PL48872B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 26. I. 1965 48872 KI. 2 Id2, 54 MKP H 0! UKD *$sAvi i L i\ A I Twórca wynalazku: mgr inz. Aleksander Straszewski Wlasciciel patentu: Instytut Elektrotechniki, Warszawa (Polska) Transformator regulacyjny jednofazowy oraz uklad zlozony z kilku takich transformatorów Istnieja transformatory i autotransformatory z regulacja napiecia za pomoca przelaczania za¬ czepów. Regulacja taka jest niedogodna, poniewaz odbywa sie skokami, a przelaczniki zaczepów sa skomplikowane i kosztowne. Ponadto duza liczba wyprowadzen komplikuje budowe uzwojen trans¬ formatora, szczególnie w transformatorach energe¬ tycznych najwyzszych napiec. Wykorzystywane do celów plynnej regulacji napiecia regulatory induk¬ cyjne, wykonane w postaci maszyn asynchronicz¬ nych z zahamowanym wirnikiem, nadaja sie ze wzgledu na ograniczone miejsce w zlobkach tylko dla niezbyt wysokich napiec, nie przekraczajacych 30 kV.Istnieja równiez jednofazowe regulatory induk¬ cyjne obrotowe z bezstopniowa i bezskokowa re¬ gulacja napiecia z uzwojeniem pierwotnym i wtór¬ nym umieszczonym na stójanie oraz z uzwojeniem zwartym umieszczonym na wirniku. Moc z uzwo¬ jenia pierwotnego do wtórnego przekazywana jest za posrednictwem uzwojenia zwartego na wirniku, co powoduje dodatkowe straty w uzwojeniu po¬ sredniczacym wirnika.Przedmiotem wynalazku jest transformator re¬ gulacyjny, który moze byc wykonany na dowolne napiecie, w którym regulacja odbywa sie calkowi¬ cie plynnie i w którym nie ma uzwojenia posred¬ niczacego.Transformator ten sklada sie z nieruchomego blachowanego rdzenia z jarzmem zewnetrznym 15 30 wewnatrz którego sa umieszczone cztery zeby. Mie¬ dzy tymi zebami obraca sie rdzen ruchomy o dwóch zebach posiadajacych skos wzgledem ze¬ bów rdzenia nieruchomego. Miedzy zebami rdzenia nieruchomego sa umieszczone krzyzujace sie ze soba uzwojenia pierwotne i wtórne. Zmienny stru¬ mien magnetyczny wytwarzany przez uzwojenie pierwotne zasilane napieciem zmiennym rozdziela¬ ny jest za pomoca zebów rdzenia nieruchomego i ruchomego na dwie czesci i kierowany przez uzwojenia wtórne w taki sposób, ze obydwie cze¬ sci strumienia przeplywaja przez uzwojenie wtór¬ ne w kierunku przeciwnym do siebie, wobec czego na uzwojenia wtórne dziala wypadkowa tych dwóch strumieni równa ich róznicy. Przez zmiane wartosci dwóch czesci strumienia droga odpowied¬ niego ustawienia rdzenia ruchomego wzgledem nieruchomego uzyskuje sie regulacje wypadkowego strumienia w przedziale od 0 do wartosci maksy¬ malnej, a tym samym i odpowiednia regulacje na¬ piecia w uzwojeniu wtórnym.Przekrój przez transformator wedlug wynalazku przedstawiony jest na fig. 1. Blachowany rdzen nieruchomy 1 transformatora wykonany jest w po¬ staci kwadratu. Moze on miec równiez ksztalt pro¬ stokata, wielokata lub kola.Rdzen nieruchomy 1 posiada wewnatrz cztery zeby 2U 22, 23 i 24. Miedzy tymi zebami obraca sie ruchomy rdzen 3 o dwóch zebach 4X i 42, oddzielo¬ ny od rdzenia nieruchomego szczelina powietrzna. 4887248872 Podzialka zebowa rdzenia ruchomego xi Jest równa dwóm podzialkoim zebowym ru rdzenia nierucho¬ mego czyli r2 = 2 Ti. . Rdzen nieruchomy posiada cztery okna a, b, c id, w których umieszczone sa uzwojenia. W dwóch przeciwleglych oknach, np. b i d umieszczone jest uzwojenie pierwotne 5, a w pozostalych dwóch np. a i c uzwojenie wtórne 6.Ze wzgledów konstrukcyjnych moze wyniknac wieksze zapotrzebowanie miejsca na uzwojenie ^ierwjotne niz na uzwojenie wtórne lub odwrotnie.W takich przypadkach okna transformatora bid (fig. 1) moga byc wykonane wieksze niz okna a i c lub odwrotnie.Na fig. 2 pokazany jest transformator wedlug fig. 1, lecz w stanie rozwinietym. Szerokosc ze¬ bów 2 rdzenia nieruchomego 1 jest równa szeroko¬ sci zebów 4 rdzenia ruchomego 3 i odstepowi miedzy poszczególnymi zebami na obwodzie rdze¬ nia nieruchomego. W ten sposób jeden zab 2 zaj¬ muje na obwodzie wewnetrznym rdzenia nieru¬ chomego V8 czesci obwodu. Tyle samo miejsca na obwodzie zajmuje przerwa miedzy zebami 2. Sze¬ rokosc bzi zeba 2 rdzenia nieruchomego 1 jest rów¬ na szerokosci bZ2 zeba 4 rdzenia ruchomego jak równiez polowie podzialki zebowej rlf rdzenia nie¬ ruchomego 1, lub 1/i podzialki zebowej rdzenia ru¬ chomego 3, czyli bzi = bZ2 = 0,5 xx = 0,25 r2. Prak¬ tycznie moga istniec pewne odchylenia od tej za¬ sady i szerokosc zebów 2 i 4 moze byc nieco mniej¬ sza od polowy podzialki zebowej rx, lub }U po¬ dzialki r2.Zeby 4 rdzenia ruchomego 3 posiadaja skos b wzgledem zebów 2 rdzenia nieruchomego 1 równy calej podzialce zebowej t1 rdzenia nieruchomego lub polowie podzialki zebowej t2 rdzenia ruchome¬ go, czyli b = xx = 0,5 r2. Transformator moze byc równiez wykonany w postaci plaskiej jak na fig. 2.Wówczas rdzen ruchomy powinien byc ustawiony na prowadnicach i przesuwany przed rdzeniem nie¬ ruchomym w taki sposób, azeby zachowana zostala przez caly czas równosc szczeliny powietrznej mie¬ dzy rdzeniem stalym i ruchomym.Mozna równiez wykonac transformator w po¬ staci segmentu kola, przy czym rdzen ruchomy, za¬ mocowany na osi i obracany, bedzie sie przesuwal w stosunku do rdzenia nieruchomego przy zacho¬ waniu stalej wartosci szczeliny.Jednakze transformator o ksztalcie plaskim lub segmentowym ma wieksze rozproszenie od trans¬ formatora obrotowego wedlug fig. 1.Zasada dzialania transformatora wedlug wyna¬ lazku jest nastepujaca, gdy uzwojenie pierwotne 5 jest zasilane napieciem zmiennym z sieci, w zebach rdzenia nieruchomego objetych cewka tego uzwoje¬ nia przeplywa strumien zmienny #. Strumien ten przeplywa zaleznie od polozenia zebów 4 rdzenia ruchomego 3 wzgledem zebów 2 rdzenia nierucho¬ mego 1, przez jeden zab — jak w polozeniu wedlug fig. 2\ albo przez dwa zeby 2 jak w polozeniu wedlug fig. 2a. Te dwa charakterystyczne polozenia powstaja naprzemian co kazde 45° obrotu rdzenia ruchomego 3. Do regulacji wykorzystywany jest tylko jeden przedzial miedzy tymi polozeniami, czyli 45° obwodu. Droga przeplywu strumienia $ w polozeniu wedlug fig. 2b jest nastepujaca (fig. 3b), zab 22, szczelina powietrzna ó, zab 4lt jarzmo 3, zab 42, szczelina <5, zab 24, jarzmo 1.W polozeniu wedlug fig. 2a istnieja dwie drogi 5 przeplywu strumienia (fig. 3a), a mianowicie jedna taka sama jak w polozeniu wedlug fig. 2b z tym jednak, ze strumien przeplywa tylko przez polowe dlugosci zebów 41 i 42, a druga nastepujaca: zab 23, szczelina 8, zab 42, (druga polowa dlugosci zeba), 10 jarzmo 3, zab 4U (druga polowa dlugosci zeba), szczelina S, zab 2l9 jarzmo I. Strumien $ rozdziela sie wiec na dwie czesci $lt3 i #2,4 (fig. 3a).Powierzchnie wzajemnego pokrywania sie zebów rdzenia nieruchomego i ruchomego w szczelinie 15 prZez które przechodzi strumien magnetyczny rów¬ ne sa w polozeniu wedlug fig. 2b (zakreskowane powierzchnie S22 i S24) polowie powierzchni calko¬ witej jednego zeba 2, a w polozeniu wedlug fig. 2a (zakreskowane powierzchnie S21, S22, S23 i S24) — 20 po XU powierzchni calkowitej jednego zeba 2 dla kazdej z dróg zamykania sie strumienia magne- t3Tcznego.Oprócz opisanych dwóch charakterystycznych po¬ lozen rdzenia ruchomego 3 wzgledem nieruchome- 25 go 1 istnieja jeszcze polozenia posrednie gdy ze¬ by 41 i 42 przesuwaja sie w kierunku wskazanym strzalka na fig. 2a. Wówczas powierzchnie S21 i S23 maleja, a powierzchnie S22 i SM zwiekszaja sie do czasu dojscia do polozenia wedlug fig. 2b, w któ- 30 rym powierzchnie 521 i S23 staja sie równe zeru a powierzchnie S22 i S2i wzrastaja do wartosci równej polowie powierzchni calkowitej zeba 2.Regulacja napiecia transformatora odbywa sie jak wspomniano w zakresie obrotu rdzenia rucho- 35 mego o 45° miedzy polozeniami wedlug fig. 2a i 2b. Gdy rdzen zaczyna sie obracac z polozenia wedlug fig. 2a w kierunku polozenia wedlug fig. 2b, wówczas strumien $lt 3 maleje a strumien $2,4 rosnie. 40 Przez cewki 6a i 6b uzwojenia wtórnego prze¬ plywa strumien wypadkowy $w, równy róznicy strumieni $2i 4 i $lf3, czyli 4w = $2t 4= #lf 3.W miare obracania rdzenia ruchomego 3 w kie¬ runku wskazanym na fig. 2a strzalka, strumien 45 wypadkowy $w wzrasta, az w polozeniu wedlug fig. 2b staje sie równy strumieniowi # wytworzo¬ nemu przez uzwojenie pierwotne 5, czyli $w = #.W ten sposób transformator przechodzi od stanu jalowego (fig. 2a) do stanu pelnego obciazenia 50 (fig. 2b).Na fig. 3 przedstawiony jest przekrój przez trans¬ formator wedlug fig. 2, a na fig. 4 — uklad pola¬ czen uzwojen 5 i 6.Zmiennosc poszczególnych powierzchni zebów 2, 55 pokrytych zebami 4 podczas obracania sie rdzenia ruchomego w przedziale miedzy polozeniami we¬ dlug — fig. 2a i 2b odbywa sie wedlug równania paraboli. Parabole te przedstawione sa na fig. 5.Parabola Pi oznacza zmiennosc powierzchni 521, 60 parabola P2 — zmiennosc powierzchni S22i a para¬ bola P3 — zmiennosc powierzchni S23.Strumien $ wytworzony przez uzwojenie pier¬ wotne 5 proporcjonalny jest do sumy powierzchni S22 + S23J czyli do sumy równan paraboli P2 i P3. 65 Suma równan jest linia prosta wyrazona równa-/ 48872 niem y = bzl2 tg a. Oznacza to, ze strumien # nie ulega zmianie podczas obracania sie rdzenia ruchomego 3.Strumien wypadkowy $w przechodzacy przez uzwojenie wtórne 6 proporcjonalny jest do róznicy powierzchni S22—S2i, a wiec do róznicy równan pa¬ raboli P2 i Pi. Róznica tych równan — krzywa P4 (fig. 5), która jest równiez parabola, wyrazona jest równaniem y = — tg a (x — bzl)2 + tg a bzl2.Regulacja napiecia w uzwojeniu wtórnym trans¬ formatora odbywa sie na jednej galezi tej paraboli w przedziale 0 < x < bzl, czyli w zakresie przesu¬ niecia rdzenia ruchomego o jedna szerokosc zeba, tzn. o XU podzialki zebowej rdzenia ruchomego.Wartosc x = 0 odpowiada polozeniu wedlug fig. 2a gdy napiecie w uzwojeniu wtórnym jest równe zeru a wartosc x = bzl odpowiada polozeniu we¬ dlug fig. 2b, gdy w uzwojeniu wtórnym indukuje sie napiecie maksymalne.Regulacja wedlug krzywej o ksztalcie parabolicz¬ nym ma miejsce wówczas, gdy zarówno krawedzie skosnych zebów 4 rdzenia ruchomego 3 jak i kra¬ wedzie prostych zebów 2 rdzenia nieruchomego 1 sa liniami prostymi jak np. na fig. 2. Chcac uzy¬ skac inny ksztalt linii regulacji napiecia, odmien¬ ny od paraboli, mozna nadawac zebom jednego z rdzeni, np. ruchomego, ksztalt wykrzywiony.Wówczas zmiennosc powierzchni S21—S24 bedzie podlegac innym prawom niz równaniom paraboli.Równoczesnie jednak beda wystepowaly zmiany w przewodnosci magnetycznej w czasie obrotu rdzenia ruchomego, co powinno byc brane pod uwage przy ustalaniu zakresu odchylen ksztaltu linii, tworzacej krawedz zebów, od linii prostej.Transformator regulacyjny jednofazowy wedlug fig. 1, 2 i 3 moze byc stosowany w ukladzie trans¬ formatorowym (fig. 6) lub autotransformatorowym (fig. 7). W ukladzie transformatorowym (fig. 6) — regulacja napiecia po stronie wtórnej odbywa sie w przedziale od 0 do &U, przy czym wartosc na¬ piecia #U wynika z pelnej przekladni transforma- w2 tora v, czyli ze stosunku liczb zwojów uzwóje- W\ nia wtórnego 6 i pierwotnego 5. W ukladzie auto- tranformatorowym (fig. 7) regulacja odbywa sie w zakresie U2= Ui~\- AU przy czym AU = #U zmienia sie w przedziale od 0 do wartosci maksy¬ malnej, wynikajacej w przekladni transformato- W2 ra #, czyli ze stosunku liczb zwojów .Wi Trzy transformatory regulacyjne jednofazowe moga byc polaczone w uklad trójfazowy. Koniecz¬ ne jest przy tym aby rdzenie ruchome wszystkich trzech transformatorów mialy wspólny naped i byly obracane równoczesnie o jednakowy kat obrotu.Na fig. 8 przedstawiony jest ideowy schemat po¬ laczen trzech transformatorów jednofazowych w trójfazowym ukladzie transformatorowym, a na fig. 9 — w ukladzie autotransformatorowym. Trój¬ fazowe uklady transformatorów regulacyjnych mo¬ ga byc stosowane do bezstopniowej regulacji na¬ piecia w transformatorach glównych. W tym celu moga one byc stosowane badz w postaci oddziel¬ nych jednostek z chlodzeniem powietrznym lub ole¬ jowym badz tez jako czlony regulacyjne wbudowa¬ ne do wspólnej kadzi z transformatorami glówny- 5 mi. Uklad polaczen takiego transformatora przed¬ stawiaja fig. 10 i fig. 11. Przedstawiono na nich transformator glówny Tr9 i transformator dodaw- czy regulacyjny Trd. Na obu figurach transforma¬ tor regulacyjny jest zlozony z trzech transformato- 10 rów jednofazowych i polaczony w uklad auto- transformatorowy. Na fig. 10 uzwojenie wtórne transformatora Tra jest zasilane napieciem z uzwo¬ jenia wtórnego transformatora glównego Tr9, a na fig. 11 — z uzwojenia pierwotnego tego samego 15 transformatora.Transformator regulacyjny jednofazowy wedlug wynalazku lub grupe zlozona z dwóch lub wiek¬ szej liczby takich transformatorów mozna zastoso¬ wac w polaczeniu z prostownikiem w charakterze 20 zródla pradu stalego o napieciu regulowanym. PL

Claims (8)

1. Zastrzezenia patentowe 25 1. Transformator regulacyjny jednofazowy sklada¬ jacy sie z rdzenia blachowanego nieruchomego o jarzmie zewnetrznym z umieszczonymi we¬ wnatrz niego czterema zebami i zlobkami, za¬ opatrzonego w dwa uzwojenia — pierwotne 30 i wtórne umieszczone kazde w dwóch przeciw¬ leglych zlobkach i przesuniete wzgledem siebie o 90°, oraz z rdzenia blachowanego ruchomego bez uzwojenia, obrotowego lub przesuwnego o dwóch zebach, oddzielonego od rdzenia nie- 35 ruchomego szczelina powietrzna, znamienny tym, ze szerokosc zeba (2) rdzenia nieruchome¬ go (1) i szerokosc przerwy miedzy zebami (2) liczac na wewnetrznej powierzchni zebów w szczelinie powietrznej jest równa w przyblize- 40 niu jednej ósmej czesci obwodu kola, a szero¬ kosc zeba (4) rdzenia ruchomego (3) jest równa szerokosci zeba (2) rdzenia nieruchomego (1), przy czym zeby rdzenia nieruchomego i rucho¬ mego posiadaja wzgledem siebie skos równy 45 w przyblizeniu polowie podzialki zebowej t2 rdzenia ruchomego (3) lub calej podzialce ze¬ bowej Ti rdzenia nieruchomego (fig. 1).

2. Transformator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze posiada blachowany nieruchomy rdzen 50 (i) w ksztalcie zewnetrznym kwadratowym, prostokatnym, wielokatnym lub okraglym.

3. Transformator wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze krawedzie zebów posiadajacych skos tworza linie odmienna od linii prostej w celu 55 wplyniecia na ksztalt krzywej regulacji napie¬ cia w zaleznosci od kata obrotu rdzenia rucho¬ mego.

4. Transformator wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze zeby (2) rdzenia nieruchomego (1) ma- 60 ja nierówna szerokosc, przy czym szersza jest glowica zeba przy szczelinie powietrznej, a trzonek miedzy glowica zeba i jarzmem jest Wezszy (fig. 1).

5. Transformator wedlug zastrz. 1—4, znamienny 65 tym, ze jego uzwojenia pierwotne i wtórne sai 48872 7 polaczone w ukladzie transformatorowym (fig. 5) lub w ukladzie autotransformatorowym (fig. 6).

6. Odmiana transformatora wedlug zastrz. 1—5, 5 znamienna tym, ze transformator posiada kon- 9 strukcje rozwinieta plaska (fig. 2 i 3) przy czym jego rdzen przesuwny (3) posiada swo¬ bode ruchu wzgledem rdzenia nieruchomego (2) przy ruchu prostoliniowym wzdluz rdzenia nie- 10 ruchomego (1) i przy niezmiennej szczelinie d w zakresie 0,25 podzialki zebowej r2 rdzenia ruchomego (3).

7. Transformator wedlug zastrz. 1—5, znamienny 15 tym, ze posiada konstrukcje rozwinieta se¬ gmentowa, przy czym jego rdzen ruchomy po¬ siada swobode ruchu w zakresie obrotu o kat odpowiadajacy 0,25 podzialki zebowej r2 rdze¬ nia ruchomego. 20 10

8. Uklad zlozony z dwóch lub wiekszej liczby transformatorów wedlug zastrz. 1—7, znamien¬ ny tym, ze uzwojenia pojedynczych transfor¬ matorów polaczone sa w uklad wielofazowy, 25 8 np. w uklad trzech transformatorów z uzwoje¬ niami, polaczonymi w uklad trójfazowy trans¬ formatorowy (fig. 8) lub autotransformatorowy (fig. 9). Uklad wedlug zastrz. 8, znamienny tym, ze jest wbudowany we wspólnej kadzi z trans¬ formatorem glównym olejowym lub ustawiony oddzielnie w kadzi lub jako suchy z chlodze¬ niem powietrznym i stanowi wraz z transfor¬ matorem glównym wspólna jednostke z regu¬ lacja napiecia, przy czym przez uzwojenie wtórne transformatora regulacyjnego przeply¬ wa prad glówny transformatora glównego a uzwojenie pierwotne transformatora regula¬ cyjnego zasilane jest badz z zacisków uzwoje¬ nia wtórnego transformatora glównego (fig. 10), badz z zacisków uzwojenia pierwotnego tegoz transformatora (fig. 11). Transformator wedlug zastrz. 1—7 lub uklad transformatorów wedlug zastrz. 8 i 9, znamien¬ ny tym, ze polaczony jest z prostownikiem, z którym tworzy zródlo napiecia stalego o war¬ tosci regulowanej.48872 '1- Flo448872 L ~H *—k^j^/kj—i F^6 0— w /^/ t_!T ¦ o48872 U-/IU F PL