ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
TRANSFORMER UNIT FOR ELECTRIFIED AC RAILROADS

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в трансформаторных агрегатах, предназначенных для электрифицированных железных дорог переменного тока.
Известен трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащий трехфазный тяговый трансформатор, имеющий трехстержневой магнитопровод, первичную обмотку, подключенную к питающей сети, и вторичную обмотку, обмотки фаз которой соединены между собой, две вольтодобавочные обмотки, каждая из которых размещена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода и подключена одним концом к соответствующей секции контактной сети, а другим концом - к одной из обмоток фаз вторичной обмотки, размещенной на крайнем стержне трехстержневого магнитопровода (Современное состояние и пути совершенствования систем электроснабжения электрических железных дорог: Методические указания для студентов старших курсов при изучении специальности 10.18.00 / М.Г.Шалимов, Г.П.Маслов, Г.С.Магай. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002 г., с.25-26).
Данный трансформаторный агрегат характеризуется недостаточной надежностью работы, т.к. обеспечивает необходимые требования раздельного по секциям контактной сети только повышения напряжения электрифицированных железных дорог переменного тока, но при этом отсутствует гибкое регулирование чисел витков вольтодобавочных обмоток, включенных в работу.
Трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока, выбранный в качестве прототипа (RU, №2321154, Н02Р 13/06, H01F 29/02, опубл.: 27.03.2008. Бюл. 9), содержит трехфазный тяговый трансформатор, имеющий трехстрежневой магнитопровод, первичную обмотку, подключенную к питающей сети, и вторичную обмотку, обмотки фаз которой соединены между собой, две вольтодобавочные обмотки, каждая из которых размещена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода и подключена одним концом к соответствующей секции контактной сети, а другим концом - к одной из обмоток фаз вторичной обмотки, размещенной на крайнем стержне трехстержневого магнитопровода, причем каждая из вольтодобавочных обмоток снабжена устройством регулирования напряжения.
Необходимость использования двух дополнительных блоков - устройств регулирования напряжения для гибкого регулирования числа витков вольтодобавочных обмоток определяет недостаток прототипа - его недостаточно высокую надежность работы.
Перед автором стояла задача - повысить надежность работы трансформаторного агрегата для электрифицированных железных дорог переменного тока за счет изменения потокосцепления вторичной обмотки в зависимости от изменения напряжения первичной обмотки.
Технический результат достигается тем, что в трансформаторном агрегате для электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащем трехфазный тяговый трансформатор, имеющий трехстрежневой магнитопровод, на который намотаны фазы вторичной обмотки, которая электрически соединена с нагрузкой, сверху фаз вторичной обмотки намотаны фазы первичной обмотки, подключенной к питающей сети, причем фазы вторичной обмотки выступают за нижние торцы фаз первичной обмотки, стержни выполнены полыми, в верхней части полости стержней заглушены ферромагнитными стопами и внутри полостей стержней расположены подвижные ферромагнитные якоря.
На фиг.1 изображена схема предлагаемого трансформаторного агрегата для электрифицированных железных дорог переменного тока, когда напряжение питающей сети равно номинальному значению. На фиг.2 показан случай пониженного напряжения питающей сети, а на фиг.3 - повышенного напряжения питающей сети. На фиг.4 приведены тяговые характеристики соленоидного электромагнита при разных значениях напряжения питания электромагнита.
Трехстержневой магнитопровод 1, выполненный из ферромагнитного материала, содержит три стержня 2. В верхних частях стержней 2 намотаны фазы первичной обмотки 3. Обмотка 3 подключена к питающей сети 4. На нижние части стержней 2 равномерно намотаны фазы вторичной обмотки 5. Концы фаз вторичной обмотки 5 соединяются по схеме «треугольник» либо «звезда». Начала фаз вторичной обмотки присоединяются к цепи нагрузки. Стержни 2 выполнены внутри полыми. Полости 6 стержней 2 в верхних своих частях заглушены ферромагнитными стопами 7. Ферромагнитные стопы 7 уменьшают магнитные сопротивления магнитопровода 1. В полостях 6 стержней 2 расположены подвижные ферромагнитные якоря 8. Т.к. фазы вторичной обмотки 5 равномерно намотаны на стержни 2, длина фазы вторичной обмотки 5 пропорциональна числу витков фазы. Длина фазы вторичной обмотки 5, а следовательно, и число витков, с которой сцепляется магнитный поток Ф (показан для одной фазы) первичной обмотки 3 обозначена «х».
Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. При запитывании первичной обмотки 3 напряжением номинального значения (фиг.1), по ней начинает протекать электрический ток, который создает магнитное поле, в результате возникает электромагнитная сила (Кацнельсон О.Г., Эделыптейн А.С. Автоматические измерительные приборы с магнитной подвеской. - М.: Энергия. 1970. С.69), которая втягивает якоря 8 вовнутрь полостей 6 стержней 2. В результате якоря 8 занимают положение в полостях 6, при котором величина втягивающей электромагнитной силы равна весу якоря 8.
1
В этом случае длина фазы вторичной обмотки 5, с которой сцепляется магнитный поток обмотки 3, равна «х».
В случае понижения напряжения обмотки 3 (фиг.2) магнитный поток обмотки 3 уменьшается, величины втягивающих электромагнитных сил уменьшаются, т.е. осуществляется переход от тяговой характеристики 1 (фиг.4) к тяговой характеристике 2, становятся меньше весов якорей 8 (фиг.2), последние начинают двигаться вниз и согласно их тяговой характеристики 2 (фиг.4) величина втягивающей электромагнитной силы начинает увеличиваться. Этот процесс идет до тех пор, пока электромагнитные силы не станут равными весам якорей 8 (фиг.2). В состоянии равновесия длина фазы вторичной обмотки 5, с которой теперь сцепляется магнитное поле обмотки 3, удовлетворяет следующему неравенству:
2
1
х>x,
2
где х - длина фазы вторичной обмотки 5, с которой теперь сцепляется магнитное поле обмотки 3 в данном случае. В результате сказанного магнитная связь между первичной 3 и вторичной 5 обмотками усиливается, и напряжение вторичной обмотки 5, несмотря на уменьшение магнитного потока обмотки 3, не изменяется.
Если напряжение обмотки 3 повысится, а следовательно, увеличивается магнитный поток, созданный обмоткой 3 (фиг.3), работа устройства осуществляется по тяговой характеристике 3 (фиг.4), втягивающие электромагнитные силы растут и якоря 8 (фиг.3) перемещаются вверх, до тех пор, пока электромагнитные силы не станут равными весам Р якорей 8. Длина фазы вторичной обмотки 5, с которой теперь сцепляется магнитное поле обмотки 3, удовлетворяет следующему неравенству:
3
1
x<x,
3
где x - длина фазы вторичной обмотки 5, с которой теперь сцепляется магнитное поле обмотки 3 в данном случае. В результате сказанного магнитная связь между первичной 3 и вторичной 5 обмотками уменьшается, и напряжение вторичной обмотки 5, несмотря на увеличение магнитного потока обмотки 3, не изменяется.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока автоматически регулирует напряжение вторичной обмотки 5 без дополнительного использования устройств регулирования напряжения, т.е. характеризуется более высокой надежностью работы. Предлагаемому устройству свойственно еще то, что стабилизация напряжения по каждой фазе происходит независимо от других фаз.