RU176993U1

RU176993U1 - Adjustable transformer

Info

Publication number: RU176993U1
Application number: RU2017109203U
Authority: RU
Inventors: Василий Титович Черемисин; Евгений Александрович Третьяков; Павел Геннадьевич Петров
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2018-02-06

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к силовым трансформаторам и предназначена для тяговых и распределительных электрических сетей. Целью полезной модели является повышение экономичности работы трансформатора и расширение его функциональных возможностей за счет управляемого снижения потерь холостого хода при малых нагрузках. Указанная цель достигается тем, что в известном регулируемом трансформаторе обмотки содержат ответвления для их секционирования коммутационными аппаратами на несколько частей с возможностью последовательного, последовательно-параллельного и параллельного соединения при условии неизменного коэффициента трансформации, а сечение обмоток соответствует номинальной мощности трансформатора при их параллельном соединении, при этом трансформатор дополнен исполнительным органом, связанным с упомянутыми коммутационными аппаратами.The utility model relates to electrical engineering, namely to power transformers and is intended for traction and distribution electric networks. The purpose of the utility model is to increase the efficiency of the transformer and expand its functionality due to the controlled reduction of idling losses at low loads. This goal is achieved by the fact that in the known adjustable transformer, the windings contain branches for their sectioning by switching devices into several parts with the possibility of series, parallel-parallel and parallel connection, provided that the transformation coefficient is constant, and the cross section of the windings corresponds to the rated power of the transformer when they are connected in parallel, this transformer supplemented by an executive body associated with the aforementioned switching devices.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к силовым трансформаторам и предназначена для тяговых и распределительных электрических сетей.The utility model relates to electrical engineering, namely to power transformers and is intended for traction and distribution electric networks.

Наиболее близким к заявленному является регулируемый трансформатор, содержащий магнитопровод с первичными и вторичными обмотками, состоящими из нескольких катушек, секционируемых коммутационными аппаратами, с одинаковым числом витков на вторичной обмотке (Пат. № 2364972 на изобретение (РФ), МПК Н 01 F 29/02. Регулируемый трансформатор / В.А. Соломин, Ю.И. Жарков, А.В. Костюков (РФ). - № 2007147198/09; Заявлено 18.12.2007. Опубл. 20.08.2009. Бюл. № 23).Closest to the claimed one is an adjustable transformer containing a magnetic circuit with primary and secondary windings, consisting of several coils partitioned by switching devices, with the same number of turns on the secondary winding (Pat. No. 2364972 for invention (RF), IPC N 01 F 29/02 Regulated Transformer / V.A. Solomin, Yu.I. Zharkov, A.V. Kostyukov (RF) - No. 2007147198/09; Declared December 18, 2007. Published on August 20, 2009. Bull. No. 23).

Недостатками известного регулируемого трансформатора являются неполное использование по времени всех катушек первичной и вторичной обмотки, вызванное снятием напряжения с некоторых катушек на период малых нагрузок потребителей, невозможность снижения магнитных потерь (в стали) при регулировании мощности трансформатора в виду неизменности магнитного потока в магнитопроводе из-за параллельного включения катушек первичной обмотки, отсутствие регулятора с обратной связью для осуществления возможности автоматического управления регулируемым трансформатором.The disadvantages of the known adjustable transformer are the incomplete use of all the coils of the primary and secondary windings over time, caused by the removal of voltage from some coils for a period of low consumer loads, the inability to reduce magnetic losses (in steel) when regulating the power of the transformer due to the invariance of the magnetic flux in the magnetic circuit due to parallel connection of the primary winding coils, the absence of a feedback regulator to enable automatic control of the liruemym transformer.

Предлагаемый регулируемый трансформатор позволяет устранить указанные выше недостатки.The proposed adjustable transformer eliminates the above disadvantages.

Целью полезной модели является повышение экономичности работы трансформатора и расширение его функциональных возможностей за счет управляемого снижения потерь холостого хода при малых нагрузках.The purpose of the utility model is to increase the efficiency of the transformer and expand its functionality due to the controlled reduction of idling losses at low loads.

Указанная цель достигается тем, что в известном регулируемом трансформаторе, содержащем магнитопровод с первичными и вторичными обмотками, обмотки содержат ответвления для их секционирования коммутационными аппаратами на несколько частей с возможностью последовательного, последовательно-параллельного и параллельного соединения при условии неизменного коэффициента трансформации, а сечение обмоток соответствует номинальной мощности трансформатора при их параллельном соединении, при этом трансформатор дополнен исполнительным органом, связанным с упомянутыми коммутационными аппаратами.This goal is achieved by the fact that in a known adjustable transformer containing a magnetic circuit with primary and secondary windings, the windings contain branches for sectioning by switching devices into several parts with the possibility of serial, series-parallel and parallel connection, provided the conversion factor is constant, and the cross section of the windings corresponds to rated power of the transformer with their parallel connection, while the transformer is supplemented by an executive body related to said switching devices.

Под понятием «сечение обмоток» трансформатора понимается площадь сечения витка обмотки, который может состоять из одного или нескольких проводов.The term “winding cross-section” of a transformer is understood to mean the cross-sectional area of a winding winding, which may consist of one or more wires.

Так как каждая секционированная коммутационными аппаратами часть обмотки при параллельном включении должна иметь количество витков, соответствующее номинальному магнитному потоку трансформатора, то разделение обмоток на отдельные части приведет к увеличению общего числа витков обмотки (при их последовательном соединении).Since each part of the winding sectioned by the switching devices, when connected in parallel, must have a number of turns corresponding to the rated magnetic flux of the transformer, dividing the windings into separate parts will increase the total number of turns of the winding (when connected in series).

Конструктивное исполнение всех секционируемых частей обмоток с сечением, соответствующим номинальному току трансформатора, потребовало бы увеличение расхода активных материалов обмоток (меди). Поэтому сечение обмоток соответствует номинальной мощности трансформатора при параллельном соединении всех ее частей. Например, при конструктивном исполнении обмоток, состоящих из двух секционируемых частей, расчетный ток в них вдвое меньше номинального тока трансформатора в целом.The design of all sectioned parts of the windings with a cross section corresponding to the rated current of the transformer would require an increase in the consumption of active materials of the windings (copper). Therefore, the cross section of the windings corresponds to the rated power of the transformer with parallel connection of all its parts. For example, with the design of windings consisting of two sectioned parts, the rated current in them is half the rated current of the transformer as a whole.

Как известно, индукция в магнитопроводе трансформатора определяется по выражению, Тл:As you know, the induction in the magnetic circuit of a transformer is determined by the expression, T:

где

- частота питающего напряжения, Гц; Пс - активное сечение стержня, м²; Uв - напряжение витка, В:Where

- frequency of the supply voltage, Hz; Ps - active section of the rod, m ² ; Uв - coil voltage, V:

U _ф - напряжение обмотки, В; w - число витков, приходящихся на напряжение обмотки. U _f - winding voltage, V; w is the number of turns per winding voltage.

Переключение частей первичной и вторичной обмоток с параллельной на последовательную схему соединения при малых нагрузках приведет к снижению напряжения, приходящегося на один виток первичной обмотки, а, следовательно, к снижению индукции и магнитного потока.Switching parts of the primary and secondary windings from parallel to a serial connection circuit at low loads will reduce the voltage per one turn of the primary winding, and, consequently, reduce the induction and magnetic flux.

За счет изменения схемы соединения частей первичной и вторичной обмоток с параллельной на последовательную или последовательно-параллельную при условии неизменного коэффициента трансформации снижаются потери холостого хода, но при этом эквивалентное сопротивление обмоток увеличивается, а, следовательно, возрастают потери короткого замыкания (в меди). Таким образом, суммарные потери в рассматриваемом трансформаторе при определенной его загрузке могут не только снизиться из-за потерь холостого хода, но и возрасти за счет увеличения электрических потерь в обмотках.By changing the connection diagram of the parts of the primary and secondary windings from parallel to serial or series-parallel, provided that the transformation coefficient is constant, the no-load losses are reduced, but the equivalent resistance of the windings increases, and, consequently, short-circuit losses (in copper) increase. Thus, the total losses in the transformer under consideration at a certain load can not only decrease due to idling losses, but also increase due to an increase in electric losses in the windings.

Коэффициент нагрузки трансформатора, в пределах которого достигается снижение потерь за счет изменения схемы соединения обмоток, определяется по выражению:The load factor of the transformer, within which a reduction in losses due to a change in the winding connection diagram is achieved, is determined by the expression:

где а - количество последовательно соединенных частей обмоток трансформатора; Р ₀, Рk - потери холостого хода и короткого замыкания трансформатора соответственно.where a is the number of serially connected parts of the transformer windings; P ₀ , Pk - loss of idling and short circuit of the transformer, respectively.

На фиг. показана схема регулируемого однофазного трансформатора с обмотками, секционированными на две части на стороне низкого и высокого напряжений. Подобным образом реализуется трехфазный трансформатор с различным количеством секционируемых частей обмотки, имеющих свои ответвления.In FIG. shows a diagram of an adjustable single-phase transformer with windings partitioned into two parts on the low and high voltage side. A three-phase transformer with a different number of sectioned parts of the winding having their own branches is implemented in a similar manner.

Список обозначений: 1 - обмотка трансформатора; 2 - коммутационные аппараты; 3 - исполнительное устройство.List of designations: 1 - transformer winding; 2 - switching devices; 3 - actuator.

Регулируемый трансформатор работает следующим образом.Adjustable transformer operates as follows.

При загрузке трансформатора, близкой к номинальной, первичные и вторичные отдельные секционируемые части обмоток 1, соединены параллельно с помощью коммутационных аппаратов 2, обеспечивая номинальные параметры трансформатора, в том числе магнитный поток.When loading a transformer close to nominal, the primary and secondary separate sectioned parts of the windings 1 are connected in parallel using switching devices 2, providing the rated parameters of the transformer, including magnetic flux.

При снижении мощности нагрузки для снижения потерь холостого хода возможно снижение мощности трансформатора переключением одновременно схемы включения частей первичной и вторичной обмоток с параллельной на последовательную (синфазно) или последовательно-параллельную (при количестве частей обмоток более четырех).When reducing the load power to reduce idling losses, it is possible to reduce the power of the transformer by simultaneously switching the connection circuit of the parts of the primary and secondary windings from parallel to serial (in phase) or series-parallel (with the number of parts of the windings more than four).

С точки зрения массогабаритных показателей и стоимости трансформатора предпочтительным является секционирование обмоток на две части. Например, если нагрузка регулируемого трансформатора с двумя секционируемыми частями обмоток составляет до 20%, то переключение схемы соединения частей первичной и вторичной обмоток с параллельной на последовательную приведет к снижению напряжения, приходящегося на один виток первичной обмотки, а, следовательно, к снижению магнитного потока вдвое, потерь холостого хода трансформатора в 3-3,5 раза.From the point of view of overall dimensions and the cost of the transformer, it is preferable to section the windings into two parts. For example, if the load of an adjustable transformer with two sectioned parts of the windings is up to 20%, then switching the connection circuit of the parts of the primary and secondary windings from parallel to serial will reduce the voltage per one turn of the primary winding, and, therefore, halve the magnetic flux , transformer idle losses by 3-3.5 times.

Расширение функциональных возможностей регулируемого трансформатора можно обеспечить за счет автоматического управления изменением схем секционирования частей обмоток с помощью исполнительного устройства 3.The expansion of the functionality of an adjustable transformer can be achieved by automatically controlling the change of sectioning schemes of parts of the windings using the actuator 3.

Исполнительное устройство может быть реализовано на базе типовых регуляторов, при этом задача управления будет заключаться в обеспечении положительного значения снижения суммарных потерь в трансформаторе за счет изменения схемы соединения секционируемых частей первичной и вторичной обмоток при изменении нагрузки (к _н):The actuator may be implemented on the basis of standard controls, the control task will be to provide a positive value to reduce the total losses in the transformer due to the connection change circuit sektsioniruemyh parts of the primary and secondary windings when the load (k _n):

Рассматриваемый регулируемый трансформатор может быть реализован специалистами на основании уровня техники.Consider an adjustable transformer can be implemented by specialists on the basis of the prior art.

Регулируемый трансформатор может найти применение в качестве силового трансформатора распределительных сетей с медленно изменяющимися нагрузками в широком диапазоне мощностей (дачные поселки, сезонные нагрузки промышленных предприятий). Использование предлагаемого регулируемого трансформатора позволит повысить экономичность его работы за счет снижения потерь холостого хода при малых нагрузках и расширить его функциональные возможности за счет автоматического управления.An adjustable transformer can find application as a power transformer of distribution networks with slowly changing loads in a wide range of capacities (holiday villages, seasonal loads of industrial enterprises). Using the proposed adjustable transformer will improve the efficiency of its work by reducing idle losses at low loads and expand its functionality through automatic control.

Claims

1. An adjustable transformer containing a magnetic circuit with primary and secondary windings, characterized in that the windings contain branches for their sectioning by switching devices into several parts, provided that the transformation coefficient is constant, and the windings cross section corresponds to the rated power of the transformer when they are connected in parallel, while the transformer is supplemented an executive body associated with the aforementioned switching devices and providing, while reducing the load power, at the same time th switching circuits incorporating parts of the primary and secondary windings.

2. The adjustable transformer according to claim 1, characterized in that the switching circuit of the parts of the primary and secondary windings is in-phase with parallel to serial.

3. The adjustable transformer according to claim 1, characterized in that the switching circuit of the parts of the primary and secondary windings is switched from parallel to series-parallel when the number of parts of the windings is more than four.