RU2168785C2

RU2168785C2 - Axial induction regulator

Info

Publication number: RU2168785C2
Application number: RU98106123A
Authority: RU
Inventors: Б.Х. Гайтов; Я.М. Кашин; Н.А. Сингаевский; А.Ю. Савченко; С.Р. Шарифуллин
Original assignee: Кубанский государственный технологический университет
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: voltage regulation. SUBSTANCE: star-connected starting lead of device primary winding is electrically connected to starting lead of secondary winding. Toroidal magnetic cores carrying three-phase primary and secondary windings are relatively movable. Air gap required for their relative displacement is provided between magnetic cores. Displacement of magnetic core carrying three-phase primary winding relative to fixed one with three- phase secondary winding is ensured due to self-braking worm pair. Secondary winding can be connected to load. EFFECT: provision for regulating output voltage. 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к индукционным регуляторам, и может быть использовано, например, для регулирования напряжения. The invention relates to electrical engineering, in particular to induction regulators, and can be used, for example, for voltage regulation.

Известна конструкция индукционного регулятора (см. Костенко М.П., Пиотровский Л. М. Электрические машины, ч. 2, Л.: Энергия, 1973, с. 389-390), представляющего собой обычную асинхронную машину цилиндрического исполнения с фазным заторможенным ротором. Такой индукционный регулятор 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 величины выходного напряжения. При этом за первичную обмотку принимается обычно обмотка ротора, за вторичную - обмотка статора. The construction of an induction controller is known (see Kostenko MP, Piotrovsky L. M. Electric machines, part 2, L .: Energia, 1973, p. 389-390), which is a conventional cylindrical asynchronous machine with a phase-locked rotor . Such an induction controller comprises a stator and a rotor with corresponding three-phase windings, a housing, bearing shields and a self-braking worm gear, allowing the operator to rotate the rotor relative to the stationary stator by the required angle in order to change the magnitude of the output voltage. In this case, the primary winding is usually taken as the rotor winding, for the secondary - the stator winding.

При поворачивании ротора величина выходного напряжения плавно изменяется. When the rotor is turned, the magnitude of the output voltage changes smoothly.

Однако конструкция такого индукционного регулятора сложна из-за необходимости штамповки листов магнитопроводов статора и ротора. Кроме того, стоимость такого индукционного регулятора велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке. However, the design of such an induction controller is complicated due to the need to stamp sheets of the stator and rotor magnetic circuits. In addition, the cost of such an induction regulator is high due to the high consumption of electrical steel, associated with a high percentage of its waste during stamping.

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. and others. ), 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 bmotka covering the magnetic core, and the ends of the side cores adjacent to secondary magnetic circuit through a non-magnetic spacers are formed grooves, in which two secondary windings of polyphase are stacked, each of which covers one side of the magnetic core, the grooves of which it is stacked.

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

Данное изобретение решает задачу обеспечения возможности регулирования величины выходного напряжения. This invention solves the problem of providing the ability to control the magnitude of the output voltage.

Для этого начала обеих (первичной и вторичной) обмоток электрически соединяются между собой посредством скользящих контактов, а тороидальный магнитопровод с первичной обмоткой, соединенной в "звезду", выполняется подвижным относительно тороидального магнитопровода со вторичной обмоткой, для чего устанавливается самотормозящаяся червячная передача, жестко связанная с подвижным магнитопроводом, причем между тороидальными магнитопроводами обеспечивается воздушный зазор, необходимый для их взаимного перемещения, а вторичная обмотка выполняется проходящей, то есть имеющей возможность подключения к нагрузке. To this end, the beginnings of both (primary and secondary) windings are electrically connected to each other by means of sliding contacts, and the toroidal magnetic circuit with the primary winding connected to the "star" is movable relative to the toroidal magnetic circuit with the secondary winding, for which a self-braking worm gear is installed, tightly connected with a movable magnetic circuit, moreover, between the toroidal magnetic circuits there is an air gap necessary for their mutual movement, and the secondary winding in It is carried out passing, that is, having the ability to connect to the load.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого аксиального индукционного регулятора в разрезе, на фиг. 2 - схема соединения его обмоток, на фиг. 3 - ЭДС и токи в одной обмотке, на фиг. 4 - векторная диаграмма для одной фазы. In FIG. 1 shows a General view in section of the proposed axial induction controller, in FIG. 2 is a connection diagram of its windings; FIG. 3 - EMF and currents in one winding, in FIG. 4 is a vector diagram for one phase.

Аксиальный индукционный регулятор содержит (см. фиг. 1): червячную передачу, состоящую из винтового колеса 1 и червяка 2, подвижный тороидальный магнитопровод 3 с трехфазной обмоткой 4, неподвижный тороидальный магнитопровод 5 с трехфазной обмоткой 6, начало которой электрически соединено с началом трехфазной обмотки 4, корпус 7, вал 8, закрепленный в подшипниковых узлах 9 и 11 и жестко связанный с подвижным магнитопроводом 3 посредством диска 10. Начало трехфазной обмотки 4 подвижного тороидального магнитопровода 3 соединено с началом трехфазной обмотки 6 неподвижного тороидального магнитопровода 5 посредством скользящего контакта 12 (см. фиг. 2). The axial induction controller 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 three-phase winding 4, a stationary toroidal magnetic circuit 5 with a three-phase winding 6, the beginning of which is electrically connected to the beginning of the three-phase winding 4, the housing 7, the shaft 8, mounted in the bearing units 9 and 11 and rigidly connected to the movable magnetic circuit 3 by means of a disk 10. The beginning of a three-phase winding 4 of the movable toroidal magnetic circuit 3 is connected to the beginning of a three-phase windings 6 of a fixed toroidal magnetic circuit 5 by means of a sliding contact 12 (see Fig. 2).

Аксиальный индукционный регулятор работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 4 подвижного тороидального магнитопровода 3 к питающей сети напряжением U₁ в воздушном зазоре аксиального индукционного регулятора создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с трехфазной обмоткой 6 неподвижного тороидального магнитопровода 5, наводит в ней систему ЭДС. При пространственном совпадении осей обмоток 4 и 6, соответственно подвижного 3 и неподвижного 5 тороидальных магнитопроводов магнитный поток

(см. фиг. 3) одновременно набегает на обмотки 4 и 6 и наводит в них ЭДС

совпадающие по фазе и одинаково направленные относительно обмоток. При этом вектор ЭДС

действует согласно с вектором напряжения

Поэтому величина напряжения U₂ (см. фиг. 4) на зажимах потребляющей сети представляет собой арифметическую сумму U₁ и E₂: U₂ = U_2max = U₁ + E₂, т.к. обмотки 4 и 6 электрически соединены между собой, как указано выше. 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 магнитопровода 5 с обмоткой 6 на определенный угол, что приводит к соответствующему повороту вектора ЭДС

(см. фиг. 4) обмотки 6 относительно вектора напряжения

подаваемого на обмотку 4 из питающей сети. При повороте подвижного тороидального магнитопровода 3 на угол α = 180^o получим U₂ = U_2min = U₁ - E₂. Геометрическое место концов вектора

а, значит и

, при изменении угла α есть круг, описанный из точки A как из центра радиусом E₂. Результирующее выходное напряжение аксиального индукционного регулятора

при повороте подвижного тороидального магнитопровода 3 относительно неподвижного тороидального магнитопровода 5 (см. фиг. 1) на угол от 0 до 180^o изменяется по величине от U_2min = U₁ - E₂ до U_2max = U₁+E₂
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию трансформатора, как и прототип, в то же время в отличие от него позволяет менять величину выходного напряжения. Так, при равенстве по величине между собой напряжения U₁ и ЭДС E₂ выходное напряжение U₂ будет изменяться по величине от нуля до 2U₁. В сравнении с известной конструкцией индукционного регулятора, основанного на использовании асинхронных машин цилиндрического исполнения с фазным заторможенным ротором, аксиальный индукционный регулятор 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%.Axial induction controller operates as follows. When a three-phase winding 4 of a movable toroidal magnetic circuit 3 is connected to a supply network of voltage U ₁ , a rotating magnetic field is created in the air gap of the axial induction controller, which, interacting with the three-phase winding 6 of the stationary toroidal magnetic circuit 5, induces an EMF system in it. With a spatial coincidence of the axes of the windings 4 and 6, respectively, of the moving 3 and the stationary 5 toroidal magnetic cores, the magnetic flux

(see Fig. 3) simultaneously runs on the windings 4 and 6 and induces EMF in them

coinciding in phase and equally directed relative to the windings. In this case, the EMF vector

acts according to voltage vector

Therefore, the voltage U ₂ (see Fig. 4) at the terminals of the consuming network is the arithmetic sum of U ₁ and E ₂ : U ₂ = U _2max = U ₁ + E ₂ , because windings 4 and 6 are electrically interconnected as described above. When the handle is rotated (not shown in FIG. 1 as being irrelevant to the invention), rigidly connected with the worm 2, the movable toroidal magnetic core 3 with winding 4 rotates relative to the stationary magnetic core 5 with winding 6 by a certain angle, which leads to a corresponding rotation emf vector

(see Fig. 4) windings 6 relative to the voltage vector

fed to the winding 4 from the mains. When the movable toroidal magnetic circuit 3 is rotated through an angle α = 180 ^°, we obtain U ₂ = U _2min = U ₁ - E ₂ . Geometric place of the ends of the vector.

and that means

, when changing the angle α there is a circle described from point A as from the center of radius E ₂ . The resulting output voltage of the axial induction controller

when you rotate the movable toroidal magnetic circuit 3 relative to the stationary toroidal magnetic circuit 5 (see Fig. 1) by an angle from 0 to 180 ^o changes in magnitude from U _2min = U ₁ - E ₂ to U _2max = U ₁ + E ₂
The present invention, performing the function of a transformer, like a prototype, at the same time, in contrast to it, allows you to change the value of the output voltage. So, if the voltage U ₁ and EMF E _{2 are} equal in magnitude, the output voltage U ₂ will vary in magnitude from zero to 2U ₁ . Compared with the well-known design of the induction controller, based on the use of cylindrical asynchronous machines with a phase-locked rotor, the axial induction controller 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

A transformer-induction regulator containing two toroidal magnetic cores with grooves in which the primary and secondary three-phase windings are laid, characterized in that the beginnings of the primary and secondary windings are electrically connected to each other by means of sliding contacts, and the toroidal magnetic circuit with the primary winding connected to a "star" , made movable relative to the toroidal magnetic circuit with a secondary winding, for which a worm gear is installed, rigidly connected to the movable magnetic circuit, and between the magnetic cores have an air gap necessary for their mutual movement, and the secondary winding is made with the ability to connect to the load.