RU2339109C1

RU2339109C1 - Three-phase ring reactor

Info

Publication number: RU2339109C1
Application number: RU2007126096/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Богдан (RU); Александр Владимирович Богдан; Валентин Викторович Ермаков (RU); Валентин Викторович Ермаков; Виталий Викторович Ермаков (RU); Виталий Викторович Ермаков; Константин Викторович Перекопский (RU); Константин Викторович Перекопский; Николай Алексеевич Сингаевский (RU); Николай Алексеевич Сингаевский; Владимир Валентинович Тропин (RU); Владимир Валентинович Тропин
Original assignee: Дочернее открытое акционерное общество "Электрогаз" Открытого акционерного общества "ГАЗПРОМ"; Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛЕКТРОСПЕКТР"
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2008-11-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is attributed to electric engineering and can be used in reactive power compensators. Three-phase ring reactor contains magnetic conductor and three phase power windings. Magnetic conductor contains two side twisted ring-type magnetic conductors and interleaved rectangular teeth. The teeth are glued by their butt ends onto polished surface of the first side magnetic conductor, and by their opposite butt ends adjoin to polished surface of the second magnetic conductor through gasket of calibrated thickness made of non-magnetic material. Each phase power winding has two poles and is made of identical coils. Windings of each coil wrap one of the teeth. Each phase winding is located on 1/3 of surface of the first ring magnetic conductor and takes 1/3 of each polar pitch.

EFFECT: improvement of electric power quality in electric power lines, good manufacturability, mass and dimensions specific parameters reduction which leads to cost reduction.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в реакторах компенсаторов реактивной мощности с целью повышения качества электроэнергии в электрических сетях.The invention relates to the field of electric power and can be used in reactors of reactive power compensators in order to improve the quality of electric power in electric networks.

Электрические реакторы разнообразных конструкций известны. Известен, например, реактор компенсатора реактивной мощности (патент РФ №50042 на полезную модель, H02J 3/18, 2005 [1]), содержащий двухстержневой магнитопровод и сетевые обмотки, расположенные на стержнях.Electrical reactors of various designs are known. Known, for example, a reactive power factor compensator reactor (RF patent No. 50042 for utility model, H02J 3/18, 2005 [1]), containing a two-core magnetic circuit and network windings located on the rods.

Недостатками указанного аналога являются однофазное исполнение и стержневая конструкция магнитопровода реактора, что обуславливает повышенный расход активных материалов (стали и меди) при трехфазном его исполнении. В результате возрастает металлоемкость и увеличиваются линейные размеры реактора.The disadvantages of this analogue are the single-phase design and the core structure of the reactor magnetic circuit, which leads to increased consumption of active materials (steel and copper) in its three-phase design. As a result, the metal consumption increases and the linear dimensions of the reactor increase.

Наиболее близким к заявляемому трехфазному кольцевому реактору является электрический управляемый подмагничиванием трехфазный реактор (патент РФ №2132581 на изобретение, H01F 29/14, 21/08, 1999 [2]), который содержит три замкнутых однофазных стержневых магнитопровода, каждый из которых имеет два стержня, а также двухсекционную сетевую обмотку и двухсекционную обмотку управления, при этом секции сетевой обмотки, размещенные на каждом магнитопроводе, соединены параллельно и присоединены к трехфазной сети.Closest to the claimed three-phase ring reactor is an electric bias-controlled three-phase reactor (RF patent No. 2132581 for the invention, H01F 29/14, 21/08, 1999 [2]), which contains three closed single-phase rod magnetic circuits, each of which has two rods as well as a two-section network winding and a two-section control winding, while sections of the network winding located on each magnetic circuit are connected in parallel and connected to a three-phase network.

Недостатками указанного устройства являются его конструктивная сложность, выражающаяся в множественности конструктивных и функциональных связей, снижающих надежность устройства, а также стержневая конструкция магнитопроводов, ведущая к повышенному расходу активных материалов при изготовлении реактора и увеличению его себестоимости.The disadvantages of this device are its structural complexity, expressed in the multiplicity of structural and functional connections that reduce the reliability of the device, as well as the core design of the magnetic cores, leading to increased consumption of active materials in the manufacture of the reactor and increase its cost.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является упрощение настройки на требуемую индуктивность, повышение технологичности изготовления, снижение удельных массогабаритных показателей, что приводит к снижению себестоимости трехфазного реактора.The technical result provided by the claimed invention is to simplify tuning to the required inductance, increase manufacturability, reduce specific weight and size indicators, which reduces the cost of a three-phase reactor.

Сущность изобретения состоит в том, что трехфазный кольцевой реактор содержит магнитопровод и три фазных сетевых обмотки, причем магнитопровод содержит два боковых витых кольцевых магнитопровода и шихтованные зубцы прямоугольной формы. Указанные зубцы торцами наклеены на торцовую шлифованную поверхность первого бокового магнитопровода, а противоположными торцами примыкают через прокладку калиброванной толщины из немагнитного материала к шлифованной поверхности второго бокового магнитопровода. При этом каждая фазная сетевая обмотка является двухполюсной, выполнена из одинаковых катушек, витки каждой их которых охватывают один из зубцов. При этом каждая фазная обмотка расположена на 1/3 поверхности первого кольцевого магнитопровода и занимает 1/3 каждого полюсного деления.The essence of the invention lies in the fact that a three-phase ring reactor contains a magnetic circuit and three phase network windings, the magnetic circuit comprising two lateral twisted ring magnetic circuits and lined square-shaped teeth. These teeth are glued with ends to the polished end surface of the first side magnetic circuit, and opposite ends are connected through a strip of calibrated thickness of non-magnetic material to the polished surface of the second side magnetic circuit. Moreover, each phase network winding is bipolar, made of the same coils, the turns of each of which cover one of the teeth. Moreover, each phase winding is located on 1/3 of the surface of the first annular magnetic circuit and occupies 1/3 of each pole division.

В пределах одного полюса каждой фазной сетевой обмотки катушки преимущественно соединены между собой последовательно таким образом, что величина магнитного потока, создаваемого ими в боковых кольцевых магнитопроводах, равна сумме величин магнитных потоков, создаваемых ими в зубцах. Целесообразное количество зубцов равно восемнадцати, а количество катушек в каждой фазной сетевой обмотке равно шести.Within one pole of each phase network winding, the coils are advantageously interconnected in series so that the magnitude of the magnetic flux created by them in the side ring magnetic circuits is equal to the sum of the magnitudes of the magnetic flux created by them in the teeth. A suitable number of teeth is eighteen, and the number of coils in each phase network winding is six.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан трехфазный кольцевой реактор, вид сбоку; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - схема соединения катушек одной фазной обмотки реактора.The invention is illustrated graphic materials. Figure 1 shows a three-phase ring reactor, side view; figure 2 is a section aa of figure 1; figure 3 - connection diagram of the coils of one phase winding of the reactor.

Трехфазный кольцевой реактор (фиг.1) содержит два боковых витых кольцевых магнитопровода (1, 2). На торцовую шлифованную поверхность первого бокового магнитопровода (1) при помощи ферромагнитного клея наклеены шихтованные зубцы (3) прямоугольной формы (фиг.2). Торцами, противоположными приклеенным к первому боковому магнитопроводу (1), зубцы (3) примыкают через прокладку (4) калиброванной толщины из немагнитногр материала к шлифованной поверхности второго бокового магнитопровода (2). Прокладка (4) формирует «воздушный зазор» реактора, уменьшающий нелинейность его магнитной цепи. Внешние свободные поверхности боковых магнитопроводов (1, 2) выполнены нешлифованными. Примыкание зубцов (3) ко второму боковому кольцевому магнитопроводу (2) через прокладку (4) обеспечивается каркасом (не показан), охватывающим боковые магнитопроводы (1, 2), и стянутым резьбовым соединением, например, с помощью шпилек и гаек.The three-phase ring reactor (Fig. 1) contains two side twisted ring magnetic cores (1, 2). On the end polished surface of the first side magnetic circuit (1) with the help of ferromagnetic glue, glued rectangular teeth (3) are glued (Fig. 2). The ends opposite the glued to the first side magnetic circuit (1), the teeth (3) adjoin through a strip (4) of calibrated thickness from non-magnetic material to the polished surface of the second side magnetic circuit (2). The gasket (4) forms the “air gap” of the reactor, which reduces the nonlinearity of its magnetic circuit. The external free surfaces of the side magnetic circuits (1, 2) are unpolished. The contact of the teeth (3) to the second side annular magnetic circuit (2) through the gasket (4) is provided by a frame (not shown), covering the side magnetic circuits (1, 2), and a tightened threaded connection, for example, using studs and nuts.

Трехфазная сетевая обмотка состоит из трех фазных сетевых обмоток, которые состоят из одинаковых секций. Каждая секция выполнена в виде катушки (5), витки которой охватывают один из зубцов (3). Предпочтительно на каждом зубце (3) размещать одну катушку (5). В пределах одного полюса каждой фазы катушки (5) соединены между собой последовательно таким образом, что величина магнитного потока, создаваемого ими в боковых магнитопроводах (1, 2), равна сумме величин магнитных потоков, создаваемых ими в зубцах (3).A three-phase network winding consists of three phase network windings, which consist of identical sections. Each section is made in the form of a coil (5), the turns of which cover one of the teeth (3). It is preferable to place one coil (5) on each tooth (3). Within one pole of each phase, the coils (5) are interconnected sequentially in such a way that the magnitude of the magnetic flux created by them in the side magnetic circuits (1, 2) is equal to the sum of the magnitudes of the magnetic flux created by them in the teeth (3).

Горизонтальные оси симметрии соседних зубцов (3) образуют угол, определяемый по формуле:The horizontal axis of symmetry of adjacent teeth (3) form an angle determined by the formula:

α=2π/(2×3m),α = 2π / (2 × 3m),

где m - целое число, равное количеству зубцов (3), на которых размещены катушки (5) одного полюса одной фазы. Для реактора, показанного на фиг.2, m=3.where m is an integer equal to the number of teeth (3) on which coils (5) of one pole of one phase are placed. For the reactor shown in figure 2, m = 3.

Каждая фаза заявляемого реактора расположена на 1/3 поверхности кольцевого магнитопровода (1) и занимает 1/3 каждого полюсного деления. На фиг.2 показаны: 6, 7, 8 - начальная сторона (один полюс) секций соответственно первой, второй, третьей фазы; 9, 10, 11 - конечная сторона (второй полюс) секций соответственно первой, второй, третьей фазы. На фиг.3 показана схема соединения катушек (5) одной фазы (фазы А) двухполюсной обмотки трехфазного реактора, где А, Х - соответственно начало и конец обмотки.Each phase of the inventive reactor is located on 1/3 of the surface of the annular magnetic circuit (1) and occupies 1/3 of each pole division. Figure 2 shows: 6, 7, 8 - the initial side (one pole) of the sections, respectively, of the first, second, third phases; 9, 10, 11 - the end side (second pole) of the sections, respectively, of the first, second, third phases. Figure 3 shows the connection diagram of the coils (5) of one phase (phase A) of the bipolar winding of a three-phase reactor, where A, X are the beginning and end of the winding, respectively.

Реактор работает следующим образом. По неподвижным фазным сетевым обмоткам реактора пропускают токи, образующие симметричную трехфазную систему. В этих обмотках создается вращающееся магнитное поле (Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л., Теоретические основы электротехники, 4-е изд., том 1, Спб.: Питер, 2004, стр.327-329 [3]). Силовые магнитные линии магнитного поля замыкаются по пути, проходящему через первый боковой кольцевой магнитопровод (1), зубцы (3), через прокладку (4), формирующую «воздушный зазор», и второй боковой кольцевой магнитопровод (2). Так как магнитные оси фазных обмоток смещены друг относительно друга на пространственный угол 2π/3, система проводников симметрична, а угол сдвига фаз между токами соседних сетевых обмоток одинаков и равен 2π/3, то магнитное поле в кольцевом магнитопроводе реактора вращается с постоянной амплитудой результирующего вектора магнитной индукции и постоянной угловой скоростью в направлении, зависящем от порядка следования фаз токов в фазных сетевых обмотках. «Воздушный зазор», выполненный из немагнитного материала, оказывает определяющее влияние на магнитное сопротивление реактора, и, следовательно, величину тока реактора. Исходя из условий насыщения и требуемых номинальных параметров реактора, расчетом определяется требуемая величина «воздушного зазора» (Белопольский И.И., Пикалова Л.Г. "Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности", М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963 [4]).The reactor operates as follows. Currents forming a symmetric three-phase system are passed through the stationary phase network windings of the reactor. A rotating magnetic field is created in these windings (Demirchyan K.S., Neyman L.R., Korovkin N.V., Chechurin V.L., Theoretical Foundations of Electrical Engineering, 4th ed., Volume 1, St. Petersburg: Peter, 2004, p. 327-329 [3]). The magnetic lines of force of the magnetic field are closed along the path passing through the first lateral annular magnetic circuit (1), the teeth (3), through the gasket (4), which forms the “air gap”, and the second lateral annular magnetic circuit (2). Since the magnetic axes of the phase windings are offset relative to each other by a spatial angle of 2π / 3, the conductor system is symmetrical, and the phase angle between the currents of adjacent network windings is the same and equal to 2π / 3, the magnetic field in the annular magnetic circuit of the reactor rotates with a constant amplitude of the resulting vector magnetic induction and constant angular velocity in the direction depending on the sequence of phases of currents in phase network windings. The “air gap” made of non-magnetic material has a decisive effect on the magnetic resistance of the reactor, and, consequently, the magnitude of the reactor current. Based on the conditions of saturation and the required nominal parameters of the reactor, the calculation determines the required value of the "air gap" (Belopolsky II, Pikalova LG "Calculation of transformers and chokes of low power", M. - L .: Gosenergoizdat, 1963 [4 ]).

В заявляемом трехфазном кольцевом реакторе заявляемый технический результат "упрощение настройки на требуемую индуктивность, повышение технологичности изготовления, снижение удельных массогабаритных показателей" достигается за счет того, что трехфазный кольцевой реактор содержит магнитопровод и три фазных сетевых обмотки, причем магнитопровод содержит два боковых витых кольцевых магнитопровода и шихтованные зубцы прямоугольной формы. Указанные зубцы торцами наклеены на торцовую шлифованную поверхность первого бокового магнитопровода, а противоположными торцами примыкают через прокладку калиброванной толщины из немагнитного материала к шлифованной поверхности второго бокового магнитопровода. При этом каждая фазная сетевая обмотка является двухполюсной, выполнена из одинаковых катушек, витки каждой их которых охватывают один из зубцов. При этом каждая фазная обмотка расположена на 1/3 поверхности первого кольцевого магнитопровода и занимает 1/3 каждого полюсного деления. Указанная конструкция реактора обеспечивает симметрию распределения магнитных потоков в магнитопроводе реактора, чего невозможно получить в трехфазном стержневом магнитопроводе из-за различных длин магнитного пути для потоков, созданных обмотками центрального и крайних стержней магнитопровода (Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты, М.: Колос, 1971, с.11 [5]). В результате снижается отклонение индуктивности реактора от номинальных значений, упрощается настройка реактора на требуемую индуктивность, повышается технологичность его изготовления из-за отсутствия необходимости в разрезании магнитопровода для создания воздушного зазора. Применение трехфазной конструкции реактора с кольцевым магнитопроводом позволяет добиться снижения его удельных массогабаритных показателей и тем самым уменьшения себестоимости в сравнении с трехфазными конструкциями реакторов на основе стержневых магнитопроводов (см. Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты, М.: Колос, 1971, с.10-11 [5]).In the inventive three-phase ring reactor, the claimed technical result "simplifying the setting for the required inductance, improving manufacturability, reducing specific weight and size indicators" is achieved due to the fact that the three-phase ring reactor contains a magnetic circuit and three phase network windings, and the magnetic circuit contains two side twisted ring magnetic circuits and burnt teeth of a rectangular shape. These teeth are glued with ends to the polished end surface of the first side magnetic circuit, and opposite ends are connected through a strip of calibrated thickness of non-magnetic material to the polished surface of the second side magnetic circuit. Moreover, each phase network winding is bipolar, made of the same coils, the turns of each of which cover one of the teeth. Moreover, each phase winding is located on 1/3 of the surface of the first annular magnetic circuit and occupies 1/3 of each pole division. The specified design of the reactor provides symmetry of the distribution of magnetic fluxes in the magnetic circuit of the reactor, which cannot be obtained in a three-phase rod magnetic circuit due to the different lengths of the magnetic path for the fluxes created by the windings of the central and extreme rods of the magnetic circuit (Andrianov V.N. Electric machines and apparatuses, M .: Kolos, 1971, p.11 [5]). As a result, the deviation of the reactor inductance from the nominal values is reduced, the reactor is tuned to the required inductance, the manufacturability of its manufacture is increased due to the absence of the need to cut the magnetic circuit to create an air gap. The use of a three-phase reactor design with an annular magnetic circuit allows one to achieve a reduction in its specific mass and dimensions and thereby reduce costs in comparison with three-phase reactor designs based on rod magnetic cores (see Andrianov V.N. Electric machines and apparatuses, M .: Kolos, 1971, p. .10-11 [5]).

Применение заявляемого трехфазного кольцевого реактора в составе компенсатора реактивной мощности позволяет обеспечить эффективную компенсацию реактивной мощности в распределительных сетях благодаря повышению надежности работы указанного компенсатора, так как последовательное включение с конденсаторной батареей такого реактора позволит избежать резонансного или близкого к нему режима за счет вносимой реактором частотной расстройки, и улучшению качества электроэнергии у потребителя вследствие того, что каждая ступень компенсатора с трехфазным кольцевым реактором настраивается на фильтрацию одной гармоники тока из числа высших гармонических составляющих тока, присутствующих в питающей сети. Изготовление реакторов по заявляемой конструкции обеспечивает снижение себестоимости, повышение технологичности производства, улучшение технических характеристик устройства. Тем самым становится возможным получить значительный экономический эффект от внедрения данного изобретения.The use of the inventive three-phase ring reactor as part of a reactive power compensator allows for effective compensation of reactive power in distribution networks by increasing the reliability of the specified compensator, since the series connection of such a reactor with a capacitor bank will avoid resonant or close mode due to the frequency detuning introduced by the reactor, and improving the quality of electricity at the consumer due to the fact that each stage will compensate An ora with a three-phase ring reactor is configured to filter one harmonic of the current from among the higher harmonic components of the current present in the supply network. The manufacture of reactors according to the claimed design provides a reduction in cost, increase the manufacturability of production, improve the technical characteristics of the device. Thus, it becomes possible to obtain a significant economic effect from the implementation of this invention.

Заявляемый трехфазный кольцевой реактор реализован из промышленно выпускаемых материалов, может быть собран на предприятии электротехнической промышленности и найдет широкое применение в электроэнергетике.The inventive three-phase ring reactor is implemented from industrially produced materials, can be assembled at the enterprise of the electrical industry and will be widely used in the electric power industry.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ №50042 на полезную модель, H02J 3/18, 2005.1. RF patent No. 50042 for utility model, H02J 3/18, 2005.

2. Патент РФ №2132581 на изобретение, H01F 29/14, 21/08, 1999.2. RF patent No. 2132581 for the invention, H01F 29/14, 21/08, 1999.

3. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л., Теоретические основы электротехники, 4-е изд., том 1, Спб.: Питер, 2004, стр.327-329.3. Demirchyan KS, Neyman LR, Korovkin NV, Chechurin VL, Theoretical Foundations of Electrical Engineering, 4th ed., Volume 1, St. Petersburg: Peter, 2004, p.327- 329.

4. Белопольский И.И., Пикалова Л.Г. "Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности", М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963.4. Belopolsky I.I., Pikalova L.G. "Calculation of transformers and chokes of low power", M. - L .: Gosenergoizdat, 1963.

5. Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты. М.: Колос, 1971.5. Andrianov V.N. Electric machines and apparatus. M .: Kolos, 1971.

Claims

1. A three-phase ring reactor containing a magnetic circuit and three phase network windings, characterized in that the magnetic circuit of the reactor contains two side twisted ring magnetic circuits and rectangular burnt teeth, glued to the ground polished surface of the first side magnetic circuit, and adjacent to the opposite ends through a gasket of calibrated thickness from non-magnetic material to the polished surface of the second side magnetic circuit, with each phase network winding being bipolar Oh, made of the same coils, each of which turns cover one of the teeth, with each phase winding located on 1/3 of the surface of the first annular magnetic circuit and occupies 1/3 of each pole division.

2. The three-phase ring reactor according to claim 1, characterized in that, within one pole of each phase network winding, the coils are interconnected in such a way that the magnitude of the magnetic flux generated by them in the side ring magnetic circuits is equal to the sum of the magnitudes of the magnetic flux generated by them in the teeth.

3. The three-phase ring reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the number of teeth is eighteen, and the number of coils in each phase network winding is six.