ОДНОФАЗНОЕ ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована при конструировании и изготовлении однофазных силовых трансформаторов и управляемых реакторов (компенсирующих, шунтирующих, токоограничивающих или дугогасящих).
Известно электроиндукционное устройство, содержащее магнитопровод со стержнями и ярмами, обмотки и магнитные шунты, предназначенные для экранирования магнитных полей рассеяния и выполненные в виде прямоугольных пакетов электротехнической стали, установленных вертикально на стенках масляного бака устройства [SU 476612, МПК H01f 27/34, 1973 г.].
Недостатком этой конструкции является наличие открытых торцевых участков обмоток, которые являются источниками магнитных полей рассеяния, вызывающих добавочные потери и нагрев металлических элементов конструкции и масляного бака, что снижает надежность работы всего устройства в целом.
Известно также электроиндукционное устройство, содержащее прямоугольный шихтованный магнитопровод со стержнями и ярмами, внутреннюю и внешнюю обмотки, коаксиально размещенные на стержнях магнитопровода, и два магнитных шунта, закрепленных на ярмах с перекрытием торцов обмоток [пат. RU 2221297, МПК H01F 38/02, 29/02, 2004]. Этот аналог выбран в качестве прототипа.
В устройстве-прототипе магнитный шунт состоит из четырех секторов, каждый из которых представляет собой плоскошихтованный пакет стальных листов, закрепленный на внутренней грани ярма, обращенной к торцам обмоток.
Недостаток прототипа - неэффективный расход стали на магнитное шунтирование, обусловленный креплением магнитных шунтов (их секторов) на обращенных к торцам обмоток внутренних гранях ярм. При такой конструкции устройства часть магнитного шунта (каждого его сектора), расположенная на внутренней грани ярма, дублирует экранирующее действие ярма, т.е. используется неэффективно. Следствием этого же несовершенства конструкции прототипа является перераспределение магнитного поля из ярем в магнитные шунты, сопровождающееся их нагревом и добавочными потерями в обмотках и других металлических элементах устройства (стягивающих шпильках, масляном баке), и, следовательно, к снижением его надежности.
Раскрытие существа полезной модели
Задача полезной модели - устранение указанного недостатка.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели - снижение расхода электротехнической стали, обусловленное креплением шунтов не на внутренних, а на боковых гранях ярма так, чтобы грани ярма и закрепленного на нем шунта, обращенные к торцам обмотки, располагались в одной плоскости. При такой конструкции устройства магнитные шунты не дублируют экранирующего действия ярм, не оттягивают на себя их магнитный поток, а используют всю затраченную на них электротехническую сталь для эффективного экранирования магнитного потока рассеяния, выходящего за пределы ярма. В результате уменьшаются нагрев и добавочные потери в элементах устройства, а его надежность и срок службы возрастают.
Предметом полезной модели является однофазное электроиндукционное устройство, содержащее прямоугольный шихтованный магнитопровод из двух стержней и двух ярм, внутреннюю и внешнюю обмотки, коаксиально размещенные на каждом стержне магнитопровода, и два шихтованных магнитных шунта, закрепленных на боковых гранях ярм с перекрытием торцов обмоток, при этом грани ярма и закрепленного на нем шунта, обращенные к торцам обмоток, расположены в одной плоскости.
Приведенная совокупность признаков позволяет получить указанный выше технический результат.
Полезная модель имеет развития, раскрывающие частные случаи выполнения устройства и состоящие в том, что:
- поперечные сечения ярм имеют форму полукруга или полуэллипса, обращенных плоскими сторонами к торцам обмоток;
- магнитный шунт выполнен из двух шихтованных полушунтов, разделенных изолирующими прокладками, каждый из которых имеет продольный участок, закрепленный вдоль ярма, и два поперечных участка, примыкающие к торцам ярма, при этом поперечные участки полушунтов могут быть выполнены прямоугольными, полукруглыми или многогранными;
- продольные и поперечные участки полушунтов выполнены в виде отдельных шихтованных пакетов, плоскости шихтовки которых взаимно ортогональны, поперечные участки снабжены фиксирующими выступами, установлены с перекрытием продольных участков и отделены от них дополнительными изолирующими прокладками, при этом поперечные участки и крайние части продольных участков полушунтов могут быть выполнены прямоугольными или многогранными.
Краткое описание фигур
На чертежах фиг.1-9 представлено устройство с учетом развитии полезной модели.
На фиг.1 представлена фронтальная проекция устройства, на фиг.2 профильная проекция устройства, на фиг.3, 4 и 5 - горизонтальные проекции устройства, иллюстрирующие различные варианты выполнения каждого магнитного шунта из двух шихтованных полушунтов, включающих один продольный участок и примыкающие к нему части двух поперечных участков. При этом на фиг.3 показано выполнение полушунтов с прямоугольными поперечными участками, на фиг.4 - с полукруглыми поперечными участками, а на фиг.5 - с многогранными поперечными участками.
На фиг.6-9 показаны фрагменты проекций, иллюстрирующие возможные выполнения продольных и поперечных участков полушунтов в виде отдельных шихтованных пакетов. Фиг.6 и 7 иллюстрируют установку поперечных участков с перекрытием продольных участков и фиксацию поперечных участков с помощью выступов, а фиг.8 и 9 прямоугольную и многогранную формы участков соответственно для этого случая.
Осуществление полезной модели с учетом ее развитий
Устройство содержит шихтованный магнитопровод из двух стержней 1 и двух ярм 2, внутреннюю 3 и внешнюю 4 обмотки, коаксиально размещенные на каждом стержне 1 магнитопровода, и два шихтованных магнитных шунта 5, закрепленных на боковых гранях ярм 2 с перекрытием торцов обмоток 3 и 4. Грань 6 каждого ярма 2 и грань 7 закрепленного на этом ярме шунта 5, обращенные к торцам обмоток 3 и 4, расположены в одной плоскости.
Поперечные сечения ярм 2 могут иметь форму полукруга или полуэллипса, обращенных плоскими сторонами к горцам обмоток 3 и 4 (см. фиг.2 и 7).
Каждый из шунтов 5 может состоять из двух шихтованных полушунтов, разделенных изолирующими прокладками 8. Плоскость изолирующей прокладки 8 параллельна плоскостям шихтовки магнитопровода, состоящего из стержней 1 и ярм 2. Каждый полушунт может быть выполнен в виде единого гнутого шихтованного пакета и иметь продольный участок 9, закрепленный вдоль боковой грани ярма 2, и два поперечных участка 10, примыкающие к торцам ярма 2. При этом поперечные участки 10 шунтов 5 могут быть выполнены прямоугольными (см. фиг.3), полукруглыми (см. фиг.4) или многогранными (см. фиг.5).
В других случаях продольные 9 и поперечные 10 участки полушунтов могут быть выполнены в виде отдельных шихтованных пакетов, плоскости шихтовки которых взаимно ортогональны (см. фиг.6-9). При этом поперечные участки 10 снабжены фиксирующими выступами 11, установлены с перекрытием продольных участков 9. Перекрывающие части участков 10 отделены от участков 9 дополнительными изолирующими прокладками 12. В этом случае поперечные участки 10 вместе с крайними частями продольных участков 9 могут быть выполнены прямоугольными (см. фиг.8) или многогранными (см. фиг.9).
Закрепление магнитных шунтов на боковых гранях ярм 2 магнитопровода может быть выполнено с помощью стягивающих металлических шпилек и гаек, что условно обозначено на чертежах крестиками (фиг.1 и 6) или штрихпунктирными линиями (см. фиг.2, 3, 4, 5 и 7).
Стягивающие металлические шпильки, устанавливаются в крепежные отверстия, выполненные в шихтованных пакетах магнитопровода и шунтов. При этом шпильки изолируются от стальных листов пакета трубками из изоляционного материала. В случае, выполнения поперечных участков 10 и продольных участков 9 в виде отдельных пакетов (фиг.6-9), участки 10 крепятся на участках 9, а крепежные отверстия под шпильки выполняются в пакетах участков 9 и в фиксирующих выступах 11 (см. фиг.7).
Устройство работает следующим образом (на примере его использования в качестве управляемого реактора).
Первичная внешняя обмотка 4, размещенная на стержне 1, подключается к электрической сети высокого напряжения. Вторичная внутренняя обмотка 3, размещенная на этом же стержне 1, подключается к коммутатору, выполненному, например, из тиристорных вентилей, соединенных встречно-параллельно. При разомкнутом коммутаторе реактор работает в режиме холостого хода (х.х.), а при замкнутом - в режиме короткого замыкания (к.з.). Для управляемых реакторов эти режимы являются длительными рабочими режимами, в которых оценивают воздействие магнитных потоков рассеяния на металлические элементы конструкции.
В режиме х.х. ток в обмотке 3 отсутствует, а по обмотке 4 протекает лишь ток холостого хода, определяемый потерями в стали магнитной системы реактора при выбранной величине индукции. В этом режиме магнитные потоки рассеяния минимальны, весь магнитный поток сосредоточен в стержнях 1 и ярмах 2, а потери от воздействия полей рассеяния относительно невелики.
В режиме к.з., характеризующемся более высокими дополнительными потерями, по обмоткам 3 и 4 протекают токи короткого замыкания. Магнитный поток, который в режиме х.х. находится в стержне 1, вытесняется из последнего в кольцевой воздушный промежуток между обмотками 3 и 4, который по существу является каналом рассеяния (см. фиг.2) и практически полностью замыкается через магнитные шунты, не попадая на нешихтованные элементы конструкции и стенки масляного бака устройства.
Экранирование потоков рассеяния с помощью магнитных шунтов требует дополнительного расхода электротехнической стали. Предлагаемое устройство обеспечивает эффективное экранирование с меньшими затратами электротехнической стали.
Крепление шунтов не на внутренних, а на боковых гранях ярма так, чтобы грани ярма и закрепленного на нем шунта, обращенные к торцам обмотки, располагались в одной плоскости, повышает эффективность использования электротехнической стали в магнитных шунтах электроиндукционного устройства. При такой конструкции устройства магнитные шунты не дублируют действия ярм и не оттягивают на себя их магнитный поток - вся их сталь используется для эффективного экранирования магнитного потока рассеяния, выходящего за пределы ярм.
Это позволяет существенно уменьшить нагрев и добавочные потери в элементах устройства и, тем самым, повысить его надежность и срок службы.