятора сложна из-за необходимости штамповки листов магнитопроводов статора и ротора. Кроме того, стоимость такого индукционного регулятора велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке.

Наиболее близким к изобретению по физической сущности и достигаемому результату является аксиальный индукционный регулятор (см. патент 2168785, 2001, БИ 28, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М., Сингаевский Н.А. и др.), содержащий два тороидальных магнитопровода с пазами, в которые уложены первичная и вторичная трехфазные обмотки, начала которых электрически соединены между собой посредством скользящих контактов, а тороидальный магнитопровод с первичной обмоткой, соединенной в "звезду", выполнен подвижным относительно тороидального магнитопровода с вторичной обмоткой, для чего установлена червячная передача, жестко связанная с подвижным магнитопроводом, причем между тороидальными магнитопроводами имеется воздушный зазор, необходимый для их взаимного перемещения, а вторичная обмотка выполнена имеющей возможность подключения к нагрузке.

Существенным недостатком такого аксиального индукционного регулятора является сложность конструкции, вызванная необходимостью взаимного перемещения магнитопроводов, наличие воздушного зазора между магнитопроводами, приводящее к увеличению магнитного сопротивления, а следовательно, к увеличению токов, необходимых для создания требуемого магнитного потока (тока намагничивания), то есть к увеличению требуемого сечения проводов обмоток и соответственно к ухудшению массогабаритных показателей регулятора, увеличению его стоимости и увеличению потерь энергии. Кроме того, существенным недостатком аксиального индукционного регулятора с поворотным ротором является наличие большого осевого (аксиального) электромагнитного усилия, вызванного в результате притяжения магнитопроводов ротора и статора. Это усилие ведет к преждевременному выходу из строя подшипниковых узлов, что уменьшает надежность работы индукционного регулятора в целом.

Данное изобретение решает задачу упрощения конструкции и технологии изготовления индукционного регулятора, уменьшения расхода материалов на его изготовление, повышения надежности его работы, улучшения его массогабаритных показателей и уменьшения стоимости.

Для этого тороидальный магнитопровод с первичной обмоткой, соединенной в "звезду", выполняется неподвижным относительно тороидального магнитопровода со вторичной трехфазной обмоткой, а первичная обмотка выполняется многофазной с числом фаз, большим шести и кратным трем (9, 12 и т.д., то есть m= 3k, где m - число фаз первичной обмотки, k=3, 4...), причем коммутатор выполняется с углом поворота, обеспечивающим при его повороте подключение группы фаз указанной первичной многофазной обмотки к соответствующим фазам вторичной трехфазной обмотки и трехфазной питающей сети.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого многофазного аксиального индукционного регулятора в разрезе, на фиг.2 - схема соединения его обмоток, на фиг.3 - ЭДС и токи в одной обмотке, на фиг.4 - векторная диаграмма.

Многофазный аксиальный индукционный регулятор содержит (см. фиг.1): неподвижный тороидальный магнитопровод 1 с первичной многофазной, например, двенадцатифазной обмоткой 2, неподвижный тороидальный магнитопровод 3 с вторичной трехфазной обмоткой 4, начала соответствующих фаз которой электрически соединены с началами фаз первичной многофазной обмотки 2 посредством трехфазного электромеханического коммутатора 5 со скользящими контактами 6 (см. фиг. 2), корпус 7. Трехфазный электромеханический коммутатор 5 скользящими контактами 6 обеспечивает при его повороте подключение группы фаз первичной многофазной обмотки 2 к соответствующим фазам трехфазной питающей сети и к соответствующим фазам вторичной трехфазной обмотки 4.

Многофазный аксиальный индукционный регулятор работает следующим образом. При подключении соответствующих фаз первичной многофазной обмотки 2 неподвижного тороидального магнитопровода 1 к трехфазной питающей сети напряжением U1 в магнитопроводах многофазного аксиального индукционного регулятора создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с вторичной трехфазной обмоткой 4 неподвижного тороидального магнитопровода 3, наводит в ней систему ЭДС. При подключении посредством контактов 6 коммутатора 5 первой фазы W1 1 (фиг.2) первичной многофазной обмотки 2 многофазного аксиального индукционного регулятора к началу первой фазы W2 1 (фиг.2) вторичной трехфазной обмотки 4 пространственные оси соответствующих фаз первичной и вторичной обмоток (W1 1 и W2 1, и W2 2, и W2 3) совпадают. Здесь m - число фаз первичной обмотки; нижний индекс: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка; верхний индекс - номер фазы в обмотке. При этом магнитный поток (см. фиг. 3) одновременно набегает на подключенные фазы первичной обмотки 2 и фазы вторичной обмотки 4 и наводит в них ЭДС , совпадающие по фазе и одинаково направленные относительно обмоток. При этом вектор ЭДС действует согласно с вектором напряжения . Поэтому напряжение (см. фиг. 4) на зажимах потребляющей сети представляет собой арифметическую сумму U1 и Е2: U2=U2max=U1+E2, так как соответствующие фазы первичной и вторичной обмоток 2 и 4 электрически соединены между собой, как указано выше.

При повороте рукоятки коммутатора (на фиг.1 она не показана, как не имеющая отношения к существу изобретения), жестко связанной с коммутатором 5 на угол i = i2/m, где i=0, 1, 2, 3... - номер шага угла поворота (и соответственно группы фаз первичной многофазной обмотки 2) коммутатора, коммутатор 5 контактами 6 подключает i-ю группу фаз первичной многофазной обмотки 2 к соответствующим фазам вторичной обмотки 4 (W1 i+1 к W2 1, к W2 2, к W2 3).

Это приводит к соответствующему повороту вектора ЭДС (см. фиг.4) вторичной трехфазной обмотки 4 относительно вектора напряжения подаваемого на первичную обмотку 2 из питающей сети. При m четном возможен поворот коммутатора на угол =180o. При таком угле поворота коммутатора 5 получим U2= U2min= U1-E2. Геометрическое место концов вектора , а значит, и при изменении угла от 0 до 360o есть круг, описанный из точки А, как из центра, радиусом Е2.

Результирующее выходное напряжение многофазного аксиального индукционного регулятора при повороте коммутатора 5 относительно магнитопроводов 1 и 3 (см. фиг.1) на угол от 0 до 180o изменяется по величине от U2=U2min=U1-E2 до U2=U2max=U1+E2 и определяется по формуле: где - угол поворота коммутатора 5.

Так, при равенстве по величине между собой напряжения U1 и ЭДС E2 выходное напряжение U2 будет определяться по формуле: и изменяться по величине от нуля до 2U1.

При этом осуществляется дискретное регулирование напряжения. Требуемая точность регулирования определяется числом фаз m первичной многофазной обмотки.

Предлагаемое изобретение, выполняя функцию индукционного регулятора, как и прототип, в отличие от него позволяет: - существенно упростить конструкцию регулятора, сложность которой в регуляторе-прототипе вызвана необходимостью взаимного перемещения его магнитопроводов, а следовательно, необходимостью выполнения высоконапряженных подшипниковых узлов; - повысить коэффициент мощности и коэффициент полезного действия регулятора, низкая величина которых в регуляторе-прототипе вызвана наличием необходимого для взаимного перемещения его магнитопроводов воздушного зазора между магнитопроводами, приводящего к увеличению магнитного сопротивления, а следовательно, к увеличению потерь энергии; - повысить надежность работы индукционного регулятора, снизить его стоимость и упростить технологию его изготовления за счет отсутствия подшипниковых щитов, неизбежно имеющихся в индукционных регуляторах с поворотным ротором.

В сравнении с известной конструкцией индукционного регулятора, основанного на использовании асинхронных машин цилиндрического исполнения с фазным заторможенным ротором многофазный аксиальный индукционный регулятор позволяет также значительно упростить технологию изготовления магнитопроводов, значительно сократить при этом расход электротехнической стали. Так, при мощности 5 кВт расход стали с учетом конструкции магнитопроводов и отсутствия подшипниковых щитов уменьшается на 35-40%, а срок эксплуатации регулятора увеличивается по крайней мере в три раза. При этом для индукционного регулятора указанной выше конструкции ток намагничивания уменьшается более чем в два раза за счет сведения на "нет" воздушного зазора магнитной системы регулятора.

Формула изобретения

Многофазный аксиальный индукционный регулятор, содержащий два тороидальных магнитопровода с пазами, в которых уложены первичная и трехфазная вторичная обмотки, отличающийся тем, что тороидальный магнитопровод с первичной обмоткой, соединенной в "звезду", выполнен неподвижным относительно тороидального магнитопровода со вторичной трехфазной обмоткой, а первичная обмотка выполнена многофазной с числом фаз, большим шести и кратным трем, причем коммутатор выполнен с углом поворота, обеспечивающим при его повороте подключение группы фаз указанной первичной многофазной обмотки к соответствующим фазам вторичной трехфазной обмотки и трехфазной питающей сети.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования или стабилизации переменного напряжения в однофазных и трехфазных электросетях и электроустановках

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к вторичным источникам переменного тока

Изобретение относится к вторичным источникам электропитания

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых электроприводах

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в трансформаторах для мощных преобразовательных подстанций

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в трансформаторах для мощных преобразовательных подстанций

Изобретение относится к переключающему устройству для нагрузочных переключателей и нагрузочных селекторов согласно отличительной части независимых пп

Изобретение относится к электротехнике, в частности к средствам регулирования напряжения трансформаторов, и может быть использовано в устройствах переключения ответвлений обмоток трансформатора под нагрузкой

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть применено для переключения витков обмоток в реакторах, автотрансформаторах и трансформаторах

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемым под нагрузкой источникам питания электропечных установок с дуговыми сталеплавильными печами

Изобретение относится к электротехнике и энергетике и может быть использовано в реакторах, автотрансформаторах и трансформаторах, когда требуется ступенчато изменять число витков их обмоток под нагрузкой

Изобретение относится к тиристорному ступенчатому выключателю для непрерывного переключения между разными отводами обмотки ступенчатого трансформатора под нагрузкой, состоящему из механического ступенчатого искателя для производимого без затрат мощности предварительного выбора соответствующего отвода обмотки, на который должно быть произведено переключение, и из силового выключателя с тиристорами в качестве коммутационных средств для собственно непрерывного переключения с первоначального на предварительно выбранный новый отвод обмотки под нагрузкой
Наверх