Трансформатор



Трансформатор
Трансформатор
Трансформатор
Трансформатор
Трансформатор
Трансформатор

 


Владельцы патента RU 2470399:

Аликов Сергей Владимирович (RU)

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для применения в трансформаторах, используемых в устройствах и технических системах различного назначения. Технический результат состоит в улучшении амплитудно-частотных характеристик путем полного сглаживания на ней провалов и подъемов. В трансформаторе, содержащем магнитопровод, первичную обмотку, вторичную обмотку и соединенный с первичной обмоткой корректирующий конденсатор, согласно изобретению корректирующий конденсатор подсоединен параллельно части первичной обмотки таким образом, что первый вывод корректирующего конденсатора соединен с первым крайним выводом первичной обмотки, соединенным с источником переменного напряжения, а между местом соединения второго вывода корректирующего конденсатора с первичной обмоткой и вторым крайним выводом первичной обмотки расположена часть первичной обмотки. Во втором варианте используются два корректирующих конденсатора. Один из крайних выводов вторичной обмотки соединен с общим проводом. Корректирующие конденсаторы подключены параллельно частям первичной обмотки таким образом, что первый вывод первого корректирующего конденсатора подключен к первому крайнему выводу первичной обмотки, соединенному с генератором переменного напряжения. Между местом подключения первого вывода второго корректирующего конденсатора и первым крайним выводом первичной обмотки расположена часть первичной обмотки. Между местом подключения вторых выводов первого и второго корректирующих конденсаторов и вторым крайним выводом первичной обмотки расположена другая часть первичной обмотки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для применения в трансформаторах, используемых в устройствах и технических системах различного назначения.

Одним из существенных недостатков известных трансформаторов является то, что участок плато на их АЧХ, характеризующий ширину полосы пропускания, имеет провалы и подъемы, что влияет на качество преобразования входного напряжения в трансформаторе. В этом случае для улучшения АЧХ используемых в электрических системах трансформаторов применяются такие конструктивные методы, как секционирование обмоток, различные способы намотки трансформаторов, а также применение сердечников различной формы (Г.С.Цыкин. Трансформаторы низкой частоты, М.: Связьиздат. 1955 г., с.281; С.С.Вдовин. Проектирование импульсных трансформаторов. Л.: Энергоатомиздат, 1991 г., с.13)

Широко известны наиболее близкие к предлагаемому изобретению трансформаторы, содержащие магнитопровод, первичную обмотку, вторичную обмотку и подключенный к крайним выводам первичной обмотки корректирующий конденсатор (см. статью В.М.Хахарев Приемник «Рекорд», журнал «Радио» №8-9, 1946, с.17-18, рис.1, выходной трансформатор, соединенный с громкоговорителем).

Подключение корректирующего конденсатора параллельно всей первичной обмотке не обеспечивает полного сглаживания провалов на АЧХ трансформатора.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, - улучшение АЧХ трансформатора путем обеспечения полного сглаживания на ней провалов и подъемов.

Данный технический результат достигается за счет того, что в трансформаторе по первому варианту выполнения, содержащем магнитопровод, первичную обмотку, вторичную обмотку и соединенный с первичной обмоткой корректирующий конденсатор, согласно изобретению корректирующий конденсатор подсоединен параллельно части первичной обмотки таким образом, что первый вывод корректирующего конденсатора соединен с первым крайним выводом первичной обмотки соединенным с источником переменного напряжения, а между местом соединения второго вывода корректирующего конденсатора с первичной обмоткой и вторым крайним выводом первичной обмотки расположена часть первичной обмотки.

В варианте трансформатора, в котором первичная обмотка включает две секции, место соединения второго вывода корректирующего конденсатора с первичной обмоткой расположено между ее секциями.

В варианте трансформатора, в котором первичная обмотка включает три секции, место соединения второго вывода корректирующего конденсатора с первичной обмоткой расположено между ее первой и второй секциями или второй и третьей секциями, считая от ее первого крайнего вывода.

В варианте трансформатора, в котором первичная обмотка включает четыре секции, место соединения второго вывода корректирующего конденсатора с первичной обмоткой расположено между ее первой и второй секциями, или второй и третьей секцией, или между третьей и четвертой секциями, считая от ее первого крайнего вывода.

Технический результат также достигается тем, что в трансформаторе по второму варианту выполнения, содержащем магнитопровод, первичную обмотку, вторичную обмотку и подключенные к первичной обмотке два корректирующих конденсатора, один из крайних выводов вторичной обмотки соединен с общим проводом, корректирующие конденсаторы подключены параллельно частям первичной обмотки таким образом, что первый вывод первого корректирующего конденсатора подключен к первому крайнему выводу первичной обмотки, соединенному с генератором переменного напряжения, между местом подключения первого вывода второго корректирующего конденсатора и первым крайним выводом первичной обмотки расположена часть первичной обмотки, а между местом подключения вторых выводов первого и второго корректирующих конденсаторов и вторым крайним выводом первичной обмотки расположена другая часть первичной обмотки.

В варианте трансформатора, в котором первичная обмотка включает пять секций, место соединения второго вывода первого корректирующего конденсатора с первичной обмоткой расположено между ее четвертой и пятой секциями, считая от ее первого крайнего вывода, а второй корректирующий конденсатор соединен своими выводами с первичной обмоткой между первой и второй секциями и между четвертой и пятой секциями соответственно.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг.1 показана типичная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) трансформатора, на фиг.2 изображена эквивалентная схема трансформатора по первому варианту с двухсекционной первичной обмоткой с учетом его паразитной емкости С и указано место подключения корректирующего конденсатора Ск. На фиг.3 показана электрическая схема трансформатора по первому варианту с четырехсекционной первичной обмоткой, на фиг.4 - электрическая схема трансформатора по второму варианту с пятисекционной первичной обмоткой, на фиг.5 показаны (а) АЧХ трансформатора на фиг.3 в отсутствие корректирующего конденсатора (кривые I) и при использовании корректирующего конденсатора (кривые II) и (б, в) форма испытательного прямоугольного импульса трансформатора на фиг.3 - (б) - в отсутствие корректирующих конденсаторов, (в) - при использовании корректирующих конденсаторов.

На чертежах обозначены: первичная обмотка 1, вторичная обмотка 2, магнитопровод 3, паразитная емкость 4, корректирующие конденсаторы 5, 6, источник 7 переменного напряжения, внутреннее сопротивление 8 источника 7, нагрузка 9, источник 10 постоянного напряжения.

Следует обратить внимание на невозможность по ряду причин осуществить точный расчет применяемого трансформатора и на отсутствие однозначной методики конструктивного выполнения трансформаторов, которые имели бы идеальную АЧХ. При этом целесообразно отметить, что имеются расчетные формулы и методики расчета электрических параметров трансформаторов, выполненные на основе упрощенных схем замещения. Все это позволяет рассчитать вполне работоспособные электротехнические изделия, однако их качество зависит от опыта разработчика.

Кроме того, АЧХ трансформаторов зависит и от схемы подключения трансформаторов, например от наличия соединения вторичной и(или) первичной обмоток с общим проводом, от возможности протекания постоянного тока по обмоткам, а также от внутреннего сопротивления генератора (или усилительного элемента) и вида нагрузки, которые функционируют совместно с конкретным трансформатором.

Для простоты рассмотрим эквивалентную схему трансформатора с простым секционированием, т.е. случай, когда в трансформаторе имеются две секции в первичной обмотке 1 и одна секция во вторичной обмотке 2 (схема «2п-1в»), конструктивно расположенная между секциями первичной обмотки (см. фиг.2). В этом случае схема первичной обмотки 1 симметрична для тока сигнала, если считать, что все конструктивные паразитные параметры секций одинаковы.

При соединении выводов первичной обмотки трансформатора с источником 7 переменного напряжения и с источником 10 постоянного напряжения соответственно, а одного из выводов вторичной обмотки с общим проводом устройства, в схеме появляется емкость С (емкость 4). Она подключена между секциями первичной обмотки 1 и, общему проводу устройства трансформатора, параллельно нижней секции и нарушает равенство паразитных параметров секций обмоток, другими словами, симметрию первичной обмотки 1 (см. фиг.3) (см. Р.Лэнди, Д.Дэвис и А.Албрехт. Справочник радиоинженера. М.: Государственное энергетическое издательство, 1961 г., с.392).

Типичная АЧХ трансформатора изображена на фиг.1 и в полной мере соответствует положениям теоремы Фостера (см. книгу A.M.Мищенко. Сборник задач по линейным электрическим цепям с кратким изложением теории, Учебное пособие, Издательство НГУ, Новосибирск, 2008 г., с 87). При этом на фиг.1 видно, что АЧХ имеет провал на частоте резонанса тока fРT и подъем на частоте резонанса напряжения fРН. В связи с этим предположение о наличии асимметрии и определило способ ее устранения путем подключения внешнего конденсатора 5 емкостью СК параллельно верхней секции (фиг.3). Величина емкости СК данного конденсатора 5 невелика, она того же порядка, что и внутренняя паразитная емкость С4 между первичной обмоткой 1 и общим проводом данного трансформатора. АЧХ скорректированных трансформаторов приведены на фиг 5, 6. Одновременно устраняется влияние возможной конструктивной несимметрии намотки секций трансформатора.

Также были проведены исследования для других трансформаторов, которые допускают протекание постоянного тока по первичной обмотке 1 и имеют различное конструктивное исполнение. Один трансформатор по первому варианту изобретения сделан по схеме «4п-3в» (четыре секции в первичной обмотке 1, три секции во вторичной обмотке 2 - см. фиг.4). Корректирующий конденсатор 5 подключен своими выводами соответственно к крайнему выводу первичной обмотки 1, соединенному с источником 7 переменного напряжения (генератор) и между ее второй и третьей секцией, считая от вывода, соединенного с источником 7 переменного напряжения.

В схеме «3п-2в» (три секции в первичной обмотке, две секции во вторичной обмотке - на чертежах не показаны) по первому варианту изобретения корректирующий конденсатор подключен своими выводами соответственно к крайнему выводу первичной обмотки, соединенному с генератором переменного напряжения и между ее первой и второй секцией или между второй и третьей секциями, считая от вывода, соединенного с источником 7 переменного напряжения.

В схеме «5п-4в» (пять секций в первичной обмотке 1, четыре секции во вторичной обмотке 2 - см. фиг.5) реализуется второй вариант предложенного изобретения. Первый корректирующий конденсатор 5 подключен своими выводами соответственно к крайнему выводу первичной обмотки 1, соединенному с источником 7 переменного напряжения, и между ее четвертой и пятой секциями, а второй корректирующий конденсатор 6 - между первой и второй секциями и между четвертой и пятой секциями, считая от вывода, соединенного с источником 7 переменного напряжения.

Для всех схем включения трансформаторов было получено подтверждение реализуемости предлагаемого подхода для компенсации и корректировки АЧХ. Дополнительно также было исследовано подключение конденсаторов 5 параллельно одной или нескольким секциям для снижения частоты частного резонанса и устранения остаточных искажений при преобразовании напряжения. Количество примененных в трансформаторах элементов минимально, однако обеспечивает высокое качество АЧХ. При этом точки подключения корректирующих конденсаторов 5 определялись опытным путем. Изменения, происходящие в этом случае в АЧХ соответствующих трансформаторов, показаны на соответствующих фигурах 5 и 6.

В обоих случаях, показанных на фиг.5 и 6, получена полоса пропускания трансформатора величиной 100 кГц по уровню -3 дБ, апериодический спад АЧХ и правильная форма прямоугольного испытательного сигнала (частотно-временная характеристика) с частотой 10 кГц. Проведенные эксперименты также продемонстрировали, что при увеличении внутреннего сопротивления генератора до 20 кОм происходит согласованное снижение полосы пропускания АЧХ до 30 кГц по уровню -3 дБ. При этом форма прямоугольника не имеет выбросов. Изменение нагрузки от 4 до 8 Ом на результат заметного влияния не оказывает.

Также следует отметить, что во втором варианте изобретения емкость СК2 конденсатора 6 (фиг.5) в коррекции трансформатора по схеме «5п-4в» сдвигает резонанс средних секций несколько ниже по оси частот, что улучшает форму прямоугольного сигнала и АЧХ для данного трансформатора. Возможно использование описанного подхода для улучшения АЧХ трансформаторов в двухтактных схемах, а также трансформаторов импульсных источников питания, допускающих протекание постоянного тока по первичной обмотке.

Предлагаемое изобретение не исчерпывается приведенными примерами выполнения. Возможна реализация данного изобретения в трансформаторах с различным числом секций. Также возможно подключение корректирующих конденсаторов не только в точках между секциями, но и внутри самих секций, когда точка подключения делит секцию на две части. Точки подключения подбираются опытным путем для обеспечения максимальной компенсации неровностей АЧХ и (или) переходной характеристики.

Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить эффективность функционирования трансформатора за счет изменения его характеристик, например АЧХ.

1. Трансформатор, содержащий магнитопровод, первичную обмотку, вторичную обмотку и подсоединенный к первичной обмотке корректирующий конденсатор, отличающийся тем, что корректирующий конденсатор подсоединен параллельно части первичной обмотки таким образом, что первый вывод корректирующего конденсатора соединен с первым крайним выводом первичной обмотки соединенным с источником переменного напряжения, а между местом соединения второго вывода корректирующего конденсатора с первичной обмоткой и вторым крайним выводом первичной обмотки расположена часть первичной обмотки.

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка включает две секции, а место соединения второго вывода корректирующего конденсатора с первичной обмоткой расположено между ее секциями.

3. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка включает три секции, а место соединения второго вывода корректирующего конденсатора с первичной обмоткой расположено между ее первой и второй секциями или второй и третьей секциями, считая от ее первого крайнего вывода.

4. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка включает четыре секции, а место соединения второго вывода корректирующего конденсатора с первичной обмоткой расположено между ее первой и второй секциями, или второй и третьей секцией, или между третьей и четвертой секциями, считая от ее первого крайнего вывода.

5. Трансформатор, содержащий магнитопровод, первичную обмотку, вторичную обмотку и подключенные к первичной обмотке два корректирующих конденсатора, причем корректирующие конденсаторы подключены параллельно частям первичной обмотки таким образом, что первый вывод первого корректирующего конденсатора подключен к первому крайнему выводу первичной обмотки, соединенному с источником переменного напряжения, между местом подключения первого вывода второго корректирующего конденсатора и первым крайним выводом первичной обмотки расположена часть первичной обмотки, а между местом подключения вторых выводов первого и второго корректирующих конденсаторов и вторым крайним выводом первичной обмотки расположена другая часть первичной обмотки.

6. Трансформатор по п.5, отличающийся тем, что первичная обмотка включает пять секций, место соединения второго вывода первого корректирующего конденсатора с первичной обмоткой расположено между ее четвертой и пятой секциями, считая от ее первого крайнего вывода, а второй корректирующий конденсатор соединен своими выводами с первичной обмоткой между первой и второй секциями и между четвертой и пятой секциями соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, для питания находящихся под высоким потенциалом устройств измерения переменного электрического тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электротехнических устройствах, а именно в электромагнитах, электромагнитных устройствах, электронагревателях, приводных системах переменного и постоянного тока, импульсных транзисторах.

Изобретение относится к электроэнергетике и конкретно касается устройств и способов защиты трансформаторов напряжения от повреждений сверхтоками при феррорезонансных процессах в сетях с изолированными нейтралями.

Изобретение относится к электротехнике . .

Изобретение относится к электротехнике , в частности к импульсным, измерителькымипреобразовательным трансформаторам. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения точности измерений напряжения в электрических цепях. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к трансформаторам постоянного тока. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в военных и промышленных объектах и технике, где для решения задач электроснабжения необходимы однофазные трансформаторы. Технический результат состоит в обеспечении минимальных потерь в трансформаторе в процессе преобразования одного переменного по значению напряжения в другое и повышении к.п.д. на 10-15%. Это достигается путем использования магнитопровода со скругленными по радиусу его окна ярмами; использованием во вторичной цепи вместо одной обмотки, рассчитанной на какое-то напряжение (ток), трех обмоток, связанных определенной зависимостью по их индуктивностям; введением в схему вторичных обмоток фазосдвигающей цепочки. Магнитопровод со скругленными по радиусу его окна ярмами несмотря на удлинение средней линии повышает к.п.д. трансформатора. Введением дополнительных двух обмоток во вторичную цепь вместо одной и фазосдвигающей цепочки стабилизируется магнитная индукция в функции напряженности магнитного поля - независимо от значения нагрузки - и тем самым обеспечивается противофазность токов в первичной и вторичных обмотках. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах релейной защиты, измерения и противоаварийной автоматики. Технический результат состоит в снижении погрешности восстановления первичного тока в переходных режимах, устойчивости восстановления первичного тока и увеличении быстродействия. Способ компенсации погрешности трансформатора тока (ТТ) включает предварительное определение индуктивности рассеяния вторичной обмотки, потери на гистерезис и вихревые токи трансформатора тока, на основании чего рассчитывают сопротивление потерь. Подключают трансформатор тока в первичную цепь энергосистемы. Во вторичную цепь трансформатора тока подключают преобразователь «ток-напряжение». На выход преобразователя подключают аналого-цифровой преобразователь, который с заданным интервалом времени измеряет мгновенные значения напряжения, пропорционального вторичному току ТТ, и формирует цифровой код, соответствующий мгновенному значению вторичного тока трансформатора тока. Мгновенные значения производной потокосцепления определяют путем вычисления первого и последующих приближений производной потокосцепления между первичной и вторичной обмотками по формуле. После чего проводят операцию интегрирования и расчета первого приближения мгновенного значения потокосцепления, определяют по кривой намагничивания новое значение тока намагничивания трансформатора тока, определяют разницу между новым значением тока и принятым. 8 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для защиты силовых трансформаторов электрических станций и подстанций от воздействия геоиндуцированных токов в периоды геомагнитных бурь. Технический результат состоит в упрощении силовой схемы и повышении степени использования оборудования активного заземления нейтрали. Способ активного заземления нейтрали силового трансформатора через защитный модуль заключается в том, что при отсутствии геомагнитной активности создают режим глухозаземленной нейтрали. В периоды геомагнитных бурь создают режим изолированной нейтрали и контролируют напряжение нейтрали, включая защитный модуль, если напряжение достигает предельно допустимого значения. Защитный модуль выполняют в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров, на управляющие электроды которых подают управляющие импульсы при отсутствии геомагнитной активности и прекращают подачу управляющих импульсов в периоды геомагнитных бурь. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных средствах релейной защиты, противоаварийного управления энергосистем, измерения, регистрации аварийных событий и диагностики состояния оборудования. Технический результат состоит в снижении погрешности фильтрации тока намагничивания и в воспроизведении вторичного тока в переходных и установившихся режимах трансформатора, повышении устойчивости и расширении линейного диапазона оценивания параметров как самого трансформатора, так и последовательно включенных с ним элементов. Способ фильтрации тока намагничивания и воспроизведения вторичного тока трансформатора включает составление системы нелинейных уравнений, отражающих реальные электромагнитные физические процессы в трансформаторе, выбор первичных и вторичных измерительных преобразователей для подключения к энергосистеме, а также аналоговых и цифровых элементов для организации вычислительного процесса, выбор метода для решения системы уравнений в реальном времени с использованием замкнутой следящей системы, на выходе которой формируют напряжения, пропорциональные току намагничивания и воспроизводимому вторичному току в аналоговом либо цифровом виде, дополнительно управляют вычислительным процессом, контролируя ошибку слежения. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты силовых трансформаторов электрических станций и подстанций, работающих в электрических сетях с номинальным напряжением 110 кВ и выше, от воздействия геоиндуцированных токов в периоды геомагнитной активности при возмущениях космической погоды. Технический результат состоит в уменьшении потерь активной мощности в токоограничивающем резисторе и реактивной мощности в силовом трансформаторе. Способ эффективного заземления нейтрали силового трансформатора через токоограничивающий резистор и тиристорный ключ заключается в том, что при возникновении аномальных и аварийных ситуаций осуществляют коммутацию тиристорного ключа, который соединяют параллельно с токоограничивающим резистором и подают управляющие импульсы, обеспечивая непрерывную проводимость тиристорного ключа. Фиксируют появление постоянной составляющей тока нейтрали и второй гармоники фазного тока обмотки высокого напряжения силового трансформатора. В случае превышения указанными токами допустимых значений блокируют подачу управляющих импульсов на тиристорный ключ. Возобновляют подачу управляющих импульсов только после прекращения постоянной составляющей тока нейтрали. 1 ил.
Наверх