RU2087965C1

RU2087965C1 - Adjustable transformer

Info

Publication number: RU2087965C1
Application number: RU93037443A
Authority: RU
Inventors: Виталий Арсеньевич Обухов; Владимир Петрович Глазков; Татьяна Сергеевна Глазкова
Original assignee: Виталий Арсеньевич Обухов; Владимир Петрович Глазков; Татьяна Сергеевна Глазкова
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1997-08-20

Abstract

FIELD: electromechanical engineering; high- voltage transformers incorporating voltage regulation provision and low-voltage welding transformers with welding-current characteristic droop regulation. SUBSTANCE: transformer has case with disks installed at its ends and provided with radial slots on inner sides to receive wedge-section plates of nonsolid ferromagnetic material. Primary and secondary windings are made as flat coils; each winding is connected as armature windings of ac machines. Magnetic shunts are installed on inner cylindrical surface of magnetic core and carry magnetizing windings connected to adjustable rectifier unit. Shunts may be also shifted from magnetic core with aid of mechanical device. EFFECT: improved design, enlarged functional capabilities. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к регулируемым трансформаторам, и может быть использовано в качестве регулируемых высоковольтных трансформаторов, в низковольтных трансформаторах с регулированием высокого напряжения и крутизны характеристики тока сварки. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to adjustable transformers, and can be used as adjustable high-voltage transformers, in low-voltage transformers with regulation of high voltage and slope characteristics of the welding current.

Известны конструкции регулируемых трансформаторов с подмагничиванием (см. кн. А.М.Бамдас, С.В.Шапиро "Трансформаторы, регулируемые подмагничиванием", М. "Энергия", 1964, с. 120-122). Однако при этом происходит искажение формы кривой выходного напряжения, а также отсутствует преобразование фаз. Known designs of adjustable transformers with magnetization (see the book. A.M. Bamdas, S.V. Shapiro "Transformers controlled by magnetization", M. "Energy", 1964, S. 120-122). However, this leads to a distortion in the shape of the output voltage curve, and also there is no phase conversion.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является конструкция трехфазного трансформатора свидетельство СССР 124523, 1959 г. H O1 F 29/14), которое принято за прототип. The closest technical solution to the invention is the design of a three-phase transformer USSR certificate 124523, 1959. H O1 F 29/14), which is taken as a prototype.

Прототипу присущи следующие недостатки: низкие энергетические характеристики, насыщение магнитопровод по пути основного магнитного потока, магнитная несимметрия, приводящая к возникновению обратной составляющей вращающегося магнитного поля. The prototype has the following disadvantages: low energy characteristics, saturation of the magnetic circuit along the path of the main magnetic flux, magnetic asymmetry, leading to the appearance of the inverse component of the rotating magnetic field.

Цель изобретения улучшение энергетических характеристик, уменьшением массогабаритов, преобразование числа фаз. The purpose of the invention is the improvement of energy characteristics, the reduction of mass dimensions, the conversion of the number of phases.

Указанная цель достигается тем, что, в отличие от прототипа, магнитопровод имеет диски, установленные по торцам цилиндра, выполненные с радиальными пазами с внутренних сторон, в которые установлены пластины клинообразного поперечного сечения из ферромагнитного немассивного материала, первичная и вторичная обмотки выполнены в виде плоских катушек, размещенных между клинообразными пластинами, плоские катушки каждой обмотки соединены по типу якорных обмоток машин переменного тока; кроме того, обмотки подмагничивания установлены в магнитных шунтах, которые размещены внутри полого цилиндра и снабжены устройствами для перемещения внутри цилиндра; кроме того, обмотки подмагничивания подсоединены к регулируемому выпрямительному устройству. This goal is achieved by the fact that, in contrast to the prototype, the magnetic circuit has disks mounted on the ends of the cylinder, made with radial grooves on the inside, in which wedge-shaped cross-section plates of ferromagnetic non-massive material are installed, the primary and secondary windings are made in the form of flat coils placed between the wedge-shaped plates, the flat coils of each winding are connected by the type of anchor windings of AC machines; in addition, the magnetization windings are installed in magnetic shunts that are placed inside the hollow cylinder and are equipped with devices for moving inside the cylinder; in addition, the magnetization windings are connected to an adjustable rectifier device.

Отличительными признаками изобретения являются:
магнитопровод выполнен составным из клинообразных и плоских пластин из ферромагнитного немассивного материала в виде полого цилиндра с первичной и вторичной обмотками по типу якорных обмоток машин переменного тока;
обмотки выполнены из катушек рамочного типа и установлены радиально между клинообразными пластинами из ферромагнитного материала, заполнены другими плоскими пластинами и соединены по типу якорных обмоток машин;
магнитные шунты с обмотками подмагничивания установлены на свободных сторонах катушек обмоток;
магнитные шунты выполнены в виде ферромагнитных сегментальных стержней и установлены к ферромагнитным клинообразным пластинам с возможностью свободного радиального и/или аксиального перемещения, а также снабжены устройством для перемещения;
сегментные магнитные шунты снабжены обмотками подмагничивания, установленными внутри шунтов;
обмотки подмагничивания снабжены регулируемым выпрямительным устройством, выходные концы которого замкнуты между собой.Distinctive features of the invention are:
the magnetic circuit is made of wedge-shaped and flat plates made of ferromagnetic non-massive material in the form of a hollow cylinder with primary and secondary windings, similar to the type of anchor windings of AC machines;
windings are made of frame type coils and are installed radially between wedge-shaped plates of ferromagnetic material, filled with other flat plates and connected by the type of anchor windings of machines;
magnetic shunts with magnetizing windings are installed on the free sides of the winding coils;
magnetic shunts are made in the form of ferromagnetic segmental rods and are mounted to ferromagnetic wedge-shaped plates with the possibility of free radial and / or axial movement, and are also equipped with a device for moving;
segmented magnetic shunts are equipped with magnetizing windings installed inside the shunts;
The magnetization windings are equipped with an adjustable rectifier device, the output ends of which are closed to each other.

На фиг. 1 изображено устройство регулируемого трансформатора, на фиг. 2
сечение А-А, на фиг. 3 -условная схема расположения первичной (I) и вторичной (II) обмоток по окружности магнитопровода, на фиг. 4 схема включения первичных и вторичных обмоток подмагничивания магнитных шунтов.In FIG. 1 shows an adjustable transformer device, FIG. 2
section AA, in FIG. 3 is a conditional arrangement of the primary (I) and secondary (II) windings around the circumference of the magnetic circuit, in FIG. 4 diagram of the inclusion of primary and secondary windings of the magnetization of magnetic shunts.

Регулируемый трансформатор включает корпус 1, торцевые диски 2 и 3 с пазами 4, клинообразные пластины 5 из немассивного ферромагнитного материала, первичную 6 и вторичную 7 обмотки, состоящие из катушек рамочного типа, с размещением внутри их другими плоскими магнитными пластинами 8 и 9, выходные клеммы 10 и 11 первичной и вторичной обмоток, магнитные шунты 12 и 13 с размещенными внутри их обмотками подмагничивания 14 и 15, соединены с выпрямительными устройствами 16 и 17 с блоками управления 18 и 19, болты 20 и регулировочные прокладки 21 для перемещения шунтов. Конструкция позволяет установить шунты первичной 12 и вторичной 13 обмоток со стороны внутренней цилиндрической поверхности магнитопровода, что уменьшает из массу. The adjustable transformer includes a housing 1, end disks 2 and 3 with grooves 4, wedge-shaped plates 5 made of non-massive ferromagnetic material, primary 6 and secondary 7 windings, consisting of frame-type coils, with other flat magnetic plates 8 and 9 placed inside them, output terminals 10 and 11 of the primary and secondary windings, magnetic shunts 12 and 13 with magnetization windings 14 and 15 located inside them, are connected to rectifier devices 16 and 17 with control units 18 and 19, bolts 20 and shims 21 for moving the shu ntov. The design allows you to install the shunts of the primary 12 and secondary 13 windings from the side of the inner cylindrical surface of the magnetic circuit, which reduces the mass.

Клинообразные пластины 5, другие пластины 8 и 9 магнитные шунты 12 и 13 могут выполняться из прессованного ферромагнитного порошка с поверхностной изоляцией, либо из тонких пластин из листовой электротехнической стали, скрепленных между собой клеем либо другим способом. Wedge-shaped plates 5, other plates 8 and 9, magnetic shunts 12 and 13 can be made of pressed ferromagnetic powder with surface insulation, or of thin plates of sheet electrical steel, bonded together by glue or in another way.

Для регулирования выходного напряжения необходим магнитный шунт 12 лишь для первичной обмотки. Для регулирования крутизны характеристики выходного тока достаточно иметь магнитный шунт 13 для вторичной обмотки. Индуктивность магнитных шунтов может регулироваться либо с помощью обмоток подмагничивания 14 и 15, либо их перемещением в радиальном и/или аксиальном направлениях с помощью болтов 20 и прокладок 21, либо другим каким-либо устройством. На фиг. 1 показано 4 ряда болтов 20. При сохранении 2 рядов болтов 20 шунт 12 может быть смещен в аксиальном направлении на расстояние, равное расстоянию между двумя смежными рядами болтов. Радиальное перемещение регулируется толщиной прокладок 21. To regulate the output voltage, a magnetic shunt 12 is required only for the primary winding. To regulate the steepness of the characteristics of the output current, it is sufficient to have a magnetic shunt 13 for the secondary winding. The inductance of the magnetic shunts can be regulated either using the magnetization windings 14 and 15, or by moving them in the radial and / or axial directions using the bolts 20 and gaskets 21, or some other device. In FIG. 1 shows 4 rows of bolts 20. While maintaining 2 rows of bolts 20, the shunt 12 can be axially displaced by a distance equal to the distance between two adjacent rows of bolts. Radial movement is regulated by the thickness of the gaskets 21.

Клинообразные пластины 5 могут быть выполнены прямоугольного сечения, в этом случае другие плоские пластины 8 и 9 и катушки 6 и 7 должны иметь клинообразную форму. Wedge-shaped plates 5 can be made of rectangular cross-section, in this case, other flat plates 8 and 9 and coils 6 and 7 should have a wedge-shaped shape.

При подаче напряжения на клеммы 10 первичной обмотки, выполненной в трехфазном исполнении, внутри магнитопровода, образованного клинообразными пластинами 5 и пластинами 9, создается круговое вращающееся электромагнитное поле с числом пар полюсов, определяемым схемой соединения первичной обмотки 6. When voltage is applied to the terminals 10 of the primary winding, made in three-phase design, a circular rotating electromagnetic field with the number of pole pairs, determined by the connection circuit of the primary winding 6, is created inside the magnetic circuit formed by wedge-shaped plates 5 and plates 9.

Это после будет иметь одно направление вращения во внутреннем слое пластин 9 и противоположное ему направление в наружном слое пластин 8. Магнитные потоки рассеяния замыкаются вокруг всех четырех сторон катушек первичной обмотки 6, при этом внутренний слой катушек этой обмотки имеет высокое значение полей рассеяния, поскольку к ним примыкаются магнитные шунты 12. This will then have one direction of rotation in the inner layer of the plates 9 and a direction opposite to it in the outer layer of the plates 8. Magnetic scattering fluxes are closed around all four sides of the coils of the primary winding 6, while the inner layer of the coils of this winding has a high value of the scattering fields, since they adjoin the magnetic shunts 12.

Магнитные потоки рассеяния первичной обмотки 6 в магнитных шунтах 12 пересекают обмотку подмагничивания 14 и 14' и наводят в ней переменную ЭДС. Эта выпрямляется, и ее выходное значение регулируется выпрямительным устройством 16 с помощью блока управления 18, что позволяет регулировать величину тока подмагничивания в последовательно соединенных обмотках 14 и 14' двух полюсов (N и S). Регулирование тока в этих обмотках позволяет управлять величиной насыщения магнитных шунтов 12, а, следовательно, и потоками рассеяния первичной обмотки 6. The scattering magnetic fluxes of the primary winding 6 in the magnetic shunts 12 cross the magnetization winding 14 and 14 'and induce an EMF variable in it. This is rectified, and its output value is regulated by the rectifier device 16 using the control unit 18, which allows you to adjust the magnitude of the bias current in series-connected windings 14 and 14 'of two poles (N and S). The current regulation in these windings allows you to control the saturation value of the magnetic shunts 12, and, therefore, the scattering fluxes of the primary winding 6.

Величина магнитного потока первичной обмотки 6 определяется суммой потоков рассеивания и основного потока, является величиной постоянной и зависит лишь от величины питающего напряжения. The magnitude of the magnetic flux of the primary winding 6 is determined by the sum of the dissipation fluxes and the main flux, is a constant value and depends only on the magnitude of the supply voltage.

Основной магнитный поток пересекает катушки 7 вторичной обмотки и наводит в них электродвижущую силу, пропорциональную величине основного потока, которая в свою очередь регулируется насыщением магнитных шунтов 12 с помощью управляемого выпрямительного устройства 16. Таким образом, управление тока в катушках 14 и 14' достигается плавное регулирование выходного напряжения вторичной обмотки. При подключении нагрузки к вторичной обмотке 7 образуются рассеяния во внутреннем слое катушек 7, примыкающих к магнитным шунтам 13. Потоки рассеяния пересекают витки катушек подмагничивания 15 и 15' и наводят в них переменную ЭДС, которая выпрямляется с помощью управляемого устройства 17. The main magnetic flux crosses the coils 7 of the secondary winding and induces an electromotive force in them, proportional to the magnitude of the main flux, which, in turn, is controlled by saturation of the magnetic shunts 12 using a controlled rectifier 16. Thus, the current control in the coils 14 and 14 'achieves smooth regulation output voltage of the secondary winding. When the load is connected to the secondary winding 7, scattering is formed in the inner layer of the coils 7 adjacent to the magnetic shunts 13. The scattering flows cross the turns of the magnetization coils 15 and 15 'and induce an EMF variable in them, which is rectified by a controlled device 17.

Регулированием выходного тока выпрямительного устройства 17 блоком управления 19 достигается плавное регулирование индуктивности магнитных шунтов 13, что приводит к регулированию тока нагрузки вторичной обмотки трансформатора. Это имеет важное значение при использовании его в качестве сварочного аппарата. By adjusting the output current of the rectifier device 17, the control unit 19 achieves smooth regulation of the inductance of the magnetic shunts 13, which leads to the regulation of the load current of the secondary winding of the transformer. This is important when using it as a welding machine.

Регулирование индуктивности магнитных шунтов 12 первичной и 13 вторичной обмоток можно осуществлять и механическим путем перемещением в радиальном и/или направлении с помощью болтов 20 и толщины прокладок 21. The inductance of the magnetic shunts 12 of the primary and 13 secondary windings can also be controlled mechanically by moving in the radial and / or direction with the help of bolts 20 and the thickness of the gaskets 21.

Для управления установки обмоток подмагничивания 14, 15 в магнитных шунтах целесообразно магнитопроводы шунтов разделить по радиусу вдоль дуги окружности на две части, при этом одну часть снабдить пазами для укладки обмотки. To control the installation of magnetization windings 14, 15 in magnetic shunts, it is advisable to divide the shunt magnetic circuits along the radius along a circular arc into two parts, while one part should be provided with grooves for laying the windings.

Для полного использования по мощность в трехфазном виде трансформатора для сварки целесообразно вторичную обмотку выполнять в 2-х фазном (или 4-х фазном) исполнении, что достигается схемой соединения катушек по типу якорной обмотки. Это позволяется при сварке равномерно загружать все три фазы, а, следовательно, получать большую мощность сварки или при заданной мощности снизить массогабариты. Круговое вращающееся поле с обмотками переменного тока, соединенными в звезду, не создает ЭДС третьей гармоники, как это имеет место в трансформаторах традиционной конструкции, что позволяет улучшить качество электроэнергии. For full use of power in the three-phase form of the transformer for welding, it is advisable to carry out the secondary winding in a 2-phase (or 4-phase) design, which is achieved by connecting the coils as an anchor winding. This allows you to evenly load all three phases during welding, and, therefore, to obtain greater welding power or to reduce weight and size at a given power. A circular rotating field with alternating current windings connected to a star does not create a third-harmonic EMF, as is the case in transformers of a traditional design, which improves the quality of electricity.

Кроме того, исключается целый ряд недостатков прототипа, связанных с искажением формы кривой выходного напряжения. In addition, eliminates a number of disadvantages of the prototype associated with distortion of the shape of the curve of the output voltage.

Claims

1. An adjustable transformer containing a magnetic circuit in the form of a hollow cylinder, primary and secondary windings and magnetization windings, characterized in that the magnetic circuit has disks mounted at the ends of the cylinder, made with radial grooves on the inside, in which wedge-shaped cross-section plates made of ferromagnetic non-solid material, primary and secondary windings are made in the form of flat coils placed between wedge-shaped plates, flat coils of each winding are connected by t ny armature coils AC machines.

2. The transformer according to claim 1, characterized in that the magnetization windings are installed in magnetic shunts that are placed inside the hollow cylinder and are equipped with devices for moving them inside the cylinder.

3. The transformer according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetization windings are connected to an adjustable rectifier device.