ТРАНСФОРМАТОР

Заявляемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения для повышения качества и снижения потерь электроэнергии.
Известны трансформаторы, содержащие обмотки, магнитопровод, в которых элементы магнитопровода могут быть использованы в качестве конденсатора (SU №1391369, H01F 27/24; и Ю.П.Попов и др. Использование электромагнитных устройств для компенсации реактивной мощности. Материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Электрификация-2000». Томск: 2000. С.273-275).
К недостаткам известных трансформаторов, в которых пластины магнитопровода использованы в качестве конденсатора, следует отнести невозможность оптимального управления энергетическими характеристиками системы трансформатор-нагрузка из-за отсутствия регулирования индуктивного тока системы (в режиме малой нагрузки или холостого хода возможна перекомпенсация, в режиме большой нагрузки - недокомпенсация реактивной мощности системы трансформатор-нагрузка). При индуктивной нагрузке, меньшей, чем генерируемая конденсатором реактивная мощность, происходит загрузка сети избыточной реактивной мощностью, что ведет к снижению качества электроэнергии и увеличению потерь электроэнергии.
В основу технического решения положена задача создания трансформатора, позволяющего оптимально управлять энергетическими характеристиками системы трансформатор-нагрузка, за счет раздельной компенсации тока намагничивания и индуктивного тока нагрузки.
Поставленная задача решается тем, что в трансформаторе, содержащем магнитопровод с обмоткой, выполненный из отдельных ферромагнитных пластин, разделенных изоляционным слоем и подсоединенных к разноименным выводам обмотки для образования отдельных элементов конденсаторов, согласно новому техническому решению, ферромагнитные пластины магнитопровода разделены на две соединенные с обмоткой секции, одна из которых подключена к обмотке через регулятор емкости, образуя регулируемый конденсатор для компенсации индуктивного тока нагрузки, подключенной к трансформатору, а другая - образует нерегулируемый конденсатор для компенсации тока намагничивания трансформатора.
На фиг.1 схематично представлен заявляемый трансформатор, на фиг.2а представлена принципиальная схема регулирования напряжения, на фиг.2в - принципиальная схема регулирования тока в системе электроснабжения, на фиг.3 изображена векторная диаграмма регулирования мощности в системах электроснабжения.
Трансформатор содержит магнитопровод, выполненный из ферромагнитных пластин 1 электротехнической стали, разделенных слоем изоляции, первичную 2 и вторичную 3 обмотки и регулятор емкости 4.
1
2
Пластины 1 разделены на две секции. Одна секция пластин подключена к разноименным выводам трансформатора, образуя нерегулируемый конденсатор с емкостью C для компенсации тока намагничивания трансформатора, а пластины другой секции подключены к разноименным выводам трансформатора через регулятор емкости 4, образуя регулируемый конденсатор с емкостью С для компенсации индуктивной нагрузки.
L
C
L
C
L
C
L
C
L
C
Поясним работу заявляемого трансформатора следующим образом. Известно, что при подключении нагрузки, состоящей из активного (R), индуктивного (Х) и емкостного (Х) сопротивлений, на синусоидальное напряжение, ток на активном сопротивлении совпадает с напряжением, на индуктивном X - отстает на 90°, на емкостном Х - опережает напряжение на 90°. Этот эффект используется для регулирования напряжения (если сопротивления R, X, X включены последовательно) (фиг.2а), для регулирования полного тока (если сопротивления R, X, X включены параллельно) (фиг.2в), компенсации реактивной мощности индуктивности Q реактивной мощностью емкости Q, то есть регулируется cosφ или tgφ системы электроснабжения (фиг.3).
В системах электроснабжения, в которых основными потребителями электрической энергии являются активные (нагрев) и индуктивные (создание магнитных полей) сопротивления, для компенсации реактивной мощности, то есть для компенсации индуктивной составляющей полного тока, параллельно или последовательно индуктивному сопротивлению включается емкостное сопротивление.
1
2
Таким сопротивлением в заявляемом устройстве служат пластины магнитопровода трансформатора, из которых образованы две секции конденсаторов с емкостью C и С, подключенные к разноименным выводам обмотки трансформатора. При этом одна секция конденсаторов (сопротивления) выполнена нерегулируемой и рассчитывается таким образом, что компенсирует только ток намагничивания трансформатора. Вторая секция конденсаторов (сопротивления) подключена к разноименным выводам обмотки трансформатора через регулятор емкости, регулирующий индуктивное сопротивление системы электроснабжения по оптимальному закону.
2
1
При отсутствии нагрузки в цепи вторичной обмотки трансформатора индуктивный ток намагничивания компенсируется за счет емкости С нерегулируемой секции. При работе трансформатора на активно-индуктивную нагрузку регулятор емкости изменяет значение емкости регулируемой секции C таким образом, чтобы индуктивная составляющая полного тока была минимальной.
Таким образом реализуется раздельная компенсация тока намагничивания и индуктивного тока нагрузки, что позволяет оптимально управлять энергетическими характеристиками системы трансформатор-нагрузка.