RU2273909C1 - Electroinductive device - Google Patents

Electroinductive device Download PDF

Info

Publication number
RU2273909C1
RU2273909C1 RU2004123938/09A RU2004123938A RU2273909C1 RU 2273909 C1 RU2273909 C1 RU 2273909C1 RU 2004123938/09 A RU2004123938/09 A RU 2004123938/09A RU 2004123938 A RU2004123938 A RU 2004123938A RU 2273909 C1 RU2273909 C1 RU 2273909C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
winding
control
core
network
rod
Prior art date
Application number
RU2004123938/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
нцев Александр Михайлович Бр (RU)
Александр Михайлович Брянцев
Original Assignee
Александр Михайлович Брянцев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Михайлович Брянцев filed Critical Александр Михайлович Брянцев
Priority to RU2004123938/09A priority Critical patent/RU2273909C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2273909C1 publication Critical patent/RU2273909C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering; high-voltage supply mains.
SUBSTANCE: proposed device that can be used as variable inductive reactance apparatus designed to control reactive power and voltage and to limit surge voltages has shell-core magnetic circuit with core or cores split in two equal parts, each part mounting control winding coils wound on each part of core and supply mains winding placed as a whole on core; novelty is that cross-sectional area of supply mains winding is larger by two to five times than that of control winding and total height of mains and control windings is 1.1 to 1.9 times greater than that of core carrying them. In this way overload capacity of device is raised by 1.5-3 times while nonlinear distortions in supply current are maintained within desired level throughout entire control range.
EFFECT: enhanced overload capacity of device and operating stability of power system.
2 cl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных электрических сетях в качестве управляемого по величине индуктивного сопротивления для регулирования реактивной мощности, напряжения, ограничения перенапряжений, повышения устойчивости работы энергосистем.The present invention relates to the field of electrical engineering and can be used in high-voltage electrical networks as a magnitude-controlled inductance for regulating reactive power, voltage, limiting overvoltage, increasing the stability of power systems.

Известно электроиндукционное устройство, так называемый управляемый шунтирующий реактор трансформаторного типа, являющийся аналогом настоящего изобретения [1]. Регулирование индуктивности аналога достигается закорачиванием секций его обмотки управления ключевым устройством (полупроводниковым ключом или механическим выключателем). Допустимый уровень нелинейных искажений потребляемого сетевой обмоткой тока при регулировании мощности и его синусоидальность в номинальном режиме достигается в аналоге тем, что при полностью закороченных секциях обмотки управления, потребляемая мощность реактора равна его номинальной мощности, то есть номинальная индуктивность аналога равна взаимной индуктивности сетевой и управляющей обмоток. Недостатком аналога является то, что он не обладает перегрузочной способностью по потребляемой мощности, в то время как способность электроиндукционного устройства к 2-3 кратной перегрузке в процессе эксплуатации повышает его эффективность, в части обеспечения устойчивости работы электрической сети в нормальных и аварийных режимах, и в части ограничения перенапряжений в точке подключения.Known electrical induction device, the so-called controlled shunt reactor of transformer type, which is an analogue of the present invention [1]. The analog inductance is controlled by shorting the sections of its control winding with a key device (a semiconductor key or a mechanical switch). The permissible level of nonlinear distortion of the current consumed by the network winding during power control and its sinusoidality in the nominal mode is achieved in the analogue by the fact that with completely shorted sections of the control winding, the reactor power consumption is equal to its rated power, i.e. the nominal inductance of the analog is equal to the mutual inductance of the network and control windings . The disadvantage of the analogue is that it does not have overload capacity in terms of power consumption, while the ability of an electro-induction device to 2-3 times overload during operation increases its efficiency, in terms of ensuring the stability of the electrical network in normal and emergency conditions, and in parts of surge protection at the connection point.

Частично, недостатки аналога [1] устранены в известном электроиндукционном устройстве [2], так называемом управляемом подмагничиванием шунтирующем реакторе, являющемся прототипом предлагаемого изобретения. Регулирование индуктивности прототипа осуществляется подмагничиванием магнитопровода постоянным током обмотки управления. Допустимый уровень нелинейных искажений в токе сетевой обмотки достигается тем, что в номинальном режиме магнитопровод насыщается до полупериодного (полупредельного) насыщения. За счет еще большего насыщения магнитной цепи, вплоть до полнопериодного (предельного), в прототипе можно достичь потребляемой мощности, превышающей номинальную [3]. Недостатком прототипа является то, что его технически целесообразный уровень перегрузки, достигаемый за счет подмагничивания, не превышает 30-40% от номинальной мощности устройства.Partially, the disadvantages of the analogue [1] are eliminated in the known electro-induction device [2], the so-called magnetization-controlled shunt reactor, which is the prototype of the present invention. The regulation of the inductance of the prototype is carried out by magnetizing the magnetic circuit with a constant current control winding. The permissible level of nonlinear distortion in the current of the network winding is achieved by the fact that in the nominal mode the magnetic circuit is saturated to half-period (half-limit) saturation. Due to the even greater saturation of the magnetic circuit, up to a full-period (limit), in the prototype it is possible to achieve a power consumption exceeding the nominal [3]. The disadvantage of the prototype is that its technically feasible level of overload, achieved through bias, does not exceed 30-40% of the rated power of the device.

Целью изобретения является увеличение перегрузочной способности электроиндукционного устройства по мощности до 1,5-3 раз при сохранении допустимого уровня нелинейных искажений сетевого тока во всем диапазоне регулирования.The aim of the invention is to increase the overload capacity of the electric induction device in power up to 1.5-3 times while maintaining an acceptable level of non-linear distortion of the mains current in the entire control range.

Поставленная цель достигается тем, что в электроиндукционном устройстве, содержащем бронестержневой магнитопровод с расщепленным на две одинаковые части стержнем (стержнями), на каждой части которого (которых) расположены секции обмотки управления, охватывающие каждую из частей стержня, и секции сетевой обмотки, охватывающие стержень целиком, поперечное сечение сетевой обмотки от 2-х до 5-ти раз превышает поперечное сечение обмотки управления, а суммарная высота сетевой и управляющей обмоток от 1,1 до 1,9 раза превышает высоту охватываемого ими стержня. В предлагаемом электроиндукционном устройстве взаимная индуктивность сетевой и управляющей обмоток может составлять от 1/3 до 2/3 его номинальной индуктивности.This goal is achieved in that in an electro-induction device containing an armored rod magnetic circuit with a rod (s) split into two identical parts, on each part of which (which) are located sections of the control winding, covering each part of the rod, and sections of the network winding, covering the entire rod , the cross section of the network winding is 2 to 5 times greater than the cross section of the control winding, and the total height of the network and control windings is 1.1 to 1.9 times the height of the covered about them the core. In the proposed electro-induction device, the mutual inductance of the network and control windings can be from 1/3 to 2/3 of its rated inductance.

Сущность предлагаемого устройства поясняется схемой (Фиг.1), характерными осциллограммами тока и напряжения (Фиг.2) и конструкцией (Фиг.3). Предлагаемое электроиндукционное устройство содержит бронестержневой магнитопровод с расщепленным на две части стержнем 1, на котором расположены секции обмотки управления 2, охватывающие каждую из частей стержня 1 и сетевая обмотка 3, охватывающая стержень 1 целиком.The essence of the proposed device is illustrated by the circuit (Figure 1), characteristic waveforms of current and voltage (Figure 2) and design (Figure 3). The proposed electric induction device comprises an armored rod magnetic circuit with a rod 1 split into two parts, on which sections of the control winding 2 are located, covering each of the parts of the rod 1 and the network winding 3, covering the entire rod 1.

Бронестержневой магнитопровод может исполняться как в однофазном, так и в трехфазном вариантах (см. Фиг.1). Выводами А, В, С, О сетевая обмотка 3 подключается к высоковольтной сети Uc. К выводам а, в, с обмотки управления 2 подключен синхронизированный ключевой элемент КЭ (полупроводниковый ключ или механический выключатель). К выводам средних точек обмотки управления +,- подключается источник регулируемого по величине управляющего напряжения Uy.Armored core can be performed both in single-phase and in three-phase versions (see Figure 1). By outputs A, B, C, O, the network winding 3 is connected to a high-voltage network U c . To the conclusions a, b, from the control winding 2 is connected a synchronized key element KE (semiconductor key or mechanical switch). To the conclusions of the midpoints of the control winding +, - a source of variable control voltage U y is connected.

Предлагаемое электроиндукционное устройство работает следующим образом. При подключении сетевой обмотки 3 к высоковольтной сети Uc и нулевом значении управляющего напряжения Uy в магнитопроводе возникают переменные магнитные потоки, аналогичные магнитным потокам, например двухобмоточных трансформаторов в режиме холостого хода [2]. При этом стержень 1 и остальные участки магнитопровода находятся в ненасыщенном состоянии (максимальное значение индукции магнитного потока не превосходит индукции насыщения электротехнической стали). Как следствие, индуктивность сетевой обмотки максимальна по величине, а потребляемый ею сетевой ток Ic≈0. Этот режим, который принято называть режимом холостого хода, показан на Фиг.2 в интервале времени 0-t1.The proposed electric induction device operates as follows. When connecting the network winding 3 to the high-voltage network U c and the zero value of the control voltage U y , alternating magnetic fluxes appear in the magnetic circuit, similar to magnetic fluxes, for example, double-winding transformers in idle mode [2]. In this case, the rod 1 and the remaining sections of the magnetic circuit are in an unsaturated state (the maximum value of the magnetic flux induction does not exceed the saturation induction of electrical steel). As a result, the inductance of the network winding is maximum in magnitude, and the mains current consumed by it is I c ≈0. This mode, which is commonly called the idle mode, is shown in FIG. 2 in the time interval 0-t 1 .

При появлении управляющего напряжения Uy, в расщепленном на две части стержне 1 возникают и начинают возрастать потоки подмагничивания, одинаковые по величине и направленные в противоположные стороны [2]. Насыщение стержня 1 этими потоками уменьшает индуктивность сетевой обмотки 3 и, как следствие, сетевой ток Ic возрастает (см. графики Фиг.2 в интервале (t1-t2). В номинальном режиме (интервал t2-t3 на Фиг.2), когдаWhen the control voltage U y appears, in the rod 1 split into two parts, magnetization fluxes of the same magnitude and directed in opposite directions arise and begin to increase [2]. The saturation of the rod 1 with these flows reduces the inductance of the network winding 3 and, as a result, the network current I c increases (see the graphs of Figure 2 in the interval (t 1 -t 2 ). In the nominal mode (interval t 2 -t 3 in FIG. 2) when

Figure 00000002
Figure 00000002

где Ic - действующий ток сетевой обмотки;where I c is the effective current of the network winding;

Iн - номинальный ток устройства,I n - rated current of the device,

в устройстве возникает режим полупериодного насыщения [2]. Полупериодное насыщение обеспечивает синусоидальность сетевого тока Ic в номинальном режиме и допустимый уровень искажений его формы в промежуточных режимах потребления мощности (интервал t1-t2 на фиг. 2). При дальнейшем подмагничивании стержня 1 управляющим напряжением Uy сетевой ток Ic начинает превышать номинальное значение тока устройства (см. интервал t3-t4 на фиг.2) вплоть до тока полнопериодного насыщения:a half-period saturation mode occurs in the device [2]. Half-period saturation provides the sinusoidality of the mains current I c in the nominal mode and the permissible level of distortion of its shape in the intermediate modes of power consumption (interval t 1 -t 2 in Fig. 2). With further magnetization of the rod 1 by the control voltage U y, the network current I c begins to exceed the rated value of the device current (see interval t 3 -t 4 in figure 2) up to the full-cycle saturation current:

Figure 00000003
Figure 00000003

где IП - ток полнопериодного насыщения устройства.where I P - current full-time saturation of the device.

При полупериодном насыщении (см. интервал t4-t5 на фиг.2) ток сетевой обмотки Ic, также как в номинальном режиме, имеет синусоидальную форму.When half-period saturation (see interval t 4 -t 5 in figure 2), the current of the network winding I c , as in the nominal mode, has a sinusoidal shape.

При полнопериодном насыщении обе части стержня 1 все время находятся в насыщенном состоянии (индукция в них превышает значение индукции насыщения электротехнической стали) и их дальнейшее подмагничивание уже не влияет на величину потребляемого сетевого тока Ic [3]. Поэтому последующее увеличение сетевого тока Iс выполняется путем закорачивания выводов а, в, с обмотки управления ключевым устройством КЭ. При полном закорачивании выводов а, в, с сетевой ток Iс становится максимально возможным (интервал (t5-t6 на Фиг.2):With full-period saturation, both parts of the rod 1 are in a saturated state all the time (the induction in them exceeds the saturation induction value of electrical steel) and their further magnetization no longer affects the value of the consumed mains current I c [3]. Therefore, a subsequent increase in the mains current I s is performed by shorting the terminals a, b, c of the control winding of the key device KE . With the complete shorting of the conclusions a, b, c, the mains current I s becomes the maximum possible (interval (t 5 -t 6 in figure 2):

Figure 00000004
Figure 00000004

где Imax - максимально возможный ток сетевой обмотки.where I max is the maximum possible current of the network winding.

Как видно из приведенных на Фиг.2 графиков, поясняющих работу устройства, регулирование сетевого тока Ic от холостого хода до 1,33 номинального (In) выполняется подмагничиванием стержня 1. Последующая регулировка сетевого тока до 2 раз от номинального (Imax) осуществляется закорачиванием выводов обмотки управления 2.As can be seen from the graphs in Fig. 2, explaining the operation of the device, the regulation of the mains current I c from idle to 1.33 nominal (I n ) is carried out by magnetizing the rod 1. Subsequent adjustment of the mains current up to 2 times from the nominal (I max ) is carried out shorting the terminals of the control winding 2.

Степень перегрузки устройства за счет подмагничивания зависит от отношения поперечного сечения сетевой обмотки Sco к поперечному сечению обмотки управления Soy (Фиг.3). На степень перегрузки за счет закорачивания выводов а, в, с обмотки управления 2, кроме отношения поперечных сечений обмоток влияет также отношение суммарной высоты этих обмоток Нсооу к высоте стержня Нст (см.Фиг.3). Для получения требуемой эффективности работы устройства, в зависимости от точки подключения и предъявляемых к нему требований, технически целесообразным является обеспечение 1,2÷1,5 кратной перегрузки по току за счет подмагничивания и 1,5÷3,0 кратной перегрузки за счет закорачивания обмотки управления.The degree of overload of the device due to magnetization depends on the ratio of the cross section of the network winding S co to the cross section of the control winding S oy (Figure 3). The degree of congestion due to shorting terminals a, b, c control windings 2, except for the relationship of cross-sections of the windings also affects the ratio of the total height H of the coils with + H ou rod to the height H o (sm.Fig.3). To obtain the required operating efficiency of the device, depending on the connection point and the requirements for it, it is technically feasible to provide 1.2 ÷ 1.5 times the current overload due to magnetization and 1.5 ÷ 3.0 times the overload due to shorting the winding management.

Диапазон 1,5÷3 кратной перегрузки устройства по мощности, из которого 1,2÷1,5 кратная перегрузка осуществляется за счет подмагничивания, обеспечивается при следующих соотношениях параметров конструкции:The range of 1.5 ÷ 3 times the overload of the device in terms of power, of which 1.2 ÷ 1.5 times the overload is carried out due to magnetization, is provided with the following ratios of design parameters:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где Sco - поперечное сечение сетевой обмотки,where S co is the cross section of the network winding,

Soy - поперечное сечение обмотки управления.S oy is the cross section of the control winding.

Интегральным критерием выполнения приведенных выше соотношений уже изготовленного устройства является отношение взаимной индуктивности сетевой и управляющей обмоток к его номинальной индуктивности. При выполнении условий (4) и (5) взаимная индуктивность сетевой и управляющей обмоток составляет от 1/3 до 2/3 номинальной индуктивности устройства.An integral criterion for fulfilling the above ratios of a device already manufactured is the ratio of the mutual inductance of the network and control windings to its nominal inductance. When conditions (4) and (5) are fulfilled, the mutual inductance of the network and control windings is from 1/3 to 2/3 of the rated inductance of the device.

По сравнению с аналогом и прототипом предлагаемое изобретение обладает преимуществом - расширенным до 1,5-3 раз диапазоном потребления мощности по отношению к номинальной. При этом искажение сетевого тока во всем диапазоне регулирования не превышает искажений сетевого тока прототипа. Кроме того, на регулировочной характеристике устройства есть особые точки, где ток сетевой обмотки практически синусоидален: в номинальном режиме, режиме полнопериодного насыщения, режиме максимального потребления мощности.Compared with the analogue and prototype, the present invention has the advantage of expanding the range of power consumption up to 1.5-3 times in relation to the nominal. Moreover, the distortion of the mains current in the entire control range does not exceed the distortions of the mains current of the prototype. In addition, there are special points on the control characteristic of the device where the current of the mains winding is almost sinusoidal: in nominal mode, full-period saturation mode, maximum power consumption mode.

Работоспособность предлагаемого электроиндукционного устройства подтверждена расчетами, физическим моделированием и испытаниями макета.The performance of the proposed electro-induction device is confirmed by calculations, physical modeling and testing of the layout.

ЛитератураLiterature

1. Александров Г.Н. К методике расчета управляемых шунтирующих реакторов трансформаторного типа. Электричество. 1998. №4. Стр.15-20.1. Alexandrov G.N. On the methodology for calculating controlled transformer-type shunt reactors. Electricity. 1998. No. 4. Page 15-20.

2. Брянцев A.M. Управляемые подмагничиванием электрические реакторы - как элемент электроэнергетической системы. Электротехника. 2003. №1. Стр.2-4.2. Bryantsev A.M. Magnetization controlled electric reactors - as an element of the electric power system. Electrical Engineering 2003. No1. Page 2-4.

3. Брянцев A.M. Подмагничиваемые ферромагнитные устройства с предельным насыщением участков магнитной системы. Электричество. 1986. №2. Стр.23-29.3. Bryantsev A.M. Magnetizable ferromagnetic devices with extreme saturation of sections of the magnetic system. Electricity. 1986. No. 2. Page 23-29.

Claims (2)

1. Электроиндукционное устройство, содержащее бронестержневой магнитопровод с расщепленным на две одинаковые части стержнем (стержнями), на каждой части которого (которых) расположены секции обмотки управления, охватывающие каждую из частей стержня, и секции сетевой обмотки, охватывающие стержень целиком, поперечное сечение сетевой обмотки в 2 - 5 раз превышает поперечное сечение обмотки управления, а суммарная высота сетевой и управляющей обмоток в 1,1 - 1,9 раза превышает высоту охватываемого ими стержня.1. An electro-induction device comprising an armored rod magnetic core with a rod (s) split into two identical parts, on each part of which (which) are located sections of the control winding, covering each part of the rod, and sections of the network winding, covering the entire rod, the cross section of the network winding 2–5 times the cross-section of the control winding, and the total height of the network and control windings is 1.1–1.9 times the height of the rod covered by them. 2. Электроиндукционное устройство по п.1, отличающееся тем, что взаимная индуктивность сетевой и управляющей обмоток составляет от 1/3 до 2/3 его номинальной индуктивности.2. The electro-induction device according to claim 1, characterized in that the mutual inductance of the network and control windings is from 1/3 to 2/3 of its rated inductance.
RU2004123938/09A 2004-08-06 2004-08-06 Electroinductive device RU2273909C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004123938/09A RU2273909C1 (en) 2004-08-06 2004-08-06 Electroinductive device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004123938/09A RU2273909C1 (en) 2004-08-06 2004-08-06 Electroinductive device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2273909C1 true RU2273909C1 (en) 2006-04-10

Family

ID=36459172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004123938/09A RU2273909C1 (en) 2004-08-06 2004-08-06 Electroinductive device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2273909C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU170261U1 (en) * 2016-11-16 2017-04-19 Александр Михайлович Брянцев THREE-PHASE ELECTRIC INDUCTION DEVICE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БРЯНЦЕВ А.М., Подмагничиваемые ферромагнитные устройства с предельным насыщением участков магнитной системы. Электричество, 1986, №2, с.23-29. *
БРЯНЦЕВ А.М., Управляемые подмагничиванием электрические реакторы - как элемент электроэнергетической системы, Электротехника, 2003, №1, с.2-4. АЛЕКСАНДРОВ Г.Н., К методике расчета управляемых шунтирующих реакторов трансформаторного типа, Электричество, 1998, №4, с.15-20. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU170261U1 (en) * 2016-11-16 2017-04-19 Александр Михайлович Брянцев THREE-PHASE ELECTRIC INDUCTION DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6809941B2 (en) Power system having a power factor correction circuit
US8923026B2 (en) Power conversion circuits
CN110546731B (en) Circuit breaker
EP1971016A2 (en) Arrangement for the suppression of current harmonics
US7847663B2 (en) Filtering choke arrangement
RU123598U1 (en) THREE PHASE CONTROLLED REACTOR
RU2691450C1 (en) Smoothing-current-limiting reactor of filter device of railway traction substation
JP6609063B2 (en) Power conversion device, power conversion system, and method of using power conversion system
RU2273909C1 (en) Electroinductive device
RU2352010C2 (en) Adjustable autotransformation reactor
KR20150045364A (en) Transformer
RU2508584C1 (en) Automatic adjustment method of arc-suppression reaction coil
RU2324251C1 (en) Electrical reactor with magnetic biasing
RU213924U1 (en) Transformer with a reduced value of the magnetizing current when working under load
RU2253174C1 (en) Power supply and three-phase load
RU2340028C1 (en) Method of short circuit current limitation in main
RU2518149C2 (en) Controlled reactor with three-leg core
RU2501149C2 (en) Three-phase asynchronous welding generator with three stator windings
CN107123993B (en) Switching circuit
Badawy et al. Representation of transformer saturation
RU2709454C1 (en) Rectifier
RU2263991C2 (en) Controlled reactor-autotransformer
SU919013A1 (en) Device for grounding transformer neutral
US20240097428A1 (en) Circuit breaker
WO2007035110A9 (en) Autotransformer device with magnetic air gap

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20070306

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20121206

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20121206

Effective date: 20130805

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20121206

Effective date: 20150121

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150807

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160520

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170314

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170807

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180521

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190807

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210916