СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве стабилизатора напряжения трехфазной сети, в кривой напряжения которой имеются высшие гармоники.
Известен стабилизатор напряжения, содержащий внешний сердечник с пазами в которых размещены первичная разделенная на две равные части обмотка и компенсационная обмотка и соосный ему внутренний сердечник, в пазах которого уложена вторичная трехфазная обмотка [1]. Данный стабилизатор нашел широкое применение в однофазных сетях для согласования числа фаз между сетью и потребителями, однако симметрия выходного напряжения зависит от эллиптичности магнитного поля, образованного в воздушном зазоре между сердечниками, что ограничивает применение стабилизатора.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является стабилизатор напряжения, содержащий трансформатор, магнитопровод которого выполнен из двух кольцевых соосных сердечников, один из которых является внутренним и расположен внутри другого сердечника, являющегося внешним, соприкасающиеся поверхности сердечников снабжены пазами, в пазах внешнего сердечника расположены первичная и трехфазная компенсационная обмотки, а в пазах внутреннего сердечника расположена трехфазная вторичная обмотка, каждая фаза которой зашунтирована конденсатором, при этом компенсационная и вторичные обмотки соединены последовательно, первичная обмотка является трехфазной, число пазов внешнего сердечника кратно трем, число пазов внутреннего сердечника зависит от числа пазов внешнего сердечника, трехфазные компенсационная и вторичные обмотки включены по схеме звезда и каждая фаза вторичной обмотки снабжена отводом от средней точки, соединенный с соответствующим выходным выводом [2]. Данный стабилизатор применяется в различных системах электроснабжения, но только при условии, что форма кривой входного напряжения является квазисинусоидальной.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества выходного напряжении при любом качестве входного напряжения.
Требуемый технический результат достигается тем, что в стабилизаторе напряжения, выполненном в виде трехфазного трансформатора, состоящего из внешнего сердечника в виде полого цилиндра с расположенными на его внутренней поверхности пазами, в которых уложена первичная трехфазная обмотка, и расположенного внутри внешнего сердечника соосно с ним внутреннего сердечника цилиндрической формы с пазами на его внешней поверхности, в которых размещена трехфазная вторичная обмотка, причем упомянутая первичная обмотка подключена к сети, а упомянутая вторичная
nx
nx
обмотка подключена к нагрузке, отличающаяся тем, что кривая распределения проводников фазы каждой вторичной обмотки по пазам U=φ(х), где U- число проводников в пазах; х - расстояние вдоль окружности внутренней поверхности цилиндра от точки отсчета, имеет вид криволинейной трапеции.
На фиг.1 показано поперечное сечение стабилизатора напряжения. На фиг.2 представлен закон распределения проводников фазы вторичной обмотки по пазам внутреннего сердечника. На фиг.3 изображена кривая магнитодвижущей силы в виде ступенчатой синусоиды.
nx
nx
Стабилизатор напряжения содержит (фиг.1) внешний сердечник 1 в виде полого цилиндра с расположенными на его внутренней поверхности пазами, в которых уложена первичная трехфазная обмотка 2, и расположенный внутри внешнего сердечника 1 соосно с ним внутреннего сердечника 3 цилиндрической формы с пазами на его внешней поверхности, в которых размещена трехфазная вторичная обмотка 4. Первичная трехфазная обмотка 2 подключена к сети (не показана), а вторичная трехфазная обмотка 4 - к нагрузке (не показана). Между сердечниками 1 и 3 имеется воздушный зазор (не показан), величина которого выбирается из технологических соображений. Кривая распределения проводников каждой фазы вторичной обмотки 4 по пазам (фиг.2) U=φ(х), где U- число проводников в пазах; х - расстояние вдоль окружности внутренней поверхности цилиндра от точки отсчета (абсцисса), имеет форму криволинейной трапеции. Направление подключения проводников таково, что токи в пазах 10...18 направлены в обратном направлении. Неодинаковость числа проводников фаз вторичной обмотки 4 в пазах позволяет уменьшить или исключить высшие гармоники из кривой выходного напряжения. Обмоточный коэффициент вторичной обмотки 4 определяется по формуле
где
F<sub>mν</sub>
- магнитодвижущая сила ν-ой гармоники;
K<sub>oν</sub>
- обмоточный коэффициент ν-ой гармоники;
F<sub>mcν</sub>
- магнитодвижущая сила ν-ой гармоники сосредоточенной обмотки;
x<sub>0</sub>
- начало отсчета в кривой магнитодвижущей силы;
x<sub>n</sub>
- абсцисса, изменяемая в диапазоне 0...π/2 градусов;
Δƒ(x<sub>n</sub>)
- приращения ординат в любой точке кривой магнитодвижущей силы; Δƒ(х<sub>n</sub>)=ƒ(x<sub>n</sub>)-ƒ(x<sub>n-1</sub>);
ƒ<sub>c</sub>(x)
- магнитодвижущая сила при сосредоточенном распределении проводников;
x
- абсцисса.
oν
о3
Исключение какой-либо гармоники из кривой достигается тем, что кривая магнитодвижущейся силы (фиг.3) принимает форму ступенчатой синусоиды, а обмоточный коэффициент нежелательной должен быть равен нулю, К=0, где ν - номер нежелательной гармоники. Если обмоточный коэффициент, например, третьей гармоники равен нулю К=0, то ЭДС третьей гармоники будет также равна нулю
где w - число витков фазы;
ƒ - частота напряжения сети;
Ф - магнитный поток в сердечниках 1 и 3.
Для того чтобы исключить третью, пятую и седьмую гармоники из кривой выходного напряжения, необходимо, чтобы обмоточные коэффициенты перечисленных гармоник
были минимальны,
где
F<sub>m3</sub>, F<sub>m5</sub>, F<sub>m7</sub>
- магнитодвижущие силы 3, 5 и 7 гармоник;
F<sub>mc3</sub>, F<sub>mc5</sub>, F<sub>mc7</sub>
- магнитодвижущие силы тех же гармоник, но при сосредоточенном распределении проводников по пазам сердечника 3.
Таким образом, при любом качестве входного напряжения в первичной обмотке 2 сердечника 1, форма кривой выходного напряжения в обмотке 4 сердечника 3 будет зависеть от закона распределения проводников любой фазы вторичной обмотки 4 по пазам и в соответствии с кривой магнитодвижущей силы будет близка к синусоидальной. Данное обстоятельство доказывается отношением
где
x<sub>0</sub>
- начало отсчета в кривой магнитодвижущей силы;
x<sub>n</sub>
- абсцисса, изменяемая в диапазоне 0...π/2 градусов;
Δƒ(x<sub>n</sub>)
- приращения ординат в любой точке кривой магнитодвижущей силы и чем и подтверждается достижение требуемого результата.
Описанная конструкция стабилизатора напряжения представляет собой трехфазный трансформатор тороидальной формы с пазами.
Стабилизатор напряжения работает следующим образом. При подаче напряжения на первичную обмотку 2 внешнего сердечника 1, в нем под действием токов, протекающих в пазах, возникает магнитный поток, пересекающий витки вторичной обмотки 4 внутреннего сердечника 3 и наводят в них ЭДС, при этом общая ЭДС вторичной обмотки 4 равна
2
где w - число проводников фазы вторичной обмотки 4;
o2
K - обмоточный коэффициент указанной обмотки определяемый по (1).
Стабилизация синусоидального напряжения достигается тем, что площадь поперечного сечения внутреннего сердечника 3 меньше площади поперечного сечения внешнего сердечника 1, т.е.
П.С2
П.С1
где S, S - площади поперечного сечения внутреннего 3 и внешнего 1 сердечников.
При достижении насыщения сердечника 2 магнитный поток в нем становится постоянным и ЭДС вторичной обмотки 4 будет неизменным при любом изменении величины входного напряжения. Момент наступления стабилизации входного напряжения можно ускорить, если материал внутреннего сердечника изготовить из стали с прямоугольной петлей гистерезиса.
Таким образом, входное напряжение предлагаемого стабилизатора является синусоидальным и стабилизированным, при этом и синусоидальность и стабильность указанного напряжения закладываются в процессе изготовления на заводе.
Источники принятые во внимание
1. Патент РФ на изобретение №1163319 от 3.06.1993 г. Феррорезонансный стабилизатор /Кириллов Н.П./
2. Свидетельство РФ на полезную модель №22833 от 10.01.2002 г. Феррорезонансный стабилизатор /Березов В.В./