Регулируемый трансформатор с магнитной жидкостью

Опубликовано: 7 августа 2008 г. в 13:33, 501 просмотр Комментировать

Научной школой профессора В. И. Гнатюка получен патент на изобретение Трансформатор, RU 2 306 627 C1, 2007. Данное техническое устройство представляет собой силовой трансформатор с полым магнитопроводом, заполненным магнитной жидкостью. Уровень магнитной жидкости регулируется гидронасосом, что позволяет за счет изменения магнитного сопротивления стержней плавно регулировать напряжение на выводах трансформатора. Обратная связь позволяет, воздействуя на гидронасос, осуществлять автоматическое регулирование напряжения. Изобретение может найти применение в системах электроснабжения и автоматического регулирования.

Одним из основных элементов системы электроснабжения уже в течение долгого времени остается силовой трехфазный трансформатор, состоящий из Ш-образного магнитопровода, первичной и вторичной обмоток. Для дискретного регулирования напряжения в небольших пределах он может иметь коммутационное переключающее устройство, изменяющее число витков вторичной обмотки. Недостатком данного трансформатора является невозможность автоматического плавного регулирования и поддержания напряжения на вторичных обмотках, что приводит к ограничению функциональных возможностей трансформатора. При этом, как правило, регулирование осуществляется в силовых цепях, что создает существенные трудности, связанные с большими токами и напряжениями. Имеются трансформаторные устройства с разъемными и подвижными магнитопроводами, в которых регулирование напряжения осуществляется за счет изменения магнитного сопротивления стержней. Недостатком подобных устройств является низкая надежность подвижных соединений.

В тоже время достаточно широко известны и применяются магнитные жидкости, представляющие собой особые коллоидные растворы мелких ферромагнитных частиц в связующих жидкостях, которые могут быть использованы для эффективного регулирования и коммутации магнитного потока (Розенцвейг Р. Феррогидродинамика. — М.: Мир, 1986).

Для исключения недостатков классического трансформатора предлагается снабдить его емкостью с магнитной жидкостью, стержни магнитопровода трансформатора выполнить полыми и соединенными с помощью трубопровода через гидронасос с емкостью. Гидронасос управляется реверсивным выключателем, который регулируется устройством сравнения. В стенке магнитопровода на уровне верхней кромки полости выполнены отверстия для сообщения с атмосферой. Это позволяет перекачивать магнитную жидкость из емкости в полости и обратно и тем самым изменять уровень магнитной жидкости во внутренних полостях магнитопровода. Одновременно с уровнем жидкости меняется индуктивность и, соответственно, магнитное сопротивление магнитопровода. Как следствие — изменение потокосцепления обмоток, приводящее к изменению коэффициента трансформации и напряжения на выводах устройства. Конструкция и основные элементы трансформатора представлены на рисунке.

Трансформатор работает следующим образом. Напряжение U с выводов вторичной обмотки 3 подается на устройство сравнения 10. При изменении напряжения U на выводах вторичной обмотки 3 от заданного номинального напряжения UН, устройство сравнения 10 сравнивает это отклонение ± ΔU = U — UН и, в зависимости от знака разности напряжения, вырабатывает управляющий сигнал, который подается на реверсивный выключатель 11, управляющий гидронасосом, который, в свою очередь, изменяет уровень магнитной жидкости во внутренних полостях магнитопровода. Тем самым происходит плавное автоматическое регулирование и поддержание напряжения на выводах вторичных обмоток.

Если напряжение на выводах вторичной обмотки трансформатора возрастает (U > UН), то их разность положительна (+ ΔU). Эту разность фиксирует устройство сравнения 10 и подает соответствующий сигнал на реверсивный выключатель 11, который управляет гидронасосом 7. Гидронасос 7 откачивает магнитную жидкость 5 из полых стержней 4 через трубопровод 6 в емкость 8. По мере откачки магнитной жидкости 5 с помощью гидронасоса 7 по трубопроводу 6 в емкость 8 магнитное сопротивление магнитопровода 1 возрастает за счет снижения уровня магнитной жидкости 5 в полостях стержней 4 и заполнения воздухом через отверстие 9. Потокосцепление первичных 2 и вторичных 3 обмоток снижается, что в свою очередь приводит к снижению напряжения на выводах вторичных обмоток 3 до заданного номинального напряжения UН.

Если напряжение на выводах вторичной обмотки трансформатора уменьшается (U < UН), то их разность отрицательна (- ΔU). Эту разность фиксирует, аналогично первому случаю, устройство сравнения 10 и подает соответствующий сигнал на реверсивный выключатель 11, который управляет гидронасосом 7. Гидронасос 7 закачивает магнитную жидкость 5 из емкости 8 через трубопровод 6 в полые стержни 4. По мере закачки магнитной жидкости 5 магнитное сопротивление магнитопровода 1 уменьшается. Потокосцепление первичных 2 и вторичных 3 обмоток увеличивается, что в свою очередь приводит к увеличению напряжения U на выводах вторичных обмоток 3 до заданного номинального напряжения UН.

Свободная перекачка магнитной жидкости гидронасосом 7 из полых стержней магнитопровода 4 в емкость 8 и обратно обеспечивается доступом атмосферного воздуха через отверстия 9 в пространство между верхней кромкой полости и поверхностью магнитной жидкости 5 в стержнях.

Предлагаемое решение может быть использовано в системах электроснабжения, где позволит избавиться от сложного, дорогостоящего и опасного в пожарном отношении переключающего устройства и обеспечить не дискретное, а плавное автоматическое регулирование и поддержание напряжения на выводах вторичных обмоток трансформатора.

В. И. ГНАТЮК, С. В. ХАНЕВИЧ,
Калининградский государственный технический университет.

Рекомендуем почитать

Предотвращение аварий двигателя при его удаленном подключении к преобразователю частоты на IGBT
10 декабря 2007 г. в 01:00
Применение нового поколения преобразователей частоты, (ПЧ или инверторов), использующих в своем составе биполярные транзисторы с изолированными затворами (IGBT) для подключения удаленных двигателей, всегда являлось источником беспокойства и дополнительных расходов. Двигатели, подключенные к ПЧ и установленные на значительном расстоянии от него, часто выходят из строя из-за пробоя изоляции, вызванного импульсными перенапряжениями. В этой статье приведен краткий анализ существующих проблем. Здесь также приводятся примеры решений, устраняющих существующие проблемы и предотвращающих аварии двигателей в процессе их длительной эксплуатации.
Дизель\u002Dгенераторные установки: разбираемся, что к чему
6 апреля 2009 г. в 11:13
Дизель-генераторные установки (ДГУ) — наиболее распространенные на сегодняшний момент времени элементы построения систем гарантированного питания. Основными структурными элементами ДГУ, как можно видеть в названии, является дизельный двигатель и генератор. В данной статье будут рассмотрены принципы работы и конструктивные особенности ДГУ с четырехтактным дизельным двигателем и синхронным генератором переменного тока.
Энергоэффективные силовые трансформаторы: тенденции развития конструкции и характеристик энергосбережения
19 июля 2012 г. в 18:24
Конструкция силовых трансформаторов, как масляных, так и сухих,уже более столетия является практически неизменной: магнитопровод, обмотки, бак (для масляных трансформаторов). Как отметил автор статьи «Умные» трансформаторы для «умной» энергетики» [1], «...все изменения там обычно не революционные, а эволюционные». Действительно, на смену горячекатаным маркам электротехнической стали пришли холоднокатаные, на смену меди для обмоток стали использовать алюминий, способ шихтовки магнитопровода «прямой стык» изменился на «косой стык», толстостенный бак с расширительным бачком уступает место герметичному тонкостенному гофробаку и т.д.
Преобразователи частоты TMdrive на напряжение 6\u002D10 кВ
14 января 2008 г. в 00:00
В промышленно развитых странах техника частотно-регулируемых приводов используется уже более 30 лет. В течение всего этого времени закладывались научные и методические основы, разрабатывались технические и программные средства управления электроприводом, совершенствовались технологические процессы и оборудование, менялась элементная база силовых электронных элементов. Если в начале своего пути преобразователи частоты строились на основе тиристорных устройств, то теперь повсеместно используются транзисторные силовые ключи (т.н. IGBT технология, впервые разработанная компанией «TOSHIBA» в начале 80-х).
5 апреля 2013 г. в 06:00
Еще лет двадцать назад, когда речь заходила о силовых трансформаторах, то, как правило, имелись в виду силовые масляные трансформаторы. А ведь исторически первыми были «сухие».

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.