электрический реактор с подмагничиванием

Формула изобретения

1. Электрический реактор с подмагничиванием, содержащий шихтованную из листов электротехнической стали магнитную систему с верхним, нижним, средним и двумя боковыми ярмами, соосными верхним и нижним стержнями, расположенными на стержнях верхней и нижней обмотками, каждая из которых состоит из двух частей, причем начала двух обмоток подключены к одному вводу реактора, а концы - к второму вводу, и систему управления, отличающийся тем, что между боковыми ярмами и средним ярмом выполнены немагнитные зазоры, в реактор введены два полупроводниковых диода, при этом первый диод анодом подключен к концу одной части первой обмотки, а катодом - к началу второй части первой обмотки, второй диод катодом подключен к концу одной части второй обмотки, а анодом - к началу второй части второй обмотки, причем упомянутая система управления подключена к анодам и катодам обоих диодов.

2. Электрический реактор по п.1, отличающийся тем, что в реактор дополнительно введены четыре магнитных шунта в виде прямоугольных рам с горизонтальными и вертикальными частями, причем горизонтальные части шунтов расположены на торцах обмоток вдоль верхнего, среднего и нижнего ярем, а замыкающие их вертикальные части расположены вдоль боковых ярем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети в качестве дугогасящих реакторов в сетях с изолированной нейтралью, для компенсации реактивной мощности и др.

Известен электрический реактор с подмагничиванием [1]. В этом устройстве-аналоге имеется магнитная система со стержнями и ярмами, имеются две обмотки, охватывающие два соседних стержня, система управления. Недостатками аналога являются увеличенная материалоемкость и увеличенные потери мощности. Устройство обладает повышенными потерями на вихревые токи, возникающие в элементах конструкции из-за магнитного поля рассеяния.

Частично недостатки реактора [1] устранены в известном устройстве, являющемся наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению - управляемом подмагничиванием дугогасящем реакторе типа РУОМ [2]. В известном реакторе имеется бронестержневая совмещенная («двухэтажная») магнитная система с верхним, нижним, средним и двумя боковыми ярмами, соосными верхним и нижним стержнями. На стержнях расположены обмотки, состоящие из двух частей, имеется система управления. Недостатками прототипа является сниженная надежность из-за наличия в обмотке регулировочной части, при коротком замыкании которой возникают большие электродинамические силы в обмотках, а также увеличенные потери в стали и расход стали в ярмах.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей реактора за счет увеличения быстродействия перехода к режиму максимальной мощности управляемого реактора, повышение надежности за счет повышения электродинамической стойкости при коротких замыканиях, а также снижение добавочных потерь и уменьшение расхода стали в ярмах магнитной системы в мощных реакторах за счет применения магнитных шунтов в виде замкнутых прямоугольных рам.

Поставленная цель достигается тем, что в электрическом реакторе с подмагничиванием, содержащем шихтованную из листов электротехнической стали магнитную систему с верхним, нижним, средним и двумя боковыми ярмами, соосными верхним и нижним стержнями, расположенными на стержнях верхней и нижней обмотками, каждая из которых состоит из двух частей, причем начала двух обмоток подключены к одному вводу реактора, а концы - к второму вводу, и систему управления, между боковыми ярмами и средним ярмом выполнены немагнитные зазоры, в реактор введены два полупроводниковых диода, при этом первый диод анодом подключен к концу одной части первой обмотки, а катодом - к началу второй части первой обмотки, второй диод катодом подключен к концу одной части второй обмотки, а анодом - к началу второй части второй обмотки. При этом упомянутая система управления подключена к анодам и катодам обоих диодов.

В электрическом реакторе могут быть установлены четыре магнитных шунта в виде прямоугольных рам с горизонтальными и вертикальными частями, причем горизонтальные части шунтов расположены на торцах обмоток вдоль верхнего, среднего и нижнего ярем, а замыкающие их вертикальные части расположены вдоль боковых ярем.

Предлагаемый электрический реактор с подмагничиванием поясняется чертежами. На фиг.1 показана конструкция магнитной системы реактора с обмотками в сечении по главной оси, на фиг.2 - вид реактора сбоку, на фиг.3 - вид реактора в плане. На фиг.4 приведена электрическая схема реактора с системой управления. На фиг.5 дан простейший вариант схемы системы управления. На фиг.6 дан вариант выполнения немагнитного зазора. На фиг.7 показан реактор с магнитными шунтами в виде рам.

Магнитная система реактора, шихтованная из пластин электротехнической стали, содержит два соосных стержня - верхний 1 и нижний 2, два горизонтальных ярма - верхнее 3 и нижнее 4, два боковых ярма - левое 5 и правое 6, среднее ярмо 7. Между средним ярмом 7 и боковым ярмом 5 имеется немагнитный зазор 8. Между средним ярмом 7 и боковым ярмом 6 имеется немагнитный зазор 9. На верхнем стержне 1 размещены две части верхней обмотки 10 и 11. На нижнем стержне 2 размещены две части нижней обмотки 12 и 13. Начала первых частей 10 и 12 верхней и нижней обмоток подсоединены к вводу реактора А (начало обмотки и ее части обозначено звездочкой). Концы частей обмоток 11 и 13 подключены ко второму вводу реактора 0. К концу части верхней обмотки 10 подключен анод полупроводникового диода 14, катод этого диода подключен к началу верхней части обмотки 11. К концу части нижней обмотки 12 подключен катод полупроводникового диода 15, анод этого диода подключен к началу верхней части обмотки 13. К двум анодам и двум катодам обоих диодов 14 и 15 подключена система управления реактора 16. В частном случае, например, при ручном управлении реактора система управления 16 состоит из двух переменных включенных перекрестно резисторов 17, имеющих регулируемое сопротивление R. В общем случае для автоматического управления мощностью реактора система управления 16 представляет более сложное электронное устройство.

В дугогасящих реакторах кроме обмоток 10-13 на стержнях может размещаться дополнительная маломощная сигнальная обмотка.

Рассмотрим работу реактора на примере использования простейшей системы управления (фиг.5).

При подключении к вводам реактора к сети переменного напряжения и положении резисторов 17 на минимальной величине сопротивления R (в пределе - при закорачивании резисторов 17, R=0) реактор превращается в два параллельно включенных трансформатора на холостом ходу (так как вторичные обмотки отсутствуют). Таким образом, в этом случае возникает режим минимальной мощности реактора.

При другом крайнем положении переменных резисторов 17 на максимуме сопротивления R (в пределе - при отключении резисторов) в частях обмоток реактора 10, 11, 12 и 13 в обмотках возникает пульсирующий, выпрямленный диодами 14 и 15 ток. В этом токе содержится постоянная составляющая и все гармонические составляющие, включающие основную первую гармонику, четные и нечетные гармоники. Постоянная составляющая тока насыщает стержни 1 и 2 магнитной системы реактора, при этом индуктивность обмоток резко снижается. Ток реактора, выходящий в сеть, является алгебраической суммой токов двух обмоток. Так как диоды 14 и 15 направлены в противоположные стороны, в токе реактора суммируются нечетные гармоники, а постоянная составляющая и четные гармоники вычитаются. Эти четные гармоники и постоянная составляющая замыкаются в контуре обмоток (во внутреннем контуре реактора). Таким образом, при отключении резисторов 17 реактор работает в режиме максимальной мощности.

То, что при плановом или аварийном отключении системы управления реактора он практически мгновенно переходит в режим максимальной мощности, является расширением функциональных возможностей и увеличением быстродействия по сравнению с прототипом, который при аналогичных обстоятельствах переходит в режим минимальной мощности (холостого хода).

При установке резисторов 17 в промежуточных положениях (вручную или автоматически по определенной программе в зависимости от использования реактора) мощность реактора варьируется в диапазоне от минимальной до максимальной.

Роль немагнитных зазоров 8 и 9 состоит в увеличении максимальной мощности реактора в 1,3-2 раза (в зависимости от конкретных параметров реактора) по сравнению со случаем, когда зазоры отсутствуют. Такое увеличение мощности подтверждено расчетами на математической модели и результатами испытаний макета реактора. При необходимости результаты этих исследований могут быть предоставлены дополнительно.

Немагнитные зазоры 8 и 9 могут быть осуществлены путем использования при шихтовке укороченных пластин среднего ярма (фиг.6). В этом случае в таких шихтованных стыках среднего ярма 7 с боковыми ярмами 5 и 6 магнитный поток проходит не по сплошному немагнитному зазору (фиг.1), а по сложному эквивалентному немагнитному зазору, образованному как зазорами между укороченными пластинами среднего ярма 18 и пластинами боковых ярем 19, так и немагнитными зазорами, образованными изоляцией пластин электротехнической стали 20 (фиг.6).

По сравнению с прототипом предлагаемый реактор имеет повышенную надежность, так как при коротких замыканиях в нем возникают существенно меньшие электродинамические силы из-за электромагнитной симметрии частей обмоток, в то время как в прототипе в обмотках имеются несимметрично расположенные регулировочные отпайки.

Повышение надежности предлагаемого реактора при одновременном снижении его стоимости по сравнению с прототипом достигается также за счет применения в нем более надежных и дешевых элементов - полупроводниковых диодов (в прототипе используются тиристоры).

В мощных реакторах увеличенной мощности становятся заметными потери мощности из-за вихревых токов в элементах конструкции, вызываемые магнитным полем рассеяния. Для снижения этих потерь в мощном реакторе применены четыре магнитных шунта из пакетов полос электротехнической стали в виде замкнутых прямоугольных рам (фиг.7). Горизонтальные части шунтов 21 расположены на торцах обмоток 10-13 вдоль верхнего 3, среднего 7 и нижнего 4 ярем, они собирают магнитный поток рассеяния. Вертикальные части шунтов 22, расположенные вдоль боковых ярем 5 и 6, служат для замыкания магнитного потока. Шунты в виде рам фактически берут на себя часть рабочего потока (в реакторах поток рассеяния не является паразитным потоком, он - часть рабочего потока). Это значит, что в реакторе достигается не только снижение потерь мощности, но и уменьшение расхода стали в ярмах 5 и 6 магнитной системы (за счет снижения сечения стали ярем). В реакторах небольшой мощности потребность в шунтах может отсутствовать.

Работоспособность предлагаемого управляемого подмагничиванием электрического реактора и его высокие технико-экономические показатели подтверждены расчетами, физическим моделированием, результатами испытаний макета. По сравнению с аналогом и прототипом предлагаемое изобретение обладает преимуществами - расширением функциональных возможностей, увеличением быстродействия, увеличением надежности работы, а также уменьшением потерь и расхода стали.

Литература

1. Электромагнитное устройство. Авторское свидетельство СССР №1164795. Н 01 F 29/14. Бюллетень изобретений №24, 1985 г.

2. Управляемые подмагничиванием электрические реакторы. Сб. статей. Под ред. доктора техн. наук. проф. А.М.Брянцева. - М.: «Знак», 2004. 264 с.