Трехфазное электромагнитное устройство
THREE-PHASE ELECTROMAGNETIC DEVICE

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, например, в качестве электромагнитного устройства в управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов, применяемых в высоковольтных электрических сетях для плавного регулирования реактивной мощности.
Известен аналог [1] - электрический реактор с подмагничиванием, содержащий обмотки трех фаз и магнитную систему, состоящую из магнитопровода с шестью стержнями, двумя горизонтальными, двумя вертикальными ярмами и из шести кольцевых магнитных шунтов, размещенных внутри магнитопровода между торцами обмоток и ярмами. Недостатками аналога являются повышенный расход материалов и сложная конструкция кольцевых шунтов, а также повышенный расход материалов на ярма, поскольку магнитные потоки рассеяния обмоток, собираемые кольцевыми шунтами, переходят в горизонтальные ярма.
Частично недостатки аналога устранены в прототипе [2] - электрическом реакторе с подмагничиванием, содержащим обмотки трех фаз и магнитную систему, состоящую из магнитопровода с шестью стержнями, двумя горизонтальными и двумя вертикальными ярмами и из двух приставных шунтов, также состоящих из двух горизонтальных и двух вертикальных участков. Четыре ярма и четыре участка двух приставных шунтов образуют три прямоугольных рамы, внутри которых расположены стержни с обмотками трех фаз. В прототипе, в отличии от аналога, потоки рассеяния обмоток, собираемые приставными шунтами, замыкаются в пределах самих шунтов и не проникают в ярма магнитопровода, что позволяет в определенной степени уменьшить расходы стали на магнитопровод. Недостатком прототипа является то, что магнитные потоки шести стержней замыкаются только по двум вертикальным ярмам магнитопровода и магнитные потоки рассеяния обмоток трех фаз также замыкаются только по двум вертикальным участкам шунтов. Это приводит к совместному протеканию постоянных и переменных потоков в ярмах, неравномерному распределению магнитных потоков по ярмам и участкам приставных шунтов и, как следствие, локальным перегревам и повышенным потерям в устройстве. Кроме того, ярма и приставные шунты, образующие прямоугольные рамы, имеют удлиненные горизонтальные участки, что снижает механическую прочность конструкции и вызывает повышенный шум и вибрации.
Целью настоящего изобретения является повышение механической прочности, уменьшение шума и вибрации, снижение локальных нагревов и потерь путем введения в магнитопровод двух вертикальных ярем, а в приставные шунты - двух вертикальных участков.
Указанная цель достигается тем, что трехфазное электромагнитное устройство содержит обмотки, магнитную систему, состоящую из магнитопровода со стержнями, ярмами и из двух приставных шунтов, расположенных с двух сторон магнитопровода, и отличается тем, что в магнитопровод введены два вертикальных ярма, а в каждый из приставных шунтов - два вертикальных участка, так что магнитопровод содержит два горизонтальных и четыре вертикальных ярма, а каждый из двух приставных шунтов содержит, соответственно, два горизонтальных и четыре вертикальных участка, при этом ярма с приставными шунтами образуют три прямоугольные рамы с тремя секциями, причем стержни с обмотками размещены внутри секций.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами. На фиг. 1 показан основной вид конструкции, на фиг. 2 - поперечное сечение вида сверху, на фиг. 3 - электрическая схема подключения обмоток устройства к трехфазной электрической сети и регулируемому источнику постоянного напряжения, на фиг. 4 - направление магнитных потоков в магнитной системе, на фиг. 5 - векторная диаграмма магнитных потоков в магнитной системе.
Трехфазное электромагнитное устройство содержит магнитную систему из шести стержней 1, шести ярем 2, из которых два ярма горизонтальные, а четыре ярма вертикальные, и двух приставных шунтов 3, также состоящих из шести участков - двух горизонтальных и четырех вертикальных. Шесть ярем 2 и шесть участков каждого из двух приставных шунтов 3 образуют три трехсекционные прямоугольные рамы, расположенные параллельно друг другу. Внутри секций размещены стержни 1 с обмотками 4 и обмотками 5 трех фаз A, B, C. Обмотки 4 охватывают каждый из стержней 1, а обмотки 5 охватывают сразу два стержня 1 фаз A, B, C.
A
B
C
A
B
C
AB
BC
0
0
A
B
C
0
0
0
0
A
B
C
0
A
B
C
AB
BC
A
B
C
0
0
Устройство, выполненное в соответствии с формулой предлагаемого изобретения, работает следующим образом. Обмотки 5 подключаются к трехфазной электрической сети промышленной частоты. Трехфазная симметричная система напряжений электрической сети U, U, U, к которой подключены обмотки 5, возбуждает в стержнях 1 и ярмах 2 одинаковые по амплитуде магнитные потоки Ф, Ф, Ф, Ф, Ф, за исключением участков Lо ярем 2 между стержнями 1 в пределах каждой из трех фаз. В участках ярем 2 замыкаются изменяющиеся по величине постоянные потоки Ф, возбуждаемые в стержнях 1 обмотками 4, подключенными к регулируемым источником постоянного напряжения U. Таким образом, по стержням 1 кроме переменных потоков Ф, Ф, Ф, протекают постоянные потоки Ф. Пока величина постоянных потоков Ф отсутствует или пренебрежимо мала, стержни 1 не насыщены, электрические токи в обмотках устройства минимальны по величине и потоки рассеивания обмоток 4 и обмоток 5, замыкающиеся в приставных шунтах 3, также пренебрежимо малы. При возникновении и возрастании постоянных магнитных потоков Ф стержни 1 начинают насыщаться, что приводит к соответствующему росту токов i обмоток 4 и токов i, i, i обмоток 5. Ярма 2 всегда остаются ненасыщенными, поскольку в них отсутствуют участки совместного протекания постоянного магнитного потока Ф и переменных магнитных потоков Ф, Ф, Ф, Ф, Ф. Более того, пропорционально росту токов i, i, i в обмотках 5 и токов i в обмотках 4 все большая часть магнитных потоков стержней 1 перераспределяется в приставные шунты 3 в виде магнитных потоков рассеивания обмоток 4 и обмоток 5, и амплитуды магнитных потоков в ярмах 2 начинается уменьшаться по величине. Замыкающиеся по участкам Lo постоянные магнитные потоки Ф по определению не могут являться источниками шумов, вибраций, локальных нагревов и потерь в ярмах 2. Четыре вертикальных ярма создают дополнительные опорные точки для двух горизонтальных ярем, что увеличивает механическую прочность предлагаемого устройства и также способствует снижению шумов и вибраций.
Работоспособность предлагаемого трехфазного электромагнитного устройства подтверждена расчетами, математическим и физическим моделированием.
Оптимизационные расчеты показали, что использование предлагаемого изобретения позволяет улучшить технико-экономические показатели трехфазного электромагнитного устройства в целом по сравнению с аналогом и прототипом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Электрический реактор с подмагничиванием. Патент РФ №2217829. H01F 29/14, H01F 37/00, H01F 38/02. Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.12.19. Опубликовано: 2003.11.27.
2. Электрический реактор с подмагничиванием. Патент РФ №2282911. H01F 29/14. Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.07.13. Опубликовано: 2006.08.27.