ОДНОФАЗНОЕ ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована при конструировании и изготовлении однофазных силовых трансформаторов и управляемых реакторов (компенсирующих, шунтирующих, токоограничивающих или дугогасящих).
Известно однофазное индукционное устройство, содержащее плоскошихтованный магнитопровод со стержнем и двумя ярмами, внутреннюю и внешнюю обмотки, коаксиально размещенные на стержне магнитопровода и четыре магнитных шунта, перекрывающие торцы обмоток [пат. RU 2221297, МПК Н01F 38/02, 29/02, 2004.]. Это устройство принято в качестве прототипа. В устройстве-прототипе каждый магнитный шунт представляет собой плоскошихтованный пакет стальных листов, закрепленный на внутренней грани ярма, обращенной к торцам обмоток.
Недостаток прототипа - низкая эффективность использования электротехнической стали для экранирования потока рассеяния магнитным шунтированием, обусловленная креплением магнитных шунтов на внутренних гранях ярм, обращенных к торцам обмоток. При этом часть магнитного шунта, расположенная непосредственно на внутренней грани ярма, дублирует его экранирующее действие, т.е. используется неэффективно. Кроме того, в устройстве-прототипе магнитный поток проходит через шунты, ярма и технологически неизбежные немагнитные зазоры между ними, что вызывает значительные механические вибрации при работе устройства. Вибрации сопровождается добавочными потерями в обмотках и других нешихтованных металлических элементах конструкции устройства (стягивающих шпильках, масляном баке) и их нагревом, следствием чего, является снижение надежности и срока службы.
Раскрытие существа полезной модели
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели - повышение эффективности использования электротехнической стали для экранирования потоков рассеяния, выходящих за пределы ярм. Это, в свою очередь, позволяет снизить добавочные потери в обмотках и стальных нешихтованных элементах конструкции электроиндукционного устройства (включая баки масляных трансформаторов и реакторов), уменьшить их нагрев, повысить надежность и срок службы.
Предметом полезной модели является однофазное электроиндукционное устройство, содержащее броневой шихтованный магнитопровод со стержнем и двумя ярмами, внутреннюю и внешнюю обмотки, коаксиально размещенные на стержне магнитопровода, и четыре шихтованных магнитных шунта, попарно перекрывающие торцы обмоток с каждой стороны магнитопровода, при этом плоскости шихтовки шунтов и магнитопровода параллельны, грани торцевых частей ярм и шунтов, обращенные к одному торцу обмоток, расположены в одной плоскости, а шунты, перекрывающие противоположные торцы обмоток с одной стороны магнитопровода, связаны между собой замыкающими элементами.
Приведенная совокупность признаков позволяет получить указанный выше технический результат.
Полезная модель имеет развития, направленные на сокращение расхода электротехнической стали, которые состоят в том, что:
- каждая пара магнитных шунтов, связанных замыкающими элементами, выполнена в виде единой конструкции, закрепленной на ярмах и сужающейся в направлении от боковых частей ярм к стержню по мере удаления от магнитопровода, при этом области сужения единой конструкции имеют линейную, ступенчатую, закругленную или ломанную границу, огибающую внешнюю обмотку;
- поперечные сечения ярм имеют форму полукруга или полуэллипса, обращенных плоскими сторонами к обмоткам.
Краткое описание фигур
На фиг.1 представлена фронтальная проекция устройства, на фиг.2 - профильная проекция устройства, на фиг.3 - горизонтальная проекция. На фиг.4-12 показаны горизонтальные проекции устройства, иллюстрирующие описываемые ниже варианты выполнения.
Осуществление полезной модели с учетом ее развитий.
Устройство содержит броневой шихтованный магнитопровод со стержнем 1 и двумя ярмами, каждое из которых состоит из двух торцевых частей 2 и одной боковой части 3, внутреннюю обмотку 4 (как правило, вторичную) и внешнюю обмотку 5 (как правило, первичную), коаксиально размещенные на стержне 1, и четыре шихтованных магнитных шунта 6, перекрывающие торцы обмоток 4 и 5 попарно с каждой стороны магнитопровода. Плоскости шихтовки шунтов 6 и магнитопровода параллельны. Грани торцевых частей 2 и шунтов 6, обращенные к одному торцу обмоток 4 и 5, расположены в одной плоскости. Шунты 6, перекрывающие противоположные торцы обмоток с одной стороны магнитопровода, связаны между собой замыкающими элементами 7, расположенными вдоль боковых частей 3 ярм.
Каждая пара магнитных шунтов 6, связанных замыкающими элементами 7, может быть выполнена в виде единой конструкции, которая закреплена на ярмах и сужается в направлении от боковых частей 3 ярм к стержню 1 по мере удаления от магнитопровода. (см. фиг.4-12). В единую конструкцию шунты 6 и элементы 7 соединяются с помощью рам (на чертежах не показаны) из немагнитного диэлектрического материала, например стеклотекстолита. Две таких конструкции симметрично крепятся к ярмам с каждой из с двух сторон магнитопровода и фиксируются на них при помощи шпилек с гайками, условно обозначенных крестиками и штрихпунктирными линиями, либо бандажей из немагнитного диэлектрического материала, например стеклоленты.
Области сужения единой конструкции из магнитных шунтов и замыкающих элементов могут иметь линейную (фиг.3, 4, 5 и 6), ступенчатую (фиг.7 и 8 ), закругленную (фиг.9 и 10) или ломанную (фиг.11 и 12) границу, огибающую внешнюю обмотку 5.
Поперечные сечения торцевых частей 2 и боковых частей 3 ярм могут иметь форму полукруга или полуэллипса, обращенных плоскими сторонами к обмотокам 4 и 5 (см. фиг.2-12).
Устройство работает следующим образом (на примере его использования в качестве управляемого реактора).
Первичная внешняя обмотка 5, размещенная на стержне 1, подключается к электрической сети высокого напряжения. Вторичная внутренняя обмотка 4, размещенная на стержне 1, подключается к коммутатору, выполненному, например, на тиристорных вентилях, соединенных встречно-параллельно.
При разомкнутом коммутаторе реактор работает в режиме холостого хода (х.х.), а при замкнутом в режиме короткого замыкания (к.з.). Для управляемых реакторов эти режимы являются длительными рабочими режимами, которые определяют воздействие магнитного потока рассеяния на нешихтованные металлические элементы конструкции.
В режиме х.х. ток в обмотке 4 отсутствует, а по обмотке 5 протекает лишь ток холостого хода, определяемый потерями в стали магнитной системы реактора при выбранной величине индукции. В этом режиме магнитные потоки минимальны, сосредоточены в стержне 1 и ярмах, а потери от воздействия полей рассеяния относительно невелики.
В режиме к.з., характеризующемся более высокими дополнительными потерями, по обмоткам 4 и 5 протекают токи короткого замыкания. При этом магнитный поток вытесняется из стержня 1 в воздушный промежуток между обмотками 4 и 5. Этот поток является потоком рассеяния, и в предлагаемом устройстве практически полностью замыкается через магнитные шунты 6 и элементы 7, не попадая на нешихтованные элементы конструкции индукционного устройства.
Экранирование потоков рассеяния с помощью магнитных шунтов требует дополнительного расхода электротехнической стали. Предлагаемое устройство обеспечивает эффективное экранирование с относительно небольшими дополнительными затратами электротехнической стали.
Для эффективного экранирования потока рассеяния шунтирующее его магнитное сопротивление должно быть небольшим.
Этому способствует соединение магнитных шунтов, перекрывающих противоположные торцы обмоток с одной стороны магнитопровода, четырьмя замыкающими элементами 7, расположенными вдоль боковых частей 3 ярм. Элементы 7 канализируют часть магнитного потока рассеяния, замыкающуюся через магнитные шунты 6, обеспечивая магнитную связь меду ними.
Расположение граней торцевых части 2 ярма и грани шунта 6, обращенных к одному торцу обмоток 4 и 5, в одной плоскости (т. е. на равном расстоянии от торцов обмоток) позволяет избежать неравномерного распределении магнитного потока рассеяния между пакетами стали ярм и шунтов, что, в свою очередь, ведет к снижению добавочных потерь, повышает надежность и срок службы устройства.
Выполнение пар магнитных шунтов, связанных замыкающими элементами, в виде единой конструкции, сужающейся в направлении от боковых частей ярм к стержню по мере удаления от магнитопровода, а поперечных сечений ярм в форме полукруга или полуэллипса позволяет снизить общий расхода электротехнической стали за счет выравнивания магнитных индукций в используемых пакетах стали.
Таким образом, устройство по полезной модели обеспечивает как эффективное экранирование, препятствующее выходу потока рассеяния за пределы магнитопровода с шунтами, так и эффективное использование электротехнической стали.