Трансформатор-перетворювач з поперечним підмагнічуванням змінним струмом

Винахід відноситься до галузей електромашинобудування, електрозварювального обладнання та електроенергетики і може бути використаний при виробництві керованих трансформаторів для зварювальних апаратів, для трансформаторних підстанцій і для багатофазних електроприводів з підвищеними надійністю й технічними показниками, зі зниженою вартістю. Традиційними засобами забезпечення м'якості зовнішньої характеристики трансформаторів для струмового навантаження є використання трансформаторів з нормальним розсіюванням з окремою реактивною обмоткою, трансформаторів з підвищеним магнітним розсіюванням та трансформаторів з підмагнічуванням постійним струмом [Патон Б.Е. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. - Μ.: Машиностроение, 1974, - 768с.]. Досягнення вимог зварювання у таких апаратах отримано за рахунок використання досить громіздкого дроселю, скрізь котрий протікає струм зварювання, що призводить до виникнення додаткових електричних та магнітних втрат, а використання підмагнічування постійним струмом призводить до перекручування магнітного поля трансформатора, виникненню, як наслідок, додаткових магнітних втрат та появі вищих гармонік у напрузі мережі. Тому трансформатори традиційних конструкцій, які містять магнітопроводи складної конструкції зі значною кількістю повітряних стиків на шляху замикання основного магнітного потоку та первинну та вторинну обмотки однакової кількості фаз, відрізняються погіршеними масогабаритними й енергетичними характеристиками. Відомо про конструкцію електромагнітної системи з поперечним підмагнічуванням постійним струмом [Деклараційний патент №70866 А. Україна, МКВ H01F29/14], яку прийнято за прототип. Ця електромагнітна система з регулюванням підмагнічуванням містить, як мінімум, одну силову обмотку і одну обмотку підмагнічування та магнітопровід, що складається, як мінімум, з двох стрижнів з центральними отворами для встановлення обмотки підмагнічування, а також ярем з розділеними проміжками ділянками. Стрижні виконані з гранованою формою зовнішнього контуру і суміщені по площині однієї з граней. Обмотка підмагнічування охоплює ділянки стрижнів з поверхнями, що суміщені за площинами граней, а у проміжках між ділянками ярем встановлені додаткові феромагнітні осердя. В основу винаходу покладено задачу удосконалення конструкції трансформатора-перетворювача з поперечним підмагнічуванням, у котрого сукупність нових конструктивних ознак дозволяє отримати підвищення надійності і технічного рівня, зниження вартості керованого трансформатора-перетворювача. Поставлена задача вирішується тим, що у трансформаторі-перетворювачі з поперечним підмагнічуванням змінним струмом, що містить трансформатор з первинною обмоткою, яка охоплює сусідні трапецієподібні елементи основного магнітопроводу, та багатофазною вторинною обмоткою, що розташована на зовнішній основі трапецієподібного елементу магнітопроводу, за допомогою використання шести елементного магнітопроводу трансформатора отримано перетворення кількості фаз при використанні зосереджених обмоток. Додаткова обмотка керування розташована на зовнішній поверхні трапецієподібного магнітопроводу. Обмотка управління являє собою симетричну шестифазну обмотку. Вона через тиристори (або інший прилад регулювання) підключена до мережі вторинної обмотки. Магнітне поле обмотки керування замикається через ярма шестигранної форми, розташовані по внутрішньому периметру магнітопроводу. Таке конструктивне та схематичне рішення дозволяє отримати вторинну багатофазну систему напруг, для випрямлення котрої потрібні напівпровідники меншого токового навантаження, які коштують набагато дешевше. Застосування обмотки керування зі змінним струмом на відміну від застосування підмагнічування постійним струмом не викликає зростання магнітних втрат, перерозподілу щільності силових ліній основного магнітного полю та перекосу напруг. Більш того, використовуються лише два типа елементів, що утворюють магнітопровід трансформатора-перетворювача, і обидва виготовляються витими, що являється найдешевшою та безвідходною технологією. Сутність винаходу пояснюється рисунком. На рис. зображено загальний вид керованого змінним струмом трансформатора-перетворювача з підмагнічуванням змінним струмом. Зазначений трансформатор складається з основного шестиелементного магнітопроводу 1 та двох ярем 2 у вигляді шестигранника. Бокові ребра сусідніх трапецієподібних елемента основного магнітопроводу охоплює первинна обмотка 3, а на зовнішній основі елементу магнітопроводу знаходиться вторинна обмотка 4. Шестифазна обмотка керування 5 розташована на зовнішній поверхні трапецієподібних елементів основного магнітопровода, таким чином, що кожна фаза цієї обмотки охоплює окремі елементи, тобто обмотка виконана зосередженою. Працює трансформатор-перетворювач з поперечним підмагнічуванням змінним струмом так: при підключенні первинної обмотки 3 до мережі трифазна напруга мережі перетворюється в багатофазну напругу вторинної обмотки 4, яка подається на навантаження. На обмотку керування 5 подається шестифазна напруга, яка змінюється у відповідності від струму вторинної обмотки. Якщо струм обмотки керування зростає, то підвищується поперечне підмагнічування і зменшується вторинна напруга. Магнітний потік керування замикається скрізь відповідний трапецієподібний елемент основного магнітопроводу 1 та два шестигранних ярма 2. У запропонованому винаході трансформатор-перетворювач з поперечним підмагнічуванням змінним струмом має додаткову шестифазну обмотку, розташовану на витих елементах магнітопроводу, котра створює систему магніторушійних сил, яка регулює магнітний опір для поля первинної обмотки, що призводить до керування напругою вторинної обмотки. Таким чином, регулюючи струм у обмотці управління досягається потрібний вид зовнішньої характеристики трансформатора-перетворювача. Взагалі за допомогою зміни величини напруги обмотки керування можна отримати будь-яку зовнішню характеристику трансформатора-перетворювача. На підставі викладеного, використання двох типів витих елементів магнітопроводу трансформатораперетворювача підвищує технологічність виробництва, перетворення трьох фаз первинної напруги у шестифазну вторинну напругу підвищує надійність роботи і енергетичні показники, а також зменшує масу трансформатора-перетворювача.