СОСТАВНОЙ ТРАНСФОРМАТОР С САМОРЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ
COMPOSITE TRANSFORMER WITH SELF-CONTROL OF VOLTAGE UNDER LOAD

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах передачи и распределения электроэнергии.
Известны трансформаторы с плавным бесконтактным регулированием напряжения под нагрузкой, работающие на принципах:
а) механического перемещения обмоток или частей сердечника [1];
б) изменения магнитной проницаемости сердечника путем его подмагничивания постоянным током [2, 3].
Оба принципа подразумевают сложную конструкцию самого трансформатора и наличие устройства управления его работой в виде механического привода для перемещения конструктивных элементов или схемы подмагничивания сердечника с источником постоянного тока.
Регулирование напряжения в обоих случаях основано на стороннем воздействии на работу трансформатора и поэтому изначально ведет к конструктивным, техническим и эксплуатационным издержкам. Это подтверждает и анализ патентов, разнообразие решений в которых, в разной степени, направлено на приемлемость изменений в конструкции трансформатор либо на совершенствование схемы подмагничивания сердечника.
Задачей изобретения является трансформатор с плавным бесконтактным саморегулированием напряжения под нагрузкой, конструктивно выполненный в обычной для трансформаторов форме и без стороннего воздействия на его работу.
Решение задачи заключается в том, что трансформатор состоит из двух частей, основной и дополнительной, выполненной на отдельном сердечнике с двумя обмотками, первичной и вторичной, при этом первичная обмотка дополнительной части последовательно соединена с первичной обмоткой основной части, вторичная обмотка дополнительной части последовательно соединена с вторичной обмоткой основной части, дополнительная часть имеет больший витковый коэффициент трансформации, чем основная часть, в цепь первичной обмотки дополнительной части последовательно включен конденсатор.
Технический результат состоит в плавном бесконтактном саморегулировании напряжения под нагрузкой дополнительной частью составного трансформатора, при этом основная его часть работает как обычный трансформатор.
Принцип регулирования напряжения заключается в использовании вторичного тока и нагрузочной составляющей первичного тока для получения в сердечнике дополнительной части магнитного потока, а в ее вторичной обмотке электродвижущей силы (э.д.с.), изменяющихся при изменении нагрузки составного трансформатора. При этом первичный и вторичный токи создаются основной частью и пропускаются через обмотки дополнительной части, имеющие значительно меньшее количество витков по сравнению с соответствующими обмотками основной части. Режим изменения магнитного потока и э.д.с. вторичной обмотки устанавливается витковым коэффициентом трансформации дополнительной части, который делается большим, чем у основной части.
В режиме холостого хода на выходе составного трансформатора присутствует номинальное напряжение, которое плавно увеличивается по мере роста нагрузки.
При определенном коэффициенте трансформации дополнительной части регулирование может иметь вид стабилизации напряжения.
Размеры дополнительной части определяются выбранной величиной приращения напряжения.
Дополнительная часть может быть добавлена к находящемуся в эксплуатации трансформатору.
На фиг.1 представлена схема составного трансформатора, состоящего из основной части 1, дополнительной части 2 и конденсатора 3.
Саморегулирование напряжения при изменении нагрузки достигается за счет изменения электродвижущей силы вторичной обмотки дополнительной части 2, соединенной последовательно с вторичной обмоткой основной части 1. Э.д.с. вторичной обмотки изменяется за счет изменения результирующей магнитодвижущей силы (м.д.с.), действующей в сердечнике дополнительной части 2. При увеличении нагрузки эта м.д.с. растет, при уменьшении нагрузки она уменьшается. Соответственно этому изменяется магнитный поток в сердечнике дополнительной части 2 и э.д.с. ее вторичной обмотки. Причиной изменения результирующей м.д.с. является отличие виткового коэффициента трансформации дополнительной части 2 от виткового коэффициента трансформации основной части 1.
В сердечнике основной части 1 результирующая м.д.с. является величиной практически постоянной и равной м.д.с., создаваемой током холостого хода. В сердечнике дополнительной части 2 сумма векторов м.д.с., первичной и вторичной обмоток не равняется вектору м.д.с., создаваемой током холостого хода, т.к. количество витков первичной обмотки превосходит количество витков вторичной обмотки в большее число раз, чем в основной части 1, поэтому с ростом нагрузки результирующая м.д.с. в сердечнике дополнительной части 2 плавно увеличивается, а при уменьшении нагрузки она плавно уменьшается.
Конденсатор 3 предназначен для компенсации падения напряжения на индуктивном сопротивлении первичной обмотки дополнительной части 2.
В трехфазном составном трансформаторе дополнительная часть, в зависимости от характера нагрузки, симметричной или несимметричной, выполнена либо на одном отдельном трехстержневом сердечнике с шестью обмотками, тремя первичными и тремя вторичными, либо на трех отдельных сердечниках, на каждом из которых есть две обмотки, первичная и вторичная. В обоих случаях каждая первичная обмотка дополнительной части последовательно соединена с одной из первичных обмоток основной части, каждая вторичная обмотка дополнительной части последовательно соединена с одной из вторичных обмоток основной части соответственно фазе подключения, дополнительная часть имеет больший витковый коэффициент трансформации, чем основная часть, в цепи первичных обмоток дополнительной части последовательно включены конденсаторы для компенсации падения напряжения на их индуктивных сопротивлениях.
Технический результат состоит в плавном бесконтактном саморегулировании напряжения под нагрузкой трехфазной дополнительной частью трехфазного составного трансформатора, при этом основная его часть работает как обычный трехфазный трансформатор.
Режим изменения напряжения задается витковым коэффициентом трансформации трехфазной дополнительной части.
На фиг.2 и 3 представлены схемы трехфазного составного трансформатора, состоящего из трехфазной основной части 1, трехфазной дополнительной части 2 и конденсаторов 3.
Основные существенные признаки дополнительной части трехфазного составного трансформатора аналогичны существенным признакам дополнительной части однофазного составного трансформатора.
Лабораторные испытания составного трансформатора при его работе с активно-индуктивной нагрузкой с разными коэффициентами мощности, Cos(φ) нагрузки, показали совпадение опытных данных с расчетными.
Источники информации
1. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч.1. - М.: Энергия, 1974, с.180-181.
2. Бамдас A.M. и Шапиро С.Б. Трансформаторы, регулируемые подмагничиванием. - М.: Энергия, 1965, с.10-48.
3. Окунь С.С. и др. Трансформаторные и трансформаторно-тиристорные регуляторы-стабилизаторы напряжения. -М. -Л.: Энергия, 1969, с.5-32.