Однофазный трехстержневой трансформатор

Сласс 21 сР, 53 СССР69775 РЕТЕН ЕТЕЛЬСТВ з й трехстержневой трансформатор н Заявлено 20 август 946 гола в Министерств за Ъо 1530 (348001) Опуо:нковано 30 ноябряПредлагавшиеся до сих портрансформаторы с подразделенным магнитопроводом и с плавным регулированием коэфиииснта трансформации путем перераспределения магнитных сопротивлешш стержней за счет их подмагничивация вспомогательными обмотками, питаемыми постояннь. тоф.Оа 1, Оолада,п О 1 ДО: недостатков, в частности, чрезмерно большим рсактащем.Предмет изобретения составляет однофазный трехстержневой трансформатор с подразделенпым магнитопроводом и с плавной регулировкой вторичного напряжения путем подмагничивания постоянным током, свободньш, в частности, от вышеупомянутого недостатка.Согласно изобретению магнитопровод трансформатора составлен из четырех отдсльнь;х прямоугольньх (с одним окном) замкнутых магнитопроводов. Два пз этих магнитропроводов образуют своими стержнями средин подразделенньш стержень трансформатора, и каждый ИЗ НИХ СОВМЕСТНО С ДВУЪи ДРУЧМИ магштопроводами образует крайние стержни, Последкие несут половины первичной обмотки, соединенные последовательно, и половины вторичАВТОРСКОМУ Обычно применяемые аппараты переменного тока для плавного регулирования напряжения (потенциал-регуляторы, трансформаторы п автстрансформаторы с передвижными обмотками или со скользящим контакто.,) требуют для регулирования перемещения тех или иных частей при помощи более или менее сложного механического приспособления. Мощность, необходимая для производства регулирования в подобных устройствах, весьма велика. Для осуществления дистанционногоавтоматического регулирования требуется электродвигатель и целый ряд промежуточной аппаратуры, что осложняет и замедляет процесс регулирования. Кроме того, ни один из указанных аппаратов не может быть г.,и 1 олнс 1 на очень высокие иапрян:ения и большие мощности. Задача не разрешается также применени м реакторов с подмагниНванием, так как введение в цепь сколько-нибудь значительного сериесного реактанда сопряжено с болыпими потерями, ухудшением коэфициента мощности, увеличением колебаний напряжеш 1 я при колебаниях на: рузки и искажением формы кривойапряжения. лснтронромышленности С47 годаной обмотки, включенные навстречу друг другу. Обмотки же подмагничивания расположены на всех трех стержнях.На фиг. 1 показан магнитопровод трансформатора без обмоток; на фиг, 2 - схема соединения первичных и вторичных обмоток трансформатора, причем обмотки подмагничивания не показаны; на фиг. 3 - схема соединения обмоток подмагничивания, причем рабочие обмотки не показаны; на фиг. 4 и 5 - соответственно, трехфазная и однофазная схемы трансформатора,Рассматриваемый трансформатор является однофазным. Для трехфазной системы их должно быть взято три. Как видно из фиг. 2, трансформатор имеет две вторичные обмотки, расположенные на крайних стержнях магнитной системы, Магнитная система, изображенная на фиг, 1, состоит из трех отдельных магнитопроводов 1, П и П 1, обьединенных общими обмотками, Магнитопровод П замыкается только вокруг обмоток 1 и 2, магнитопровод П 1 - только вокруг обмоток 1" и 2", магнитопровод 1 проходит через обе половины обеих оомоток, т. е. через 1, 2, 1" и 2", и не имеет среднего стержня,Имеется три обмотки управления с одинаковыми числами витков, показанные на фиг. 3, Обмотка У охватывает магнитопроводы 1 и П, обмотка Уа - магиитопроводы 1 и 1 П, и средняя обмотка управления У, охватывает магнитопроводы П и П 1.Первичные обмотки 1 и 1" соединены последовательно и так, чтобы в магнитопроводеоии действовали согласно,Вторичные обмотки 2 и 2" соединены также последовательно, ио встречно, иначе говоря так, что протекающий через них ток не может создать магнитного потока в магнитопроводе 1,Допустим, что вначале магнитопроводы П и П 1 насыщены постоянным магнитным потоком, создаваемым обмотками управления, а магнитопровод 1 не насыщен. Тогда обмотки 1, 1", 2" и 2 образуют обычный трансформатор со вторич ными обмотками, включенным встречно. Напряжение на вторично, стороне в этом случае, очевиднс равно нулю. Если теперь уменьшат постоянное насыщение магнитопро вода П (или П 1), одновременно уве личивая насыщение магнитопровода 1 и оставляя насыщенным третий магнитопровод, то симметрия нару шится. Поток, охватываемый обмот ками ( и 2, увеличится, а поток охватываемый обмотками " и 2" уменьшится так, что напряжени в обмотках 2 и 2" перестанут быт равными, и на зажимах вторично цепи появится напряжение, величин которого можно плавно регулиро вать, изменяя степень постоянного насыщения магнитопроводов способом, описанным ниже, В предельном случае, когда с магнитопровода П (или П) полностью снято насыщение, а остальные два магнитопровода полностью насыщены, мы имеем как бы трансформатор, образованный обмотками 1 и 2 (или 1" и 2"), последовательно с которым включен насыщенный реактор, образованный обмотками 1" и 2" (или 1 и 2), Так как желательно по возможности уменьшить падение напряжения при нагрузке, то реактанц этого реактора должен быть по возможности уменьшен, что достигается обеспечением сформулированных ниже условий.Функция обмоток управления заключается в создании постоянных потоков насыщения и перераспределении их в целях регулирования напряжения, Достигается это следующим образом.Вначале по обмоткам У У и У, протекают токи одинаковой величины, так что в магнитопроводах П и П( их магнитодвижущие силы складываются, а в магнитопроводе 1 - компенсируются. Уменьшая ток и обмотке Уь мы тем самым уменьшаем насыщение магнитопровода П и увеличиваем насыщение магнитопровода 1, Меняя ток в обмотке У+ 1 макс до - 1 маас мы тем самым постепенно снимаем насыщение с магнитопровода 11 и насыщаем магнитопровод 1, осуществляя вышеописанный процесс регулированиявторичного напряжения от нуля до максимума. При этом ток в обмот(ах У 2 и У не должен меняться.Регулирование можно осуществлять и изменением тока в обмотке У;, оставляя неизменным ток в У, и У,. При этом напряжение на вторичной обмотке будет обратным по фазе цо отношению к напряжению при регулировании обмоткой УНеобходимо отметить следующее: ввиду того, что обмотки управления расположены на тех же стержнях, что и рабочие обмотки, в обмотках управления будет наводиться переменная э, д. с. Поэтому при работе трех трансформаторов в трехфазной группе необходимо соединить последовательно одноименные обмотки управления всех трех трансформаторов, При этом сумма переменных напряжений в цепи управления всегда будет равна нулю. При работе трансформатора в однофазной схеме следует включать параллельно два трансформатора половинной мощности, соединяя их соответствующие обмотки последовательно так, чтобы переменные э. д. с, в них компенсировались 1 схема на фиг. 5).Помимо компенсации переменной э. д. с. в обмотках управления такая схема приводит к уничтожени 1 о четных гармоник в кривой напряжения трансформатора. Кроме того, гармоники, кратные трем, могут, как известно, быть уничтожены соответствующим соединением обмоток трехфазной группы. Рабочие обмотки в схеме по фиг. 4 соединены в треугольник - звезду.Качество трансформатора, как известно, определяется в значительной степени величиной тока холостого хода и напряжения короткого замыкания. Прп одних и тех же материалах сердечника, могцности трансформатора и выбранной магнитной индукции произведение тока холостого хода 1 в в процентах на напряжение короткого замыкания с в процентах остается величиной приблизительно постоянной, не зависящей от сечения железа и количества витков обмоток. Поэтому качество трансформатораможно охарактеризовать величинойР = 1 Гв Е,Тв. (1)Чем меньше эта величина, темэкономичнее трансформатор. Теоретические исследования приводятк следующей формуле для определения коэфициента р у предлагаемого трансформатора:8 иУ (1-ф-и)+23 10и (4 у+2)+2 Двгде У = - - ; 1 = 1 гп - длинап,1магнитного пути магнитопроводов Пи 1 П;- длина магнитного пути магнитопровода 1:дВ1 АН навьпц. (3)раб.х бИ- -1 в перв производная (наЙН насвнв.клон) кривой намагничивания прп максимальном насыщении постоянным током в гауссах/эрстед;Рраб. - МаГНИтцаЯ ПРОНИПаЕМОСтЬ ПРИмаксимальной переменнойиндукции в ненасыщенномсердечнике.При наличии шихтовок или стыков магнитопровода их следуетучесть поправочным коэфициентом1 +УвРраб., (4)где ув : (1 - 8) 10-" - отножшение длины эквивалентной воздушной щели к длине магнитного путиданного магнитопровода.В формуле (2) обычно у = - 0,7.Вводя эту величину и предполагаяи:. 1 (что обычно и имеет место),мы получим простую формулу для Р:о 4001(1 + /в цраб) 6)Наилучшим материалом являетсятакой, у которого о 1 имеет величинуне более 0,008 - 0,01 при напряженности постоянного магнитного поляне более 15 эрстед, Таким материалом являются слаболегированныеи среднелегированные стали, у котоРых 1 - 2,5 й .1; 0.2 - 0,251 в С;0,08 - 0,09 во Мп; 0,0.1 - 0,02 Оо Р и0,04 в Я.139Для малых трансформаторов ьожет найти применение пермаллой(78,5% Х и 21,5 О Ге), однако егопреимущества теряются при наличиишихтовок и стыков, как видно изформулы (4).Порядок расчета.а) Выбирают материал и находятдля него по формуле (5) величину 1.б) Задаются желательным напряжением короткого замыкания ги находят ток холостого хода(б)к аов) Задаются максимальной переменной индукцией в ненасыщенномсердечнике (8000 в 90 гауссов),г) Найдя по кривой намагничивания для выбранной индукции числоампервитков на сантиметр пути, знаядлину пути и цамагничивающий ток1, находят число витков одной половины первичной обмотки:(Хо уД) Находят исло витков 0 ццойполовины вторичной обмотки:Цг,=(1+ н 1) Г, -,". (8)е) Сечение железа находят по известной формулец, цБ4,-1 Л . яlмако1где 1 - частота, В,ча - ицдукциявыбранная ранее (пункт в цастоящего расчета),ж(10)ж) Сечения обмотки определяются так же, как и для обычного трансформатора, - по допустимой плотности тока.з) Обмотки управления рассчитываются, исходя из напряженности магнитного поля, необходимой для получения требуемого насып,ения, Эта напряженность равна 10 - 15 эрстедам цли 8 - 12 ампервцткам на сантиметр магнитного пути.Предлагаемый трансформатор обладает следующими преимушествами.1. Чисто электрическое регулирование при помощи постоянного тока неболыпой мощности, что облегчает 14 О устройство автоматического и ди станционного регулирования, а так же позволяет использовать транс форматор в качестве магнитногс усилизеля2. Отсутствие каких-либо подвиж ных частей, что дает возможноств осуществить изоляцию регулятор; ца любые напряжения.3, Сравнительно небольшое реак 1 ивцое потребление.4. Несложность конструкции простота изготовления.5, Отсутствие значительны.; иска 5 кений фОВь кривой цацряжени 51.Основными областями прцменени 5 могут быть:1. Приспособлешя для регулировация под нагрузкой напряжен;я силовых трансформаторов, Трансформатор, будучи включен последовательно с оомоткой силового трансформатора, позволит полу шть плавное регулирование насряжения под нагрузкой и пределах 5 - 10 Ъ при затрате мощюстц на упраиецис - 0,05 - 0,1мощности силового рансфорхатора. Регудироваце легко может быть выполне.о дистацццонцым цли автолтическим2. Стабилизаторы низкого,: высокого цапряжеци 5 и вели ины тока.3. Электро м а г нитные ус ц,.штели. Включая каскадно несколько трансформаторов, т. е. питая от одного трансформатора через вь:црямитель обмотку управления другого, можно получить, особенно при повышенной часто ге, коэфициент усиления по мощности 10000 и выше, т, е. каскадные схемы с трансформаторами в некоторых случаях могут заменить спп"пдцн, име 51 по сравнению с нм преимущество в большей;росоте, надежности ц отсутсвии подвижных частей.4, Лабораторные и процзводственныс схемы регулирования на;ряжения, испытательные устройства, печные и сварочные установки.5. Замена агрегата Леонарда путем соедицс цця трансформатора с выпрямителем. Такая схема имеет преимущества как перед агрегаом Леонарда (большая надежность трансформатора), так и по сравнению с управляемым выпрямителем(больший к. п. д. и лучший коэфициент мощности трансформатора).6. Пуск асинхронных и синхронных двигателей.7. Различные схемы автоматики, в частности, схемы возбуждения и компаундирования синхронных машин. Пред м ет изобретения Однофазный трехстержневой трансформатор с подразделенным магнитопроводом и с плавной регулировкой вторичного напряжения путем перераспределения магнитных сопротивлений стержней за счет подмагничивания постоянным током, отличающийся тем, что магнитопровод составлен из четырех отдельных прямоугольных (с одним окном) замкнутых магнитопроводов, из которых два образуют своими стержнями средний подразделенный стержень трансформатора, и каждый из них совместно с двумя другими магнитопроводами образует крайние стержни, несущие половины первичной обмотки, соединенные последовательно, и половины вторичной обмотки, включенные навстречу друг другу, тогда как обмотки подмагничивания расположены на всех трех стержнях.