Трансформаторний регулятор однофазної напруги

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для плавного регулирования а широком диапазоне величины напряжения переменного тока водно-фазных электрических цепях. Известно устройство [1], содержащее четырехстержневой шихтованный магнитопровод с первичной и вторичной обмотками, а также обмоткой подмагничивания, причем каждая из обмоток расположена на своем стержне. Основными недостатками этого устройства является большая мощность управления при широком регулировании выходного напряжения, низкие коэффициент мощности и КПД. Наиболее близким к заявляемому является трансформаторный регулятор однофазного напряжения [2], содержащий витой магнитопровод с четырьмя стержнями, расположенными в пространстве в двух параллельных плоскостях, с двумя ярмами, соединяющими все стержни в общий замкнутый магнитопровод с двумя катушками W1c первичной обмотки на двух стержнях и соединенными с ними последовательно двумя катушками W1п на двух други х стержнях. Вторичная обмотка из двух катушек W2c и двух катушек W2п, соединенных последовательно, расположена на четырех стержнях так же, как первичная обмотка, однако катушки W2с соединены с катушками W2п так, что ЭДС катушек W2c вычитаются из ЭДС катушек W2п. Обмотка подмагничивания состоит из двух катушек Wd, расположенных на тех двух стержнях, на которых расположены катушки W 1c. Основными недостатками прототипа является: - заниженные величины КПД и коэффициента мощности ( cos j1 ); - завышенный расход обмоточной меди на единицу номинальной мощности. Первый недостаток обусловлен тем, что по обоим ярмам магнитопровода проходят по два потока, а именно: главный переменный поток Фг и постоянный магнитный поток подмагничивания Фd, причем Фdmax>Фг max. При максимальном токе в обмотке подмагничивания Wd постоянным магнитным потоком насыщаются не только стержни шунта, но и в некоторой мере и другие два стержня, на которых расположены катушки W 1п, а также ярма, по которым замыкается главный переменный поток Фг. Вследствие насыщения ярем и частичного насыщения стержней, где расположены катушки W1п, увеличивается магнитное сопротивление цепи для Фг, поэтому увеличивается реактивный и полный ток, потребляемый первичной обмоткой, что вызывает уменьшение КПД и коэффициента мощности ( cos j1 ) регулируемого трансформатора. Второй недостаток прототипа обусловлен тем, что, с целью расширения диапазона регулирования вторичного напряжения, катушки вторичной обмотки W2c и W2п соединены так, что ЭДС, индуктируемые в катушках W 2c, вычитаются из ЭДС катушек W2п. Вследствие этого завышается расход обмоточной меди и дополнительно уменьшаются КПД и cos j1 . В основу изобретения положена задача создать трансформаторный регулятор однофазного напряжения, в котором за счет совершенствования конструкции магнитопровода и схемы соединений обмоток уменьшены в два раза необходимые числа дитков первичной и вторичной обмоток, сцепленных с вдвое большим магнитным потоком, при одинаковой массе магнитопровода, в результате чего расширяется диапазон регулирования выходного напряжения и повышается коэффициент мощности и КПД устройства. Поставленная задача расширяется тем, что трансформаторный регулятор однофазного напряжения, содержащий витой составной магнитопровод с первичной и вторичной обмотками, а также обмотками подмагничивания, охватывающими его ярма, согласно изобретению, имеет управляемый и неуправляемый выпрямители, магнитопровод выполнен из трех частей, средняя часть имеет на обоих торцах по два полюсных выступа, на которых расположены катушки первичной обмотки, а катушки вторичной обмотки расположены только на двух полюсных выступах одного торца, на крайних ярмах расположены катушки обмоток подмагничивания, причем четыре катушки первичной обмотки, а также две катушки вторичной обмотки соединены согласно последовательно, отпайки первичной обмотки через неуправляемый выпрямитель соединены с обмоткой подмагничивания противоположного ярма, другие отпайки этой же обмотки через управляемый выпрямитель соединены с другой обмоткой подмагмичивания. На фиг. 1 изображен предлагаемый трансформаторный регулятор однофазного напряжения; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - схема соединения обмоток регулятора. Устройство содержит магнитопровод, состоящий из трех частей: ярмо 1 средней части магнитопровода и крайние части 2, 3 ярма магнитопровода: полюсные выступы 4, 5 на средней части магнитопровода; катушки 6, 7 первичной обмотки переменного тока, расположенные соответственно на полюсных выступах 4 и 5 на торцах средней части магнитопровода, катушки 8 вторичной обмотки переменного тока, обмотки 9, 10 подмагничивания крайних ярм магнитопровода, неуправляемый выпрямитель 11, управляемый выпрямитель 12. Пути прохождения средних линий магнитных потоков Ф1 и Ф 2, создаваемые переменным током катушки 6 первичной обмотки, и переменными токами катушки 7 первичной обмотки и катушки 8 вторичной обмотки, а также потоков Фп1 и Фп2 , создаваемых выпрямленными токами обмоток подмагничивания 9 и 10 (на фиг. 1 обозначены прерывистыми линиями и стрелками). В предлагаемом регуляторе однофазного напряжения, предназначенном для изменения выходного напряжения U2 в широком диапазоне при постоянной или изменяющейся величине напряжения источника питания U1, площади поперечного сечения ярм 1, 2 и 3 одинаковы, а число витков в обеих катушках 6 м 7 первичной обмотки также одинаково, причем число витков в катушках 6 и 7, расположенных на полюсных выступах 4 и 5, рассчитано на максимальную ЭДС, равную (0,8-0,9) U1max. Число витков в катушках 8 вторичной обмотки рассчитывается на максимальное значение напряжения U 2max. Максимальная НС обмотки подмагничивания10 а максимальная НС обмотки подмагничивания 9 Питание обмотки подмагничивания 10 осуществляется от части витков катушки 7 через управляемый выпрямитель 12 или иной регулятор выпрямленного тока (в простейшем случае это может быть неуправляемый выпрямитель с регулируемым резистором в цепи обмотки подмагничивания 10), а питание обмотки подмагничивания 9 - от части витков катушки 6 через неуправляемый выпрямитель 11 (фиг. 2). Устройство работает следующим образом. При максимальном токе в обмотке подмагничивания 10 ярмо 2 сильно насыщено постоянным потоком Фп1, поэтому переменный магнитный поток Ф1, создаваемый НС катушки в. и индуктируемая им ЭДС в катушке 6 очень малы. Вследствие этого падение напряжения в катушке 6 незначительно и около 90% первичного напряжения U1 приложено к катушке 7. Так как ярмо 3 в этом случае не насыщено постоянным магнитным потоком вследствие ничтожно малого тока в обмотке подмагничивания 9, то величина магнитного потока Ф2, сцепленного с катушками 7 и 8, индуктируемые им ЭДС в эти х катушках и выходное напряжение U2 максимальны. При очень малом токе в обмотке подмагничивания 10 ярмо 2 не насыщено постоянным магнитным потоком Фп1, величина переменного магнитного потока Ф1, сцепленного с катушкой 6 с первичной обмотки, и индуктируемая им ЭДС в катушке 6 максимальны. Так как к обмотке подмагничивания 9 в этом случае приложено максимальное выпрямленное напряжение, то величина тока в обмотке подмагничивания 9 и создаваемый им постоянный магнитный поток Фп2 в ярме 3 максимальны. Вследствие насыщения ярма 3 постоянным магнитным потоком величина переменного магнитного потока Ф2, сцепленного с катушками 7 и 8, индуктируемые им ЭДС в катушках 7 и 8 и выходное напряжение U2 очень малы. Из этого следует, что, изменяя ток в обмотке подмагничивания 10 от максимальной расчетной величины до очень малой величины, можно плавно регулировать выходное напряжение U2 от максимальной расчетной величины почти до нуля. Повышение КПД и коэффициента мощности, а также уменьшение расхода обмоточной меди на единицу отдаваемой мощности, по сравнению с прототипом, достигнуты в результате расположения всех катушек переменного тока на тех частях вито го магнитопровода, где площадь поперечного сечения в два раза больше поперечного сечения стержней, на которых расположены обмотки подмагничивания. Это позволяет увеличить сцепленный с этими обмотками магнитный поток в два раза и за счет этого при том же напряжении уменьшает число витков в каждой катушке в два раза, а средняя длина витка при этом увеличивается значительно меньше, чем в два раза. Расширение диапазона регулирования вторичного напряжения достигается в результате применения двух обмоток подмагничивания крайних ярем, питаемых от катушек первичной обмотки через управляемый и неуправляемый выпрямители.