УЛУЧШЕННЫЙ ТРАНСФОРМАТОР С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ, РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПОПЕРЕЧНЫМ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ МАГНИТОПРОВОДА

Название полезной модели. Улучшенный трансформатор с вращающимся магнитным полем регулируемый поперечным подмагничиванием магнитопровода.
Область техники, к которой относится полезная модель. Полезная модель относится к силовой электротехнике и может быть использована в полупроводниковых преобразователях на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем, а также в регулируемых трансформаторах и электрических реакторах с вращающимся магнитным полем для регулирования тока и напряжения рабочих обмоток.
Уровень техники. Из уровня техники известен регулируемый трансформатор с вращающимся магнитным полем [авторское свидетельство СССР №1070615], содержащий составной цилиндрический шихтованный магнитопровод, имеющий внешнюю и внутреннюю части с пазами для обмоток переменного тока и обмотку подмагничивания, установленную между зубцами внешней и внутренней частей магнитопровода и выполненный в виде шихтованного полого цилиндра с открытыми пазами.
К недостаткам такого решения можно отнести разделение пазов на две половины, в которые укладывается первичная и вторичная обмотки, что усложняет конструкцию и ухудшает ее технологичность. Наличие большого числа катушек в обмотке подмагничивания усложняет изготовление трансформатора, а часть ее магнитного потока проходит через зубцы, намагничивая их, что ухудшает качество напряжения рабочих обмоток.
Также известен трансформатор с вращающимся магнитным полем регулируемый поперечным подмагничиванием магнитопровода [патент РФ на полезную модель №141886], содержащий цилиндрический шихтованный магнитопровод, в пазах которого уложены рабочие обмотки; центральная часть магнитопровода при этом имеет цилиндрический вырез для размещения обмотки подмагничивания, выполненной на стержне из ферромагнитного материала в виде катушки, магнитный поток которой замыкается через торцевые части с внутренним ярмом магнитопровода, и который является наиболее близким по своей технической сущности прототипом к данной полезной модели.
К недостаткам такого решения можно отнести малую зону подмагничивания, ограниченную внутренним ярмом паза, что приводит к снижению эффективности поперечного подмагничивания и глубины регулирования напряжения тока и напряжения рабочих обмоток.
Раскрытие полезной модели. Известно, что продольное подмагничивание (совпадающее по направлению с магнитным потоком рабочих обмоток) трансформаторов и реакторов порождает высшие гармоники тока четной кратности. Их можно подавить при помощи специальных фильтров, либо за счет усложнения самой конструкции.
Подмагничивание в ортогональной (поперечной) к магнитному потоку рабочих обмоток плоскости позволяет изменять свойства ферромагнитного материала магнитопровода. При таком способе подмагничивания в рабочих обмотках четные гармоники вообще не возникают, а относительные амплитуды нечетных гармоник уменьшаются с ростом напряженности поперечного поля, что обусловлено увеличением линейности характеристики намагничивания магнитопровода. При увеличении мощности управляемого реактора или трансформатора возрастает напряженность поля, которое должна создавать обмотка подмагничивания. Продольному подмагничиванию в этом случае характерно резкое увеличение потерь в стали магнитопровода, в этом оно уступает по эффективности поперечному подмагничиванию, которое вызывает уменьшение потерь на магнитострикцию и сужение петли гистерезиса с одновременным увеличением ее линейности.
Технически, поперечное подмагничивание реализуется сдвигом осей рабочей (основной) и обмотки подмагничивания (дополнительной) на угол 90 градусов, при этом в ферромагнетике образуется результирующее магнитное поле, определяемое степенью воздействия обмотки подмагничивания, а между рабочей и обмоткой подмагничивания отсутствует индуктивная (трансформаторная) связь.
Поскольку ферромагнетики имеют три основные оси кристаллографической решетки, обозначаемые <100>, <010>, <001>, то в общем случае возможно два варианта поперечного подмагничивания магнитопровода. В трансформаторах с вращающимся магнитным полем такое подмагничивание в поперечном разрезе магнитопровода затруднено его кольцевой зубчатой структурой, а в случае подмагничивания в зоне наружного и внутреннего ярма - совпадает с направлением потока рабочих обмоток.
Отличие предлагаемого решения в использовании поперечного подмагничивания не только внутреннего ярма магнитопровода, но и всего объема зубцов; поток обмотки подмагничивания, расположенной в центре магнитопровода в продольной его оси, замыкается с торцов магнитопровода ферромагнитными пластинами сложной ступенчатой формы. Торцевые пластины имеют диаметр, превышающий диаметр внутреннего ярма пазов, и состоят из слоев разного диаметра, повторяя сечение магнитопровода в зоне зубцов, что в результате обеспечивает увеличение подмагничиваемого объема магнитопровода, и как следствие, повышение эффективности подмагничивания.
Предлагаемое техническое решение является новым, имеющим четыре принципиальных отличия от прототипа:
- торцевые пластины, замыкающие магнитный поток обмотки поперечного подмагничивания с основным магнитопроводом, имеют ступени разного диаметра;
- максимальный диаметр ступени торцевых пластин имеют на стороне, прилегающей к магнитопроводу;
- торцевые пластины в зоне зубцов магнитопровода повторяют их форму;
- магнитный поток подмагничивания полностью замыкается не только через внутреннее ярмо пазов, но и через объем зубцов.
Таким образом, совокупность существенных признаков полезной модели приводит к новому техническому результату - расширению зоны подмагничивания, увеличению объема магнитопровода, в котором происходит взаимодействие основного (рабочего) и магнитного потока подмагничивания и соответственно, большей эффективности подмагничивания.
Краткое описание чертежей. На фиг. 1 показан поперечный разрез магнитопровода. Здесь 1 - магнитопровод, 2 - ферромагнитный стержень, с расположенной на нем обмоткой подмагничивания 3, 4 - паз с расположенными в нем рабочими обмотками 5. Боковой вид магнитопровода изображен на фиг. 2, здесь 1, 2, 3 - ступени боковой пластины. Продольный разрез изображен на фиг. 3, здесь 6 - торцевые пластины, состоящие из пакетов разного диаметра и замыкающие поток с ферромагнитного стержня 2 обмотки подмагничивания 3 на ярмо магнитопровода 1.