Трехфазный трансформатор с улучшенными техническими характеристиками

 

Полезная модель относится к области трансформаторостроения и может быть использована в военных и промышленных объектах техники, где для решения задач электроснабжения необходимы трансформаторы. Задачей модели является получение минимальных потерь энергии в трехфазном трансформаторе и обеспечение постоянного коэффициента трансформации в диапазоне расчетной мощности. Введением в Тр разноса катушек друг относительно друга на 120° и закругление магнитопроводов цепи минимизируется отрицательное влияние электромагнитных процессов. Введением в трехфазный Тр пространственного магнитопровода, когда он представлен в виде совокупности трех рамочных магнитопроводов со скругленными ярмами и объединением трех стержней этих рамок в виде одного среднего общего стержня, открываются возможности для построения систем самонастройки Тр. В частности, на среднем стержне МП можно разместить одну, две обмотки обратных связей и использовать их для коррекции магнитных потоков в магнитопроводах, и таким образом минимизировать потери в Тр. Проведенные экспериментальные исследования на реальных образцах трансформаторов общего и военного назначения показали практически полное совпадение с результатами теоретических исследований, к.п.д. таких Тр, работающих на постоянную активную нагрузку, приближается к 0,95-0,97.

Изобретение относится к области трансформаторостроения и может быть использовано в различных электротехнических системах, в основе которых в качестве преобразователей переменного тока (напряжения) применяются трехфазные трансформаторы (Тр).

Целью предлагаемой полезной модели является - улучшение технических характеристик трехфазного трансформатора при максимально упрощенных его электрических связей во вторичной обмотке.

Известно, что главный недостаток существующих трансформаторов состоит в том, что токи в первичной и во вторичных обмотках не находятся в противофазе, ибо ток во вторичной обмотке зависит как от величины, так и от характера нагрузки. Вследствие чего перенос энергии из первичной обмотки во вторичную связан с большими потерями в стали магнитопровода Тр. Для устранения этого недостатка предложено несколько схем, на которые получены патенты 56064, 2324992, 76159.

Ближайшими прототипами предлагаемой модели являются - Классические схемы трехфазных трансформаторов, рассмотренные в работе П.М.Тихомирова - "Расчет трансформаторов".М:. Энергоиздат, 1986 г., и в работе М.М.Кацмана "Электрические машины".М.: "Высшая школа", 1990 г. Основываясь на новинках по патентам 56064, 2324992, 76159, авторы провели теоретические и экспериментальные исследования с трехфазными Тр малой и средней мощности (до 1 кВт). Результаты исследований показали, что технические характеристики трехфазных Тр не лучше однофазных и, вводя схемные решения, их можно значительно улучшить.

Трехфазный трансформатор - это достаточно сложная электромагнитная система. В простейшем виде он представляет собой - единый магнитопровод (МП) и шесть обмоток - три первичные и три вторичные. Все обмотки, по которым протекает ток, связаны между собой взаимной индукцией. Средняя длина МП для различных магнитных потоков, создаваемых обмотками, оказывается разной. На стыках ярм и стержней МП - из-за взаимного влияния магнитных моментов соседних микрочастиц - магнитное сопротивление МП возрастает. Все это в конечном итоге - как и в однофазных трансформаторах - приводит к тому, что токи в первичных и вторичных обмотках оказываются не в противофазах. В результате чего создаются дополнительные потери в Тр. Более того, аварийный случай в одной фазе приводит к выходу из строя Тр в целом. Как показали экспериментальные исследования в трехфазных Тр потери значительно выше, чем в однофазных.

Для устранения или, по крайней мере, для уменьшения указанных недостатков предлагается модель Тр, изображенная на фиг.1, 2.

Она включает в себя - три самостоятельных магнитопровода со скругленными по радиусу, равному половине ширины окон верхней и нижней частями, для уменьшения габаритных размеров и с целью минимизации влияния магнитных потоков рассеивания соседних обмоток плоскости МП развернуты на 120°, МП сходятся в центре, образуя средний стержень (СрСт), см. фиг.1, 2. На каждом магнитопроводе размещаются первичные и вторичные обмотки (фиг.1, 2), а на среднем стержне обмотки обратной связи, выполненные по схеме фиг.3.

Скруглением верхних и нижних частей МП достигается меньшее магнитное сопротивление, все МП могут быть выполнены с одинаковой средней линией. На среднем стержне, который по площади сечения должен быть равен трем площадям сечения каждого МП, можно разместить обмотки отрицательной обратной связи (ООС).

Обмотка ООС одним своим выводом электрически связана с двумя встречно включенными диодами (VD1, VD2), противоположные выводы диодов электрически связываются с двумя последовательно включенными конденсаторами (С1, С2) и параллельно подключенным к ним балластным сопротивлением (Rб2). Второй вывод обмотки электрически через балластное сопротивление (Rб1 ) связывается со средней точкой двух последовательно включенных конденсаторов (C1, C2). Все устройство в целом в последующем для сокращения назовем демпфером.

Назначение демпфера состоит в том, чтобы:

Во-первых, снизить магнитное сопротивление среднего стержня МП за счет создания постоянного подмагничивания. Что обеспечивается разрядом конденсаторов.

Во-вторых, симметрировать магнитные потоки в ветвях МП.

Принцип работы демпфера состоит в следующем.

По среднему стержню МП будет протекать бегущая магнитная волна, обусловленная магнитными потоками всех трех МП - в электрических машинах переменного тока, она называется вращающимся магнитным полем. В силу возможной несимметрии магнитных полей в каждом отдельном МП, ее амплитуда будет переменной. Вследствие чего, будет меняться постоянная составляющая полюсности намагниченности. Это зафиксирует обмотка демпфера, или обратной связи (L) и соответствующим образом зарядит конденсаторы (С1, С2). Причем один из конденсаторов будет заряжаться только через балластное сопротивление Rб1, а второй - еще через дополнительное балластное сопротивление Rб2.

Балластное сопротивление Rб1 является как бы гасящим сопротивлением. Оно выбирается таким образом, чтобы за ¼ периода переменного напряжения один из конденсаторов мог зарядиться до амплитудного значения. При этом второй конденсатор, который заряжается через Rб1+Rб2, за это же время должен зарядиться до 0,6-0,8 амплитудного значения. Зарядка конденсаторов происходит при нарастании амплитуды напряжения. Как только амплитуда напряжения уменьшается до 0,6-0,8 ее значения, конденсаторы начнут разряжаться, поддерживая тем самым намагниченность среднего стержня с сохранением полюсности намагниченности.

Постоянная составляющая намагниченности среднего стержня оказывает симметрирующее воздействие на магнитные потоки во всех трех МП.

Предлагаемая модель трехфазного Тр очень проста в настройке. Как уже отмечалось Rб1 выбирается с целью исключения больших значений тока в электрической цепи. В принципе оно может быть равным нулю. Поэтому вся настройка сводится к расчету конденсаторов и балластного сопротивления (Rб2). В процессе настройки следует путем изменения значения Rб2 добиться, чтобы ток холостого хода в первичных обмотках Тр получил минимальное значение. Как показали экспериментальные исследования за счет предлагаемого схемного решения можно ток холостого хода - в классическом исполнении Тр - уменьшить в два раза.

Проведенные экспериментальные исследования на трехфазных Тр, используемых в бытовой и военной технике, полностью подтвердили справедливость результатов теоретических исследований.

Трехфазный трансформатор с улучшенными техническими характеристиками, содержащий магнитопровод, три первичные и три вторичные обмотки и демпферное устройство, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде единой конструкции, состоящей из трех одинаковых магнитопроводов рамочной конструкции со скругленными верхними и нижними частями (ярмами) по радиусу, равному половине ширине окон, и развернутыми плоскостями рамок по отношению друг к другу на 120°, на одних стержнях рамок размещены первичные и вторичные обмотки для каждой фазы, другие стержни рамок объединены в единый средний стержень, на котором размещена обмотка демпфирующего устройства, которая одним выводом электрически связана с двумя встречно включенными диодами, противоположные выводы которых замыкаются двумя последовательно включенными конденсаторами и параллельно им балластным сопротивлением, а другой вывод обмотки демпферного устройства через второе балластное сопротивление электрически связывается со средней точкой двух конденсаторов.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к электротехнике, а именно, к устройствам, предназначенным для электрических испытаний и может быть использована для экспериментальных исследований аварийных режимов работы вентильного двигателя

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности, к релейной защите и автоматике энергосистем, и может быть использовано для быстродействующей защиты управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов, установленных в электрических сетях высокого напряжения
Наверх