ПРОСТРАНСТВЕННАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА

Область техники
Полезная модель относится к электротехнике и энергетике, и может быть использовано при изготовлении трансформаторов и управляемых реакторов (компенсирующих, шунтирующих или токоограничивающих).
Уровень техники
Известна пространственная магнитная система электроиндукционного устройства, содержащая два идентичных замкнутых прямоугольных магнитопровода со стержнями и ярмами, причем все стержни магнитопроводов размещены друг относительно друга параллельно и соосно, а ярма, принадлежащие разным магнитопроводам, расположены в параллельных плоскостях под углом 90° друг относительно друга, при этом центральный стержень выполнен в поперечном сечении ступенчатой формы, вписанной в окружность, и размещен между ярмами, принадлежащими разным магнитопроводам [Патент Франции №2033532, МПК H01f 3/00, 1970].
Известна также пространственная магнитная система однофазного электрического реактора, содержащая центральный стержень, предназначенный для размещения обмотки, и замыкающие ярма, размещенные вокруг центрального стержня, причем каждое из ярм содержит одну вертикальную и две горизонтальные части, концы которых расположены на торцах центрального стержня [Силовые трансформаторы. Справочная книга. Под ред. С.Д.Лизунова, А.К.Лоханина. М.: Энергоиздат, 2004, с.514-515, рис.27.5].
Известна пространственная магнитная система статического электроиндукционного устройства, содержащая три замкнутых магнитопровода, стержни которых объединены в центральный стержень, предназначенный для размещения обмотки электроиндукционного устройства, а ярма размещены вокруг центрального стержня с соблюдением симметрии 3-го порядка относительно его оси (т.е. магнитная система повторяет свой вид при поворотах вокруг оси центрального стержня на угол 360°/3), при этом магнитопроводы выполнены из последовательно смещенных слоев электротехнической стали. [Патент Англии №688861, НКИ 38 (ii), 1952 г].
Общий недостаток известных конструкций пространственных магнитных систем электроиндукционного устройства состоит в следующем. Магнитный поток центрального стержня замыкается не только через ярма, но и частично - в промежутках между ними - по воздуху. При этом потоки рассеяния, замыкающиеся по воздуху, попадают на нешихтованные стальные элементы электроиндукционного устройства (например, стенки его масляного бака, элементы крепления), что вызывает их нагрев и потери энергии, снижает надежность работы и сокращает срок службы.
Этот недостаток известных магнитных систем особенно сильно проявляется при работе электроиндукционных устройств в режиме короткого замыкания, когда магнитный поток имеет наибольшую величину. Этот режим, наряду с режимом холостого хода, является длительным рабочим режимом управляемых реакторов.
Задача полезной модели - устранение указанного недостатка магнитной системы.
Раскрытие существа полезной модели
Технический результат, достигаемый полезной моделью - уменьшение потоков рассеяния, повышение надежности работы и увеличение срока службы.
Предметом полезной модели является магнитная система статического электроиндукционного устройства, содержащая первую и вторую магнитные подсистемы, каждая из которых содержит три замкнутых магнитопровода, стержни которых объединены в предназначенный для размещения обмотки электроиндукционного устройства центральный стержень, относительно оси которого магнитная система выполнена с соблюдением симметрии третьего порядка, при этом стержни магнитопроводов первой и второй подсистем образуют внутреннюю и внешнюю части центрального стержня соответственно, ярма магнитопроводов первой подсистемы охватывают вторую подсистему, магнитопроводы выполнены из последовательно смещенных слоев электротехнической стали и, по меньшей мере, во второй подсистеме - из двух групп последовательно смещенных слоев с взаимно противоположным направлением смещения.
Приведенная совокупность признаков позволяет получить указанный выше технический результат.
Полезная модель имеет развития, характеризующие частные случаи выполнения устройства и направленные на дополнительное снижение потерь. Развития состоят в том, что:
- магнитопроводы первой магнитной подсистемы выполнены из двух групп последовательно смещенных слоев с взаимно противоположным направлением смещения;
- центральный стержень снабжен пластинами диэлектрика, например стеклотекстолита, отделяющими стержни магнитопроводов первой и второй подсистемы.
Краткий перечень фигур
На фиг.1 представлен чертеж общего вида устройства, на фиг.2 то же, вид сверху. На фиг.3 показано устройство в аксонометрии, на фиг.4-6 этапы его сборки. На фиг.7-9 показаны этапы сборки устройства, выполненного с развитием по п.2 формулы.
Осуществление полезной модели с учетом ее развития
Устройство (см. фиг.1, 2, 3) содержит первую подсистему из магнитопроводов 1, 2 и 3 и вторую магнитную подсистему из магнитопроводов 4, 5 и 6. Каждый магнитопровод 1, 2 и 3 включает стержень 7 и ярмо, состоящее из двух торцевых участков 8 и 9 и одного бокового участка 10: Каждый магнитопровод 4, 5 и 6 включает стержень 11 и ярмо, состоящее из двух торцевых участков 12 и 13 и одного бокового участка 14. Стержни 7 магнитопроводов 1, 2, 3 и стержни 11 магнитопроводов 4, 5, 6 объединены в один центральный стержень, предназначенный для размещения на нем обмоток электроиндукционного устройства. При этом стержни 7, образуют внутреннюю часть центрального стержня, а стержни 11 - его внешнюю часть. Внутренняя часть из стержней 7 и внешняя часть из стержней 11 имеют несовпадающие плоскости шихтовки и для предотвращения торцевых замыканий слоев электротехнической стали могут быть изолированы друг от друга пластинами диэлектрика, например стеклотекстолита (на фигурах не показаны). друг от друга пластинами диэлектрика, например стеклотекстолита (на фигурах не показаны).
Ярма первой подсистемы, каждое из которых состоит из торцевых участков 8 и 9 и бокового участка 10, охватывают вторую подсистему из магнитопроводов 4, 5, и 6.
Три магнитопровода 1, 2 и 3 идентичны друг другу и расположены вокруг оси центрального стержня со сдвигом в 120° относительно друг друга. Аналогично расположены идентичные друг другу магнитопроводы 4, 5 и 6. Это придает магнитной системе свойство симметрии 3-го порядка относительно оси центрального стержня.
Все магнитопроводы выполнены плоскошихтованными из последовательно смещенных слоев электротехнической стали. Каждый слой смещен относительно предыдущего так, что торцевые поверхности магнитопровода, образованные смещенными слоями, пересекают плоскость шихтовки под углом 60°. Магнитопроводы 4, 5 и 6 второй подсистемы, стержни 11 которых образуют внешнюю часть центрального стержня, выполнены из двух групп последовательно смещенных слоев с взаимно противоположным направлением смещения.
Магнитопроводы 1, 2, 3 первой подсистемы, стержни 7 которых образуют внутреннюю часть центрального стержня, также могут быть согласно п.2 формулы выполнены из двух групп последовательно смещенных слоев с взаимно противоположным направлением смещения (см. фиг.1, 2, 7-9). При этом в центральном стержне образуется осевой канал 15 (см. фиг 9) для установки стягивающего элемента (шпильки).
Сборка магнитной системы производится в следующем порядке (см. фиг.4-6 и фиг.7-9).
Вначале из шихтованных слоев электротехнической стали собираются стержни 7, образующие внутреннюю часть центрального стержня и стержни 11, образующие его внешнюю часть. Между стержнями 7 и 11 устанавливаются изоляционные, например, стеклотекстолитовые пластины. Затем с каждым из трех стержней 11 сопрягаются части 12 и 13 ярем шихтованных магнитопроводов 4, 5 и 6, а с каждым из трех стержней 7 - части 8 и 9 ярем шихтованных магнитопроводов 1. 2 и 3. Сопряжение частей одного магнитопровода осуществляется в нахлестку (в переплет).
Для размещения электрических обмоток стержни отделяются от ярем своих магнитопроводов (расшихтовываются). После размещения на центральном стержне электрических обмоток стержни и ярма каждого магнитопровода снова собираются (зашихтовываются) в переплет.
Работа предлагаемой магнитной системы описывается на примере ее использования в управляемом реакторе, первичная обмотка которого включена в управляемую цепь высоковольтной сети. Основными рабочими режимами такого реактора являются режимы холостого хода и короткого замыкания.
В режиме холостого хода вторичная обмотка разомкнута и по первичной обмотке протекает лишь ток холостого хода, определяемый потерями на перемагничивание стали магнитной системы реактора. В этом режиме магнитный поток, наводимый в центральном стержне магнитной системы, и энергетические потери невелики.
В режиме короткого замыкания (который возникает при замыкании вторичной обмотки управляемого реактора накоротко) токи в обмотках и магнитный поток в центральном стержне магнитной системы принимают максимальные значения.
В предлагаемой пространственной магнитной системе (в отличие от известных) магнитый поток замыкается как через ярма магнитопроводов 1, 2, 3 первой подсистемы, так и через ярма 4, 5, 6 второй подсистемы. Поскольку ярма первой подсистемы охватывают вторую подсистему, торцевые участки 12, 13 перекрываются торцевыми участкам 8, 9. Ярма равномерно повернуты относительно друг друга. Это улучшает экранирование и локализацию магнитного потока внутри пространственной магнитной системы и сопровождается существенным снижением потока рассеяния, замыкающегося через внешние по отношению к магнитной системе элементы стальной конструкции электроиндукционного устройства.