Бесконтактный индукционный регулятор напряжения переменного тока

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ввдомство РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКАБесконтактный индукционный регулятор напряжения переменного тока, содержащий неподвижный замкнутый магнитопровод со вторичной или первичной обмотками и незамкнутый поворотный магнитопровод с первичной или вторичной обмотками, расположенный внутри неподвижного замкнутого магнитопровода, а также привод углового перемещения незамкнутого поворотного магнитопровода со средством фиксации, отличающийся тем, что неподвижный замкнутый магнитопровод выполнен в виде четырехполюсника е-двумя парами явно выраженных полюсов, образующих круговое окно, причем его сосредоточенная обмотка размещена на двух противоположных полюсах, а незамкнутый поворотный магнитопровод представляет собой двухполюсник,выполненный в виде цилиндра с двумя симметрично расположенными продольными пазами для размещения сосредоточенной обмотки, причем ширина каждою из двух диаметрально расположенных полюсов двухполюсника равна ширине полюса неподвижного магнитопровода, несущего обмотку.(71) Заявитель Витебское производственное объединение энергетики и электрификаЦИИ Витебскэнерго (В)(73) Патентообладатель Витебское производ ственное объединение энергетики и элек трификации Внтебскэнерго (ВУ)Изобретение относится к области электротехники, а более детально к электрическим преобразователям, обеспечивающих регулированне напряжения переменного тока в широком диапазоне.Известны контактные и бесконтактные регуляторы и стабилизаторы переменного тока релейные, феррорезонансные с передвижной короткозамкнутой катушкой или передвижными щеточными контактами, тиристорные.Широкое распространение получили бесконтактные Электромагнитные и магнитно-полупроводниковые регуляторы-стабилизаторы Напряжения, основными исполнительными элементами которых являются подмагничива емыелрансформаторыцишх . трансформаторам. сМассовое применение нашли более простые регуляторы напряжения трансформаторного типа- трансформаторы с неподвижными первичными и вторичными обмотками, включающие в себя подвижные магнитные шунты- трансформаторы с перемещающимися относительно их насыщенных магнитопроводов вторичными обмотками (например, сварочные трансформаторы типа ТС-300, ТС-БОО и др.).Все перечисленные выше регуляторы и стабилизаторы напряжения переменного тока рассматриваются в качестве аналогов.Феррорезонансные регуляторы-стабилизаторы напряжения имеют ограниченные возможности в отношении мощности, к.п.д.,диапазона допустимых нагрузок и качества кривой выходного напряжения. Стабилизаторы напряжения с передвижной короткозамкнутой катушкой имеют чрезмерно большие габариты и вес.Стабилизаторы напряжения с передвижными щеточными контактами оказываются во многих случаях неудовлетворительными прежде всего из-за низкой надежности и долговечноСТИ КОНТЗКТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.Бесконтактные подмагшгчиваемые регуляторы-стабидшзаторы напряжения первою типа,являясь малогабаритными, имеют низкий коэффициент мощности и сильно искаженную форму выходного напряжения. В регуляторахстабилизаторах второго туша несколько лучше форма кривой напряжения, однако имеют ме Опсто значительные перенапряжения на первичной обмотке автотрансформатора и существенно затрудняется регулирование в сторону уменьшения напряжения при малых нагрузках. Требуется большая балластная нагрузка, которая может достичь 20 номинальной.В регуляторахютабилизаторах на основе подмагничивающих трансформаторов и автотрансформаторов с перераспределением напряжения (ТРПН) основным исполнительным элементом является плавно регулируемый автотрансформатор, состоящий из двух последовательно включенных повышающего и понижающего автотрансформаторов,сердечнигсшт-которыхы- снабжаются обмоткамиподмагничивания. При этом улучшается форма кривой выходного напряжения, регулировочные характеристики незначительно зависят от величины и характера нагрузки, повышается коэффициент мощности. Регулятор этого типа эквивалентен переключаемому трансформатору с бесконечно большим числом отпаек, последовательно которым на первичной стороне включен дроссель с переменной индуктивностью. Недостатками регулятора этого типа являются сложность устройства, заметное искажение формы кривой выходного напряжения, недостаточно высокий коэффициент мощности.В регуляторах четвертого типа присутствуют дорогостоящие тиристорные группы, заменяющие дроссели насыщения.Трансформаторные регуляторы с подвижными магнитными шунтами, не обеспечивая регулирование напряжения от нуля до номинального значения, имеют сравнительно большие габариты и невысокий коэффициент мощности.Регуляторы с перемещающимися вторичными обмотками нетехнологичны, имеют низкие значения коэффициента мощности, к.п.д. и повышенные габаритные размеры.Известен также трехфазный индукционный регулятор для плавного регулирования напряжения, имеющего синусоидальную форму, с использованием трехфазной асинхронной машины в режиме трансформатора, если выполнить электрическое соединение обмотки статора с фазной обмоткой заторможенного ротора по схеме автотрансформатора 1.Указанный регулятор выбирается в качестве прототипа как наиболее близкий по конструкции и пригщипу действия, если его применить только для однофазного регулирования с использованием всех катушек сгатора и ротора, а также по форме кривой выходного напряжения.Указанное устройство по прототипу представляет собой бесконтактный индукционный регулятор напряжения переменного тока, содержащий неподвижный замкнутый магнитопровод с первичной или вторичной обмотками и незамкнутый поворотный магнитопровод с первичной или вторичной обмотками, расположенный внутри неподвижного замкнутого магнитопровода, а также привод углового перемещения незамкнутого поворотного магнитопровода со средством фиксации.Первичная обмотка, которую обычно распоЛВГЗЮТ на НЕЗНМКНУТОМ ПОВОРОТНОМ МНГНИТОпроводе, включается в сеть с фазным напряжением (7 1. Переменное магнитное поле,созданное током этой обмотки, наводит в ней э.д.с. Е 1, а во вторичной обмотке, находящейся на неподвижном замкнутом магнитопрово Е 2, а также напряжение П 2 зависят от электрического угла взаимного сдвига фаз обмоток неподвижного замкнутого и незамкнутого поворотного магнитопроводов.Первичная обмотка индукционного регулятора может соединяться либо в звезду, либо в треугольник.Недостатками устройства по прототипу являются- наличие увеличенного воздушного зазора за счет пазов, а, следовательно, низкий коэффициент мощности и к.п.д.- неравномерное распределение напряженности магнитного поля, что приводит к недоиспользованию магнитопровода, т.е. к увеличению габаритов и стоимости регулятора- наличие трехфазной обмотки и, как следствие, увеличенные габариты регулятора.Задачей изобретения является повышение коэффициента мощности и к.п.д. бесконтактного индукционного регулятора напряжения переменного тока при одновременном снижении его массогабаритных показателей. Поставленная задача достигается тем, что в бесконтактном индукционном регуляторе напряжения переменного тока, содержащего неподвижный замкнутый магнитопровод со вторичной или первичной обмотками и незамкнутый поворотный магнитопровод с первичной или вторичной обмотками, расположенный внутри неподвижного замкнутого магнитопровода, а также привод углового перемещения незамкнутого поворотного магнитопровода со средством фиксации, новым является то, что неподвижный замкнутый магнитопровод выполнен в виде четырекполюсника с двумя парамп, явно выраженных полюсов, образующих круговое окно, причем его сосредоточенная обмотка размещена на двух противоположных полюсах, а незамкнутый поворотный магнитопровод представляет собой двухполюсник, выполненный в виде цилиндра, с двумя симметрично расположенными продольными пазами для размещения сосредоточенной об де - Егггуголтсдвига междушвекторамгг-ы Нттигмотки, причем ширина каждого из двух днаметрально расположенных полюсов двухполюсника равна ширине полюса неподвижного магнитопровода, несущего обмотку.Таким образом, заявляемый бесконтактный индукционный регулятор напряжения переменного тока соответствует критершо Новизна.Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить ряд признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа и его аналогов, что дает основание сделать вывод о соответствии критерию изобретательский уровень.На рисунке упрощенно показан заявляемыйпряжения переменного тока, состоящий из неподвижного замкнутого магнитопровода(четырехполюсник) 1 с двумя парами явно выраженных полюсов, образующих круговое окно, причем его сосредоточенная обмотка 3 размещена на двух противоположных полюсах 2. Незамкнутый поворотный магнитопровод 4 представляет собой двухполюсник, выполненный в виде Цилиндра с двумя симметрично расположенными пазами, в которых размещена сосредоточенная обмотка 5. Ширина каж дого из двух диаметрально расположенных полюсов двухполюсника 4 равна ширине полюса 2 неподвижного магнитопровода 1, несущего обмотку 3. Незамкнутый поворотный магнитопровод 4 жестко связан с валом 6 привода 7, который может быть ручным Шли механизированным и способен фиксировать необходимое угловое положение незашснутого поворотного мапшгопровода 4, например, с использованием самотормозящейся червячной пары.Действие регулятора эакдпочается в следующем. В положении регулятора, указанном на РИСУНКС, ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ЧЕСТИ НЕЗЭМКНУТОГО поворотного магнитопровода 4 с сосредоточенной обмоткой 5 (первичной) полностью совпадают с полюсами 2, несущие по одной из двух согласно включенных катушек сосредоточенной обмотки (вторичной) неподвижного замкнутого магг-штопровода 1. В данном случае,как в обычном трансформаторе, при включении в сеть первичной обмотки 5 во вторичной обмотке 3 индуцируется напряжение, совпадающее по форме кривой с напряжением, поданным на первичную обмотку 5, а по величине либо равное входному напряжению (как в делптельном трансформаторе), либо пропорциональное ему в зависимости от коэффициента редукции обмоток З и 5.При совмещении в результате поворота на 90 цилиндрических частей магнитопровода 4 и безмоточных полюсов неподвижного магнитопровода 1 на вторичной обмотке 3 напряжение равно нулю.При угловом перемещении неаамкнутого поворотного магнитопровода 4 на некоторый угол в диапазоне О 9 О и фиксации этого положения во вторичной обмотке 3 наводится напряжение, пропорциональное этому углу. В процессе поворота магнитопровода 4 на любой угол величина воздушного зазора между магнитопроводами 1 и 4 не изменяется и, следоВЗТВЛЬНО, ТОК ХОЛОСТОГО хода ПЕРВИЧНОЙ обмотки практически остается неизменным.Отсутствие зубцовой зоны обеспечивает высокие значения коэффициента мощности и к.п.д. предлагаемого регулятора напряжения,а равномерное распределение магнитной индукции вдоль всей магнитной цепи приводит к полному (как в обычном трансформаторе) использованию активных материалов, т.е. к облегчению устройства и снижению его габаритов.Государственное патентное ведомство Республики Беларусь.