RU2418332C1 - Electric three-phase inductor with magnetic bias - Google Patents

Electric three-phase inductor with magnetic bias Download PDF

Info

Publication number
RU2418332C1
RU2418332C1 RU2010114824/07A RU2010114824A RU2418332C1 RU 2418332 C1 RU2418332 C1 RU 2418332C1 RU 2010114824/07 A RU2010114824/07 A RU 2010114824/07A RU 2010114824 A RU2010114824 A RU 2010114824A RU 2418332 C1 RU2418332 C1 RU 2418332C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sections
magnetic
section
yoke
yokes
Prior art date
Application number
RU2010114824/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Михайлович Брянцев (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 RU2010114824/07A priority Critical patent/RU2418332C1/en
Priority to UAA201210464A priority patent/UA102354C2/en
Priority to EP10849930.2A priority patent/EP2560174A4/en
Priority to PCT/RU2010/000820 priority patent/WO2011129717A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2418332C1 publication Critical patent/RU2418332C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/14Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/346Preventing or reducing leakage fields
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00Fixed inductances not covered by group H01F17/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/12Magnetic shunt paths

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electric three-phase inductor includes magnetic system which is made of laminated electrotechnical steel plates, magnetic conductor with coaxially located three upper and three lower vertical rods. Two-section coils are arranged on rods. In magnetic conductor there are upper, lower and middle horizontal yokes and two side vertical yokes; at that, horizontal yokes have two middle and two end sections, four magnetic shunts in the form of rectangular frames with horizontal and vertical sections; at that, horizontal sections of shunts are located on edges of coils along upper, middle and lower yokes. Vertical sections closing them are located along side yokes. Inductor also includes controlled semiconductor converters from diodes and resistors, and control system. Inductor coils are connected to three-phase network and to converters; to inductor there introduced are three-coil insulating transformers installed between converters and control system; non-magnetic gaps are made in sections of middle horizontal yoke of magnetic conductor. Each magnetic shunt has two additional vertical sections located between coils. Ratio of values of non-magnetic gaps of magnetic conductor in end sections of middle yoke Δend and values of nonmagnetic gaps in middle sections of middle yoke Δmiddle is 1.5<(Δmiddleend)<3; ratio between steel section of middle sections of middle yokes Smiddle yoke and section of rods S is within 0.9<(Smiddle yoke/S)<1.3; ratio between steel section of all the other sections of yokes Syoke and section of rods S is within 0.7<(Syoke/S)<0.9; ratio between steel section of all parts of magnetic shunts Sshunt and section of rods S is within 0.07<(Sshunt/S)<0.3.
EFFECT: reduction of steel consumption and losses, improvement of reliability, enlargement of functional capabilities and power control range.
6 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети для компенсации реактивной мощности, стабилизации напряжения, параллельной работы с конденсаторными батареями, повышения пропускной способности и др.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used for magnetically controlled reactors installed, for example, in an electrical network to compensate for reactive power, stabilize voltage, parallel operation with capacitor banks, increase throughput, etc.

Известен электрический трехфазный реактор с подмагничиванием [1], содержащий шихтованную магнитную систему с верхним, нижним, средним и двумя боковыми ярмами, соосными верхними и нижними стержнями, расположенными на стержнях верхней и нижней обмотками, а также вводы, полупроводниковые диоды и тиристоры. Недостатком этого устройства - аналога - является повышенный расход стали магнитопровода из-за увеличенного магнитного потока в нем (от магнитного поля рассеяния) в режимах нагрузки реактора, а также из-за неоптимального выбора параметров магнитопровода.Known electric three-phase reactor with magnetization [1], containing a charged magnetic system with 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 inputs, semiconductor diodes and thyristors. The disadvantage of this device, an analogue, is the increased consumption of steel of the magnetic circuit due to the increased magnetic flux in it (from the scattering magnetic field) in the load conditions of the reactor, and also because of the non-optimal choice of the parameters of the magnetic circuit.

Этот недостаток частично устранен в [2]. Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием содержит шихтованную магнитную систему с тремя верхними и тремя нижними соосными стержнями, с верхним, нижним, средним и двумя боковыми ярмами, причем горизонтальные ярма имеют два средних и два крайних участка. Обмотки, расположенные на каждом стержне, состоят из двух частей. Вводы реактора присоединены к частям обмоток и преобразователям с системой управления. В реакторе установлены четыре магнитных шунта в виде прямоугольных рам с горизонтальными и вертикальными частями, причем горизонтальные части шунтов расположены на торцах обмоток вдоль верхнего, среднего и нижнего ярем, а замыкающие их вертикальные части расположены вдоль боковых ярем. Недостатком этого устройства - прототипа - также является повышенный расход стали магнитопровода из-за увеличенного магнитного потока в нем (от магнитного поля рассеяния) в режимах нагрузки реактора из-за неоптимальной конструкции и параметров шунтов и магнитопровода. Кроме того, ограничен диапазон регулирования мощности реактора и снижена надежность из-за опасности появления в аварийных случаях высокого напряжения на системе регулирования ввиду гальванической связи ее с обмотками реактора.This drawback was partially eliminated in [2]. An electric three-phase magnetization reactor contains a charged magnetic system with three upper and three lower coaxial rods, with upper, lower, middle and two side yokes, the horizontal yokes having two middle and two extreme sections. The windings located on each core consist of two parts. The inputs of the reactor are connected to parts of the windings and converters with a control system. Four magnetic shunts are installed in the reactor in the form of rectangular frames with horizontal and vertical parts, and the horizontal parts of the shunts are located at the ends of the windings along the upper, middle and lower yoke, and the vertical parts closing them are located along the side yards. The disadvantage of this device, the prototype, is also the increased consumption of steel of the magnetic circuit due to the increased magnetic flux in it (from the magnetic field of the scattering) in the load conditions of the reactor due to the suboptimal design and parameters of the shunts and magnetic circuit. In addition, the range of regulation of reactor power is limited and reliability is reduced due to the danger of high voltage occurrence in emergency cases on the control system due to its galvanic connection with the reactor windings.

Целью изобретения является снижение расхода стали и потерь, увеличение надежности, повышение функциональных возможностей реактора - расширение диапазона регулирования мощности - за счет введения в конструкцию и электрическую схему новых элементов, новых связей между элементами, оптимизации соотношений параметров.The aim of the invention is to reduce the consumption of steel and losses, increase reliability, increase the functionality of the reactor - expanding the range of power control - by introducing new elements into the design and electrical circuit, new connections between elements, optimizing the ratio of parameters.

Поставленная цель достигается тем, что в электрическом трехфазном реакторе с подмагничиванием, магнитная система которого выполнена из шихтованных листов электротехнической стали и содержит магнитопровод с соосно расположенными тремя верхними и тремя нижними вертикальными стержнями, на которых размещены двухсекционные обмотки, верхние, нижние и средние горизонтальные и два боковых вертикальных ярма, причем горизонтальные ярма имеют два средних и два крайних участка, четыре магнитных шунта в виде прямоугольных рам с горизонтальными и вертикальными участками, причем горизонтальные участки шунтов расположены на торцах обмоток вдоль верхнего, среднего и нижнего ярем, а замыкающие их вертикальные участки расположены вдоль боковых ярем, а также реактор содержит управляемые полупроводниковые преобразователи из диодов и резисторов и систему управления, причем упомянутые обмотки соединены с трехфазной сетью и с преобразователями, в реактор введены трехобмоточные изолирующие трансформаторы, установленные между преобразователями и системой управления. В участках среднего горизонтального ярма магнитопровода выполнены немагнитные зазоры. Каждый магнитный шунт имеет два дополнительных вертикальных участка, расположенных между обмотками. Соотношение величин немагнитных зазоров магнитопровода в крайних участках среднего ярма Δкрайн. и величин немагнитных зазоров в средних участках среднего ярма Δсредн.средн.крайн.) составляетThis goal is achieved by the fact that in an electric three-phase reactor with magnetization, the magnetic system of which is made of charged sheets of electrical steel and contains a magnetic circuit with coaxially located three upper and three lower vertical rods, on which two-section windings are located, upper, lower and middle horizontal and two lateral vertical yokes, and the horizontal yokes have two middle and two extreme sections, four magnetic shunts in the form of rectangular frames with horizontal and vertical sections, and the horizontal sections of the shunts are located on the ends of the windings along the upper, middle and lower yoke, and the vertical sections closing them are located along the side holes, and the reactor also contains controllable semiconductor converters of diodes and resistors and a control system, said windings being connected to three-phase network and with converters, three-winding isolation transformers installed between the converters and the control system are introduced into the reactor. Nonmagnetic gaps are made in the sections of the average horizontal yoke of the magnetic circuit. Each magnetic shunt has two additional vertical sections located between the windings. The ratio of the values of the non-magnetic gaps of the magnetic circuit in the extreme sections of the average yoke Δ extreme. and values of non-magnetic gaps in the middle sections of the average yoke Δ average.average / Δ extreme ) is

1,5<(Δсредн.крайн.)<3.1.5 <(Δ average / Δ extreme ) <3.

Соотношение между сечением стали средних участков средних ярем Sср.яр. и сечением стержней S находится в пределахThe relationship between the steel section of the middle sections of the middle jug S avg. and the cross section of the rods S is within

0,9<(Sср.яр./S)<1,3,0.9 <(S avg / S) <1.3,

соотношение между сечением стали всех других участков ярем Sяр. и сечением стержней S находится в пределахthe ratio between the steel section of all other sections of the yoke S yar. and the cross section of the rods S is within

0,7<(Sяр./S)<0,9,0.7 <(S bright / S) <0.9,

соотношение между сечением стали всех частей магнитных шунтов Sш и сечением стержней S находится в пределахthe ratio between the steel cross section of all parts of the magnetic shunts S W and the cross section of the rods S is within

0,07<(Sш/S)<0,3.0.07 <(S w / S) <0.3.

Предлагаемый реактор с подмагничиванием поясняется чертежами. На фиг.1 приведена выемная часть реактора (магнитная система с обмотками) - вид спереди, на фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.3 - то же, вид сбоку. На фиг.4 изображен шихтованный из листов электротехнической стали основной магнитопровод, на фиг.5 - один из четырех шихтованных из листов электротехнической стали магнитных шунтов в виде прямоугольной трехоконной рамы. На фиг.6 показана электрическая схема реактора.The proposed reactor with magnetization is illustrated by drawings. Figure 1 shows the withdrawal part of the reactor (magnetic system with windings) - front view, figure 2 is the same, top view, figure 3 is the same side view. Figure 4 shows the main magnetic circuit laden from sheets of electrical steel, figure 5 shows one of the four magnetic shunts laced from sheets of electrical steel in the form of a rectangular three-window frame. Figure 6 shows the electrical circuit of the reactor.

Магнитная система реактора, шихтованная из листов электротехнической стали, состоит из основного магнитопровода и четырех магнитных шунтов.The magnetic system of the reactor, laden from sheets of electrical steel, consists of a main magnetic circuit and four magnetic shunts.

Магнитопровод реактора (фиг.1-4) содержит шесть соосных стержней - три верхних 1, 2, 3 и три нижних 4, 5, 6. На каждом стержне размещена обмотка, состоящая из двух секций 7 и 8. Имеются два боковых вертикальных ярма 9 и 10, а также три горизонтальных ярма - верхнее ярмо 11, нижнее ярмо 12, и среднее ярмо 13. Сечение стали стержней - S, сечение стали всех ярем кроме среднего ярма - Sя, сечение стали среднего ярма - Sср.яр..The magnetic core of the reactor (Figs. 1-4) contains six coaxial rods - three upper 1, 2, 3 and three lower 4, 5, 6. On each rod there is a winding consisting of two sections 7 and 8. There are two lateral vertical yokes 9 and 10, as well as three horizontal yokes - the upper yoke 11, the lower yoke 12, and the average yoke 13. The section of the steel of the rods is S, the section of the steel of all the yards except the average yoke is S i , the section of the steel of the middle yoke is S cf. .

Каждое из горизонтальных ярем 11, 12 и 13 имеет четыре участка: два крайних и два средних.Each of the horizontal yards 11, 12 and 13 has four sections: two extreme and two middle.

Все участки среднего горизонтального ярма 13 имеют немагнитные зазоры 14 (величина зазора в средних участках Δсредн.) и 15 (величина зазора в крайних участках Δкрайн.).All sections of the average horizontal yoke 13 have non-magnetic gaps 14 (the size of the gap in the middle sections Δ average. ) And 15 (the size of the gap in the extreme sections Δ extreme. ).

Каждый из четырех магнитных шунтов 16 выполнен в виде прямоугольной трехоконной рамы (фиг.5). Горизонтальные части шунтов расположены на торцах обмоток (между торцом обмотки 7 и 8 и прессующей балкой 17, фиг.3). Шунты 16 имеют две средние вертикальные части 18, расположенные между обмотками. Все части магнитных шунтов имеют сечение стали Sш,.Each of the four magnetic shunts 16 is made in the form of a rectangular three-window frame (figure 5). The horizontal parts of the shunts are located at the ends of the windings (between the end of the winding 7 and 8 and the pressing beam 17, Fig.3). Shunts 16 have two middle vertical parts 18 located between the windings. All parts of the magnetic shunts have a steel section S w,.

Электрическая схема реактора (фиг.6) содержит три ввода фаз сети A, B и C.The electrical circuit of the reactor (Fig.6) contains three input phase network A, B and C.

Две секции 7 и 8 обмотки на верхнем стержне 1 фазы A имеют отводы A1-A2 и A3-A4, на нижнем соосном стержне 4 - отводы A5-A6 и A7-A8. Две секции обмотки на верхнем стержне 2 фазы B имеют отводы B1-B2 и B3-B4, на нижнем соосном стержне 5 - B5-B6 и B7-B8. Две секции обмотки на верхнем стержне 3 фазы C имеют отводы C1-C2 и C3-C4, на нижнем соосном стержне 6 - C5-C6 и C7-C8.Two sections 7 and 8 of the winding on the upper rod 1 of phase A have taps A1-A2 and A3-A4, on the lower coaxial rod 4 there are taps A5-A6 and A7-A8. Two sections of the winding on the upper rod 2 of phase B have taps B1-B2 and B3-B4, on the lower coaxial rod 5 - B5-B6 and B7-B8. Two sections of the winding on the upper rod 3 of phase C have taps C1-C2 and C3-C4, on the lower coaxial rod 6 - C5-C6 and C7-C8.

Обмотки соединены в схему двух треугольников и подсоединены к трем вводам фаз сети A, B и C.The windings are connected to the circuit of two triangles and connected to the three inputs of the phases of the network A, B and C.

Между каждыми двумя секциями обмоток каждого стержня включен преобразователь, состоящий из параллельно включенных диода Д и резистора R: между отводами A2 и A3 включен преобразователь П1A, между отводами A6 и A7 - преобразователь П2A, между отводами B2 и B3 - преобразователь П1B, между отводами B6 и B7 - преобразователь П2B, между отводами C2 и C3 - преобразователь П1C между отводами C6 и C7 - преобразователь П2C. Клеммы преобразователей обозначены так же, как и отводы частей обмоток, с которыми они соединены. Во всех шести преобразователях диоды Д и резисторы R одинаковы.Between each two sections of the windings of each rod there is a converter consisting of a parallel connected diode D and resistor R: between the taps A2 and A3, the converter P 1A is connected, between the taps A6 and A7 - the converter P 2A , between the taps B2 and B3 - the converter P 1B , between taps B6 and B7 - converter П 2B , between taps C2 and C3 - converter П 1C between taps C6 and C7 - converter П 2C . The terminals of the transducers are marked in the same way as the taps of the parts of the windings with which they are connected. In all six converters, the diodes D and the resistors R are the same.

Между системой управления (СУ) и преобразователями установлены изолирующие трехобмоточные трансформаторы ТA, ТB и ТC. Каждая первичная секционированная обмотка трансформатора подсоединена своими выводами (У1A2A, У1B2B и У1C2C) к СУ. Каждая из двух вторичных обмоток соединена с отводами секций обмоток управления и клеммами преобразователей. У трансформатора ТA одна вторичная обмотка соединена с отводами A2 и A6 и одновременно - с клеммами преобразователя A2 и A6, вторая - с отводами A3 и A7 и одновременно с клеммами преобразователя A3 и A7. У трансформатора ТB одна вторичная обмотка соединена с отводами B2 и B6 и клеммами B2 и B6, вторая - с отводами B3 и B7 и клеммами B3 и B7. У трансформатора ТC одна вторичная обмотка соединена с отводами C2 и C6 и клеммами C2 и C6, вторая - с отводами C3 и C7 и клеммами C3 и C7.Between the control system (SU) and the converters, three-winding isolation transformers T A , T B and T C are installed. Each primary sectioned winding of the transformer is connected by its terminals (U 1A- U 2A , U 1B- U 2B and U 1C- U 2C ) to the control system. Each of the two secondary windings is connected to the taps of the sections of the control windings and the terminals of the converters. The transformer T A has one secondary winding connected to the taps A2 and A6 and simultaneously to the terminals of the transducer A2 and A6, the second to the taps A3 and A7 and simultaneously to the terminals of the transducer A3 and A7. For transformer T B, one secondary winding is connected to taps B2 and B6 and terminals B2 and B6, the second to taps B3 and B7 and terminals B3 and B7. For transformer T C, one secondary winding is connected to taps C2 and C6 and terminals C2 and C6, the second to taps C3 and C7 and terminals C3 and C7.

Преобразователи и изолирующие трансформаторы размещаются на сборочной панели 19, закрепленной на выемной части (фиг.2). Выемная часть - магнитная система реактора (магнитопровод и шунты) с обмотками и конструктивными элементами запрессовки - размещается в баке с маслом.Converters and isolation transformers are placed on the assembly panel 19, mounted on the withdrawal part (figure 2). The extraction part — the reactor’s magnetic system (magnetic circuit and shunts) with windings and press-fit structural elements — is placed in the oil tank.

Рассмотрим работу реактора.Consider the operation of the reactor.

Реактор подключается к трехфазной сети вводами A, B и C, на обмотки реактора подается напряжение сети.The reactor is connected to a three-phase network by inputs A, B and C, the mains voltage is supplied to the reactor windings.

Для перевода реактора в режим минимальной мощности - режим холостого хода - система управления СУ обеспечивает на выводах У1A2A, У1B2B и У1C2C минимальное сопротивление. Так как изолирующие трансформаторы ТA, ТB и ТC оказываются при этом в режиме короткого замыкания, а их сопротивление рассеяния мало, отводы секций обмоток A2 и A3, A6 и A7, B2 и B3, B6 и B7, C2 и C3, C6 и C7 оказываются практически попарно закороченными. При этом каждый из преобразователей П1A и П2A, П1B и П2B, П1C и П2C практически закорачивается, и подмагничивание стержней магнитопровода отсутствует.To transfer the reactor to the minimum power mode - idle mode - the control system of the control system provides at the terminals U 1A- U 2A , 1B- U 2B and U 1C- U 2C minimum resistance. Since the isolation transformers T A , T B and T C are in this case in short circuit mode, and their scattering resistance is small, the taps of the winding sections A2 and A3, A6 and A7, B2 and B3, B6 and B7, C2 and C3, C6 and C7 turn out to be almost pairwise shorted. Moreover, each of the transducers P 1A and P 2A , P 1B and P 2B , P 1C and P 2C is practically short-circuited, and there is no magnetization of the magnetic core rods.

В случае, когда система управления СУ к отводам У1A2A, У1B2B и У1C2C подсоединяет максимальное сопротивление, реактор переходит в режим максимальной мощности - режим полнопериодного насыщения стержней. Это происходит из-за того, что к отводам секций обмоток A2 и A3, A6 и A7, B2 и B3, B6 и B7, C2 и C3, C6 и C7 подключаются диоды Д преобразователей П1A, П2A, П1B, П2B, П1C и П2C.In the case when the control system of the control system connects the maximum resistance to the taps U 1A- U 2A , U 1B- U 2B and U 1C- U 2C , the reactor switches to the maximum power mode - full-time saturation of the rods. This is due to the fact that the diodes D of the converters P 1A , P 2A , P 1B , P 2B are connected to the taps of the sections of the windings A2 and A3, A6 and A7, B2 and B3, B6 and B7, C2 and C3, C6 and C7 , P 1C and P 2C .

Промежуточные режимы от режима холостого хода до режима максимальной мощности обеспечиваются системой управления СУ по заданной программе (например, для стабилизации напряжения сети) или при ручной регулировке. При этом режим номинальной мощности, как правило, задается для одного из промежуточных режимов - режима реактора с полупериодным насыщением. В этом режиме сталь каждого стержня реактора находится в насыщенном состоянии половину периода. Для такого режима характерны не только минимальные (теоретически нулевые) искажения тока реактора высшими гармониками, но и оптимальная затрата активных материалов и оптимальные потери в обмотках.Intermediate modes from idle to maximum power are provided by the control system of the control system according to a given program (for example, to stabilize the mains voltage) or with manual adjustment. In this case, the rated power mode, as a rule, is set for one of the intermediate modes - the half-period saturation reactor mode. In this mode, the steel of each core of the reactor is in a saturated state for half a period. Such a regime is characterized not only by minimal (theoretically zero) distortions of the reactor current by higher harmonics, but also by the optimal consumption of active materials and optimal losses in the windings.

Между СУ (она расположена на пульте управления в помещении) и преобразователями установлены изолирующие трансформаторы, обеспечивающие отсутствие гальванической связи и повышенную безопасность персонала и низковольтной аппаратуры от возможного попадания на СУ высокого напряжения сети (например, при аварийных ситуациях). Преобразователи вместе с изолирующими трансформаторами размещены на панели 19 в баке реактора, находящегося на открытой площадке подстанции.Isolation transformers are installed between the control system (it is located on the control panel in the room) and the converters, ensuring the absence of galvanic communication and increased safety of personnel and low-voltage equipment from possible high-voltage supply to the control system (for example, in emergency situations). The converters, together with isolation transformers, are located on panel 19 in the reactor tank located in the open area of the substation.

В участках среднего горизонтального ярма 13 магнитопровода выполнены немагнитные зазоры 14 и 15. Эти зазоры необходимы для того, чтобы расширить пределы регулирования мощности реактора. Величина немагнитных зазоров должна быть минимальной, при проектировании реактора выбирается из технологических возможностей производства и обычно составляет доли или единицы миллиметров.Non-magnetic gaps 14 and 15 are made in the sections of the average horizontal yoke 13 of the magnetic circuit. These gaps are necessary in order to expand the limits of regulation of the reactor power. The magnitude of non-magnetic gaps should be minimal; when designing a reactor, it is selected from the technological capabilities of production and is usually fractions or units of millimeters.

В магнитопроводе величина немагнитного зазора в крайних участках среднего ярма Δкрайн должна быть меньше величины немагнитного зазора в средних участках этого ярма Δсредн в (1,5÷3) раза, т.е.In the magnetic circuit, the magnitude of the nonmagnetic gap in the extreme sections of the average yoke Δ extreme should be less than the magnitude of the nonmagnetic gap in the middle sections of this yoke Δ average (1.5 ÷ 3) times, i.e.

1,5<(Δсредн/(Δкрайн)<3.1.5 <(Δ average / (Δ extreme ) <3.

Верхняя граница не должна быть превышена, иначе магнитный поток рассеяния в крайних вертикальных частях шунта будет снижен, а в средних будет увеличен. Также должна быть соблюдена нижняя граница, иначе магнитный поток рассеяния будет увеличен в вертикальных крайних частях шунта, в средних вертикальных частях шунта будет снижен. Выполнение оптимального соотношения размеров зазоров позволяет получить благоприятное распределение магнитных индукций по стержням, ярмам и шунтам, а также минимальный расход стали при максимальной эффективности шунтов с точки зрения разгрузки основного магнитопровода реактора и снижения добавочнбых потерь в элементах конструкции и стенке бака.The upper boundary should not be exceeded, otherwise the magnetic flux of scattering in the extreme vertical parts of the shunt will be reduced, and in the middle it will be increased. The lower boundary must also be observed, otherwise the magnetic flux of scattering will be increased in the vertical extreme parts of the shunt, in the middle vertical parts of the shunt will be reduced. Fulfillment of the optimal gap size ratio allows one to obtain a favorable distribution of magnetic induction over the rods, yokes and shunts, as well as minimum steel consumption with maximum shunt efficiency in terms of unloading the main magnetic core of the reactor and reducing additional losses in the structural elements and tank wall.

Важное значение имеет выбор площади сечения стали всех участков магнитопровода.The choice of the cross-sectional area of steel of all sections of the magnetic circuit is important.

Соотношение между сечением стали участков среднего ярма Sср.яр и сечением стержней S должно быть выбрано в пределахThe ratio between the steel cross section of the sections of the average yoke S cf. yar and the cross section of the rods S should be chosen within

0,9<(Sср.яр/S)<1,3.0.9 <(S avg / S) <1.3.

Соотношение между сечением стали всех других участков ярем Sяр и сечением стержней S - должно быть выбрано в пределахThe ratio between the steel cross section of all other sections of the yoke S yar and the cross section of the rods S - should be selected within

0,7<(Sяр/S)<0,9.0.7 <(S yar / S) <0.9.

Если сечение стали ярем превышает максимальную границу, то реактор получается с увеличенным расходом стали в ярмах. Если сечение стали ярем менее минимального значения, то в ярмах реактора в определенных режимах его работы возникает насыщение стали. Это ведет к неблагоприятным явлениям - возрастанию добавочных потерь на вихревые токи в элементах конструкции, увеличению нелинейных искажений в токе реактора.If the cross section of steel with a yoke exceeds the maximum boundary, then the reactor is obtained with an increased consumption of steel in yokes. If the steel cross section of the yoke is less than the minimum value, then steel saturation occurs in the reactor yokes in certain modes of its operation. This leads to unfavorable phenomena - an increase in additional losses due to eddy currents in structural elements, and an increase in nonlinear distortions in the reactor current.

Магнитные шунты 16 эффективно «канализируют» магнитный поток рассеяния, который возникает при протекании в обмотках тока, т.е. во всех режимах при подмагничивании стержней. Магнитный поток рассеяния циркулирует в осевом направлении внутри обмоток и замыкается по ярмам магнитной системы и по магнитным шунтам. Если магнитные шунты 16 отсутствуют, то магнитный поток замыкается по элементам конструкции и стенке бака, вызывая в них вихревые токи, добавочные потери и недопустимые нагревы. Для эффективного замыкания магнитного потока в шунтах предусмотрены средние продольные вертикальные участки 18, расположенные между обмотками. Эти два дополнительных (по сравнению с прототипом) вертикальных участка необходимы для оптимального распределения магнитных потоков рассеяния и снижения общего расхода стали в шунтах и магнитопроводе.Magnetic shunts 16 effectively “channelize” the magnetic flux of scattering that occurs when current flows in the windings, i.e. in all modes when magnetizing rods. The magnetic flux of scattering circulates in the axial direction inside the windings and closes by the yokes of the magnetic system and by magnetic shunts. If there are no magnetic shunts 16, then the magnetic flux closes along the structural elements and the tank wall, causing eddy currents, additional losses and unacceptable heating in them. For effective magnetic flux closure, shunts have middle longitudinal vertical sections 18 located between the windings. These two additional (compared with the prototype) vertical sections are necessary for the optimal distribution of magnetic fluxes of scattering and reduce the total consumption of steel in shunts and magnetic circuit.

Сечение стали магнитных шунтов должно быть тем больше, чем больше радиальный размер обмоток, т.к. при нагрузке реактора возникает увеличенный магнитный поток рассеяния (по сравнению с магнитным потоком в стержнях и ярмах магнитопровода в режиме холостого хода).The steel cross section of magnetic shunts should be the larger, the larger the radial size of the windings, because when the reactor is loaded, an increased magnetic flux of scattering occurs (compared with the magnetic flux in the rods and yokes of the magnetic circuit in idle mode).

Соотношение между сечением стали всех частей каждого из магнитных шунтов Sш, и сечением стержней S должно быть выбрано в пределахThe ratio between the steel cross section of all parts of each of the magnetic shunts S W , and the cross section of the rods S should be selected within

0,07<(Sш/S)<0,3.0.07 <(S w / S) <0.3.

Если сечение стали магнитных шунтов выбрать больше максимальной величины заданного соотношения, то получается перерасход стали. Если сечение стали шунтов меньше минимального значения, то шунты становятся мало эффективными и не экранируют поток рассеяния обмоток. Это ведет к неблагоприятным явлениям - возрастанию магнитной индукции в магнитопроводе, основных потерь в стали и добавочных потерь в элементах конструкции.If the steel cross section of the magnetic shunts is chosen to be larger than the maximum value of the specified ratio, then an overspending of steel is obtained. If the steel cross section of the shunts is less than the minimum value, then the shunts become ineffective and do not shield the scattering flux of the windings. This leads to adverse phenomena - an increase in magnetic induction in the magnetic circuit, the main losses in steel and additional losses in structural elements.

Предложенная усовершенствованная по сравнению с прототипом «трехоконная» конструкция шунтов обеспечивает оптимальное распределение магнитных потоков реактора, а следовательно, и оптимальный расход стали в магнитной системе.The proposed improved “three-window” shunt design compared to the prototype ensures an optimal distribution of the magnetic fluxes of the reactor, and, consequently, an optimal consumption of steel in the magnetic system.

Все рассмотренные пределы оптимальных соотношений размеров были определены в результате анализа многочисленных расчетов на математических моделях управляемых подмагничиванием реакторов в широком диапазоне варьирования их параметров. В случае необходимости экспертизе могут быть предоставлены подробные результаты этих расчетов.All the considered limits of optimal size ratios were determined as a result of the analysis of numerous calculations on mathematical models controlled by magnetizing reactors in a wide range of variation of their parameters. If necessary, the examination can be provided with the detailed results of these calculations.

Высоковольтный реактор обычно выполняется с масляным охлаждением. Выемная часть - магнитная система реактора (магнитопровод и шунты) с обмотками и конструктивными элементами запрессовки - размещается в баке с маслом, а вводы реактора - на крышке бака. Преобразователи и изолирующие трансформаторы размещаются в том же баке на сборочной панели, укрепленной на выемной части.A high voltage reactor is typically oil cooled. The extraction part — the reactor’s magnetic system (magnetic circuit and shunts) with windings and press-fit structural elements — is placed in the oil tank, and the reactor inlets are on the tank cover. Converters and isolation transformers are located in the same tank on an assembly panel mounted on a removable part.

Работоспособность предлагаемого реактора и его высокие технико-экономические показатели подтверждены расчетами, физическим моделированием, результатами испытаний опытных образцов аналогичных конструкций. В предложенном реакторе по сравнению с аналогами и прототипом уменьшен расход стали, снижены потери, увеличена надежность, а также трудозатраты при изготовлении, снижены габариты и масса. На ближайшее время намечено изготовление опытных образцов для серийного производства.The performance of the proposed reactor and its high technical and economic indicators are confirmed by calculations, physical modeling, test results of prototypes of similar designs. In the proposed reactor, in comparison with analogues and prototype, steel consumption is reduced, losses are reduced, reliability is increased, as well as labor costs in manufacturing, dimensions and weight are reduced. In the near future it is planned to manufacture prototypes for mass production.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Брянцев A.M. «Электрический реактор с подмагничиванием». Патент RU №2324251, заявка: 2006146290/09, 26.12.2006. Опубликовано: 10.05.2008.1. Bryantsev A.M. "Electric reactor with magnetization." Patent RU No. 23234251, application: 2006146290/09, 12.26.2006. Published: May 10, 2008.

2. Брянцев A.M. «Электрический реактор с подмагничиванием». Патент RU №2324250, заявка: 200614529909, 20.12.2006. Опубликовано: 10.05.2008.2. Bryantsev A.M. "Electric reactor with magnetization." RU patent No. 2324250, application: 200614529909, 12.20.2006. Published: May 10, 2008.

Claims (1)

Электрический трехфазный реактор с подмагничиванием, магнитная система которого выполнена из шихтованных листов электротехнической стали и содержит магнитопровод с соосно расположенными тремя верхними и тремя нижними вертикальными стержнями, на которых размещены двухсекционные обмотки, верхние, нижние и средние горизонтальные и два боковых вертикальных ярма, причем горизонтальные ярма имеют два средних и два крайних участка, четыре магнитных шунта в виде прямоугольных рам с горизонтальными и вертикальными участками, причем горизонтальные участки шунтов расположены на торцах обмоток вдоль верхнего, среднего и нижнего ярем, а замыкающие их вертикальные участки расположены вдоль боковых ярем, а также реактор содержит управляемые полупроводниковые преобразователи из диодов и резисторов и систему управления, причем упомянутые обмотки соединены с трехфазной сетью и с преобразователями, отличающийся тем, что в реактор введены трехобмоточные изолирующие трансформаторы, установленные между преобразователями и системой управления, в участках среднего горизонтального ярма магнитопровода выполнены немагнитные зазоры, каждый магнитный шунт имеет два дополнительных вертикальных участка, расположенных между обмотками, соотношение величин немагнитных зазоров магнитопровода в крайних участках среднего ярма Δкрайн. и величин немагнитных зазоров в средних участках среднего ярма Δсредн. составляет
1,5<(Δсредн.крайн.)<3,
соотношение между сечением стали средних участков средних ярем Sср.яр. и сечением стержней S находится в пределах
0,9<(Sср.яр./S)<1,3,
соотношение между сечением стали всех других участков ярем Sяр. и сечением стержней S находится в пределах
0,7<(Sяр./S)<0,9,
соотношение между сечением стали всех частей магнитных шунтов Sш и сечением стержней S находится в пределах
0,07<(Sш/S)<0,3.
An electric three-phase magnetization reactor, the magnetic system of which is made of charged sheets of electrical steel and contains a magnetic circuit with coaxially located three upper and three lower vertical rods, on which two-section windings, upper, lower and middle horizontal and two side vertical yokes are placed, with horizontal yokes have two middle and two extreme sections, four magnetic shunts in the form of rectangular frames with horizontal and vertical sections, and the horizontal The total sections of the shunts are located at the ends of the windings along the upper, middle, and lower yokes, and the vertical sections closing them are located along the lateral yards, and the reactor also contains controllable semiconductor converters of diodes and resistors and a control system, the windings being connected to a three-phase network and to converters characterized in that three-winding isolation transformers installed between the converters and the control system are introduced into the reactor in middle horizontal sections the yoke of the magnetic circuit non-magnetic gaps are made, each magnetic shunt has two additional vertical sections located between the windings, the ratio of the non-magnetic gaps of the magnetic circuit in the extreme sections of the average yoke Δ extreme. and values of non-magnetic gaps in the middle sections of the average yoke Δ average. makes up
1.5 <(Δ average / Δ extreme ) <3,
the ratio between the steel section of the middle sections of the middle jug S sr. and the cross section of the rods S is within
0.9 <(S avg / S) <1.3,
the ratio between the steel section of all other sections of the yoke S yar. and the cross section of the rods S is within
0.7 <(S bright / S) <0.9,
the ratio between the steel cross section of all parts of the magnetic shunts S W and the cross section of the rods S is within
0.07 <(S w / S) <0.3.
RU2010114824/07A 2010-04-14 2010-04-14 Electric three-phase inductor with magnetic bias RU2418332C1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010114824/07A RU2418332C1 (en) 2010-04-14 2010-04-14 Electric three-phase inductor with magnetic bias
UAA201210464A UA102354C2 (en) 2010-04-14 2010-12-31 Electric three-phase transductor reactor
EP10849930.2A EP2560174A4 (en) 2010-04-14 2010-12-31 Three-phase electrical reactor with magnetic biasing
PCT/RU2010/000820 WO2011129717A1 (en) 2010-04-14 2010-12-31 Three-phase electrical reactor with magnetic biasing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010114824/07A RU2418332C1 (en) 2010-04-14 2010-04-14 Electric three-phase inductor with magnetic bias

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2418332C1 true RU2418332C1 (en) 2011-05-10

Family

ID=44732800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010114824/07A RU2418332C1 (en) 2010-04-14 2010-04-14 Electric three-phase inductor with magnetic bias

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2560174A4 (en)
RU (1) RU2418332C1 (en)
UA (1) UA102354C2 (en)
WO (1) WO2011129717A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486619C1 (en) * 2012-02-07 2013-06-27 Александр Михайлович Брянцев Electric three-phase inductor with magnetic bias
RU2630253C2 (en) * 2015-06-19 2017-09-06 Иван Николаевич Степанов Electrical magnetization reactor
RU2659820C1 (en) * 2017-07-13 2018-07-04 Илья Николаевич Джус Seven-rod three-phase magnified reactor
RU2682648C1 (en) * 2017-11-10 2019-03-20 Иннокентий Иванович Петров Electric reactor controlled by magnetization
RU2700569C1 (en) * 2019-03-26 2019-09-18 Илья Николаевич Джус Controlled reactor with independent magnetization
RU2701150C1 (en) * 2019-01-28 2019-09-25 Илья Николаевич Джус Controlled reactor-compensator (versions)
RU2701144C1 (en) * 2019-01-28 2019-09-25 Илья Николаевич Джус Controlled shunting reactor

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL225693A0 (en) * 2013-04-11 2013-09-30 Eliezer Adar Three phase choke and methods of their manufacturing
CN103745813A (en) * 2013-12-20 2014-04-23 保定天威保变电气股份有限公司 External circulation bypass structure between converter transformer core pulling plate columns
DE102016122435A1 (en) * 2016-11-22 2018-05-24 Wobben Properties Gmbh Wind turbine and 3-phase throttle unit
RU2690662C1 (en) * 2018-05-25 2019-06-05 Илья Николаевич Джус Controlled shunting reactor (versions)
BR112023005418A2 (en) * 2020-10-26 2023-05-09 Siemens Energy Global Gmbh & Co Kg COMPENSATION STRUCTURE TO REDUCE CIRCULATION CURRENT IN TRANSFORMER WINDOW AND TRANSFORMER THAT COMPRISES COMPENSATION STRUCTURE

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1417576A (en) * 1972-11-07 1975-12-10 Inductotherm Corp Saturable core reactor
DE3305708A1 (en) * 1983-02-18 1984-08-23 Transformatoren Union Ag, 7000 Stuttgart THREE-PHASE THROTTLE COIL WITH FIFTH LEG CORE
SU1164795A1 (en) * 1983-06-01 1985-06-30 Алма-Атинский Энергетический Институт Electric induction device
RU2269175C1 (en) * 2004-07-13 2006-01-27 Александр Михайлович Брянцев Saturable electrical reactor
RU2324250C1 (en) * 2006-12-20 2008-05-10 Александр Михайлович Брянцев Electrical reactor with magnetic biasing
RU2324251C1 (en) 2006-12-26 2008-05-10 Александр Михайлович Брянцев Electrical reactor with magnetic biasing

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486619C1 (en) * 2012-02-07 2013-06-27 Александр Михайлович Брянцев Electric three-phase inductor with magnetic bias
RU2630253C2 (en) * 2015-06-19 2017-09-06 Иван Николаевич Степанов Electrical magnetization reactor
RU2659820C1 (en) * 2017-07-13 2018-07-04 Илья Николаевич Джус Seven-rod three-phase magnified reactor
RU2682648C1 (en) * 2017-11-10 2019-03-20 Иннокентий Иванович Петров Electric reactor controlled by magnetization
RU2701150C1 (en) * 2019-01-28 2019-09-25 Илья Николаевич Джус Controlled reactor-compensator (versions)
RU2701144C1 (en) * 2019-01-28 2019-09-25 Илья Николаевич Джус Controlled shunting reactor
RU2700569C1 (en) * 2019-03-26 2019-09-18 Илья Николаевич Джус Controlled reactor with independent magnetization

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011129717A1 (en) 2011-10-20
EP2560174A1 (en) 2013-02-20
EP2560174A4 (en) 2018-01-24
UA102354C2 (en) 2013-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2418332C1 (en) Electric three-phase inductor with magnetic bias
CA2825476C (en) Harmonic mitigation devices and applications thereof
WO2017221253A1 (en) Three-phase transformer
AU2012209150A1 (en) Harmonic mitigation devices and applications thereof
RU123598U1 (en) THREE PHASE CONTROLLED REACTOR
Zhu et al. Power transformer design practices
Liang et al. An integrated harmonic-filtering transformer for low-voltage distribution systems
RU2611061C1 (en) Arc suppression unit for capacitance current compensation in medium voltage networks
WO2020036507A1 (en) Smoothing and current limiting reactor of a filter device for a railway traction substation
Liu et al. A compact-design oriented shipboard power supply system with transformer integrated filtering method
Liu et al. The single-active-part structure of the UHVDC converter transformer with the UHVAC power grid
Tanaka et al. Winding Arrangement of High-frequency Amorphous Transformers for MW-class DC-DC Converters
US9583252B2 (en) Transformer
Nakamura et al. A novel 3-d concentric-winding-type three-phase variable inductor for reactive power compensation in electric power systems
Nakamura et al. Basic characteristics of lap-winding type three-phase laminated-core variable inductor
JP7043513B2 (en) Harmonic filter using semi-magnetic bobbin
RU2486619C1 (en) Electric three-phase inductor with magnetic bias
JP5520613B2 (en) Magnetic flux control type variable transformer
Oh et al. Preliminary design of the ITER AC/DC converters supplied by the Korean Domestic Agency
CN208352106U (en) transformer
Panfllov et al. Optimization of weight and dimensions of longitudinal compensation devices for electric transmission lines 110–220 kV
Ibatullayeva Power Transformers in Electrical Transmission and Distribution Grids
RU2340975C1 (en) Three-phase electric reactor with magnetisation
RU2518149C2 (en) Controlled reactor with three-leg core
Wei et al. Design considerations of inductor for 500 kVA PV inverter based on Euro efficiency

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20121022

QB4A Licence on use of patent

Free format text: SUB-LICENCE

Effective date: 20131030

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20140331

QC41 Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right

Free format text: SUB-LICENCE FORMERLY AGREED ON 20131030

Effective date: 20140619

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

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20140331

Effective date: 20150302

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 20121022

Effective date: 20150318

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20170124

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20170310

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 20170310

Effective date: 20180618

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

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20140331

Effective date: 20190313

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

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180507

Effective date: 20190329

PD4A Correction of name of patent owner