СТАБИЛИЗАТОР ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в низковольтных комплектных устройствах распределения постоянного тока для электростанций со статическим стабилизатором напряжения.
Известен стабилизатор напряжения промышленной сети, содержащий два трансформатора, при этом первичные и вторичные обмотки соединены друг с другом последовательно и согласно, а обмотки подмагничивания разделены на две части, соединенные друг с другом встречно 1. Данный стабилизатор позволяет плавно регулировать величину выходного напряжения в заданных пределах, однако его отличает сравнительно большая масса активных материалов и наличие несимметрии выходного напряжения в трехфазных системах.
Наиболее близким по технической суш;ности к заявляемой полезной модели является стабилизатор трехфазного напряжения промышленной сети, содержащий сердечник, включающий стержни с различными площадями поперечных сечений, и первичную и вторичную обмотки, размещенные на стержнях, а также компенсационную и дополнительную обмотки, при этом сердечник выполнен из трансформаторной стали Ш-образной формы с тремя стержнями, площади поперечного сечения крайних стержней меньше площади поперечного сечения среднего стержня, первый стержень снабжен воздушным зазором, первичная и компенсационная обмотки размещены на среднем стержне, вторичная и дополнительная обмотки расположены на втором стержне, при этом компенсационная обмотка включена
последовательно и встречно со вторичной обмоткой 2, Данный стабилизатор характеризуется высокой стабильностью выходного напряжения, однако он имеет относительно невысокий КПД, и его выходное напряжение зависит от частоты и от характера нагрузки, что приводит к использованию таких стабилизаторов в маломощных низковольтных комплектных устройствах.
Техническим результатом полезной модели является повышение КПД стабилизатора трехфазного напряжения промышленной сети и обеспечение независимости его выходного напряжения от частоты.
Этот технический результат достигается тем, что в известном стабилизаторе трехфазного напряжения промышленной сети, содержащем сердечник и первичную и вторичную обмотки, сердечник выполнен тороидальным и состоящим из внутренней и наружной тороидальных частей, первичная и вторичная обмотки выполнены трехфазными, первичная обмотка соединена в звезду, вторичная обмотка в звезду с нулевым выводом, при этом площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части сердечника меньше площади поперечного сечения наружной тородоидальной части сердечника, первичная обмотка размещена в пазах наружной, а вторичная - в пазах внутренней тороидальных частях сердечника.
На фиг,1 показан поперечный разрез стабилизатора трехфазного напряжения промышленной сети. На фиг.2 изображена электрическая схема совокупности обмоток стабилизатора.
Стабилизатор трехфазного напряжения промышленной сети (фиг.1) содержит сердечник 1, включающий внутреннюю тороидальную часть 2 и наружную тороидальную часть 3, которые и снабжены пазами. Первичная обмотка 4 размещена в пазах наружной тороидальной части 3 сердечника 1, вторичная обмотка 5 размещена в пазах внутренней тороидальной части 2 сердечника 1. Воздушный зазор между тороидальными частями 2 и 3 (не показанный на фиг.1) выбирается из технологических соображений. Число пазов на обоих тороидальных частях зависит от числа пар полюсов, числа
фаз и числа пазов на полюс и фазу, то есть для i -ой тороидальной части справедлива запись
Zi  2pimiqi(1)
где Zj - число пазов i -ой тороидальной части;
Pi -число пар полюсов обмотки i -ой тороидальной части; обычно ,2 иЗ;
mi-число фаз i -ой обмот1си; обычно  - число фаз сети, а ,6 и т.д.
qi -число пазов на полюс и фазу. Обычно , а ,3,...8 в зависимости от величины коэффициента несинусоидальности кривой выходного напряжения стабилизатора. В предлагаемом стабилизаторе выполняется условие равенства полюсов и фаз, т.е.
Электрическая схема стабилизатора трехфазного напряжения промышленной сети (фиг.2) содержит трехфазную первичную обмотку 4, соединенную в звезду и подключенную к промышленной сети А.В.С, и трехфазную вторичную обмотку 5, соединенную в звезду с нулевым выводом, к выводам а, в, с, о которой подключаются потребители. Здесь же изображен сердечник 1.
При подаче напряжения промышленной сети в фазах трехфазной первичной обмотки 4, соединенной в звезду, протекают токи, под действием которых во внутренней тороидальной части 2 и наружной тороидальной части 3 сердечника 1 возникает круговое вращаюшееся магнитное поле (КВМП). Силовые магнитные линии КВМП, пересекая витки трехфазной вторичной обмотки 5, соединенной в звезду с нулевым выводом,- наводят в ней ЭДС, равную
62 Ein2sm{Dt,(2)
.
Ein2 - амплитудное значение,  2; 2- действующее значение ЭДС;
ш-круговая частота, 27Ef; f-частота напряжения сети, f  50 Гц. Считается, что действующее значение равно
E2  4,44w2fOKo2(3)
где W2 - число витков в фазе вторичной обмотки 5; f - частота напряжения сети;
Ф - магнитный поток в тороидальных частях 2 и 3 стабилизатора; Ко2 - обмоточный коэффициент вторичной обмотки 5, при этом коэффициент трансформации обмоток стабилизатора
4,44 Wi fOKoi Wi KOI n   (4),
4,44W2fOKo2W2 Ko2
где KOI - обмоточный коэффициент первичной обмотки 4;
wi - число витков в фазе первичной обмотки 4,
равен коэффициенту Пхх стабилизации холостого хода, так как начальный этап работы стабилизатора осуществляется на начальном пропорциональном участке кривой намагничивания трансформаторной стали, из которой выполнены внутренняя и наружная тороидальные части 2 и 3 сердечника 1 . Стабилизация выходного напряжения начинается при переходе рабочей точки за перегиб кривой намагничивания в зоне умеренного насыщения стали. Так как площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части 2 меньше площади поперечного сечения наружной тороидальной части 3, то в зоне умеренного насыщения стали при одной и той же интенсивности
КВМП внутренняя тороидальная часть 2 будет более насыщенаа и при входном напряжении UBX равном
UBx  (l,l...l,2)UHOM,(5)
где UHOM - номинальное напряжение,
его насыщение будет достаточным для того, чтобы выходное напряжение
UBMX было в заданном диапазоне
иных  ( 1,02...,05) и„ом(6)
Сравнение величин, ползд1енных по формулам (5) и (6), показывает, что при одной и той же мощности стабилизатора площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части 2 должна быть на 14% меньше площади поперечного сечения наружной тороидальной части 3.
Таким образом, выполнение сердечника состоящим из двух тороидальных частей с различными площадями поперечных сечений и снабженных пазами, на которых размещены трехфазные первичная и вторичная обмотки, соединенные в звезду и в звезду с нулевым выводом, позволяет осуществить эффект умеренного насыщения стали, предопределяющий стабилизацию выходного напряжения. Стабильность напряжения может быть повьппена за счет использования электротехнической стали с прямоугольной петлей гистерезиса, например аморфного материала, при этом повышение КПД стабилизатора достигается за счет уменьшения числа обмоток и числа сердечников, т.е. за счет снижения потерь в меди и потерь в стали. Формула 4 доказывает, что величина выходного напряжения стабилизатора не зависит от частоты напряжения промышленной сети, а нежелательные гармоники в выходном напряжении могут быть нейтрализованы за счет конструкции вторичной трехфазной обмотки.
Радио и связь, 1981, стр.143, рис. 1.26
2 Багун В.П., Ковалев Н.П., Костроминов A.M., Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, М., Транспорт, 1991,стр103, рис.5.8
Автор: / /lx/ -, Н.П.Кириллов
. 6