ТРАНСФОРМАТОР ДАНЕЛЮКА
DANELYUK TRANSFORMER

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении трансформаторных агрегатов, применяемых, например, в силовых системах электроснабжения с регулированием напряжения нагрузочной сети.
В настоящее время традиционные трансформаторы изготавливаются с применением сложных и трудоемких магнитных систем с сердечниками и обмотками, искажающими исходные характеристики электропитания.
Известен, например, трансформатор напряжения, включающий магнитную систему с магнитопроводами в виде сердечников и первичной, и вторичной обмотками и устройство для ступенчатого регулирования выходного напряжения (RU 2046423 C1).
Из недостатков (кроме уже упомянутых недостатков традиционных трансформаторов) данного известного трансформатора следует отметить невозможность плавно регулировать выходное напряжение по амплитуде.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению с точки зрения непрерывности регулирования его параметров является трансформатор напряжения, включающий корпус в виде магнитопроницаемого сердечника с первичной и вторичной обмотками и входными, и выходными клеммами для подсоединения к питающей и нагрузочной электросетям и устройство для плавного регулирования выходного напряжения, выполненное в виде замкнутого магнитопровода, установленного с возможностью перемещения вдоль сердечника с первичной и вторичной обмотками (см., например, авторское свидетельство СССР №135959, опублик. 1961 г.).
Основным недостатком такого трансформатора является наличие сложной, дорогой и многодельной магнитной системы трансформации и регулирования напряжения.
Задачей предлагаемого изобретения является создание регулируемого трансформатора напряжения, лишенного вышеотмеченных недостатков известных трансформаторов подобного типа и обеспечивающего получение нового технического результата.
Технический результат решения поставленной задачи выражается в отсутствии в конструкции трансформатора магнитной системы с многочисленными сердечниками и обмотками при сохранении ее функции трансформации и регулирования напряжения. В предлагаемом решении данная функция выполняется путем использования в работе трансформатора регулируемых токов утечки диэлектриков.
Поставленная задача решается тем, что в трансформаторе напряжения, содержащем корпус с входными и выходными фазными клеммами для подсоединения, соответственно, к питающей и нагрузочной электросетям и устройство для плавного регулирования выходного напряжения, корпус выполнен в виде герметичной колбы из диэлектрического материала, заполненной ионообразующей газовой смесью, и снабжен парными электродами, соосно встроенными в колбу с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль общей оси каждой пары и подсоединенными к соответствующим входным и выходным клеммам питающей и нагрузочной электросетей. Рабочая поверхность каждого из парных электродов может быть выполнена с выпуклостями и впадинами, ответными по форме с рабочей поверхностью противоположного электрода.
Сущность предлагаемого изобретения, а также его преимущества перед известными решениями в данной области техники станут более понятными и очевидными из нижеследующего описания примера его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
Фиг.1 - общий вид в вертикальном разрезе трансформатора напряжения, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - схема напряженности электрического поля между электродами в колбе, заполненной ионообразующей газовой смесью.
Данный пример осуществления изобретения относится к трансформатору однофазной электросети, предназначенному для плавного изменения напряжения от величины, равной напряжению на входе трансформатора, до величины порядка 1 В. Предлагаемое изобретение может быть применено и в трансформаторах для трехфазных электросетей.
Раскрытый в данном примере трансформатор напряжения содержит корпус, выполненный в виде герметичной колбы 1, заполненной ионообразующей газовой смесью 2. Стенки колбы 1 выполнены из диэлектрического материала, в качестве которого в нашем примере применена высокопрочная керамика из обожженной шамотной глины. В качестве ионообразующей газовой смеси применен аргон с присадкой натрия.
В колбу 1 встроена пара из входного 3 и выходного 4 плоских электродов со штоками, соответственно и 6, установленными соосно друг к другу. Входной 3 и выходной 4 электроды встроены в колбу с возможностью относительного перемещения вдоль общей оси пары. В данном примере возможность такого перемещения с помощью любого привода (на чертежах не показанного) обеспечена путем неподвижного соединения входного электрода 3 с колбой 1 и скользящей посадки штока 6 выходного электрода 4 посредством уплотнительной втулки 7. Как показано на фиг.2 чертежей, между соосными электродами 3 и 4 имеется зазор «а» изменяемой величины.
Для увеличения площади потокосцепления между плоскими электродами 3 и 4 их обращенные друг к другу рабочие поверхности выполнены с ответными друг другу выпуклостями 8 и впадинами 9.
Входной 3 и выходной 4 плоские электроды подсоединены к входной 10 и выходной 11 фазным клеммам, размещенным на корпусе в виде колбы 1.
Работа описанного выше трансформатора напряжения осуществляется следующим образом.
макс
В исходном положении выходной подвижный электрод выдвинут относительно входного электрода 3 с обеспечением максимального межэлектродного зазора «а». В этом положении напряжение на выходной фазной клемме 11 равно нулю в связи с наличием в колбе 1 газообразного неионизированного диэлектрика.
Для получения электрического тока и возникновения напряжения на выходной фазной клемме 11 начинают плавно перемещать подвижный электрод 4 внутрь колбы 1, уменьшая межэлектродный зазор «а» и увеличивая тем самым напряженность электрического поля между электродами 3 и 4. При достижении критической величины напряженности в ионообразующей смеси возникает процесс ударной ионизации нейтральных молекул газа с появлением электрического тока между электродами. С этого момента электроды 3 и 4 служат в качестве, соответственно, анода и катода. С уменьшением межэлектродного зазора «а» электрический ток возрастает по закону Ома до достижения величины насыщения, при которой напряжение на входной 10 и выходной 11 фазных клеммах остается постоянным.
При дальнейшем увеличении напряженности электрического поля путем уменьшения зазора «а» между ними возникает принудительный процесс лавинного разряда (но еще не пробоя) в ионизированной газовой среде и появления в электрической цепи между входной 10 и выходной 11 клеммами так называемого «тока утечки». В этом процессе газовая среда между электродами находится в резистивном состоянии. При дальнейшем уменьшении зазора между электродами происходит усиление роста (по закону Пашена) тока утечки и напряжения на выходе трансформатора до момента перехода процесса разряда в самостоятельный, при котором вероятен электрический пробой газообразной среды между электродами.
В предлагаемом изобретении регулирование выходного напряжения осуществляют путем плавного изменения межэлектродного промежутка в области принудительного процесса лавинного разряда или, иначе говоря, в области протекания токов утечки.
Границы области протекания токов утечки зависят от состава, давления и температуры ионообразующей газовой смеси, а также от величины входного напряжения. Эти границы точно определяются только экспериментальным путем. В описанном выше примере осуществления изобретения при входном напряжении 10 кВ, комнатной температуре окружающей среды и межэлектродном зазоре от 20 до 13 мм можно осуществить плавное изменение выходного напряжения от 400 В до 830 В без искажения качественных характеристик на выходе электрической цепи.
Таким образом, из приведенного выше описания примера следует, что предлагаемое изобретение, охарактеризованное в п.1 формулы изобретения совокупностью существенных признаков, обеспечивает получение простого, надежного и недорогого бессердечникового трансформатора, работающего на новом техническом принципе преобразования напряжения.