Аксиальный многофазный трансформатор - фазорегулятор

Гайтов Б.Х., Кашин Я.М., Гайтова Т.Б., Шипалов В.И.
АКСИАЛЬНЫЙ МНОГОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР-ФАЗОРЕГУЛЯТОР
Полеэна т МОЦРЛЬ относится к электротехнике, в частности к многофазным трансформаторам и фазорегуляторам, и может быть использована, например, в лабораторных условиях для поверки электросчетчиков и т. д.
Известна конструкция многофазного трансформаторафазорегулятора (см. патент № 2139586, 1999 г., Бюл. № 28, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М., и др.), содержащего два тороидальных магнитопровода с пазами, в которые уложены первичная трехфазная и вторичная многофазная обмотки, причём тороидальный магнитопровод со вторичной многофазной обмоткой выполнен подвижным относительно неподвижного тороидального магнитопровода с первичной трехфазной обмоткой, для чего установлена самоМПКб Н 021У1 5/14 Н 01F 30/14
тормозящаяся червячная передача, жестко связанная с подвижным тороидальным магнитопроводом, а между тороидальными магнитопроводами имеется воздушный зазор, необходимый для их взаимного перемещения.
Существенным недостатком такого многофазного трансформатора-фазорегулятора является сложность конструкции, вызванная необходимостью взаимного перемещения магнитопроводов, наличие воздушного зазора между магнитопроводами, приводящее к увеличению магнитного сопротивления, а, следовательно, к увеличению токов, необходимых для создания требуемого магнитного потока (тока намагничивания) , то есть к увеличению требуемого сечения проводов обмоток и, соответственно, к ухудшению массогабаритных- показателей регулятора, увеличению его стоимости и увеличению потерь энергии. Кроме того, существенным недрста,тком многофазного трансформаторафазорегулятора с поворотным ротором является наличие большого осевого (аксиального) электромагнитного усилия, вызванного в результате притяжения магнитопроводов ротора и статора. Это усилие ведет к преждевременному выходу из строя подшипниковых узлов, что уменьшает надежность работы многофазного трансформаторафазорегулятора в целом.
Наиболее близким к предшвлагаемо: ОЛ ЗНо ::01;ел1  по физической сущности и достигаемому результату является многофазный трансформатор (см. патент № 2181512, 2002 г., Бюл. № 11, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М., и др.), содержащий несколько внутренних аксиальных магнитопроводов с обмотками, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями через немагнитные прокладки, и два
.
боковых аксиальных магнитопровода, примыкающих к торцам внутреннего магнитопровода через немагнитные прокладки, причём несколько внутренних аксиальных магнитопроводов имеют по две активные торцовые поверхности с пазами, в которые уложены первичные трёхфазные обмотки, а соответствующее количество других внутренних аксиальных магнитопроводов и боковые аксиальные магнитопроводы имеют по одной активной торцовой поверхности с пазами, в которые уложены вторичные многофазные обмотки, причём магнитопроводы, в пазы которых уложены вторичные многофазные или трёхфазные обмотки, выполнены повёрнутыми относительно магнитопроводов, в пазы которых уложены первичные трёхфазные обмотки, вокруг их общей оси симметрик каждый на свой угол  - ), где l - порядковый номер магнитопровода с вторичной обмоткой, 2
- число фаз вторичных обмоток, k2 - коэффициент агрегатирования, т.е. количество магнитопроводов с вторичными обмотками, причём боковые магнитопроводы примыкают к торцам внутренних магнитопроводов активными торцовыми поверхностями.
Существенным недостатком такого многофазного трансформатора является невозможность обеспечения регулирования фазы выходного напряжения, т.е. невозможность использования его в качестве фазорегулятора.
Данност .,j.c-,,.,,- моде/(рещает задачу обеспечения возможности дискретного регулирования фазы выходного напряжения в диапазоне 0-2 при постоянной его величине.
/.  2/г
Щ
трехфазному коммутатору, позволяющему посредством своих скользящих контактов присоединять соответствующие фазы соответствующей вторичной многофазной или трехфазной обмотки к соответствующим фазам нагрузки, причем количество магнитопроводов с первичными обмотками k и количество магнитопроводов с вторичными обмотками 2 определяется шагом регулирования фазы выходного напряжения аксиального многофазного трансформаторафазорегулятора а и числом фаз вторичных обмоток /«2 со27Г, kj7Г
отношениями «2  и к  -  .
а-/«22 а-mi
На фиг. 1 представлен общий вид аксиального многофазного (в представленном случае 12фазного с трёхфазной вторичной обмоткой - ) трансформатора-фазорегулятора, на фиг. 2 - его электрическая схема, на фиг. 3 - его векторная диаграмма, на фиг. 4 электрическая схема соединения вторичных обмоток со скользящими контактами контактора.
Аксиальный многофазный (в представленном варианте 12-фазный) трансформатор-фазорегулятор содержит (см. фиг. 1) : внутренние аксиальные магнитопроводы 1 и 2, имеющие по две активные торцовые поверхности 3, 4, 11 и 12 с пазами, в которых уложены первичные трёхфазные обмотки 5, 6, 7 и 8, внутренние аксиальные магнитопроводь 9, 10 и боковые аксиальные магнитопроводы 13, 14, имеющие по одной активной торцовой поверхности 15, 16, 17 и 18 с пазами, в которые уложены вторичные многофазные (в представленном варианте - трёхфазные) обмотки 19, 20,
21 и 22, соединенные со скользящими контактами 29 трехфазного коммутатора 30. Магнитопроводы 9, 10, 13 и 14, в пазы которых уложены вторичные многофазные (в представленном варианте - трёхфазные) обмотки 19, 20, 21 и 22, выполнены повёрнутыми относительно внутренних аксиальных магнитопроводов 1 и 2, в пазы которых уложены первичные трёхфазные обмотки 5, б, 7, 8, вокруг их общей оси симметрии 23 каждый на свой угол
/. 1 2лC( - i), где 7 - порядковый номер магнитопровоW2 k2
да с вторичной многофазной обмоткой, /«2 - число фаз вторичных обмоток (в представленном варианте ),
2  коэффициент агрегатирования (количество магнитопроводов с вторичными обмотками, в представленном варианте 2-4) . Внутренние магнитопроводы 1, 2, 9 и 10 примыкают друг к другу торцовыми поверхностями через немагнитные прокладки 26, 27, и 28. Боковые магнитопроводы 13 и 14 примыкают к торцам внутренних магнитопроводов 1 и 2 активными торцовыми поверхностями 15 и 18 через немагнитные прокладки 24 и 25. Количество магнитопроводов с первичными обмотками j и количество магнитопроводов со вторичными обмотками k2 определяется шагом регулирования фазы выходного напряжения а аксиального многофазного, трансформатора-фазорегулятора  и
числом фаз вторичных обмоток /«2 соотношениями 2
а-т
На фиг. 2 представлена схема соединения обмоток аксиального многофазного трансформатора-фазорегулятора, где; I, 2, 3...12 - порядковый номер фазы выходного напряжения аксиального многофазного трансформаторафазорегулятора, 13 - трехфазный коммутатор со скользящими контактами 14;  - первая фаза вторичной обмотки 22,   вторая фаза первичной обмотки 8, т.е. цифра (1, 2, 3) обозначает номер фазы обмотки, верхний - индекс номер обмотки в соответствии с фиг. 1, нижний индекс - первичную (вторичную) сторону аксиального многофазного трансформатора-фазорегулятора; а , а , OL- г
«4  угол поворота г-го магнитопровода (,2,3,4 порядковый номер магнитопровода, в пазы которого уложена вторичная обмотка с соответствующим верхнему индексу номером), определённый в соответствии с соотношением
/. -.4 2я
О1. - (впредставленномварианте
/«2 -ki
flfy(/ -1) (/ -l)); Ui - напряжение питающей
трёхфазной сети/ U2  трехфазное выходное напряжение.
Поскольку первичные напряжения равны по величине и по фазе, на фиг. 3 они показаны единой звездой первичных напряжений. На фиг. 3 напряжения фаз
обозначены С/„ , где верхний индекс N обозначает номер
обмотки, соответствующий номеру позиции на фиг. 1, нижний индекс П обозначает номер фазы трёхфазной первичной или сформированной многофазной вторичной системы напряжений.
22 2120
На фиг, 4 представлена схема соединения вторичных обмоток аксиального многофазного трансформаторафазорегулятора со скользящими контактами трехфазного
коммутатора, где обмотки фаз обозначены  г где верхний индекс Z обозначает номер фазы обмотки, нижний индекс п обозначает: 2 - вторичная обмотка трансформатора-фазорегулятора, н - обмотка нагрузки; KI, К2, Кз - скользящие контакты трехфазного коммутатора, 0°, 30° ...330° - фаза соответствующего выходного напряжения.
Аксиальный многофазный трансформатор-фазорегулятор работает следующим образом. При подключении первичных трехфазных обмоток 5, б, 7 и 8 к питающей сети напряжением Ui во внутренних магнитопроводах 9, 10 и боковых магнитопроводах 13, 14 создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с многофазныйй (в представленном; -©йрианте -трёхфаз ными) вторичными обмотками 19, 20, 21, 22 наводит в каждой из них систему многофазных (в представленном варианте - трёхфазных) ЭДС и напряжений, сдвинутых друг относительно друга на угол iLnlm, где т- - число фаз каждой вторичной обмотки многофазного (в представленном варианте 12-фазного) трансформатора (в представленном случае , а угол
сдвига фаз равен -П . В результате происходит преобразование трехфазной системы напряжений в т -фазную симметричную систему напряжений в каждой вторичной обмотке 19, 20, 21, 22. Поскольку магнитное поле вращается, а магнитопроводы 9, 10, 13, 14, в пазы которых уложены
вторичные многофазные (в представленном варианте трёхфазные) обмотки 19, 20, 21, 22, повёрнуты относительно магнитопроводов 1 и 2 вокруг их общей оси симметрии на угол Cfj, где / - порядковый номер магнитопровода с вторичной многофазной (в представленном варианте
-трёхфазной) обмоткой, то магнитное поле будет наводить ЭДС в каждой фазе всех вторичных обмоток в зависимости от их пространственного сдвига, т.е. со сдвигом
между собой на угол а  (при  этот
угол равен:   30).
Очевидно, что фазовый сдвиг между ЭДС, наводимыми во вторичных обмотках, равен углу поворота магнитопроводов 9, 10, 13, 14 относительно магнитопроводов 1 и 2,
которыи выбирается равным  - .), где i - порядковый номер магнитопровода с вторичной обмоткой, /И2
-число фаз каждой вторичной обмотки, k2 - коэффициент агрегатирования , т.е. количество магнитопроводов с вторичными обмотками(в представленном варианте
ОТ,-(/-) (/-) , 2 4, /  1ч-4) . Таким образом,
число фаз выходного напряжения аксиального многофазного трансформатора-фазорегулятора равно mj k2-fn2. (в представленном варианте mj 4-3  12). При повороте рукоятки, жёстко связанной с коммутатором, на угол
2п 271-/W2  k ТП-р
/ 1 2л/W2  2
вторичноймногофазнойобмоткитрансформаторафазорегулятора к соответствующим фазам трёхфазной нагрузки (W к , W  к н 2  к W) . Здесь т - число фаз вторичной обмотки аксиального многофазного трансформатора-фазорегулятора; нижний индекс: 2 - вторичная обмотка аксиального многофазного трансформаторафазорегулятора, Н - обмотка нагрузки; верхний индекс номер фазы в обмотке. При этом напряжение, подаваемое на нагрузку, имеет сдвиг фаз по отношению к входному напряжения равный углу поворота рукоятки коммутатора
(р  а..
Предлягаемая полезная модельвыполняя функцию известного многофазного  трансформатора, как и прототип, в тоже время в отличие от него позволяет дискретно регулировать фазу выходного напряжения без усложнения конструкции,, фазорегулятора из-за наличия обязательного в известных фазорегуляторах воздушного зазора между магнитопроводами, приводящего к увеличению магнитного сопротивления а, следовательно, к увеличению токов, необходимых для создания требуемого магнитного потока (тока намагничивания), то есть к увеличению требуемого сечения проводов обмоток и, соответственно, к ухудшению массогабаритных показателей регулятора, увеличению его стоимости (необходимости установки подшипниковых щитов) и увеличению потерь энергии.
,i+2.