RU2324251C1 - Electrical reactor with magnetic biasing - Google Patents
Electrical reactor with magnetic biasing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2324251C1 RU2324251C1 RU2006146290/09A RU2006146290A RU2324251C1 RU 2324251 C1 RU2324251 C1 RU 2324251C1 RU 2006146290/09 A RU2006146290/09 A RU 2006146290/09A RU 2006146290 A RU2006146290 A RU 2006146290A RU 2324251 C1 RU2324251 C1 RU 2324251C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- winding
- resistor
- resistance
- diode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети в качестве дугогасящих реакторов в сетях с изолированной нейтралью, для компенсации реактивной мощности и др.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used for magnetization controlled reactors installed, for example, in an electric network as arc suppression reactors in networks with insulated neutral, to compensate for reactive power, etc.
Известен электрический реактор с подмагничиванием - управляемый подмагничиванием дугогасящий реактор типа РУОМ [1]. В этом устройстве-аналоге имеется бронестержневая совмещенная («двухэтажная») магнитная система с верхним, нижним, средним и двумя боковыми ярмами, соосными верхним и нижним стержнями. На стержнях расположены обмотки, состоящие из двух частей, имеется система управления. Недостатками аналога является сниженная надежность из-за наличия в обмотке регулировочной части, при коротком замыкании которой в обмотках возникают большие электродинамические силы, а также увеличенные потери в стали и расход стали в ярмах.Known electric reactor with magnetization - controlled by magnetization arc suppression reactor type RUOM [1]. This analog device has an armored rod combined (“two-story”) magnetic system with upper, lower, middle and two side yokes, coaxial upper and lower rods. On the rods are windings, consisting of two parts, there is a control system. The disadvantages of the analogue are reduced reliability due to the presence of an adjustment part in the winding, during short circuit of which large electrodynamic forces appear in the windings, as well as increased losses in steel and steel consumption in yokes.
Частично недостатки реактора [1] устранены в устройстве, являющемся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению [2]. В известном электрическом реакторе с подмагничиванием имеется шихтованная из листов электротехнической стали магнитная система с верхним, нижним, средним и двумя боковыми ярмами, соосными верхним и нижним стержнями, расположенными на стержнях верхней и нижней обмотками, каждая из которых состоит из двух частей, причем начала двух обмоток подключены к одному вводу реактора, а концы - к второму вводу, и система управления, между боковыми ярмами и средним ярмом выполнены немагнитные зазоры. В реактор введены два полупроводниковых диода, при этом первый диод анодом подключен к концу одной части первой обмотки, а катодом - к началу второй части первой обмотки, второй диод катодом подключен к концу одной части второй обмотки, а анодом - к началу второй части второй обмотки, причем упомянутая система управления подключена к аноду и катоду каждого диода. Недостатками прототипа является сниженная надежность из-за наличия четырех частей обмоток и сложной системы управления, увеличение затрат активных материалов из-за наличия еще одного изоляционного канала между частями обмоток, увеличенные по этим же причинам трудозатраты при изготовлении, а также относительно большие масса и габариты резисторов (т.е. большая мощность резисторов) из-за необходимости отведения возникающих в них потерь, связанных с большими бросками обратного напряжения на диодах.Partially, the disadvantages of the reactor [1] are eliminated in the device, which is the closest in technical essence to the proposed invention [2]. In the known electric reactor with magnetization there is a magnetic system laden from sheets of electrical steel with an upper, lower, middle and two side yokes, coaxial upper and lower rods located on the rods of the upper and lower windings, each of which consists of two parts, and the beginning of two the windings are connected to one input of the reactor, and the ends are connected to the second input, and the control system, non-magnetic gaps are made between the side yokes and the average yoke. Two semiconductor diodes are introduced into the reactor, while the first diode is connected to the end of one part of the first winding by the anode and the cathode to the beginning of the second part of the first winding, the second diode is connected by the cathode to the end of one part of the second winding and the anode to the beginning of the second part of the second winding wherein said control system is connected to the anode and cathode of each diode. The disadvantages of the prototype are the reduced reliability due to the presence of four parts of the windings and a complex control system, the increase in the cost of active materials due to the presence of another insulation channel between the parts of the windings, increased manufacturing costs for the same reasons, and also the relatively large mass and dimensions of the resistors (i.e., high power resistors) due to the need to eliminate the losses arising in them associated with large surges of the reverse voltage on the diodes.
Целью изобретения является увеличение надежности, снижение потерь, расхода стали и меди, трудозатрат при изготовлении, снижение мощности резисторов за счет введения в электрическую схему новых элементов, новых связей между элементами, упрощения конструкции обмоток, оптимизации соотношений сопротивлений резисторов.The aim of the invention is to increase reliability, reduce losses, consumption of steel and copper, labor costs in manufacturing, reduce the power of resistors by introducing new elements into the electrical circuit, new connections between elements, simplifying the design of windings, optimizing the ratios of resistors.
Поставленная цель достигается тем, что в электрическом реакторе с подмагничиванием, содержащем шихтованную из листов электротехнической стали магнитную систему с верхним, нижним, средним и двумя боковыми ярмами, соосными верхним и нижним стержнями, расположенными на стержнях верхней и нижней обмотками, а также два ввода, два полупроводниковых диода, первый и второй резисторы, причем начала двух обмоток подключены к первому вводу реактора, первый диод анодом подключен к концу первой обмотки, а второй диод катодом подключен к концу второй обмотки, дополнительно введены третий, четвертый резистор и тиристор, причем первый диод катодом подключен ко второму вводу, второй диод анодом подключен ко второму вводу, первый и второй резисторы подключены параллельно диодам, третий резистор подключен к концу первой обмотки и к концу второй обмотки, четвертый резистор подключен к концу первой обмотки и катоду тиристора, а анод тиристора подключен к концу второй обмотки. В предлагаемом электрическом реакторе с подмагничиванием сопротивление первого и второго резисторов может быть выбрано в диапазоне (0,01÷1,0)×Rxx, третий резистор может иметь сопротивление в диапазоне (R÷Rxx), четвертый резистор - сопротивление (1÷100)×R, где Rxx=U2/Pxx - сопротивление потерь реактора в режиме холостого хода, U - напряжение на реакторе, а Рхх - потери холостого хода, a R - сопротивление обмотки реактора.This goal is achieved by the fact that in an electric reactor with magnetization, containing a magnetic system laden from sheets of electrical steel with an upper, lower, middle and two side yokes, coaxial upper and lower rods located on the rods of the upper and lower windings, as well as two inputs, two semiconductor diodes, the first and second resistors, the beginning of two windings connected to the first input of the reactor, the first diode anode connected to the end of the first winding, and the second diode cathode connected to the end of the second windings, an additional third, fourth resistor and thyristor are introduced, with the first diode connected to the second input by the cathode, the second diode connected to the second input by the anode, the first and second resistors connected parallel to the diodes, the third resistor connected to the end of the first winding and to the end of the second winding, fourth a resistor is connected to the end of the first winding and the cathode of the thyristor, and the anode of the thyristor is connected to the end of the second winding. In the proposed electric reactor with magnetization, the resistance of the first and second resistors can be selected in the range (0.01 ÷ 1.0) × R xx , the third resistor can have a resistance in the range (R ÷ R xx ), the fourth resistor is resistance (1 ÷ 100) × R, where R xx = U 2 / P xx is the loss resistance of the reactor in idle mode, U is the voltage at the reactor, and P xx is the idle loss, and R is the resistance of the reactor winding.
Предлагаемый электрический реактор с подмагничиванием поясняется чертежами. На фиг.1 показана конструкция магнитной системы реактора с обмотками и электрическая схема реактора. На фиг.2 приведена схема трехфазной группы однофазных реакторов. На фиг.3 изображен реактор в трехфазном исполнении, а на фиг.4 дан вариант выполнения четвертого резистора.The proposed electric reactor with magnetization is illustrated by drawings. Figure 1 shows the design of the magnetic system of the reactor with windings and the electrical circuit of the reactor. Figure 2 shows a diagram of a three-phase group of single-phase reactors. Figure 3 shows the reactor in three-phase design, and figure 4 shows an embodiment of the fourth resistor.
Магнитная система 1 реактора, шихтованная из пластин электротехнической стали, содержит два соосных стержня - верхний 2 и нижний 3, два горизонтальных ярма - верхнее 4 и нижнее 5, два боковых ярма 6 и 7, среднее ярмо 8. На стержне 2 размещена верхняя обмотка 9, а на стержне 3 - нижняя обмотка 10.The magnetic system 1 of the reactor, laden from plates of electrical steel, contains two coaxial rods - the upper 2 and lower 3, two horizontal yokes - the upper 4 and lower 5, two side yokes 6 and 7, the average yoke 8. The
Начало обмотки 9 и начало обмотки 10 подсоединены к первому вводу А реактора. Первый диод 11 анодом подключен к концу первой обмотки 9, а катодом - ко второму вводу X. Второй диод 12 катодом подключен к концу второй обмотки 10, а анодом - ко второму вводу X.The beginning of winding 9 and the beginning of winding 10 are connected to the first input A of the reactor. The first diode 11 is connected by an anode to the end of the first winding 9 and the cathode to the second input X. The second diode 12 is connected by a cathode to the end of the second winding 10 and the anode to the second input X.
Первый резистор 13 подключен параллельно первому диоду 11, а второй резистор 14 - параллельно второму диоду 12.The first resistor 13 is connected in parallel with the first diode 11, and the second resistor 14 is connected in parallel with the second diode 12.
Между двумя концами обмоток 9 и 10 подключен третий резистор 15, а также цепь последовательно соединенных четвертого резистора 16 и тиристора 17.Between the two ends of the
Сопротивление первого и второго резисторов выбрано в диапазоне (0,01÷1,0)×Rxx, третий резистор имеет сопротивление в диапазоне (R÷Rxx), четвертый резистор - сопротивление (1÷100)×R, где Rxx=U2/Pxx - сопротивление потерь реактора в режиме холостого хода, U - напряжение на реакторе, а Рxx - потери холостого хода, a R - сопротивление обмотки реактора.The resistance of the first and second resistors is selected in the range (0.01 ÷ 1.0) × R xx , the third resistor has a resistance in the range (R ÷ R xx ), the fourth resistor has a resistance of (1 ÷ 100) × R, where R xx = U 2 / P xx is the loss resistance of the reactor in idle mode, U is the voltage at the reactor, and P xx is the loss of idle speed, and R is the resistance of the reactor winding.
В дугогасящих реакторах кроме обмоток 9 и 10 на стержнях может размещаться дополнительная маломощная сигнальная обмотка.In arc suppression reactors, in addition to
Предлагаемый реактор может быть выполнен для применения в трехфазной сети как трехфазная группа из трех однофазных реакторов по фиг.1 с их соединением, например, в треугольник. В этом случае пары вводов этих реакторов могут быть обозначены А и Х, В и Y, C и Z (фиг.2). Каждый элемент 18 схемы на фиг.2 обозначает однофазный реактор по фиг.1.The proposed reactor can be made for use in a three-phase network as a three-phase group of three single-phase reactors of figure 1 with their connection, for example, in a triangle. In this case, the pairs of inlets of these reactors can be designated A and X, B and Y, C and Z (figure 2). Each
Возможно изготовление реактора как трехфазного. В этом случае (фиг.3) «двухэтажный» магнитопровод 19 будет иметь три пары стержней и три пары обмоток 9 и 10, аналогичных стержням и обмоткам однофазного реактора по фиг.1. Соединение однофазных реакторов в трехфазную схему может быть выполнено, например, по схеме фиг.2.It is possible to manufacture the reactor as a three-phase. In this case (Fig. 3), the "two-story"
Для расширения функциональных возможностей реактора по фиг.1 третий резистор 15 может быть выполнен секционированным с переключателем 20 по схеме фиг.4. Сопротивления секций резистора можно подобрать так, чтобы при полностью закрытом тиристоре 17 при разных положениях переключателя 20 обеспечивались несколько фиксированных режимов реактора, например, режимы минимальной нагрузки, номинальной и максимально допустимой нагрузки.To expand the functionality of the reactor of FIG. 1, the
Рассмотрим работу реактора (фиг.1).Consider the operation of the reactor (figure 1).
При подключении вводов реактора А и X к сети переменного напряжения, установке угла регулирования α=0° тиристора 17, обеспечивающего его замыкание в течение полного периода частоты сети, и минимальном значении сопротивления четвертого резистора 16 (порядка долей сопротивления обмотки R, т.е. достаточно малой величины) концы обмоток 9 и 10 фактически закорачиваются, и реактор по существу превращается в два параллельно подключенных к сети трансформатора на холостом ходу (так как вторичные обмотки отсутствуют, а сопротивление третьего резистора достаточно велико). Таким образом, в этом случае возникает режим минимальной мощности реактора, называемый режимом холостого хода реактора (режимом XX).When connecting the inputs of the reactor A and X to the alternating voltage network, setting the control angle α = 0 ° of the thyristor 17, which ensures its closure during the full period of the network frequency, and the minimum value of the resistance of the fourth resistor 16 (of the order of the winding resistance fractions R, i.e. small enough) the ends of the
При подключенном реакторе к сети, установке угла регулирования α=180° тиристора 17, обеспечивающего его размыкание в течение полного периода частоты сети (т.е. размыкание цепи четвертого резистора 16 и тиристора 17), и максимальном значении сопротивления третьего резистора 15 по существу получаются две независимые подключенные к сети цепи, в каждой из которых имеется последовательно соединенные реактор с замкнутым стальным магнитопроводом и диод. Третий резистор 15 на эту ситуацию влияния практически не оказывает, т.к. его величина - доли Rxx - достаточно велика (Rxx=U2/Pxx, где U - напряжение на реакторе, а Рxx - потери холостого хода, причем Рxx - для ненасыщенных реакторов достаточно малая величина, стоящая в знаменателе). При последовательном соединении реактора с замкнутым стальным магнитопроводом и диода в токе появляется постоянная составляющая, насыщающая стальной стержень реактора. При полном насыщении (насыщении в течение всего периода частоты) переменная составляющая тока становится максимально возможной, равной примерно Iмакс=U/ωL, где ω=2πf, f - частота сети, L - индуктивность обмотки без стали. В сетевом токе присутствует только двойная переменная составляющая, т.к. равные постоянные составляющие в токах двух реакторов противоположны по знаку (из-за противоположного включения диодов). Таким образом, при этом втором крайнем режиме мощность реактора - максимально возможная.When the reactor is connected to the network, setting the control angle α = 180 ° of the thyristor 17, ensuring its opening during the full period of the network frequency (i.e., opening the circuit of the fourth resistor 16 and thyristor 17), and the maximum value of the resistance of the
При регулировании угла зажигания тиристора 17 в широких пределах α=0÷180° можно получить регулируемую мощность реактора от минимальной (режим XX) до максимально возможной (режим МАКС).When adjusting the ignition angle of thyristor 17 over a wide range of α = 0 ÷ 180 °, it is possible to obtain an adjustable reactor power from the minimum (XX mode) to the maximum possible (MAX mode).
Реально при разработке реактора нормируются (задаются) его номинальная мощность Sном (100%), минимальная мощность Sмин (например, 10%) и максимально допустимая Sмакс (например, 130%).In reality, when designing a reactor, its rated power S nom (100%), minimum power S min (for example, 10%) and maximum permissible S max (for example, 130%) are normalized (set).
Минимальная нормируемая мощность реактора Sмин может быть существенно больше минимально возможной мощности данного реактора - мощности холостого хода (обычно порядка 1% или даже менее). Поэтому для ограничения мощности реактора снизу нормируемой минимальной (например, 10%) устанавливается четвертый резистор 16 с сопротивлением в пределах от 0 до 10 R, где R - сопротивление обмотки реактора. Предельные значения сопротивления установлены расчетами на математической модели, результаты которых при необходимости могут быть дополнительно предоставлены.The minimum normalized reactor power S min can be significantly greater than the minimum possible power of a given reactor — idle power (usually about 1% or even less). Therefore, to limit the reactor power from below the normalized minimum (for example, 10%), a fourth resistor 16 is installed with a resistance ranging from 0 to 10 R, where R is the resistance of the reactor winding. Limit values of resistance are established by calculations on a mathematical model, the results of which, if necessary, can be additionally provided.
Максимально допустимая нормируемая мощность реактора Sмакс (например, 130%) может быть существенно меньше максимально возможной мощности данного реактора - так называемой мощности режима полнопериодного насыщения (для дугогасящих - до 200%). Такой режим может возникнуть при аварийном выходе из строя тиристора 17, в результате обмотки реактора могут перегреться и вывести реактор из строя. Поэтому для ограничения максимальной мощности реактора (например, 130%) устанавливается третий резистор 15 с сопротивлением в пределах от 0 до 10 Rxx. Предельные значения сопротивления 15 от 0 и 10 Rxx установлены также расчетами на математической модели.The maximum permissible standardized power of the reactor S max (for example, 130%) can be significantly less than the maximum possible power of the given reactor - the so-called power of the full-period saturation mode (for arc suppressors - up to 200%). This mode can occur during an emergency failure of the thyristor 17, as a result of the winding of the reactor can overheat and damage the reactor. Therefore, to limit the maximum power of the reactor (for example, 130%), a
Первый и второй резисторы 13 и 14 ограничивают скачки обратного напряжения на диодах 11 и 12. Выбор величины сопротивления этих резисторов - от 0,05 Rxx, до 0,5 Rxx. Этот оптимальный диапазон установлен расчетами, и выбор сопротивления зависит от класса напряжения диодов. Для диодов с меньшим классом напряжения должны соответствовать меньшие значения сопротивлений.The first and second resistors 13 and 14 limit the reverse voltage jumps on the diodes 11 and 12. The choice of the resistance value of these resistors is from 0.05 R xx to 0.5 R xx . This optimal range is established by calculations, and the choice of resistance depends on the voltage class of the diodes. For diodes with a lower voltage class, lower resistance values should correspond.
Работоспособность предлагаемого управляемого подмагничиванием электрического реактора и его высокие технико-экономические показатели подтверждены расчетами, физическим моделированием, результатами испытаний макета. В предложенном реакторе по сравнению с аналогами и прототипом увеличена надежность, снижены потери, уменьшен расход стали и меди, а также трудозатраты при изготовлении, снижены габариты и масса резисторов. На ближайшее время намечено изготовление опытных образцов для серийного производства.The performance of the proposed bias-controlled electric reactor and its high technical and economic indicators are confirmed by calculations, physical modeling, test results of the layout. In the proposed reactor, in comparison with analogues and prototype, the reliability is increased, losses are reduced, the consumption of steel and copper is reduced, as well as labor costs in manufacturing, the dimensions and weight of the resistors are reduced. In the near future it is planned to manufacture prototypes for mass production.
ЛитератураLiterature
1. Управляемые подмагничиванием электрические реакторы. Сб. статей. / Под ред. доктора техн. наук. проф. A.M.Брянцева. - М.: «Знак». 2004. 264 с.1. Bias-controlled electrical reactors. Sat articles. / Ed. doctors tech. sciences. prof. A.M. Bryantseva. - M .: “Sign”. 2004.264 s.
2. Электрический реактор с подмагничиванием. Патент РФ № RU 2269175 С1, заявка: 2004121196/09, 13.07.2004. Опубликовано: 27.01.2006, Бюл. №03.2. An electric reactor with magnetization. RF patent No. RU 2269175 C1, application: 2004121196/09, 07/13/2004. Published: January 27, 2006, Bull. No. 03.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006146290/09A RU2324251C1 (en) | 2006-12-26 | 2006-12-26 | Electrical reactor with magnetic biasing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006146290/09A RU2324251C1 (en) | 2006-12-26 | 2006-12-26 | Electrical reactor with magnetic biasing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2324251C1 true RU2324251C1 (en) | 2008-05-10 |
Family
ID=39800071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006146290/09A RU2324251C1 (en) | 2006-12-26 | 2006-12-26 | Electrical reactor with magnetic biasing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2324251C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011129717A1 (en) | 2010-04-14 | 2011-10-20 | Bryantsev Alexander Mikhailovich | Three-phase electrical reactor with magnetic biasing |
| RU2486619C1 (en) * | 2012-02-07 | 2013-06-27 | Александр Михайлович Брянцев | Electric three-phase inductor with magnetic bias |
-
2006
- 2006-12-26 RU RU2006146290/09A patent/RU2324251C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011129717A1 (en) | 2010-04-14 | 2011-10-20 | Bryantsev Alexander Mikhailovich | Three-phase electrical reactor with magnetic biasing |
| RU2486619C1 (en) * | 2012-02-07 | 2013-06-27 | Александр Михайлович Брянцев | Electric three-phase inductor with magnetic bias |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6617814B1 (en) | Integrated DC link choke and method for suppressing common-mode voltage in a motor drive | |
| EP2639952B1 (en) | Power converter and integrated DC choke therefor | |
| CN106877352B (en) | Stepless adjustable saturation compensation reactor | |
| US9287036B2 (en) | Supplementary transformer winding | |
| US7112946B2 (en) | Transformer with selectable input to output phase angle relationship | |
| JP2009273355A (en) | Apparatus for transmitting electric power | |
| RU2324251C1 (en) | Electrical reactor with magnetic biasing | |
| KR20190126718A (en) | Power converting apparatus having scott transformer | |
| CN102823122A (en) | Modular multi -level power converter with second and third order harmonics reduction filter | |
| KR101883562B1 (en) | Apparatus and method for controling phase current of dab converter | |
| US20130293010A1 (en) | Current supply arrangement with a first and a second current supply device, wherein the second current supply device is connected to the first current supply device | |
| EP3043362A1 (en) | Voltage-regulation-transformer | |
| CN202258681U (en) | Three-phase four-column intermediate-frequency transformer capable of providing zero-sequence path | |
| CN210403486U (en) | Multi-body power saving equipment and control circuit thereof | |
| RU2340975C1 (en) | Three-phase electric reactor with magnetisation | |
| US3621428A (en) | Electrical windings and method of constructing same | |
| KR101849001B1 (en) | Transducer for high voltage and current | |
| Fernando et al. | Solid state transformer parallel operation with a tap changing line frequency transformer | |
| JP7487312B2 (en) | Power electronic on-load tap changer with reduced number of taps. | |
| Lee et al. | Integrated Coupled-Inductor Based Current and Voltage Balancing Technique for Parallel-Connected Triple-Active-Bridge Converters | |
| KR101374647B1 (en) | Compact type three phase electric pole transformer | |
| RU2817038C1 (en) | Converter transformer | |
| CN109074950B (en) | High-voltage electrical device with regulating winding group | |
| RU2273909C1 (en) | Electroinductive device | |
| JPH06310350A (en) | Heterocapacitance load three-phase scott connection transformer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20110428 |
|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20110428 Effective date: 20110726 |
|
| QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20110428 Effective date: 20150302 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170124 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180507 Effective date: 20180507 |
|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180507 Effective date: 20190329 |