початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2217829

ЕЛЕКТРИЧНИЙ РЕАКТОР з підмагнічування

Ім'я винахідника: Брянцев А.М. (RU); Лур'є А.І. (RU); Бики Меньгерт Акошевіч (UA); Уколов Сергій Володимирович Ім'я патентовласника: Брянцев Олександр Михайлович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 2001.12.19

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано, наприклад, в електричних мережах для компенсації реактивної потужності. Електричний реактор містить магнітну систему з середніми стержнями, ярмамі, двома бічними ярмамі. Розміщення на середніх стержнях обмотки управління підключені до регульованого джерела постійної напруги. Мережеві обмотки охоплюють два сусідніх стержня з керуючими обмоткам включеними. Між торцями обмоток і ярмамі розміщені кільцеві шунти з радіальним розрізом. Кожен з них намотаний зі стрічки електротехнічної сталі і забезпечений вставками з листів електротехнічної сталі, ширина яких дорівнює ширині стрічки. Вставки розміщені між її шарами. Кільцеві шунти виконані за формою, відповідною формою перетину торців обмоток, які виступають за контури магнітної системи. Відношення мінімального перетину стали кожного кільцевого шунта до перетину стали кожного середнього стержня знаходиться в межах від 1/8 до 1/4. Ярма магнітної системи виконані з ділянками різного перерізу сталі. Площа S перерізу сталі ділянок ярем, розташованих між сусідніми стрижнями, охопленими мережевий обмоткою, і площа S _ст перетину стали стрижнів пов'язані співвідношенням: S: S _ст = 1,5-2. Технічний результат полягає в зменшенні струму спотворення вищими гармоніками і зниження втрат на вихревие струми.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використано для керованих підмагнічуванням реакторів, які встановлюються, наприклад в електричній мережі для компенсації реактивної потужності.

Відомий електричний реактор з підмагнічуванням [1], який містить магнітну систему з середніми стержнями, двома ярмамі, з двома бічними ярмамі. На середніх стержнях розміщені обмотки управління. На середніх стержнях розміщені і мережеві обмотки, що охоплюють обмотки управління. Для підвищення надійності та збільшення швидкодії між мережевими обмотками однієї фази є складні електричні перез'єднання. Крім складності конструкції, недоліком [1] є підвищена витрата основних матеріалів - провідникового матеріалу мережевих обмоток і електротехнічної сталі магнітної системи. У реакторі-аналогу [1] є спотворення струму через вищих гармонік, що виникають при насиченні ділянок ярем. Крім того, в елементах конструкції реактора виникають великі втрати через вихрових струмів, що викликаються полем розсіювання обмоток.

Частково недоліки [1] усунені в відомому пристрої [2], що є найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого винаходу. Так само, як і в аналогу [1], в цьому пристрої-прототипі є магнітна система з середніми стержнями, двома ярмамі, з двома бічними ярмамі, на стрижнях розміщені обмотки управління. На відміну від аналога [1] є не дві, а одна мережева обмотка, що охоплює два сусідніх стержня з обмотками управління, що дозволяє спростити конструкцію і скоротити витрату матеріалів. Однак пристрій має спотворення струму через вищих гармонік, що виникають при насиченні ділянок ярем, володіє підвищеними втратами на вихрові струми, що виникають в елементах конструкції через магнітного поля розсіювання.

Метою винаходу є зменшення струму спотворення вищими гармоніками і зниження втрат на вихрові струми, що виникають в елементах конструкції через магнітного поля розсіювання за рахунок введення нових елементів конструкції - кільцевих шунтів складного перетину, а й за рахунок введення нових співвідношень розмірів між перетинами ярем і стрижнів муздрамтеатру.

Поставлена ​​мета досягається тим, що в електричному реакторі з підмагнічуванням, що містить магнітну систему з середніми стержнями, ярмамі, двома бічними ярмамі, розміщені на середніх стержнях обмотки управління, підключення до регульованого джерела постійної напруги, і мережеві обмотки, що охоплюють два сусідніх стержня з керуючими обмотками , включеними зустрічно, що відрізняється тим, що між торцями обмоток і ярмамі розміщені кільцеві шунти з радіальним розрізом, при цьому, кожен із зазначених кільцевих шунтів намотаний зі стрічки електротехнічної сталі і забезпечений вставками з листів електротехнічної сталі, ширина яких дорівнює ширині зазначеної стрічки, вставки розміщені між її шарами, причому зазначені кільцеві шунти виконані за формою, відповідною формою перетину торців обмоток, які виступають за контури магнітної системи, відношення мінімального перетину стали кожного кільцевого шунта до перетину стали кожного середнього стержня знаходиться в межах від 1/8 до 1/4, згадані ярма виконані з ділянками різного перерізу сталі, при цьому площа S перерізу сталі ділянок ярем, розташованих між сусідніми стрижнями, охопленими мережевий обмоткою, і площа S _ст перетину стали стрижнів пов'язані співвідношенням

S: S _ст = 1,5 ÷ 2.

Кільцеві шунти можуть бути виконані з осьовими розрізами.

Пропонований електричний реактор з підмагнічуванням пояснюється кресленнями.

	На фіг. 1 показана конструкція магнітної системи реактора з обмотками в перерізі по головній осі, на фіг.2 - перетин реактора в плані, на фіг.3 дан в двох проекціях кільцевої шунт. Магнітна система реактора містить стрижні 1, два ярма (горизонтальних) - верхнє 2 і нижнє 3, два бічних ярма 4. На всіх сусідніх стрижнях 1 розміщені обмотки управління 5. У реакторі є три (за кількістю фаз А, В і С) мережеві обмотки 6, кожна мережева обмотка охоплює два сусідніх стержня з обмотками управління.

На торцях всіх обмоток впритул до ярмам 2 і 3 розміщені намотані із стрічки електротехнічної сталі кільцеві шунти 7, мають радіальний розріз 8. На фіг. 2 і 3 видно, що ці шунти виконані за формою, відповідною формою перетину торців обмоток, які виступають за контури магнітної системи (ці контури - лінії ярем 2 і 3 в плані на фіг.3 показані штрих-пунктиром). Для того, щоб виконати кільцеві шунти складної форми, при їх намотуванні зі стрічки електротехнічної сталі між витками стрічки закладають вставки 9 з листів стали різної довжини і з шириною, що має ширину стрічки.

Кільцеві шунти можуть бути виконані з осьовими розрізами 10.

Для зручності виконання і монтажу, для кращого охолодження кільцеві шунти можуть бути суцільними або складеними з двох частин, в останньому випадку між цими частинами є канал 11, який на фіг.1,2 і 3 показаний пунктиром.

Ярма 2 і 3 мають ділянки 12, розташовані між сусідніми стрижнями 1, охопленими мережевий обмоткою 6. Ці ділянки 12 у порівнянні з іншими ділянками ярем 2 і 3 і бічними ярмамі 4 мають збільшене перетин стали.

Обмотки управління, за допомогою яких здійснюється регулювання потужності реактора підмагнічуванням стрижнів, підключаються до регульованого джерела постійної напруги, при цьому можливі різні варіанти з'єднання обмоток управління. Наприклад, кожна пара обмоток управління 5, охоплена своєї мережевої обмоткою 6, може бути з'єднана послідовно зустрічно, а всі 3 пари обмоток управління трьох фаз реактора можуть бути з'єднані між собою паралельно.

Мережеві обмотки 6 трьох фаз можуть бути з'єднані в зірку з нулем (або в іншу трифазну схему) і підключені до трифазної мережі змінного напруги.

Електричний реактор з підмагнічуванням, виконаний відповідно до формули пропонованого винаходу, працює таким чином.

При підключенні обмоток 6 до електричної мережі змінного струму і відключеному регульованому джерелі постійного струму в двох сусідніх стрижнях 1 виникають однакові за величиною і напрямком змінні магнітні потоки з амплітудою Ф _m, замикаються через ярма 2 і 3 і бічні стрижні 4 магнітної системи. Амплітуда потоків Ф _m приблизно дорівнює потоку насичення стрижнів Ф _s (це відповідає найбільш раціональному використанню стали стрижнів), а постійний магнітний потік відсутній. У всіх перетинах магнітної системи (стрижнях і всіх ярмах) сумарний потік не перевищує потік насичення Ф _s (рівний індукції насичення сталі, помноженої на перетин стали), тому струм реактора практично дуже невеликий. Такий режим роботи реактора називають режимом холостого ходу.

Управління потужністю реактора здійснюється підключенням до подмагничивающим обмоткам управління регульованого джерела постійної напруги, наприклад регульованого перетворювача (випрямляча). При підключенні випрямляча до обмоток управління в них виникає струм, який призводить до виникнення і наростання потоку підмагнічування Ф ₀ (постійної складової в кривої потоку). У сусідніх стрижнях цей потік Ф ₀ спрямований в різні боки (через зустрічного включення обмоток управління), тому він замикається в основному по найкоротшому шляху через ділянки ярем 12, розташовані між стрижнями 1 однієї фази. Так як на потік підмагнічування Ф ₀ накладається змінний потік Ф _s, результуючий потік починає зміщуватися в область насичення стали, тобто стрижні виявляються насиченими деяку частину періоду. У свою чергу, насичення стрижнів призводить до виникнення і зростання струму в мережевій обмотці 6. При збільшенні постійної напруги на обмотці управління 5 потік підмагнічування збільшується, збільшуються інтервали часу всередині кожного періоду, коли стрижень знаходиться в насиченому стані (т. Е. Коли потік стержня більше потоку насичення Ф _s), відповідно до цього збільшується і мережевий струм. Існує особливий проміжний режим, при якому потік підмагнічування Ф ₀ стає рівним амплітуді змінного магнітного потоку Ф _m. Цей режим характеризується тим, що час насиченого стану стержнів однаково і дорівнює половині періоду синусоїди, причому за рахунок різних напрямків змінного потоку Ф _m і постійного потоку Ф ₀ в стрижнях, які охоплюються мережевий обмоткою, одну половину періоду насичений один стрижень, а іншу - інший. Такий режим називається режимом полупериодного насичення. В цьому режимі в струмі реактора вищі гармоніки практично відсутні, і струм має чисто синусоїдальну форму, тому керований підмагнічуванням реактор проектується так, щоб його номінальний режим був близький до режиму полупериодного насичення.

Після досягнення такого стану, коли магнітний потік стрижня весь період виявляється рівним або більшим потоку насичення, мережевий струм досягає максимально можливого значення і далі вже не підвищується, тому що диференціальна магнітна проникність насиченою стали стає близькою до проникності вакууму. У цьому режимі, званому режимом полноперіодного насичення, реактор стає лінійної індуктивністю, в струмі вищі гармоніки майже відсутні. Однак цей режим характеризується великим струмом в обмотках управління, т. Е. Великими втратами в цих обмотках. Тому цей режим використовується як короткочасний режим форсування потужності. В цьому режимі полноперіодного насичення магнітний потік в ділянці ярма 12 між стрижнями 1 кожної фази стає дуже великим, так як потік підмагнічування Ф _0, збільшується до величини амплітуди змінного магнітного потоку Ф _m. Однак ці ділянки 12 мають збільшену площу перетину, тому вони не насичуються, і струм реактора залишається спотвореним, чисто синусоїдальним. Такі спотворення були б у разі, якби ярма не мали ділянок збільшеного перетину (як в прототипі). Додаткові розрахунки показали, що збільшення перетину повинно бути не менше 1,5-кратного по відношенню до площі перерізу сталі стержня 1, тому що при меншій площі спотворення в мережевому струмі реактора стають більше допустимих. Збільшення більш 2-кратного і не раціонально, т. К. Магнітний потік в цих ділянках не перевищує подвійного потоку Ф _m.

При роботі реактора ток обмоток поза стали (в області обмоток) створює магнітне поле розсіювання. Це поле розсіювання має максимальну індукцію в середині висоти обмоток, а замикається воно поза обмоток, проходячи в основному крізь торці обмоток. Якщо поле розсіювання не "направити" певними конструктивними заходами, то воно "вирвавшись назовні", наведе вихрові струми в усіх металевих вузлах конструкції (пресуючих балках, ярмах, стінках бака та ін.). Ці вихрові струми призведуть до суттєвого збільшення втрат потужності в реакторі, до небезпечних місцевим нагріванням. Для потужних реакторів вони загрожують їх повною непрацездатністю. Кільцеві шунти, встановлені на торцях обмоток, концентрують поле розсіювання. Поле розсіювання входить в кільцевої шунт, проходить уздовж листів сталі (уздовж листів стрічки) і переходить в ярмо через зазор під ярмом. Кільцеві шунти мають складну форму для того, щоб "перекрити" торці обмоток, які виступають за контур магнітної системи (контур ярем). Сконцентрований в кільцевому шунт магнітний потік розсіювання максимальний в перерізі шунта на рівні лінії ярма, тому що до цієї лінії магнітний потік розсіювання тільки накопичується, а за цією лінією він починає переходити в ярмо. У цій же області перетин стали кільцевого шунта мінімально. Додаткові розрахунки показали, що в залежності від співвідношення геометричних розмірів обмоток і магнітної системи сконцентрований магнітний потік становить 1/8 - 1/4 магнітного потоку середнього стержня, тому мінімальна площа перерізу сталі кільцевого шунта по відношенню до площі перерізу сталі середнього стрижня повинні знаходитися в тому ж діапазоні. Якщо площа перерізу менше мінімального, то відбувається насичення стали шунта, що приводить до несприятливого перерозподілу магнітного потоку між шарами, збільшення втрат і нагріву. Збільшення перетину понад верхньої межі нераціонально через зайву збільшення маси стали шунтів.

Магнітне поле розсіювання в радіальному напрямку не рівномірно, тому між шарами кільцевого шунта є перетоки магнітного поля. При цьому через магнітного потоку поперек стрічки стали виникають вихрові струми, що призводять до великих втрат і нагрівання. З метою зниження втрат і нагріву кільцевих шунтів вони виконуються з осьовими розрізами. Радіальний розріз кільцевого шунта необхідний для того, щоб не було короткозамкнутого контуру, що охоплює основний магнітний потік мережевої обмотки.

Крім трифазного варіанту можливий однофазний варіант конструкції, при цьому зберігаються всі елементи конструкції трифазного реактора, але відповідно зменшується число стрижнів і обмоток.

Працездатність пропонованого керованого підмагнічуванням електричного реактора і його високі техніко-економічні показники підтверджені розрахунками і фізичним моделюванням. У порівнянні з аналогом і прототипом пропоноване винахід має явною перевагою - поліпшенням форми кривої струму, зменшенням втрат, а й витрати матеріалів.

ВИКОРИСТОВУВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Електричний реактор з підмагнічуванням. Патент РФ 1762322, Н 01 F 29/14. Бюлетень винаходів 34 1992 р

2. Core for electrical apparatus. Paul A. Vanse. Патент США 2287382. Application Juli 23, 1940, Serial No 346,904. Patendet Dec. 23, 1941.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Електричний реактор з підмагнічуванням, що містить магнітну систему з середніми стержнями, ярмамі, двома бічними ярмамі, розміщені на середніх стержнях обмотки управління, підключення до регульованого джерела постійної напруги, і мережеві обмотки, що охоплюють два сусідніх стержня з керуючими обмотками, включеними зустрічно, що відрізняється тим, що між торцями обмоток і ярмамі розміщені кільцеві шунти з радіальним розрізом, при цьому кожен із зазначених кільцевих шунтів намотаний зі стрічки електротехнічної сталі і забезпечений вставками з листів електротехнічної сталі, ширина яких дорівнює ширині зазначеної стрічки, вставки розміщені між її шарами, причому зазначені кільцеві шунти виконані за формою, відповідною формою перетину торців обмоток, які виступають за контури магнітної системи, відношення мінімального перетину стали кожного кільцевого шунта до перетину стали кожного середнього стержня знаходиться в межах від 1/8 до 1/4, згадані ярма виконані з ділянками різного перерізу стали, при цьому площа S перерізу сталі ділянок ярем, розташованих між сусідніми стрижнями, охопленими мережевий обмоткою, і площа _S CT перетину стали стрижнів пов'язані співвідношенням S: S _ст = 1,5 ÷ 2.

2. Електричний реактор з підмагнічуванням по п.1, що відрізняється тим, що кільцеві шунти мають осьові розрізи.

Версія для друку
Дата публікації 15.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів