Електричний реактор з підмагнічуванням

Реферат: Винахід належить до галузі електротехніки та може бути використаний для реакторів, якими управляють шляхом керування підмагнічуванням, які встановлюють, наприклад, в електричній мережі для компенсації реактивної потужності, стабілізації напруги, паралельної роботи з конденсаторними батареями, для підвищення пропускної здатності тощо. Технічний результат полягає у зменшенні витрат електротехнічної сталі, зниженні втрат і трудовитрат при виготовленні. Реактор містить магнітну систему з вертикальних стрижнів, горизонтальних ярем, магнітних шунтів, а також обмотки, розміщені на кожному стрижні, та обмотки, що охоплюють два сусідніх стрижні, а також регульоване джерело постійної напруги. Просторова магнітна система складається з двох трифазних магнітопроводів, розташованих у паралельних площинах. Між магнітопроводами встановлені додаткові ділянки ярем у вигляді феромагнітних вставок, що з'єднують між собою магнітопроводи по горизонтальних ярмах. Переріз сталі феромагнітних вставок Sв ст. і стрижнів Sст. пов'язані співвідношенням: 0,8  (Sв ст. : Scт. )  12 . , UA 104244 C2 (12) UA 104244 C2 UA 104244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до галузі електротехніки та може бути використаний для реакторів, якими управляють шляхом керування підмагнічуванням, які встановлюють, наприклад, в електричній мережі для компенсації реактивної потужності, стабілізації напруги, паралельної роботи з конденсаторними батареями, для підвищення пропускної здатності тощо. Відомий електричний реактор з підмагнічуванням [1], що містить магнітну систему зі стрижнями та ярмами. Розміщені на стрижнях обмотки керування включені зустрічно та підключені до регульованого джерела постійної напруги. Мережна обмотка кожної фази охоплює два сусідні стрижня з керуючими обмотками. Недоліком [1] є підвищені витрати електротехнічної сталі магнітної системи через збільшений переріз сталі ділянок ярем, розташованих між сусідніми стрижнями, охоплених мережною обмоткою. Відомий аналогічний електричний реактор з підмагнічуванням [2], у якому недоліки реактора [1] фактично такі ж самі. Реактор за [2], який є прототипом до пропонованого у даній заявці і містить магнітну систему зі стрижнями та ярмами. Розміщені на стрижнях обмотки управління включені зустрічно та підключені до регульованого джерела постійної напруги. Мережна обмотка кожної фази охоплює два сусідніх стрижня з обмотками управління. Недоліком [2], також як і [1], є підвищені витрати електротехнічної сталі магнітної системи через збільшену площу перерізу сталі ділянок ярем, розташованих між сусідніми стрижнями, охопленими мережною обмоткою. Недоліком і прототипу, і аналогу є також складний планарний (в одній площині) магнітопровід, що має шість стрижнів і два бічних ярма. Реактори з таким магнітопроводом мають непропорційно велику довжину, що, окрім складності його виготовлення, є причиною збільшених витрат конструктивних матеріалів. Завданням винаходу є зниження витрат електротехнічної сталі на виготовлення магнітної системи, зниження трудомісткості при її виготовленні за рахунок удосконалення магнітної системи та оптимальних співвідношень перерізів елементів магнітної системи. Зазначене завдання вирішується тим, що в електричному трифазному реакторі з підмагнічуванням, що містить магнітну систему із вертикальних стрижнів, горизонтальних ярем, магнітних шунтів, а також обмотки, розміщених на кожному стрижні, та обмотки, що охоплюють два сусідніх стрижня, регульоване джерело постійної напруги, магнітна система виконана просторовою і складається з двох трифазних магнітопроводів, розташованих у паралельних площинах. Між магнітопроводами встановлені додаткові ділянки ярем у вигляді феромагнітних вставок, що з'єднують між собою магнітопроводи по горизонтальним ярмам, при цьому переріз сталі феромагнітних вставок SBCT. і стрижнів SCT. зв'язані співвідношенням 0,8 < (SBCT : SCT.)< 1,2. На фіг. 1 показано магнітопровід просторової магнітної системи реактора, який складається з двох стрижневих трифазних магнітопроводів. Фіг. 2 пояснює розташування обмоток на стрижнях. На фіг. 3 наведена принципова електрична схема з'єднання обмоток. На фіг. 4 показано варіант схеми реактора без компенсаційних обмоток, на фіг. 5 - просторовий магнітопровід з двох броньових трифазних магнітопроводів, на фіг. 6-10 - магнітопровід з варіантами простягнених феромагнітних вставок. Магнітна система реактора складається з просторового магнітопроводу, магнітних шунтів, обмоток і конструктивних елементів. Просторовий магнітопровід (фіг. 1), шихтований з листів електротехнічної сталі, містить два планарних стрижневих трифазних магнітопроводи М1 і М2, розташованих у паралельних площинах. Кожний з магнітопроводів М1 і М2 має по три стрижні 1-3 і 4-6 і два горизонтальних ярма: верхні 7, 8 і нижні 9, 10. Магнітопроводи М1 і М2 в області горизонтальних ярем 7, 8 і 9, 10 магнітно зв'язані між собою за допомогою додаткових ділянок ярем у вигляді феромагнітних вставок 11 вверху і 12 внизу. Феромагнітні вставки можуть бути виконані шихтованими з листів сталі (з конструкційної сталі). Переріз сталі SBCT. феромагнітних вставок і переріз сталі SCT. стрижнів (1-6) пов'язані співвідношенням: 0,8 < (SBCT. : SCT.)< 1,2. Кожний зі стрижнів 1-6 охоплений компенсаційною обмоткою - компенсаційними обмотками КО1, КО2, КО3, КО4, KO5, КО6 - і секціонованою обмоткою управління - обмотками ОУ11-ОУ12, ОУ21-ОУ22, ОУ31-ОУ32, ОУ41-ОУ42, ОУ51-ОУ52, ОУ61-ОУ62 (фіг. 2, 3). Перший індекс позначає номер стрижня, другий - номер секції. Кожна обмотка управління поділена на дві секції, дві секції обмотки управління одної фази розташовані на сусідніх стрижнях. Кожні два сусідніх стрижня магнітопроводів М1 і М2 охоплені спільною обмоткою: стрижні 1 і 4 - обмоткою СОА, стрижні 2 і 5 - обмоткою СОВ і стрижні 3 і 6 - обмоткою СОС. Мережні обмотки з'єднані у схему «зірка з нулем» і під'єднані до вводів фаз мережі А, В і С та нульового вводу 0 (фіг. 3). Секції обмотки управління тих сусідніх стрижнів, які охоплені мережними обмотками, з'єднані у схеми типа «вісімка» та під'єднані до регульованого джерела постійної напруги ДПН 1 UA 104244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 керованого випрямляча. Трифазне джерело ДПН містить перетворювальний трансформатор і керований напівпровідниковий випрямляч і живиться від компенсаційних обмоток. Кожні дві КО на сусідніх стрижнях з'єднані попарно послідовно: КО 1-КО4, KO2-KO5, КО3-КО6. Компенсаційні обмотки з'єднані у схему «трикутник» з вводами а, в і с. Джерелом ДПН управляють за допомогою системи автоматичного керування САК. Можливі й інші варіанти електричної схеми пропонованого реактора. Компенсаційна обмотка може бути виконана у вигляді трьох обмоток, кожна з яких охоплює два сусідніх стрижні (аналогічно мережній обмотці) та розміщується всередині неї. Можлива схема реактора без компенсаційних обмоток зі збереженням такої ж схеми ланцюгів обмоток керування, як і на фіг. 3. У цьому випадку мережні обмотки СОА, СОВ і СОС мають бути з'єднані, а живлення керованого випрямляча ДПН здійснюється від мережі А, В, С або від зовнішнього джерела (наприклад, від мережі власних потреб підстанції), до якої підключають також і LC-фільтри вищих гармонік. На фіг. 4 показана ще одна схема реактора без компенсаційних обмоток. У цьому випадку мережні обмотки з'єднані у схему «зірка з нулем» і під'єдані до фаз мережі А, В і С так само, як і у схемі на фіг. 3, але «вісімки» секцій обмотки управління з'єднані у трикутник. Схема на фіг. 4 з живленням ДПН від обмоток управління вимагає дещо більш складної схеми керованого випрямляча. Вибір схеми реактора диктується конструктивними та технологічними міркуваннями та виробничими можливостями. Важливо, щоб у вибраній схемі обов'язково був присутнім трикутник, щоб у струмі мережної обмотки - струмі реактора - не було вищих гармонік, кратних трьом. Просторовий магнітопровід може бути виконаний з двох планарних не стрижневих, як на фіг. 1, а двох броньових трифазних магнітопроводів М1 і М2 (фіг. 5), розташованих у паралельних площинах. Кожний з магнітопроводів має по три стрижні 1-3 і 4-6, два горизонтальних ярма (верхні 7, 8 і нижні 9, 10) і два вертикальних ярма 13, 14 і 15, 16. Магнітопроводи М1 і М2 у ділянці горизонтальних ярем 7, 8 і 9, 10 магнітно пов'язані між собою за допомогою додаткових ділянок ярем у вигляді феромагнітних вставок 11 (верх) і 12 (низ). Вставки можуть бути короткими, шириною порядку ширини стрижня (фіг. 1, 5), або простягненими - по довжині ярма між крайніми стрижнями (фіг. 6-10). Вибір варіанту виконання диктується конструкційними міркуваннями. До складу магнітної системи входять магнітні шунти. Магнітний шунт може бути виконаний у вигляді прямокутної рами з шихтованих стрічок електротехнічної сталі (фіг. 2). Дві горизонтальні частини рами розташовують на верхньому торці обмоток 17 і на нижньому торці обмоток 18 під пресуючими балками, вертикальні (поздовжні 19 і 20) - вздовж крайніх обмоток на мінімально допустимій за умовами забезпечення електричної ізоляції відстані. Два шунти встановлюють з двох боків магнітної системи. Може бути встановлений додатковий шунт у зазорі між двома планарними магнітопроводами, що входять у просторовий магнітопровід реактора. Можливий варіант виконання шунтів у вигляді тривіконної рами з двома горизонтальними частинами (нижня 17, верхня 18) і не з двома, а з чотирма вертикальними частинами 19-22, дві додаткові частини 21 і 22 розташовують у просторі між обмотками (фіг. 2). Переріз сталі пакетів шунтів SШ складає від 5 до 20% від перерізу сталі стрижня SCT. Можливе виконання магнітних шунтів у вигляді набору плоских фігурних елементів у формі кільцевих секторів, виготовлених зі стрічок або смуг електротехнічної сталі (наприклад, скріплених термореактивною епоксидною смолою). Такі шунти розташовують на торцях обмоток, перекриваючи якомога більше поверхні торців. Магнітна система може бути розміщена у баку з охолоджуючою рідиною (наприклад, з трансформаторним маслом). У баку може бути розміщено також ДПН. На кришку баку виведені мережні вводи А, В і С. Відводи трикутника а, в і с також можуть бути виведені на вводи кришки баку для під'єднання LC-фільтрів вищих гармонік (на схемах фіг. 3 і фіг. 4 не показані). На внутрішніх поверхнях стінок бака можуть бути встановлені магнітні шунти у вигляді вертикальних пакетів, набраних із стрічок електротехнічної сталі. Електричний реактор з підмагнічуванням, виконаний відповідно до формули пропонованого винаходу, працює наступним чином. Мережні обмотки СОА, СОВ і СОС підключають до електричної мережі змінного струму А, В, С. При цьому всередині області кожної мережної обмотки виникає змінний магнітний потік. Управління потужністю реактора здійснюють підключенням до підмагнічуючих обмоток управління ОУ11-ОУ12, ОУ21-ОУ22, ОУ31-ОУ32, ОУ41-ОУ42, ОУ51-ОУ52, ОУ61-ОУ62 джерела ДПН. При цьому в обмотках управління виникає струм з постійною складовою, цей струм призводить до 2 UA 104244 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виникнення у стрижнях постійного у часі потоку підмагнічування. У сусідніх стрижнях одної фази цей потік спрямований у різні сторони (через зустрічне включення обмоток управління), тому постійний у часі потік замикається в основному по найкоротшому шляху - через додаткові ділянки у вигляді феромагнітних вставок 11 і 12. Феромагнітні вставки можуть бути виконані з конструкційної сталі. При цьому суттєво скорочуються витрати електротехнічної сталі у пропонованому реакторі порівняно з аналогами та прототипом. Переріз сталі SBCT феромагнітних вставок і переріз сталі SCT стрижнів (1-6) пов'язані співвідношенням: 0,8 < (SBCT. :SCT.)