RU2221296C2 - Regulated transformer - Google Patents
Regulated transformer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2221296C2 RU2221296C2 RU2001129279/09A RU2001129279A RU2221296C2 RU 2221296 C2 RU2221296 C2 RU 2221296C2 RU 2001129279/09 A RU2001129279/09 A RU 2001129279/09A RU 2001129279 A RU2001129279 A RU 2001129279A RU 2221296 C2 RU2221296 C2 RU 2221296C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- yoke
- rods
- transformer
- sections
- turns
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к основным элементам электрического оборудования, а именно к регулируемым трансформаторам, имеющим подвижный участок в магнитной цепи, и может быть использовано для экономичного электроснабжения. The invention relates to the basic elements of electrical equipment, namely to adjustable transformers having a movable section in a magnetic circuit, and can be used for economical power supply.
Известен автотрансформатор для регулирования напряжения в небольших пределах, в котором часть витков обмотки используется в качестве первичной цепи. Между первичной и вторичной цепями такого автотрансформатора существует электрическая и магнитная связь. Для регулирования выходного напряжения используется скользящий контакт (Данилов И.А., Иванов Т.М. Общая электротехника с основами электроники. М.: Высшая школа, 1989 г., стр.194). Недостатком известного автотрансформатора является то, что электрическое соединение первичной и вторичной цепей повышает опасность при эксплуатации аппарата, т.к. при пробое изоляции в понижающем автотрансформаторе оператор может оказаться под высоким напряжением первичной цепи. Known autotransformer for voltage regulation within small limits, in which part of the turns of the winding is used as a primary circuit. There is an electrical and magnetic connection between the primary and secondary circuits of such an autotransformer. To control the output voltage, a sliding contact is used (Danilov I.A., Ivanov T.M. General electrical engineering with the basics of electronics. M: Higher school, 1989, p. 194). A disadvantage of the known autotransformer is that the electrical connection of the primary and secondary circuits increases the danger during operation of the device, because in case of breakdown of insulation in a step-down autotransformer, the operator may be under high voltage of the primary circuit.
Известен сварочный трансформатор, в котором для изменения выходного напряжения используют шунтирующий магнитопроводящий стержень, через который замыкается часть основного магнитного потока. Изменяя значение воздушного зазора шунтирующим стержнем, можно изменять магнитный поток рассеяния и соответственно напряжение на выходе трансформатора. Так, в сварочном трансформаторе СТЭ в цепь вторичной обмотки включают специальный дроссель с регулируемым воздушным зазором, а в трансформаторе ТС 500 изменяют расстояние между первичной и вторичной обмотками (Данилов И.А., Иванов Т.М. Общая электротехника с основами электроники. М.: Высшая школа, 1989 г., стр.198). Указанные сварочные трансформаторы имеют ограниченные условия применения, т. к. применяются только в однофазных цепях. A welding transformer is known in which a shunting magnetic core is used to change the output voltage, through which part of the main magnetic flux is closed. By changing the value of the air gap by the shunt rod, it is possible to change the magnetic flux of scattering and, accordingly, the voltage at the output of the transformer. So, in the STE welding transformer, a special inductor with an adjustable air gap is included in the secondary winding circuit, and the distance between the primary and secondary windings is changed in the TS 500 transformer (Danilov I.A., Ivanov T.M. General electrical engineering with the basics of electronics. M. : Higher School, 1989, p .98). These welding transformers have limited application conditions, since they are used only in single-phase circuits.
Кроме того, в описанных устройствах к причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что их применение для регулирования выходного напряжения является трудоемким процессом, требующим дорогостоящей дополнительной аппаратуры и использования сложных схем управления и регулирования. In addition, in the described devices, the reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include the fact that their use for regulating the output voltage is a labor-intensive process requiring expensive additional equipment and the use of complex control and regulation circuits.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является трехфазный регулируемый трансформатор, который содержит симметричный пространственный магнитопровод, состоящий из трех стержней, двух крайних ярм и среднего ярма, первичную обмотку с катушками, размещенными на среднем ярме, две вторичные обмотки, катушки одной из которых размещены на стержнях по одну сторону среднего ярма, а катушки другой - на стержнях по другую сторону среднего ярма, и две группы обмоток подмагничивания. (А. с. СССР 1372390, кл. Н 01 F 29/14, опубл. БИ 5, 1988 г.)
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве магнитопровод имеет сложную пространственную структуру. Наличие обмоток подмагничивания тоже усложняет схему трансформатора, что создает определенные ограничения в обеспечении процесса плавного регулирования.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a three-phase adjustable transformer, which contains a symmetrical spatial magnetic circuit consisting of three rods, two extreme yokes and an average yoke, a primary winding with coils placed on the average yoke, two secondary windings, coils one of which is placed on the rods on one side of the average yoke, and the coils of the other on the rods on the other side of the average yoke, and two groups of magnetizing windings. (A. s. USSR 1372390, class N 01 F 29/14, publ. BI 5, 1988)
For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted as a prototype, the magnetic circuit in the known device has a complex spatial structure. The presence of magnetization windings also complicates the transformer circuit, which creates certain limitations in ensuring a smooth regulation process.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение возможности безопасного и плавного регулирования выходного напряжения трехфазного трансформатора. The problem to which the invention is directed, is to obtain the possibility of safe and smooth regulation of the output voltage of a three-phase transformer.
Технический результат - бесконтактное регулирование выходного напряжения трехфазного трансформатора непосредственно под нагрузкой или без нее за счет перераспределения магнитного потока, отсутствие потерь активной мощности при регулировании, т.е. получение экономичного и безопасного регулирования. EFFECT: non-contact regulation of the output voltage of a three-phase transformer directly under or without load due to redistribution of the magnetic flux, no loss of active power during regulation, i.e. obtaining economical and safe regulation.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном регулируемом трансформаторе, содержащем первичную трехфазную обмотку, подключенную к сети, вторичную трехфазную обмотку, подключенную к нагрузке, разветвленную магнитную цепь, состоящую из трех стержней, верхнего, среднего и нижнего ярма, согласно изобретению в качестве верхнего ярма используют установленный с возможностью поворота вокруг своей оси и выполненный из двух продольных частей цилиндр, одна из которых состоит из ферромагнитного материала, а другая - из диэлектрика, при этом среднее ярмо расположено так, что образует на стержнях верхние и нижние участки, причем верхние участки отличаются от нижних по площади сечения и высоте, вторичная обмотка каждой фазы выполнена из двух частей, при этом витки одной части расположены на нижних участках стержней, а витки другой части на верхних участках, причем витки обеих частей соединены последовательно и согласно. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in a known adjustable transformer containing a primary three-phase winding connected to the network, a secondary three-phase winding connected to the load, a branched magnetic circuit consisting of three rods, upper, middle and lower yoke, according to the invention as the upper yoke, a cylinder is installed mounted with the possibility of rotation around its axis and made of two longitudinal parts, one of which consists of a ferromagnetic material, and the other is made of dielectric, with the average yoke positioned so that it forms upper and lower sections on the rods, the upper sections differing from the lower ones in cross-sectional area and height, the secondary winding of each phase is made of two parts, while the turns of one part located on the lower sections of the rods, and the turns of the other part on the upper sections, and the turns of both parts are connected in series and in accordance.
Отличительными признаками заявляемого изобретения от прототипа является то, что разветвленная магнитная цепь выполнена не пространственной, а плоской; отсутствуют шесть обмоток подмагничивания, перераспределение магнитного потока осуществляется с помощью трех стержней, которые имеют три верхних и три нижних участка и три ярма. Кроме того, регулирование осуществляется не за счет сложной пространственной структуры магнитопровода, а за счет введения в магнитную цепь подвижного участка, в качестве которого используется верхнее ярмо. Distinctive features of the claimed invention from the prototype is that the branched magnetic circuit is made not spatial, but flat; there are six magnetization windings, the redistribution of the magnetic flux is carried out using three rods, which have three upper and three lower sections and three yokes. In addition, regulation is carried out not due to the complex spatial structure of the magnetic circuit, but due to the introduction of a movable section into the magnetic circuit, which uses the upper yoke.
Использование в качестве верхнего ярма установленного с возможностью поворота вокруг своей оси цилиндра представляет собой не что иное, как введение в разветвленную магнитную цепь подвижного участка магнитопровода, изменение положения которого относительно остальных неподвижных участков позволяет изменять магнитное сопротивление всей магнитной цепи трансформатора и соответственно напряжение на вторичной обмотке. Использованием цилиндрической поверхности такого подвижного участка достигается возможность плавного регулирования процесса. Выполнение цилиндра из двух продольных частей, одна из которых состоит из ферромагнитного материала, например из обычных пластин электротехнической стали, а другая - из диэлектрика, обеспечивает то, что плавным поворотом цилиндра можно изменять площадь соприкосновения его ферромагнитной части с ферромагнитными участками неподвижных элементов магнитной цепи. Это эквивалентно изменению сечения подвижного магнитопровода (или изменению воздушного зазора в цепи). При повороте цилиндра на 180o из оптимального положения (наибольшая площадь соприкосновения ферромагнитной части цилиндра с ферромагнитными участками неподвижных элементов магнитной цепи) цилиндр соприкасается с ферромагнитными участками магнитопровода только диэлектриком, его магнитное сопротивление наибольшее, т.е. эквивалентно тому, что в магнитной цепи появился воздушный зазор. Напряжение на выходе трансформатора соответственно наименьшее. Эксперименты с однофазным трансформатором показывают, что напряжение на выходе уменьшается в этом случае до 0,5 Uном.The use of a cylinder mounted with the possibility of rotation around its axis as the top yoke is nothing more than the introduction of a movable section of the magnetic circuit into a branched magnetic circuit, the change of position of which relative to the remaining fixed sections allows you to change the magnetic resistance of the entire magnetic circuit of the transformer and, accordingly, the voltage on the secondary winding . Using the cylindrical surface of such a movable section, the possibility of smooth process control is achieved. The implementation of the cylinder from two longitudinal parts, one of which consists of a ferromagnetic material, for example, of ordinary plates of electrical steel, and the other of a dielectric, ensures that by smoothly turning the cylinder it is possible to change the contact area of its ferromagnetic part with the ferromagnetic parts of the stationary elements of the magnetic circuit. This is equivalent to changing the cross section of the moving magnetic circuit (or changing the air gap in the circuit). When the cylinder is rotated through 180 ° from the optimal position (the largest contact area of the ferromagnetic part of the cylinder with the ferromagnetic sections of the stationary elements of the magnetic circuit), the cylinder contacts the ferromagnetic sections of the magnetic circuit only with the dielectric, its magnetic resistance is the largest, i.e. equivalent to having an air gap in the magnetic circuit. The voltage at the transformer output is accordingly the smallest. Experiments with a single-phase transformer show that the output voltage decreases in this case to 0.5 U nom .
Расположение среднего ярма так, что при этом образуются верхние и нижние участки стержней, позволяет заранее предопределять диапазон регулирования выходного напряжения на стадии проектирования. The arrangement of the average yoke so that the upper and lower portions of the rods are formed allows one to predetermine the range of regulation of the output voltage at the design stage.
Выполнение верхних и нижних участков стержней различными по площади сечения и высоте позволяет перераспределять магнитный поток, причем количественное перераспределение магнитного потока также можно задавать на стадии проектирования путем выбора соотношения площадей сечения и высот верхних и нижних участков стержней. Площадь сечений и высота верхних и нижних участков определяют соотношения между магнитными потоками верхнего и среднего ярма, т.е. выходное напряжение вторичной обмотки, т.к. перераспределение магнитных потоков определяет напряжение на выходе трансформатора. The implementation of the upper and lower sections of the rods of different cross-sectional area and height allows you to redistribute the magnetic flux, and the quantitative redistribution of the magnetic flux can also be set at the design stage by choosing the ratio of the cross-sectional areas and the heights of the upper and lower sections of the rods. The cross-sectional area and the height of the upper and lower sections determine the relationship between the magnetic fluxes of the upper and middle yoke, i.e. output voltage of the secondary winding, as redistribution of magnetic flux determines the voltage at the output of the transformer.
При увеличении магнитного сопротивления верхнего ярма большая часть магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, замыкается через среднее ярмо, что приводит к уменьшению напряжения вторичной обмотки, так как витки вторичной обмотки, расположенные на верхней части стержня, пересекаются меньшим магнитным потоком. With an increase in the magnetic resistance of the upper yoke, most of the magnetic flux generated by the primary winding closes through the average yoke, which leads to a decrease in the voltage of the secondary winding, since the turns of the secondary winding located on the upper part of the rod intersect with a smaller magnetic flux.
Изобретение поясняется схемой устройства, изображенной на фиг.1а и фиг. 1б. The invention is illustrated by the diagram of the device depicted in figa and fig. 1b.
Устройство (фиг.1а) содержит нижнее ярмо 1, среднее ярмо 2, верхнее ярмо 3, подвижный цилиндр 4, нижние участки стержней 5, 6, 7; верхние участки стержней 8, 9, 10, а также первичную обмотку А-Х и вторичную обмотку а-х, состоящую из двух частей. The device (figa) contains a lower yoke 1, an average yoke 2, an upper yoke 3, a
Сечение трех верхних участков стержней примерно вдвое меньше сечения нижних участков стержней, а сечение среднего ярма примерно вдвое меньше сечения нижнего ярма. The cross section of the three upper sections of the rods is approximately half that of the lower sections of the rods, and the cross section of the average yoke is approximately half that of the lower yoke.
Сечением верхних участков стержней и среднего ярма на стадии проектирования трансформатора можно варьировать (изменять), предопределяя заранее диапазон регулирования выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора. The cross section of the upper sections of the rods and the average yoke at the design stage of the transformer can be varied (changed), predetermining in advance the range of regulation of the output voltage of the secondary winding of the transformer.
Верхние участки стержней выполняются короче нижних участков стержней, так как на них располагается только часть витков вторичной обмотки (около половины витков вторичной обмотки). The upper sections of the rods are shorter than the lower sections of the rods, since only a part of the turns of the secondary winding is located on them (about half of the turns of the secondary winding).
Первичная трехфазная обмотка обычная, как у любого другого трехфазного трансформатора; все витки каждой фазы первичной обмотки располагаются на нижних участках стержней соответственно. The primary three-phase winding is conventional, like any other three-phase transformer; all turns of each phase of the primary winding are located in the lower sections of the rods, respectively.
Вторичная обмотка, например, фазы А (а-х) состоит из двух частей, одна часть витков обмотки располагается на нижнем участке стержней, вторая часть витков обмотки располагается на верхнем участке стержней. The secondary winding, for example, phase A (a-x) consists of two parts, one part of the turns of the winding is located on the lower section of the rods, the second part of the turns of the winding is located on the upper section of the rods.
Витки обеих частей соединяются последовательно и согласно, образуя одну вторичную фазную обмотку. The turns of both parts are connected in series and in accordance, forming one secondary phase winding.
Аналогично соединяются витки двух других фазных обмоток трансформатора на других стержнях соответственно. Similarly, the turns of two other phase windings of the transformer are connected on other rods, respectively.
Отношением числа витков, расположенных на верхнем участке стержня, к числу витков, расположенных на нижнем участке стержня, можно заранее, т.е. на стадии проектирования, задавать необходимый диапазон регулирования напряжения вторичной обмотки. By the ratio of the number of turns located in the upper portion of the rod to the number of turns located in the lower portion of the rod, it is possible in advance, i.e. at the design stage, set the required voltage regulation range of the secondary winding.
Общее число витков вторичной обмотки определяет величину наибольшего выходного напряжения Umax2. При оптимальном положении подвижного цилиндра, т.е. при наименьшем магнитном сопротивлении верхнего ярма, Umax2 должно быть не менее 1,1Uном2, так как дальнейшее регулирование, т.е. перемещение подвижного цилиндра, будет увеличивать магнитное сопротивление и уменьшать выходное напряжение вторичной обмотки трансформатора.The total number of turns of the secondary winding determines the magnitude of the largest output voltage U max2 . With the optimal position of the movable cylinder, i.e. at the smallest magnetic resistance of the upper yoke, U max2 should be at least 1.1U nom2 , since further regulation, i.e. moving the movable cylinder will increase the magnetic resistance and reduce the output voltage of the secondary winding of the transformer.
Верхнее ярмо 3 может быть выполнено из двух частей (фиг.2), первая часть неподвижная (ее может и не быть) жестко соединяет концы верхних стержней магнитной цепи в единое целое и представляет собой желоб (в сечении - полуокружность), в котором размещена вторая часть ярма - подвижный цилиндр. Цилиндр также состоит из двух продольных половин; одна половина цилиндра выполнена из ферромагнитного материала (пластин электротехнической стали), а вторая половина выполнена из диэлектрика (дерево, пластмасса, текстолит и т. п. ). Обе половины жестко соединены между собой, образуя единый цилиндр, который можно плавно поворачивать в желобе вокруг своей оси вручную или с помощью электродвигателя (питающегося от цепи управления). The upper yoke 3 can be made of two parts (figure 2), the first part is stationary (it may not be) rigidly connects the ends of the upper rods of the magnetic circuit into a single unit and is a trough (in cross section - a semicircle) in which the second part of the yoke is a movable cylinder. The cylinder also consists of two longitudinal halves; one half of the cylinder is made of ferromagnetic material (plates of electrical steel), and the second half is made of dielectric (wood, plastic, textolite, etc.). Both halves are rigidly interconnected, forming a single cylinder, which can be smoothly rotated in the groove around its axis manually or using an electric motor (powered by a control circuit).
На стадии проектирования для увеличения диапазона регулирования неподвижную часть верхнего ярма, соединяющую концы верхних участков стержней, можно исключить из устройства, оставляя только подвижный цилиндр, который будет поворачиваться в выемках (полуокружностях), предусмотренных непосредственно в самих концах верхних участков стержней (фиг.2б). At the design stage, to increase the control range, the fixed part of the upper yoke connecting the ends of the upper sections of the rods can be excluded from the device, leaving only a movable cylinder that will rotate in the recesses (semicircles) provided directly at the ends of the upper sections of the rods (Fig.2b) .
Верхнее ярмо может иметь и другую конструкцию. На фиг.2в, г, д, е показаны варианты конструкции верхнего ярма. На фиг.2в, г показано прямоугольное (в виде параллелепипеда) верхнее ярмо, которое может перемещаться вертикально или горизонтально, как указано стрелками на фиг.2г, или поворачиваться на шарнирах (фиг.2в). The upper yoke may have a different design. On figv, d, e, e shows the design options of the upper yoke. On figv, d shows a rectangular (in the form of a parallelepiped) upper yoke, which can move vertically or horizontally, as indicated by the arrows in fig.2d, or rotate on hinges (figv).
Можно аналогично перемещать только часть ярма, например половину ярма (фиг. 2д, е), когда не требуется более глубокий диапазон регулирования выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Only part of the yoke, for example, half of the yoke (Fig. 2e, e), can be similarly moved when a deeper range of regulation of the output voltage of the secondary winding of the transformer is not required.
Предлагаемое устройство является простым и удобным в эксплуатации. Плавным поворотом подвижного цилиндра можно плавно регулировать выходное напряжение трансформатора в диапазоне от 0,5U2ном до 1,1U2ном.The proposed device is simple and convenient to use. By smoothly turning the movable cylinder, the output voltage of the transformer can be smoothly adjusted in the range from 0.5U 2nom to 1.1U 2nom .
Диапазон регулирования можно изменять на стадии проектирования с помощью соответствующего подбора сечений участков стержней и количества витков вторичной обмотки на них. Регулирование можно производить как непосредственно под нагрузкой трансформатора, так и без нее. The control range can be changed at the design stage using the appropriate selection of sections of the sections of the rods and the number of turns of the secondary winding on them. Regulation can be done either directly under the load of the transformer, or without it.
Регулирование осуществляется за счет перераспределения магнитного потока, поэтому потерь активной мощности при регулировании нет, т.е. регулирование получается экономичным и безопасным. The regulation is carried out due to the redistribution of the magnetic flux; therefore, there are no active power losses during regulation, i.e. regulation is economical and safe.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001129279/09A RU2221296C2 (en) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | Regulated transformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001129279/09A RU2221296C2 (en) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | Regulated transformer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001129279A RU2001129279A (en) | 2003-07-20 |
| RU2221296C2 true RU2221296C2 (en) | 2004-01-10 |
Family
ID=32090422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001129279/09A RU2221296C2 (en) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | Regulated transformer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2221296C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2465672C1 (en) * | 2011-04-18 | 2012-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" | Transformer unit for electrified ac railroads |
-
2001
- 2001-10-30 RU RU2001129279/09A patent/RU2221296C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2465672C1 (en) * | 2011-04-18 | 2012-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" | Transformer unit for electrified ac railroads |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7193495B2 (en) | Magnetically influenced current or voltage regulator and a magnetically influenced converter | |
| RU2418332C1 (en) | Electric three-phase inductor with magnetic bias | |
| KR100886658B1 (en) | Magnetic controlled current or voltage regulator and transformer | |
| FI84210B (en) | Transformer with variable ratio for arc and plasma devices | |
| US4344126A (en) | Low ripple D.C. power supply | |
| US20140254056A1 (en) | Fault current limiter | |
| Zhu et al. | Power transformer design practices | |
| RU2221296C2 (en) | Regulated transformer | |
| RU2221297C1 (en) | Controllable shunt reactor | |
| WO2022021742A1 (en) | Wide-range multi-gear adjustable buck-boost user transformer | |
| CA2344815C (en) | Permanent magnetic core device | |
| US3418563A (en) | Single-phase transformer for electric arc welding | |
| Degeneff | A new concept for a solid-state on-load tap changers | |
| RU2262763C2 (en) | Adjustable welding transformer | |
| KR20160088570A (en) | Zero Load Tap For 30 kv Explosion Transformer | |
| RU2065654C1 (en) | Variable reactor | |
| CN111799074B (en) | Single-phase capacity-regulating voltage-regulating transformer | |
| US2042020A (en) | Amperage flow controlling device | |
| CN217692377U (en) | Transformer overhauls uses safe termination | |
| US1619753A (en) | Transformer for electric-arc-welding apparatus | |
| SU1379813A1 (en) | Variable-ratio transformer for arc and plasma installations | |
| EP0844626B1 (en) | Transformer | |
| RU2306212C2 (en) | Power supply source for mechanized welding | |
| CN110379602B (en) | Oil-immersed transformer | |
| RU1768363C (en) | Apparatus for ac arc welding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041031 |