ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РЕАКТОР
ELECTROMAGNETIC REACTOR

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при конструировании и изготовлении силовых трансформаторов и трехфазных источников реактивной мощности.
Известен электромагнитный реактор, содержащий прямоугольный шихтованный магнитопровод из двух стержней и двух ярм, внутреннюю и внешнюю обмотки, коаксиально размещенные на каждом стержне магнитопровода, и два шихтованных магнитных шунта, закрепленных на боковых гранях ярм с перекрытием торцов обмоток, при этом грани ярма и закрепленного на нем шунта, обращенные к торцам обмоток, расположены в одной плоскости [пат. RU 103971 U1, МПК H01F 27/245, 2011].
Недостатком данной конструкции является наличие общих магнитных шунтов, расположенных в непосредственной близости от плоскости ярм магнитопровода и закрывающих торцы обмоток на обоих стержнях устройства. При работе устройств в качестве однофазных реакторов в трехфазной группе, в которой внутренние обмотки реакторов соединены в звезду и треугольник, будут возникать магнитные потоки, направленные ортогонально плоскостям ярм и шунтов, вызывающие добавочные потери и, как следствие, нагревы участков магнитопровода, через которые проходят указанные потоки. Это снижает надежность и срок службы устройства.
Известен выбранный в качестве прототипа электромагнитный реактор, содержащий прямоугольный шихтованный магнитопровод со стержнями и ярмами, внутреннюю и внешнюю обмотки, коаксиально размещенные на стержнях магнитопровода, и магнитные шунты, закрепленные на ярмах с перекрытием торцов обмоток [пат. RU 2221297, МПК H01F 38/02, 29/02, 2004]. Этот аналог выбран в качестве прототипа.
В устройстве-прототипе магнитный шунт состоит из четырех секторов, каждый из которых представляет собой шихтованный пакет стальных листов, закрепленный на внутренней грани ярма, обращенной к торцам обмоток.
Недостаток прототипа - сложность конструкции, обусловленная наличием в шунтах участков переменного сечения. Реализация данной конструкции нетехнологична, поскольку требует специальных штампов для ступенчатой вырубки концов листов шунтов, а также прецизионной сборки узлов стыковки шунтов и ярм.
Кроме того, описываемая конструкция обладает пониженной надежностью, поскольку для исключения возможности взаимного замыкания пластин шунтов и ярм между шунтами и ярмами должна быть выполнена изоляция сложной ступенчатой формы. Небольшая неточность изготовления либо сборки указанных узлов может привести к замыканию пластин электротехнической стали ярм и шунтов и их локальным перегревам.
Раскрытие существа изобретения
Задача изобретения - устранение указанных недостатков.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, - упрощение конструкции, улучшение технологии сборки устройства и повышение его надежности.
Предметом изобретения является электромагнитный реактор, содержащий прямоугольный шихтованный магнитопровод из двух стержней и двух ярм, внутреннюю и внешнюю обмотки, коаксиально размещенные на каждом стержне магнитопровода, и четыре шихтованных магнитных шунта, закрепленные поперек ярм с перекрытием торцов обмоток, отличающийся тем, что ярма имеют прямоугольные поперечные сечения, внутренние части ярм, обращенные к торцам обмоток, снабжены консольными продолжениями, ограниченными наружным диаметром внешних обмоток, каждый магнитный шунт выполнен из двух шихтованных ортогонально магнитопроводу элементов, один из которых П-образно охватывает ярмо, а другой - соответствующее консольное продолжение, при этом оба элемента магнитного шунта имеют плоские части, расположенные заподлицо с внутренними гранями ярм и перекрывающие торцы обмоток, а внешние грани ярм и консольных продолжений отделены от магнитных шунтов диэлектрическими прокладками.
Приведенная совокупность признаков позволяет получить указанный выше технический результат.
Изобретение имеет развитие, уточняющее конструкцию устройства и состоящее в том, что вышеуказанные элементы шунтов могут быть выполнены из одного или нескольких пакетов электротехнической стали.
Краткое описание фигур
На фиг.1, 2 и 3 представлены фронтальная, профильная и горизонтальная проекции устройства, соответственно. На фиг.4, 5 и 6 - фронтальная, профильная и горизонтальная проекции магнитопровода устройства соответственно.
Осуществление изобретения с учетом его развития.
Устройство содержит прямоугольный шихтованный магнитопровод из двух стержней 1 и двух ярм 2, внутреннюю 3 и внешнюю 4 обмотки, коаксиально размещенные на каждом стержне 1 магнитопровода, и четыре шихтованных магнитных шунта 5, закрепленных на ярмах 2 с перекрытием торцов обмоток 3 и 4.
Поперечные сечения ярм 2 имеют форму прямоугольника.
Внутренние части ярм 2, обращенные к торцам обмоток 3 и 4, снабжены консольными продолжениями 6 прямоугольного сечения, ограниченными наружным диаметром внешних обмоток 4. Каждый магнитный шунт 5 выполнен из двух элементов 7 и 8. Элемент 7 охватывает П-образно (т.е. с трех сторон) часть ярма 2, а элемент 8 - консольное продолжение 6. Оба элемента 7 и 8 каждого магнитного шунта шихтованы ортогонально магнитопроводу и имеют плоские части 9, грани которых, обращенные к торцам обмоток 3 и 4, перекрывают торцы обмоток 3 и 4 в тех секторах, которые не перекрыты ярмами 2 и консольными продолжениями 6. Элементы 7 и 8 установлены так, что их плоские части 9 расположены заподлицо с внутренней гранью соответствующего ярма 2 (т.е. в одной плоскости с ней). Внешние грани ярм 2 и консольных продолжений 6 отделены от магнитных шунтов 5 диэлектрическими прокладками 10. Элементы 7 и 8 шунтов 5 выполнены из одного или нескольких пакетов электротехнической стали.
Закрепление элементов 7 и 8 магнитных шунтов 5 на ярмах 2 и продолжениях 6 может быть выполнено с помощью стягивающих металлических шпилек и гаек (их расположение условно обозначено на чертежах крестиками и штрихпунктирными линиями).
Стягивающие металлические шпильки устанавливаются в крепежные отверстия, выполненные в шихтованных пакетах магнитопровода и шунтов 5. При этом шпильки изолируются от стальных листов пакета трубками из изоляционного материала.
Если элементы 7 и 8 шунтов 5 выполнены из нескольких пакетов электротехнической стали, пакеты стыкуются впереплет под прямым углом, а крепежные отверстия под шпильки выполняются по их краям.
Магнитопровод с обмотками 3 и 4 и магнитные шунты 5 стягиваются друг с другом в единую конструкцию вертикальными стяжными шпильками.
Устройство работает следующим образом (на примере его использования в качестве управляемого реактора).
При работе устройства в составе трехфазных источников реактивной мощности внешние обмотки 4 управляемых реакторов каждой фазы соединяются в звезду и подключаются к электрической сети высокого напряжения. Для образования двенадцатипульсной схемы коммутации, обеспечивающей плавное регулирование реактивной мощности, внутренние обмотки 3 одних стержней 1 соединяются в звезду, а других стержней 1 - в треугольник. К звезде и треугольнику присоединены группы встречно-параллельных тиристоров. При закрытых тиристорах ток через внутренние обмотки устройства не протекает и последнее работает в режиме холостого хода (х.х.), а при открытых - в режиме короткого замыкания (к.з.). При этих крайних режимах работы оценивают воздействие магнитных потоков рассеяния на металлические элементы конструкции.
В режиме х.х. ток в обмотке 3 отсутствует, а по обмотке 4 протекает лишь ток холостого хода, определяемый потерями в стали магнитопровода при выбранном значении индукции. В этом режиме магнитные потоки рассеяния минимальны, весь магнитный поток сосредоточен в стержнях 1 и ярмах 2, а потери от воздействия полей рассеяния относительно невелики.
В режиме к.з., характеризующемся более высокими дополнительными потерями, по обмоткам 3 и 4 протекают токи короткого замыкания. Магнитный поток, который в режиме х.х. находился в стержне 1, вытесняется из последнего в кольцевой воздушный промежуток между обмотками 3 и 4, который по существу является каналом рассеяния и практически полностью локализуется магнитными шунтами, не попадая на нешихтованные элементы конструкции и стенки масляного бака, в который, как правило, заключено устройство.
Предлагаемая конструкция реактора позволяет исключить появление нежелательных магнитных потоков как при однофазной работе, так и при работе в составе трехфазных управляемых реакторов. Простота конструкции, не имеющей ступенчатых участков в шихтованных пакетах магнитопровода и шунтов, и технологии ее изготовления повышают надежность и увеличивают срок службы устройства. Выполнение консольных продолжений 6 только для внутренних частей ярм, обращенных к торцам обмоток, и выполнение шунтов 5 из двух элементов 7 и 8 позволяет получить этот результат с меньшими затратами электротехнической стали.