БРОНЕВАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ОДНОФАЗНОГО ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННОГО УСТРОЙСТВА

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована при конструировании и изготовлении однофазных силовых трансформаторов и управляемых реакторов (компенсирующих, шунтирующих, токоограничивающих или дугогасящих).
Известна броневая магнитная система однофазного индукционного устройства, в состав которой входят замкнутый плоскошихтованный магнитопровод, состоящий из стержня для размещения обмоток и двух ярм, каждое из которых имеет одну боковую и две торцевые части, и закрепленные на ярмах четыре магнитных шунта, каждый из которых представляет собой плоскошихтованный пакет стальных листов [пат. RU 2221297, МПК H01F 38/02, 29/02, 2004.]. Магнитный поток обмоток электроиндукционного устройства, размещаемых на стержне, направлен ортогонально их торцам. Часть этого потока, выходящая из торцов за пределы магнитной системы, является потоком рассеяния. Магнитные шунты перекрывают торцы обмоток и, тем самым, экранируют поток рассеяния, не допуская его попадания на нешихтованные металлические части конструкции (стягивающие шпильки, масляный бак и т.п.) Это устройство принято в качестве прототипа.
В устройстве-прототипе шунты размещены в окнах магнитопровода на внутренних гранях торцевых частей ярм, обращенных к торцам обмоток.
Недостаток прототипа - низкая эффективность использования электротехнической стали для экранирования потока рассеяния. Ярма и магнитные шунты прототипа не полностью экранируют поток рассеяния. Из-за того, что магнитные шунты размещены в окнах магнитопровода на внутренних гранях торцевых частей ярм, обращенных к торцам обмоток, приходится увеличивать размер окон магнитопровода. При этом магнитные шунты частично дублируют экранирующее действие ярм. Перераспределение магнитного потока из ярм в магнитные шунты требует увеличения их сечения. В результате работа прототипа сопровождается добавочными потерями, нагревающими обмотки и другие нешихтованные металлические элементы конструкции устройства и, следовательно, снижением его надежности и срока службы.
Кроме того, в устройстве-прототипе магнитный поток проходит через технологически неизбежные зазоры между ярмами и магнитными шунтами. При этом в переменном магнитном поле на шунты и ярма попеременно действуют притягивающие и отталкивающие силы. Это вызывает вибрацию конструкции прототипа и повышенный уровень шума, снижающие механическую прочность и, следовательно, надежность устройства.
Задача полезной модели - устранение указанных недостатков.
Раскрытие существа полезной модели
Технический результат полезной модели - повышение эффективности использования электротехнической стали для экранирования потоков рассеяния и повышение надежности устройства. Предлагаемое техническое решение обеспечивает существенное улучшение экранирования потока рассеяния, снижение уровня вибраций и повышение надежности при сохранении или относительно небольшом увеличении расхода электротехнической стали.
Предметом полезной модели является броневая магнитная система, содержащая четыре замкнутых плоскошихтованных магнитопровода, каждый из которых имеет стержень и ярмо с боковой и двумя торцевыми частями, и четыре закрепленных на ярмах магнитных шунта, при этом стержни магнитопроводов объединены в центральный стержень магнитной системы, предназначенный для размещения обмоток электроиндукционного устройства, и отделены друг от друга немагнитными диэлектрическими прокладками, ярма магнитопроводов симметрично расположены вокруг оси центрального стержня, каждый из магнитных шунтов выполнен в виде группы П-образных шихтованных пакетов, а грани торцевых частей каждого ярма и грани закрепленных на нем шунтов, обращенные к торцам обмоток, расположены в одной плоскости.
Приведенная совокупность признаков позволяет получить указанный выше технический результат.
Полезная модель имеет развития, относящиеся к частным случаям ее осуществления и направленные на уменьшение расхода электротехнической стали и повышение технологичности конструкции, которые состоят в том, что:
- каждый магнитопровод выполнен в виде группы замкнутых прямоугольных пакетов различной ширины и/или высоты;
- каждый магнитопровод выполнен симметричным или асимметричным относительно плоскости, проходящей через ось центрального стержня;
- группы П-образных шихтованных пакетов сужаются в направлении от боковых частей ярм к центральному стержню по мере удаления от него;
- сечения П-образных шихтованных пакетов уменьшаются по мере удаления от боковых частей ярм;
- плоскости шихтовки соседних магнитных шунтов совпадают, параллельны или ортогональны друг другу;
- центральный стержень снабжен средствами осевой стяжки, например шпильками, размещенными между стержнями магнитопроводов;
- между шихтованными пакетами магнитных шунтов закреплены рамы из немагнитного диэлектрического материала, например стеклотекстолита.
Краткое описание фигур
На чертежах фиг.1-9 представлено устройство с учетом развитии полезной модели.
На фиг.1, 2 и 3 представлены фронтальная, горизонтальная и профильная проекции устройства соответственно. На фиг.4, 5 и 6 и на фиг.7, 8 и 9 в аналогичном порядке представлены те же проекции модификаций устройства, а на фиг.10-15 - горизонтальные проекции других различных модификаций устройства, которые могут быть осуществлены в рамках заявляемой полезной модели. Фиг.16-22 - поясняют П-образную конструкцию шихтованных пакетов, из которых выполнены магнитные шунты, и технологию их сборки.
Осуществление полезной модели с учетом ее развитии.
Броневая магнитная система содержит четыре замкнутых плоскошихтованных магнитопровода 1, каждый из которых имеет стержень 2 и боковое ярмо, состоящее из одной боковой части 3 и двух торцевых частей 4. Кроме того, устройство содержит четыре магнитных шунта 5, закрепленных на ярмах.
Стержни 2 всех магнитопроводов 1 объединены в центральный стержень, предназначенный для размещения обмоток 6 и 7 электроиндукционного устройства. При объединении стержней 2 они отделены друг от друга внутри центрального стержня немагнитными диэлектрическими прокладками 8. Ярма магнитопроводов 1, состоящие из частей 3 и 4, симметрично располагаются вокруг оси центрального стержня. Каждый из шунтов 5 выполнен в виде закрепленной на ярме (на его боковых и торцевых частях) группы П-образных шихтованных пакетов 9.
Грани торцевых частей 4 каждого ярма и грани закрепленных на нем шунтов 5, обращенные к торцам коаксиально размещаемых на нем обмоток 6 и 7, расположены в одной плоскости. При этом окна магнитопроводов 1 остаются свободными и могут быть полностью использованы для размещения витков обмоток 6 и 7.
Каждый магнитопровод 1 может быть выполнен в виде группы замкнутых прямоугольных пакетов, имеющих неодинаковые размеры в ширину и/или высоту. Из группы таких пакетов может быть сформирован магнитопровод 1, который будет симметричным (см. фиг.2, 3, 10 и 11) или асимметричным (см. фиг.5, 6, 8, 9, 12, 13, 14 и 15) относительно плоскости, проходящей через ось магнитной системы и ее центрального стержня.
Группы П-образных шихтованных пакетов 9, из которых сформированы магнитные шунты 5, могут сужаться в направлении от боковых частей 3 ярм к центральному стержню по мере удаления от него.
Сечения П-образных шихтованных пакетов 9 могут уменьшаться по мере удаления от боковых частей 3 ярм.
Плоскости шихтовки соседних магнитных шунтов 5 могут совпадать, быть параллельны или ортогональны друг другу (см. фигуры с горизонтальными проекциями устройства).
Центральный стержень может быть снабжен средствами осевой стяжки, например шпильками 10, размещенными между стержнями 2 магнитопроводов 1.
Между шихтованными пакетами 9 шунтов 5 могут быть с помощью бандажей закреплены рамы 11 из немагнитного диэлектрического материала, например стеклотекстолита (см. фиг.20-22),
Магнитная система с размещенными на ее центральном стержне обмотками 6 и 7 однофазного электроиндукционного устройства работает следующим образом (на примере ее использования в управляемом реакторе).
Первичная внешняя обмотка 7, подключается к электрической сети высокого напряжения. Вторичная внутренняя обмотка 6 подключается к коммутатору, выполненному, например, на тиристорных вентилях, 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, которые определяют воздействие магнитных потоков рассеяния на металлические элементы конструкции.
В режиме х.х. ток в обмотке 6 отсутствует, а по обмотке 7 протекает лишь ток холостого хода, определяемый потерями в стали магнитной системы реактора при выбранной величине индукции. В этом режиме магнитные потоки рассеяния минимальны, рабочий магнитный поток сосредоточен в центральном стержне (объединенных стержнях 2) и ярмах (в их частях 3 и 4), а потери от воздействия полей рассеяния, выходящих за пределы магнитной системы относительно невелики.
В режиме к.з., характеризующемся более высокими дополнительными потерями, по обмоткам 6 и 7 протекают токи короткого замыкания. При этом магнитный поток вытесняется из центрального стержня в воздушный промежуток между обмотками 6 и 7. Этот поток является, по существу, потоком рассеяния, и в предлагаемом устройстве практически полностью замыкается через магнитные шунты 5, которые, как и пакеты 9, имеют П-образную форму. Элементы шунтов 5 и пакетов 9, образующие перекладину, параллельны оси магнитной системы, а их элементы, образующие опоры для перекладины, параллельны торцам обмоток 6 и 7 и перекрывают их, не допуская выхода потока рассеяния за пределы магнитной системы и его попадания на нешихтованные элементы конструкции электроиндукционного устройства.
Экранирование потоков рассеяния с помощью магнитных шунтов требует дополнительного расхода электротехнической стали. В предлагаемом устройство обеспечивается эффективное экранирование при относительно небольшом увеличении ее расхода.
Сужение магнитных шунтов по мере удаления от магнитопровода с обеспечением равных значений магнитной индукции в пакетах 9 шунтов 5 и в пактах ярм магннитопровода 1 позволяет дополнительно уменьшить расход стали.
Расположение граней торцевых частей 4 каждого ярма и граней шунтов 5, обращенных к одному и тому же торцу обмоток 6 и 7, в одной плоскости (т.е. на равном расстоянии от торцов обмоток), также способствует выравниванию магнитных индукций в пакетах стали ярм и шунтов.
Для того, чтобы магнитные шунты эффективно экранировали поток рассеяния, не допуская его попадания на нешихтованные элементы конструкции и стенки масляного бака устройства, магнитное сопротивление шунтов должно быть небольшим.
Это обеспечивается четырьмя ярмами магнитопроводов 1 и П-образной формой пакетов 9, образующих шунты 5. Элементы шунтов 5 и пакетов 9, образующие в этой П-образной форме опоры для перекладины, экранируют торцы обмоток 6 и 7, а элементы, образующие перекладину снижают магнитное сопротивление потоку рассеяния, замыкющемуся через шунты 5. Кроме того, магнитное сопротивление потоку рассеяния понижается за счет изготовления магнитной системы из электротехнической стали с большой магнитной проводимостью, а также соответствующим выбором площади их поперечного сечения
Таким образом, устройство по полезной модели обеспечивает как эффективное экранирование, препятствующее выходу потока рассеяния за пределы пространственной магнитной системы, так и эффективное использование электротехнической стали в такой системе.