RU2028017C1

RU2028017C1 - Device of voltage control

Info

Publication number: RU2028017C1
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Ногач
Original assignee: Николай Николаевич Ногач
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has two-leg magnetic circuit 1. One leg of it can turn over with respect to its axis. It carries winding 13 from which turns are rewound on shaft 6 in process of control. Shaft 6 is supported in bearings 7 and 8 for turning over. EFFECT: enhanced smoothness and precision of change of value of output voltage. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во всех областях, где наиболее важной характеристикой является точность и плавность изменения величины выходного напряжения и где можно пренебречь незначительными потеpями мощности. The invention relates to electrical engineering and can be used in all areas where the most important characteristic is the accuracy and smoothness of the change in the magnitude of the output voltage and where negligible power losses can be neglected.

Предлагаемое устройство может эффективно использоваться при бурении нефтяных и газовых скважин электробуром, когда с углублением ствола необходимо плавное повышение напряжения на выходе питающего трансформатора для поддержания номинального напряжения на зажимах забойного двигателя, а также в гальванотехнике и сварочном производстве. The proposed device can be effectively used when drilling oil and gas wells with an electric drill, when with a hole in the hole a smooth increase in voltage is required at the output of the supply transformer to maintain the rated voltage at the terminals of the downhole motor, as well as in electroplating and welding.

Представляется возможным применение устройства в качестве компенсационного элемента для вольтодобавки в энергосистемах, а также для автоматизированного выравнивания напряжения в трехфазных системах при глубокой асимметрии нагрузок в фазах, путем включения предлагаемого устройства в каждую фазу по обычным схемам включения "звездой" или "треугольником" в случаях, если это невозможно реализовать оптимальнее другим путем. It seems possible to use the device as a compensation element for voltage boosting in power systems, as well as for automatic voltage equalization in three-phase systems with deep load asymmetry in phases, by including the proposed device in each phase according to the usual "star" or "triangle" switching schemes in cases if it is impossible to implement more optimally in another way.

Известен автотрансформатор, содержащий магнитопровод с обмоткой, имеющий контактную дорожку и токосъемный ролик, жестко установленный на оси, выполненной из материала с высокой электро- и теплопроводностью (преимущественно из меди), пружинящий проводок, выполненный с охлаждающими полками, окном, в котором расположена ось с возможностью вращения [1]. A known autotransformer containing a magnetic circuit with a winding, having a contact path and a current collector roller, rigidly mounted on an axis made of a material with high electrical and thermal conductivity (mainly copper), spring wires made with cooling shelves, a window in which there is an axis with the possibility of rotation [1].

Недостатком известного автотрансформатора является недостаточная точность регулирования напряжения на клеммах нагрузки, так как токосъемный ролик замыкает несколько (как минимум два) полных витков обмотки, что является порогом точности регулирования напряжения. Кроме того, в автотрансформаторе имеется только одна обмотка, поэтому потенциал на клеммах нагрузки по отношению к земле всегда равен потенциалу подводимого к автотрансформатору напряжения. A disadvantage of the known autotransformer is the insufficient accuracy of voltage regulation at the load terminals, since the collector roller closes several (at least two) full turns of the winding, which is a threshold for the accuracy of voltage regulation. In addition, the autotransformer has only one winding, therefore the potential at the load terminals with respect to the ground is always equal to the potential of the voltage supplied to the autotransformer.

Вследствие этих причин автотрансформатор не может применяться там, где необходима высокая точность и плавность регулирования напряжения. Due to these reasons, the autotransformer cannot be used where high accuracy and smoothness of voltage regulation are required.

Наиболее близким по конструктивным признакам к заявляемому устройству является индуктивное устройство (2), включающее стержень из магнитного материала, собранные из параллельных пластин два цилиндрических полых барабана, вмонтированные с возможностью аксиального вращения вокруг стержня, на каждый из которых намотан электрический провод, образуя две проводящие электричество катушки, витки которых перематываются с одной катушки на другую под воздействием аксиально вращающихся барабанов в синхронном порядке при помощи регулирующего ремня, причем первичная катушка вмонтирована в барабан, а витки вторичной катушки наматываются вокруг поверхностей барабанов. К каждому концу соединенных между собой барабанов подведены электрические контакты, соединенные с коммутаторами, вращающиеся на опорах прямоугольного стержня. Устройство содержит приспособление для одновременного аксиального вращения барабанов с целью избирательного изменения числа витков на одной из катушек путем перемещения витков катушки из одного барабана на другой. Принцип действия индуктивного устройства основан на изменении выходного напряжения за счет взаимодействия индуцированных напряжений на вторичных катушках в зависимости от их взаиморасположения. Недостатком известного устройства является невозможность достижения плавности и точности регулирования выходного напряжения, связанная с наличием коммутаторного устройства, в котором неизбежно происходят переходные процессы, вызывающие дополнительные пульсации выходного напряжения. Токосъем с вторичной обмотки выполнен в виде довольно сложного, недостаточно надежного коммутаторного устройства. Кроме того, неэффективен процесс перемотки витков на барабанах. Устройство менее доступно для ремонтных и наладочных работ из-за неблочности конструкции. The closest in design features to the claimed device is an inductive device (2), including a rod of magnetic material, two cylindrical hollow drums assembled from parallel plates, mounted with the possibility of axial rotation around the rod, on each of which an electric wire is wound, forming two conductive electricity coils, the turns of which are rewound from one coil to another under the influence of axially rotating drums in a synchronous manner by means of an adjusting p volume, and the primary coil is mounted in the drum, and the turns of the secondary coil are wound around the surfaces of the drums. To each end of the interconnected drums, electrical contacts are connected, connected to the switches, rotating on the supports of a rectangular rod. The device comprises a device for simultaneous axial rotation of the drums in order to selectively change the number of turns on one of the coils by moving the turns of the coil from one drum to another. The principle of operation of the inductive device is based on a change in the output voltage due to the interaction of the induced voltages on the secondary coils, depending on their relative position. A disadvantage of the known device is the inability to achieve smoothness and accuracy of regulation of the output voltage associated with the presence of a switching device in which transients inevitably occur, causing additional ripple of the output voltage. The current collector from the secondary winding is made in the form of a rather complex, insufficiently reliable switching device. In addition, the rewinding process on the reels is inefficient. The device is less accessible for repair and commissioning due to the lack of design.

Целью изобретения является повышение точности и плавности изменения величины выходного напряжения в устройствах регулирования, где возможно пренебречь незначительными потерями мощности в магнитопроводе. The aim of the invention is to improve the accuracy and smoothness of the change in the magnitude of the output voltage in the control devices, where it is possible to neglect minor power losses in the magnetic circuit.

На фиг.1 изображен общий вид устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1. Figure 1 shows a General view of the device; figure 2 - cross section aa in fig. 1.

Устройство (см. фиг. 1) состоит из двухстержневого магнитопровода 1, имеющего неподвижный стержень 2 и стержень 3, выполненный с возможностью проворачивания относительно своей продольной оси в опорах 4 и 5 скольжения. Кроме того, устройство снабжено валом 6 с возможностью его проворачивания в опорах 7 и 8. Вал 6 установлен вне магнитопровода, причем ось его вращения параллельна продольной оси стержня 3. На стержне 2 установлен неподвижный каркас 9 с первичной обмоткой 10 и выводами концов обмотки 11 и 12. Вторичная обмотка выполнена в виде спаренной навивки 13 и 14 из гибкой изолированной токопроводящей ленты 15, размещенной соответственно на каркасах 16 и 17. Жестко связанные каркас 16 и стержень 3 имеют радиальную прорезь 18 (см. фиг. 2), в которую помещен начальный вывод 19 навивки 13 и гальванически связан с токопроводящей клеммной штангой 20. Последняя выведена из подвижного стержня 3 магнитопровода 1 наружу, причем по отношению к радиальной прорези 18 штанга 20 и начальный вывод 19 изолиpованы диэлектрическим чехлом 21. Токопроводящая клеммная штанга 20 на конце оборудована скользящим токосъемным контактом 22. На каркасе 17, жестко связанном с валом 6, на нижней торцовой части укреплено токопроводящее кольцо 23, к которому подключен вывод 24 навивки 14 вторичной обмотки. Кольцо 23 снабжено скользящим токосъемным контактом 25. The device (see Fig. 1) consists of a two-core magnetic circuit 1 having a fixed rod 2 and a rod 3, made with the possibility of rotation relative to its longitudinal axis in the bearings 4 and 5 of the slide. In addition, the device is equipped with a shaft 6 with the possibility of rotation in the supports 7 and 8. The shaft 6 is installed outside the magnetic circuit, and the axis of rotation is parallel to the longitudinal axis of the rod 3. On the rod 2 there is a fixed frame 9 with the primary winding 10 and the conclusions of the ends of the winding 11 and 12. The secondary winding is made in the form of a paired winding 13 and 14 of a flexible insulated conductive tape 15 placed respectively on the frames 16 and 17. The rigidly connected frame 16 and the rod 3 have a radial slot 18 (see Fig. 2), in which the initial vyv d 19 of the winding 13 and is galvanically connected with the conductive terminal rod 20. The latter is brought out of the movable rod 3 of the magnetic circuit 1 to the outside, and with respect to the radial slot 18, the rod 20 and the initial terminal 19 are insulated with a dielectric sheath 21. The conductive terminal rod 20 at the end is equipped with a sliding current collector contact 22. On the frame 17, rigidly connected with the shaft 6, a conductive ring 23 is attached to the lower end part, to which the output 24 of the winding 14 of the secondary winding is connected. Ring 23 is provided with a slip collector contact 25.

Применение идентичного кольца, снабженного скользящим токосъемным контактом, на каркасе 16 для начального вывода 19 навивки 13, невозможно вследствие прямого виткового коpоткого замыкания. В данном случае, желая избежать короткого замыкания, можно выполнить такое кольцо разрезным в виде секторов с подключением к каждому из них начального вывода 19. Но при этом, совершая проворот каркаса 16 вокруг своей оси, скользящий контакт, переходя через два соседних сектора кольца, за один полный проворот обязательно вызовет также витковое короткое замыкание. Поэтому техническое решение выноса начального вывода 19 вторичной обмотки посредством штанги 20 строго по продольной оси стержня 3 исключает возникновение короткозамкнутого витка при его полном провороте. На выходных концах стержней 3 и 6 жестко установлены рукоятки 26 и 27, выполненные из диэлектрического материала. The use of an identical ring equipped with a sliding current collector contact on the frame 16 for the initial output 19 of the winding 13 is impossible due to a direct short-circuit winding. In this case, in order to avoid a short circuit, it is possible to make such a ring split in the form of sectors with the initial output 19 connected to each of them. But at the same time, by rotating the frame 16 around its axis, a sliding contact, passing through two adjacent sectors of the ring, one complete rotation will also cause a short circuit. Therefore, the technical solution of the removal of the initial output 19 of the secondary winding by means of the rod 20 strictly along the longitudinal axis of the rod 3 eliminates the occurrence of a short-circuited coil when it is fully rotated. At the output ends of the rods 3 and 6, arms 26 and 27 made of dielectric material are rigidly mounted.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При подключении выводов 11 и 12 устройства к сети переменного напряжения в первичной обмотке 10 возникает переменный ток, который создает переменный магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу 1. Поток индуцирует в первичной обмотке 10 и в навивке 13 вторичной обмотки переменные электродвижущие силы (ЭДС), пропорциональные числам витков в обмотках. В связи с тем, что навивка 14 вторичной обмотки находится вне магнитопровода 1, ЭДС в ней не наводится. When the leads 11 and 12 of the device are connected to an alternating voltage network in the primary winding 10, an alternating current arises, which creates an alternating magnetic flux that closes along the magnetic circuit 1. The flux induces variable electromotive forces (EMF) in the primary winding 10 and in the winding 13 of the secondary winding, proportional to the number of turns in the windings. Due to the fact that the winding 14 of the secondary winding is located outside the magnetic circuit 1, the EMF is not induced in it.

С навивки 13 вторичной обмотки напряжение снимается при помощи скользящих контактов 22 и 25 на определенную нагрузку. При этом навивка 14 будет являться некоторым активно индуктивным сопротивлением, которое легко замерить или рассчитать. Регулировка напряжения на вторичной обмотке осуществляется вращением каркасов 16 и 17 с помощью рукояток 26 и 27. При необходимости снижения напряжения на вторичной обмотке витки навивки 13 сматываются с каркаса 16 и наматываются на каркас 17 с помощью рукоятки 27. Для увеличения напряжения на вторичной обмотке витки навивки 14 сматываются с каркаса 17 и наматываются на каркас 16 рукояткой 26. From the winding 13 of the secondary winding, the voltage is removed by means of the sliding contacts 22 and 25 for a certain load. In this case, the winding 14 will be some actively inductive resistance, which is easy to measure or calculate. The voltage on the secondary winding is adjusted by rotating the frames 16 and 17 using the handles 26 and 27. If necessary, reduce the voltage on the secondary winding, the winding coils 13 are wound from the frame 16 and wound on the frame 17 using the handle 27. To increase the voltage on the secondary winding, the winding coils 14 are wound from the frame 17 and wound onto the frame 16 with a handle 26.

Конструктивные электрические параметры обмоток, а также магнитопровода для предлагаемого устройства подбираются и рассчитываются так, как и в известных трансформаторах промышленного применения. Таким образом, от исполнения можно производить устройства регулирования различной мощности. The constructive electrical parameters of the windings, as well as the magnetic circuit for the proposed device are selected and calculated as in well-known transformers for industrial applications. Thus, from execution it is possible to produce control devices of various capacities.

Применяя несложные устройства автоматизированного привода стержня 3 и вала 6 (вместо рукояток 26 и 27) на основе сравнения с определенным заданным базовым напряжением на зажимах контактов 22 и 25, существует возможность полностью автоматизировать процесс регулирования напряжения. Using simple devices of an automated drive of the rod 3 and shaft 6 (instead of the handles 26 and 27) based on a comparison with a specific predetermined base voltage at the terminals 22 and 25, it is possible to fully automate the voltage regulation process.

Устройство регулирования напряжения позволяет изменять напряжение на вторичной обмотке от нуля в случае, когда все ее витки расположены на каркасе, установленном на валу, и до максимума, когда все витки расположены на каркасе, жестко закрепленном на вращающемся стержне магнитопровода, а величина напряжения определяется количеством вольт-витков вторичной обмотки. Кроме того, путем поворота катушек на определенный угол можно изменять соотношение витков на них как на определенное целое число, так и на долю витка, что позволяет плавно изменять напряжение до сотых долей вольта. Также вследствие того, что вторичная обмотка, в отличие от аналогичной в известных автотрансформаторах, гальванически не связана с первичной обмоткой, величина потенциала на ней относительно земли зависит исключительно от количества вольт-витков на каркасе, установленном на подвижном стержне магнитопровода. The voltage control device allows you to change the voltage on the secondary winding from zero in the case when all of its turns are located on the frame mounted on the shaft, and to the maximum when all the turns are located on the frame rigidly mounted on a rotating core of the magnetic circuit, and the voltage value is determined by the number of volts -coils of the secondary winding. In addition, by turning the coils by a certain angle, it is possible to change the ratio of turns on them both by a certain integer number and by a fraction of a turn, which allows you to smoothly change the voltage to hundredths of a volt. Also, due to the fact that the secondary winding, unlike that in the known autotransformers, is not galvanically connected with the primary winding, the potential on it relative to the ground depends solely on the number of volt turns on the frame mounted on the movable core of the magnetic circuit.

Таким образом, совокупность существенных отличий заявляемого устройства позволяет по сравнению с известными аналогичными устройствами более плавно регулировать величину напряжения, а также значительно расширить диапазон его применения. Thus, the set of significant differences of the claimed device allows, in comparison with known similar devices, to more smoothly control the voltage value, as well as significantly expand the range of its application.

Claims

1. DEVICE FOR VOLTAGE REGULATION, containing a two-core magnetic circuit, a primary winding mounted on a magnetic circuit, a rotating secondary winding made of two parts mounted on two kinematically connected frameworks, one part of the secondary winding is placed on one of the rods of the magnetic circuit, characterized in that that it is equipped with a shaft mounted parallel to the core of the magnetic circuit with the possibility of rotation around the longitudinal axis, a conductive ring, sliding current collector contacts and, with a conductive terminal rod, one of the magnetic core rods is rotatably mounted and made with a radial slot with a one-sided axial hole through which a terminal rod is connected, connected to the initial output of the secondary winding, one of the secondary winding frames is rigidly mounted on the movable core of the magnetic circuit, and the other frame is rigidly connected to a conductive ring connected to the final terminal of the secondary winding and mounted on a shaft, a conductive terminal rod and a conductive sealing rings comprise a sliding current collecting contacts.

2. The device according to claim 1, characterized in that the secondary winding is made in the form of a tape, and the frames on which the parts of the secondary winding are mounted are interconnected by means of an insulated conductive tape.