RU2139586C1 - Multiphase transformer-phase shifter - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering, tests of electric devices such as electricity meters. SUBSTANCE: toroidal magnetic core of transformer has secondary multiphase winding put on it that is movable relative to immobile toroidal magnetic core with primary three-phase winding. With this in mind worm gearing rigidly coupled to movable toroidal magnetic core is installed and air gap needed for their mutual translation is provided. EFFECT: possibility of control over phase of output voltage in range 0-2π with its value being constant. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к многофазным трансформаторам и фазорегуляторам, и может быть использовано, например, в лабораторных условиях для поверки электросчетчиков и т. д. The invention relates to electrical engineering, in particular to multiphase transformers and phase regulators, and can be used, for example, in laboratory conditions for calibration of electricity meters, etc.

Известна конструкция фазорегулятора (см. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, ч. 2, Л.: Энергия, 1973, с.394), представляющего собой обычную асинхронную машину цилиндрического исполнения с фазным заторможенным ротором. Такой фазорегулятор содержит статор и ротор с соответствующими трехфазными обмотками, корпус, подшипниковые щиты и самотормозящуюся червячную передачу, позволяющую оператору вращать ротор относительно неподвижного статора на необходимый угол с целью изменения фазы выходного напряжения. При этом за первичную обмотку обычно принимается обмотка статора, за вторичную - обмотка ротора. При поворачивании ротора фаза выходного напряжения плавно изменяется в пределах 0 - 2π при постоянной величине этого напряжения. The design of the phase regulator is known (see Kostenko MP, Piotrovsky LM Electric machines, part 2, L .: Energia, 1973, p. 394), which is a conventional cylindrical asynchronous machine with a phase locked rotor. Such a phase regulator comprises a stator and a rotor with corresponding three-phase windings, a housing, bearing shields and a self-braking worm gear, which allows the operator to rotate the rotor relative to the stationary stator by the required angle in order to change the phase of the output voltage. In this case, the stator winding is usually taken as the primary winding, and the rotor winding is secondary. When the rotor is turned, the phase of the output voltage smoothly changes within the range of 0 - 2π at a constant value of this voltage.

Однако конструкция такого фазорегулятора сложна из-за необходимости штамповки листов магнитопроводов статора и ротора. Кроме того, стоимость такого фазорегулятора велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке. Более того, конструкция такого фазорегулятора не позволяет получить многофазное выходное напряжение. However, the design of such a phase regulator is complicated because of the need to stamp sheets of the stator and rotor magnetic circuits. In addition, the cost of such a phase regulator is high due to the high consumption of electrical steel, associated with a high percentage of its waste during stamping. Moreover, the design of such a phase regulator does not allow to obtain a multiphase output voltage.

Наиболее близким к изобретению по физической сущности и достигаемому результату является многофазный трансформатор (см. патент N 2082245, 1997 г. , Бюл. N 17, авторы Сингаевский Н.А., Гайтов Б. X., Жуков Ф.И. и др.), содержащий средний витой магнитопровод с обмотками и два боковых магнитопровода, примыкающих к торцам среднего магнитопровода через немагнитные прокладки, причем средний витой магнитопровод и два боковых витых магнитопровода выполнены тороидальными, на торцах среднего магнитопровода выполнены пазы, в которые уложена первичная трехфазная обмотка, охватывающая этот магнитопровод, а на торцах боковых магнитопроводов, примыкающих к среднему магнитопроводу через немагнитные прокладки, выполнены пазы, в которые уложены две вторичные многофазные обмотки, каждая из которых охватывает тот боковой магнитопровод, в пазы которого она уложена. The closest to the invention in terms of physical nature and the achieved result is a multiphase transformer (see patent N 2082245, 1997, Bull. N 17, authors Singaevsky N.A., Gaitov B. X., Zhukov F.I., etc. ), containing the middle twisted magnetic circuit with windings and two side magnetic circuits adjacent to the ends of the middle magnetic circuit through non-magnetic gaskets, the middle twisted magnetic circuit and two side twisted magnetic circuits made toroidal, the ends of the middle magnetic circuit have grooves in which the primary three-phase the winding covering this magnetic circuit, and at the ends of the side magnetic circuits adjacent to the middle magnetic circuit through non-magnetic gaskets, grooves are made in which two secondary multiphase windings are laid, each of which covers the side magnetic circuit in the grooves of which it is laid.

Существенным недостатком такого многофазного трансформатора является невозможность обеспечения регулирования фазы выходного напряжения, т.е. невозможность использования его в качестве фазорегулятора ввиду того, что магнитопроводы многофазного трансформатора выполнены взаимно неподвижными. A significant drawback of such a multiphase transformer is the inability to control the phase of the output voltage, i.e. the impossibility of using it as a phase regulator due to the fact that the magnetic cores of a multiphase transformer are made mutually stationary.

Данное изобретение решает задачу обеспечения возможности регулирования фазы выходного напряжения в диапазоне 0 - 2π при постоянной его величине. This invention solves the problem of providing the ability to control the phase of the output voltage in the range 0 - 2π at a constant value.

Для этого тороидальный магнитопровод со вторичной многофазной обмоткой выполняется подвижным относительно неподвижного тороидального магнитопровода с первичной трехфазной обмоткой, для чего устанавливается самотормозящаяся червячная передача, жестко связанная с подвижным тороидальным магнитопроводом, а между тороидальными магнитопроводами обеспечивается воздушный зазор, необходимый для их взаимного перемещения. For this, a toroidal magnetic circuit with a secondary multiphase winding is movable relative to a stationary toroidal magnetic circuit with a primary three-phase winding, for which a self-braking worm gear is installed, rigidly connected to a movable toroidal magnetic circuit, and an air gap is provided between the toroidal magnetic circuits necessary for their mutual movement.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого многофазного трансформатора-фазорегулятора в разрезе, на фиг. 2 - схема соединения его обмоток, на фиг. 3 - векторная диаграмма для одной фазы. In FIG. 1 shows a General view in section of the proposed multiphase transformer-phase regulator, in FIG. 2 is a connection diagram of its windings; FIG. 3 is a vector diagram for one phase.

Многофазный трансформатор-фазорегулятор содержит (см. фиг. 1): червячную передачу, состоящую из винтового колеса 1 и червяка 2, подвижный тороидальный магнитопровод 3 с многофазной, например, девятифазной обмоткой 4, неподвижный тороидальный магнитопровод 5 с трехфазной обмоткой 6, корпус 7, вал 8, закрепленный в подшипниковых узлах 9 и 11 и жестко связанный с подвижным тороидальным магнитопроводом 3 посредством диска 10. Обмотка 4 подвижного магнитопровода 3 имеет возможность соединяться с нагрузкой посредством скользящего контакта 12 (см. фиг. 2). A multiphase transformer-phase regulator contains (see Fig. 1): a worm gear consisting of a helical wheel 1 and a worm 2, a movable toroidal magnetic circuit 3 with a multiphase, for example, nine-phase winding 4, a stationary toroidal magnetic circuit 5 with a three-phase winding 6, housing 7, a shaft 8, mounted in the bearing units 9 and 11 and rigidly connected to the movable toroidal magnetic circuit 3 by means of a disk 10. The winding 4 of the movable magnetic circuit 3 has the ability to connect to the load via a sliding contact 12 (see Fig. 2).

Многофазный трансформатор-фазорегулятор работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 6, принимаемой за первичную, неподвижного тороидального магнитопровода 5 к питающей сети напряжением U₁ в воздушном зазоре многофазного трансформатора- фазорегулятора создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с многофазной обмоткой 4, принимаемой за вторичную, подвижного тороидального магнитопровода 3, наводит в ней систему многофазных ЭДС. Фаза ЭДС в обмотке 4 подвижного тороидального магнитопровода 3 зависит от первоначального взаимного расположения осей обмоток 4 и б соответственно подвижного тороидального магнитопровода 3 и неподвижного тороидального магнитопровода 5. При повороте рукоятки (на фиг.1 она не показана, как не имеющая отношения к существу изобретения), жестко связанной с червяком 2, подвижный тороидальный магнитопровод 3 с обмоткой 4 поворачивается относительно неподвижного тороидального магнитопровода 5 с обмоткой 6 на определенный угол, что приводит к соответствующему повороту вектора ЭДС

(см. фиг. 3, на которой стрелками показаны возможные направления перемещения вектора ЭДС

, а следовательно, и вектора напряжения

при подключении нагрузки) обмотки 4 относительно вектора напряжения

подаваемого на первичную обмотку 6 из питающей сети, при постоянной величине ЭДС

т.е. к изменению фазы ЭДС

а, значит, и вектора напряжения

Предлагаемое изобретение, выполняя функцию многофазного трансформатора, как и прототип, в то же время в отличие от него, позволяет менять фазу выходного напряжения в диапазоне 0-2π. В сравнении с известной конструкцией фазорегулятора, основанного на использовании асинхронных машин цилиндрического исполнения с фазным заторможенным ротором, многофазный трансформатор-фазорегулятор позволяет значительно упростить технологию изготовления магнитопроводов статора и ротора, значительно сократить при этом расход электротехнической стали. Так, при мощности 5 кВт расход электротехнической стали уменьшается на 20-25%.Multiphase transformer phase regulator operates as follows. When connecting a three-phase winding 6, taken as the primary, stationary toroidal magnetic circuit 5 to the supply network with voltage U ₁ , a rotating magnetic field is created in the air gap of the multiphase transformer-phase regulator, which, interacting with the multiphase winding 4, taken as the secondary, movable toroidal magnetic circuit 3, induces it has a multiphase emf system. The phase of the EMF in the winding 4 of the movable toroidal magnetic circuit 3 depends on the initial relative position of the axes of the windings 4 and b, respectively, of the movable toroidal magnetic circuit 3 and the stationary toroidal magnetic circuit 5. When the handle is rotated (it is not shown in Fig. 1 as being irrelevant to the invention) rigidly connected with the worm 2, the movable toroidal magnetic circuit 3 with the winding 4 is rotated relative to the stationary toroidal magnetic circuit 5 with the winding 6 by a certain angle, which leads to current rotation of the EMF vector

(see Fig. 3, in which the arrows show the possible directions of movement of the EMF vector

and, consequently, voltage vectors

when connecting the load) winding 4 relative to the voltage vector

supplied to the primary winding 6 from the supply network, with a constant value of EMF

those. EMF phase change

and, therefore, voltage vectors

The present invention, performing the function of a multiphase transformer, like a prototype, at the same time, unlike it, allows you to change the phase of the output voltage in the range 0-2π. In comparison with the known design of the phase regulator, based on the use of cylindrical asynchronous machines with a phase inhibited rotor, the multi-phase transformer-phase regulator can significantly simplify the manufacturing technology of the stator and rotor magnetic circuits, while significantly reducing the consumption of electrical steel. So, with a power of 5 kW, the consumption of electrical steel is reduced by 20-25%.

Claims (1)

Многофазный трансформатор-фазорегулятор, содержащий два тороидальных магнитопровода с пазами, в которые уложены первичная трехфазная и вторичная многофазная обмотки, отличающийся тем, что тороидальный магнитопровод с вторичной многофазной обмоткой выполнен подвижным относительно неподвижного тороидального магнитопровода с первичной трехфазной обмоткой, для чего установлена червячная передача, жестко связанная с подвижным тороидальным магнитопроводом, а между тороидальными магнитопроводами имеется воздушный зазор, необходимый для их взаимного перемещения. A multiphase transformer-phase regulator containing two toroidal magnetic circuits with grooves in which the primary three-phase and secondary multiphase windings are stacked, characterized in that the toroidal magnetic circuit with the secondary multiphase winding is movable relative to the stationary toroidal magnetic circuit with the primary three-phase winding, for which the worm gear is mounted rigidly associated with a movable toroidal magnetic circuit, and between the toroidal magnetic circuit there is an air gap required for For their mutual movement.

Images