Результат интеллектуальной деятельности: УПРАВЛЯЕМЫЙ РЕАКТОР

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных (тиристорных и транзисторных) преобразователях регулируемых электроприводов общепромышленных механизмов, транзисторных средств, металлургических агрегатов.

Известны электротехнические устройства, например магнитные усилители, в которых регулируется выходной сигнал в активно-индуктивных цепях с насыщающимися магнитными сердечниками изменением тока подмагничивания, пропускаемого через обмотку управления (Ройзен С.С., Стефанович Т.Х. Магнитные усилители в электроприводе и автоматике. - М.: Энергия, 1970. - 552 с., стр.11-41).

Известны также управляемые реакторы, которые имеют замкнутый магнитопровод, центральный стержень, расположенный внутри замкнутого магнитопровода, обмотку управления, расположенную на центральном стержне, сетевую обмотку и блок управления (см. патент РФ 2348998 C1 МПК H01F 29/14 (2006.01); H02J 3/18 (2006.01)/ А.В. Григорьев, В.А. Малютин, Ф.Т. Исьянов и др. Заявка: 2008103159/09, 31.01.2008; Опубл. 10.03.2009 Бюл. №7).

Однако данную конструкцию реактора следует признать сложной, имеющей большие габариты и сложную настройку.

Между тем, в выходных цепях вентильных преобразователей, как правило, ставится другая задача: необходимо исключить насыщение магнитной системы реактора постоянной (или сравнительно медленно изменяющейся) составляющей тока нагрузки и тем самым добиться эффективного сглаживания переменной (высокочастотной) составляющей.

В основу предлагаемого изобретения положена задача, заключающаяся в реализации возможности повышения степени подавления высокочастотной составляющей выходного напряжения вентильного преобразователя созданием размагничивающей МДС так, чтобы скомпенсировать влияние постоянной (или медленно изменяющейся) составляющей выходного тока на насыщение магнитной системы реактора.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в реакторе, содержащем плоский трехстержневой магнитопровод, на каждом стержне которого размещены обмотки, включенные последовательно и имеющие равное число витков, направления магнитодвижущих сил (МДС) обмоток в двух крайних стержнях совпадают между собой, параллельно обмотке, размещенной на среднем стержне, подключен конденсатор.

Предлагаемое техническое решение имеет следующие основные технические преимущества: простоту конструкции реактора, высокую технологичность его изготовления, бесконтактное исполнение.

Вместе с тем оно отличается существенной простотой, а высокая точность компенсации постоянной составляющей достигается без введения каких-либо дополнительных регулирующих устройств.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:

- на фиг.1 - пример функциональной электрической схемы заявленного реактора;

- на фиг.2 - схематичное расположение обмоток на стержнях магнитопровода реактора, фронтальный вид.

На функциональной электрической схеме (фиг.1) и фронтальном виде (фиг.2) реактор содержит плоский замкнутый магнитопровод, имеющий стержни 1, 2 и 3 и ярма 4 и 5. На крайних стержнях 1 и 3 размещены обмотки (катушки) 6 и 7, соединенные последовательно.

На среднем стержне 2 в рассечке между обмотками 6 и 7 размещена обмотка 8, которая имеет такое же число витков, как и обмотки 6 и 7. Параллельно обмотке 8 подключен конденсатор 9.

Клеммы 10 и 11 предназначены для подключения реактора в разрыв внешней цепи нагрузки, например, вентильного преобразователя.

Реактор работает следующим образом (фиг.2). При подключении реактора к внешней цепи нагрузки ток, которой имеет постоянную и переменную составляющие, МДС катушек 6 и 7 создают магнитный поток 01, который замыкается по контуру «стержень 3 - ярмо 4 - стержень 1 - ярмо 5», но не заходит в стержень 2, так как там МДС обмоток 6 и 7 действуют встречно.

Ток, протекающий через катушку 8, создает МДС, и далее в стержне 2 магнитный поток Ф₁, который разветвляется в стержнях 1 и 3 на две составляющие Ф₂ и Ф₂₂. При этом состояние участков магнитной цепи, приходящихся на стержни 1 и 3, оказывается неодинаковым, а именно:

стержень 3, в котором Ф₁ и Ф₂ направлены согласно, насытится и тем значительнее, чем больше постоянная составляющая тока внешней нагрузки, в цепь которой включен реактор, а магнитный поток в стержне 1 из-за встречного направления Ф₁ и Ф₂₁ будет равен (или почти равен) нулю. В результате индуктивность катушки 7 резко упадет, а индуктивность катушки 6 останется по-прежнему высокой независимо от величины постоянной составляющей тока вешней нагрузки. Поэтому уровень пульсаций тока внешней нагрузки будет снижаться за счет большого индуктивного сопротивления участка цепи катушки 6.

Встречное (т.е. размагничивающее) взаимное включение катушек 6 и 8, с одной стороны, полезно, так как оно уменьшает суммарный магнитный поток в стержне 1 и удерживает его на линейном (ненасыщенном) участке кривой намагничивания, снижая тем самым уровень пульсаций переменной составляющей тока нагрузки. Но вместе с тем встречное включение катушек 6 и 8 снижает эффективность подавления пульсаций тока внешней нагрузки. Для устранения этого недостатка полезно параллельно одной из катушек (в предлагаемой заявке - это катушка 8) включить конденсатор 9. Он вызывает взаимное несовпадение временных векторов переменных составляющих падения напряжения на катушках 6 и 8 и восстанавливает эффективность подавления пульсаций тока в цепи нагрузки.

В итоге выявляется следующая роль каждой из катушек реактора: катушка 6 является основной рабочей (на ней падает главная доля переменной составляющей напряжения цепи нагрузки), катушка 8 является управляющей (она размагничивает магнитную цепь катушки 6), а катушка 7 выполняет вспомогательную роль, обеспечивая непрерывность контура потока 01.

Промышленная применимость предполагаемого изобретения. Предлагаемый реактор имеет повышенный коэффициент использования электротехнической стали, малые габариты благодаря отсутствию в сердечнике магнитопроводов воздушных зазоров и компенсации постоянной составляющей магнитного потока на рабочем участке магнитной цепи. Простота конструкции, высокая технологичность изготовления, отсутствие необходимости в каких-либо регулировках позволяют рекомендовать предлагаемый реактор для вентильных электроприводов широкого класса производственных механизмов.