ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в трансформаторных агрегатах, предназначенных для электрифицированных железных дорог переменного тока.
Известен трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока (RU №2321154, H02P 13/06, H01F 29/02, опубл.: 27.03.2008. Бюл. 9), содержащий трехфазный тяговый трансформатор, имеющий трехстрежневой магнитопровод, первичную обмотку, подключенную к питающей сети, и вторичную обмотку, обмотки фаз которой соединены между собой, две вольтодобавочные обмотки, каждая из которых размещена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода и подключена одним концом к соответствующей секции контактной сети, а другим концом - к одной из обмоток фаз вторичной обмотки, размещенной на крайнем стержне трехстержневого магнитопровода, причем каждая из вольтодобавочных обмоток снабжена устройством регулирования напряжения.
Необходимость использования двух дополнительных блоков - устройств регулирования напряжения для гибкого регулирования числа витков вольтодобавочных обмоток определяет недостаток прототипа - его недостаточно высокую надежность работы.
Трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока (RU 2465672 C1; H01F 30/12, H02P 13/10, H01F 29/08, H01F 27/24, 27.10.12), выбранный в качестве прототипа, содержит трехфазный тяговый трансформатор, имеющий трехстрежневой магнитопровод, стержни которого расщеплены на два участка в верхней части стержня участки соединены ферромагнитными стопами, а во внутренних промежутках между участками стержней расположены подвижные ферромагнитные якоря. На стержни намотаны фазы вторичной обмотки, которая электрически соединена с нагрузкой, сверху фаз вторичной обмотки намотаны фазы первичной обмотки, подключенной к питающей сети. Фазы вторичной обмотки выступают за нижние торцы фаз первичной обмотки.
При изменении напряжения первичной обмотки ферромагнитные якоря изменяют соответствующим образом свое положение во внутренних промежутках стержней, при этом изменяется магнитная связь между первичной и вторичной обмотками трехфазного тягового трансформатора, и напряжение вторичной обмотки остается неизменным. Механическое движение феррромагнитных якорей для компенсации изменения напряжения первичной обмотки связано с возможностью их заедания во внутренних промежутках стержней, что обуславливает низкую надежность работы прототипа.
Задача полезной модели состоит в повышении надежности работы трансформаторного агрегата для электрифицированных железных дорог переменного тока за счет использования магнитного поля, созданного токами, индуцированными в короткозамкнутых витках, расположенных на участках стержней магнитопровода.
Технический результат достигается тем, что в трансформаторном агрегате для электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащем трехфазный тяговый трансформатор, имеющий трехстрежневой магнитопровод, стержни которого расщеплены на два участка, которые в верхней части стержня соединены ферромагнитными стопами, на стержни намотаны фазы вторичной обмотки, которая соединена с нагрузкой, сверху фаз вторичной обмотки намотаны фазы первичной обмотки, подключенной к питающей сети, участки стержня в нижней части соединены ферромагнитными стопами, при этом на первый участок стержня намотана первая секция вторичной обмотки, на второй участок намотана вторая секция вторичной обмотки, имеющая большее число витков по сравнению с первой секцией вторичной обмотки, причем конец первой секции вторичной обмотки соединен с началом второй секции вторичной обмотки, на первый участок стержня насажены короткозамкнутые витки.
Заявленный трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока поясняется чертежом. Устройство содержит магнитопровод, состоящий из двух ярем 1 и трех стержней 2, которые расщеплены на два участка 3 и 4, имеющие одинаковые площади поперечных сечений. В верхней части участки 3 и 4 стержней 2 соединяются ферромагнитными стопами 5, а в нижней части стержней 2 участки 3 и 4 соединяются ферромагнитными стопами 6. На первый участок 3 стержня 2 намотаны первая секция 7 вторичной обмотки с малым числом витков и короткозамкнутые витки 8. На второй участок 4 стержня 2 намотана вторая секция 9 вторичной обмотки, имеющая большее число витков, чем первая секция 7 вторичной обмотки, конец первой секции 7 вторичной обмотки электрически соединен с началом второй секции 9 вторичной обмотки. Поверх вторичной обмотки намотана первичная обмотка 10, подключенная к питающей сети. Вторичная обмотка, состоящая из секций 7 и 9, подсоединена к нагрузке 11. Междуфазные соединения на чертеже не показаны
Работа трансформаторного агрегата для электрифицированных железных дорог переменного тока осуществляется следующим образом. Короткозамкнутые витки 8 на первом участке 3 действуют размагничивающее на ферромагнитный материал этого участка 3, тем самым увеличивая его магнитную проницаемость, что эквивалентно увеличению его площади поперечного сечения. В связи с этим при анализе работы трансформатора считаем, что площадь эквивалентного поперечного сечения участка 3 больше площади поперечного сечения участка 4.
Запитывается первичная обмотка 10 трансформатора. Переменный ток, протекающий по первичной обмотке 10, создает переменный магнитный поток, проходящий по магнитопроводу, а именно: по участкам стержней 3 и 4 и ярмам 1, причем при заданном номинальном значении напряжения на первичной обмотке 10 переменный магнитный поток проходит по двум участкам 3 и 4, перераспределяется между ними и наводит в секциях 7 и 9 вторичной обмотки электродвижущие силы, которые суммируются и формируют напряжение на всей вторичной обмотке.
При увеличении напряжения на первичной обмотке 10 происходит увеличение тока, протекающего по первичной обмотке 10, следовательно, увеличивается переменный магнитный поток. Тогда из-за высокой магнитной индукции на втором участке 4, его материал переходит в состояние насыщения и магнитное сопротивление второго участка 4 увеличивается, а величина переменного магнитного потока, проходящего через второй участок 4, уменьшается. В этом случае большая часть переменного магнитного потока ответвляется в первый участок 3, так как он обладает большей эквивалентной площадью поперечного сечения, и поэтому его материал ненасыщен и магнитное сопротивление первого участка 3 мало по сравнению с магнитным сопротивлением второго участка 4. Эта часть переменного магнитного потока сцепляется с витками первой секции 7 вторичной обмотки, наводит в ней электродвижущую силу, которая в основном формирует напряжение на всей вторичной обмотке трансформатора. Уменьшение величины ЭДС, индуктируемой в секции 9 вторичной обмотки компенсирует увеличение напряжения вторичной обмотки из-за подъема напряжения на первичной обмотке 10. В результате сказанного, напряжение вторичной обмотки, состоящей из секций 7 и 9, остается на заданном уровне.
При уменьшении напряжения на первичной обмотке 10 ток, протекающий по первичной обмотке 10, будет уменьшаться, следовательно, он будет создавать меньший переменный магнитный поток, проходящий по магнитопроводу, состоящему из участков 3 и 4 стержней 2 и ярем 1. При этом участок магнитной цепи, а именно, второй участок 4 стержня 2 со второй секцией 9 вторичной обмотки выйдет из состояния насыщения, то есть его магнитное сопротивление уменьшится. Переменный магнитный поток, проходящий по первому 3 и второму 4 участкам стержня 2, перераспределится между ними, и наведет в первой 7 и второй 9 секциях ЭДС, которые суммируются и формируют напряжение на вторичной обмотке, причем величина ЭДС, индуктируемой во второй секции 9 увеличится, что скомпенсирует влияние уменьшения напряжения на первичной обмотке 10 и напряжение вторичной обмотки, состоящей из секций 7 и 9, останется на заданном уровне.
Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог характеризуется более высокой надежностью работы, обусловленной заменой действия механического движения ферромагнитных якорей на размагничивающее действие поля токов, индуцированных в короткозамкнутых кольцах 5.