| US4378522A | 1983-03-29 | |||
| US4766364A | 1988-08-23 | |||
| SU1517071A1 | 1989-10-23 | |||
| SU851503A1 | 1981-07-30 |
| 6 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Универсальный трансформатор Баялиева содержащий первичную и вторичную обмотки, размещённые на Ш образном замкнутом магнитопроводе, отличающийся тем, что первичная и вторичная обмотки разделены на две части каждая из которых размещена на боковых частях магнитопровода, при этом обе части первичной и вторичных обмоток соединены последовательно, содержит по меньшей мере одну обмотку обратной связи размещённую на средней части магнитопровода, включённую последовательно через выпрямитель с первичной или вторичной обмоткой таким образом, что при появлении нагрузки обеспечивается появление дополнительного постоянного магнитного потока через среднюю часть магнитопровода. 2. Универсальный трансформатор Баялиева по пункту 1, отличающийся тем, что на средней части магнитопровода дополнительно размещается управляющая обмотка, на которую подаётся напряжение с тиристорного выпрямителя, подключённого параллельно к выходу вторичной или первичной обмотки. 3. Универсальный трансформатор Баялиева по пункту 1-2, отличающийся тем, что подключение обмоток обратной связи и управляющей обмотки осуществляется через блок переключателей позволяющий подключать различные режимы работы устройства. 4. Универсальный трансформатор Баялиева по пункту 1-3, отличающийся тем, что для сглаживания пульсаций постоянного магнитного поля средняя часть магнитопровода изготавливается из магнитотвёрдого материала. 5. Универсальный трансформатор Баялиева по пункту 1-4, отличающийся тем, что для работы в качестве инвертора на первичную обмотку подаётся напряжение от генератора, работающего от постоянного источника электроэнергии, при этом на управляющую обмотку подаётся другое управляемое постоянное напряжение, повышающее выходную мощность трансформатора. |
Изобретение относится к электрическим машинам, в частности, к трансформаторам электрической энергии.
В энергетике известны электротехнические устройства, именуемые магнитными усилителями. Магнитный усилитель позволяет управлять переменным током, с помощью управляющей обмотки, на которую подаётся постоянный ток.
С помощью таких устройств регулируются большие токи посредством сравнительно слабых электрических сигналов. Магнитные усилители широко применяют на тепловозах для автоматического регулирования возбуждения главного генератора, для регулирования напряжения источника служебного тока при зарядке аккумуляторных батарей, в стабилизаторах напряжения и для других целей.
Известны магнитные усилители с насыщающимися реакторами и с самонасыщением (с само подмагничиванием), [найдено 01.12.2020. Найдено из Интернет: <URL A https://electrono.ru/transformatory-i-reaktory/72-magn itnye-usiliteli>].
На Фиг.1 показаны схемы магнитных усилителей с насыщающимися реакторами со сдвоенным (а) и с трехстержневым (б) сердечниками. На управляющую обмотку подаётся постоянное напряжение Uy. Постоянное магнитное поле управляющей обмотки изменяет насыщение магнитопровода и индуктивное сопротивление L1 и L2. Данные устройства по своей сути представляют из себя источники тока, величина которого определяется индуктивным сопротивлением обмоток L1 и L2, которые подключены к источнику переменного напряжения U последовательно с нагрузкой.
Однако для этих же целей можно использовать уже существующие в большом количестве в электросетях такие преобразователи электроэнергии как трансформаторы. Это снизит необходимость изготовления дополнительных устройств и повысит надёжность функционирования электрических сетей.
Наиболее близким к заявляемому изобретению являются трансформаторы с плавной регулировкой напряжения [найдено 01.12.2020. Найдено из Интернет: <URL A https://leg. co.ua/transformatory/teoriya/obschie-svedeniya-o-transformat orah-6.html>]. На Фиг.2 показана конструкция трансформатора с подматничиваемым шунтом, расположенным вне обмоток переменного тока. На первичную обмотку W1 подаётся переменное напряжение U1. Напряжение на нагрузку U2 снимается со вторичной обмотки W2. Подмагничивающий шунт состоит из двух левых боковых стержней магнитопровода, с подмагничивающей обмоткой Wac ,на которую подаётся постоянное напряжение Ua. В нейтральном режиме работы устройства ( без подачи управляющего постоянного напряжения) магнитное поле первичной обмотки Ф1 распределено между шунтом и правым боковым стержнем трансформатора, то есть рассеивается между ними. При подаче постоянного напряжения управляющая обмотка создаёт в левых боковых стержнях постоянное магнитное поле, которое увеличивает магнитное сопротивление для магнитного поля Ф1, создаваемого первичной обмоткой W1 и перенаправляет его на правый боковой стержень трансформатора. В следствии этого, взаимодействие первичной и вторичной обмоток возрастает, что приводит к увеличению напряжения на вторичной обмотке.
Недостатком данного устройства является изначальное рассеивание магнитного потока Ф1 что приводит к снижению взаимодействия первичной и вторичной обмоток. Это снижает КПД работы трансформатора и его удельную мощность.
Технической задачей заявляемого универсального трансформатора Баялиева является устранение описанных выше недостатков.
Если в известных устройствах с помощью управляющей обмотки изменялась магнитная проницаемость (сопротивление) отдельных частей магнитопровода и снижался коэффициент его использования, то в предлагаемом изобретении используется известное из физики взаимодействие магнитных полей.
На Фиг.З показано взаимодействие однонаправленных и разнонаправленных магнитных полей. Из рисунка видно, что однонаправленные магнитные поля сливаются, а противонаправленные отталкиваются.
На Фиг.4 показан вариант конструкции «универсального генератора Баялиева».
Первичная (1 и 1'), вторичная (2 и 2') размещены на боковых стержнях, а обмотка обратной связи (3) - на центральном стержне Ф-образного магнитопровода (4).
Первичная и вторичная обмотоки разделены на две последовательно соединенные части, расположенные на противоположных стержнях магнитопровода.Соединение первичной и вторичной обмоток показано на Фиг.5. Обмотка обратной связи (3), которая расположена на среднем стержне магнитопровода, включена последовательно со вторичной обмоткой (2 и 2') через выпрямитель (например диодный мост со сглаживающим конденсатором) как показано на Фиг.6.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. На первичную обмотку (1 и 1') подаётся переменное напряжение. Каждая часть обмотки создаёт переменное магнитное поле, которое сливается и сосредоточено по периметру магнитопровода ( сплошные стрелки). Это магнитное поле создаёт ЭДС на обоих частях вторичной обмотки (2 и 2'). ЭДС обоих частей вторичной обмотки складывается, так как они соединены последовательно и создаёт переменный ток в цепи нагрузки. При отсутствии нагрузки ток через обмотку обратной связи не идёт и предлагаемое устройство работает как обычный трансформатор. При появлении нагрузки электрический ток, проходя через выпрямитель, поступает на обмотку обратной связи и создаёт постоянное магнитное поле в среднем стержне магнитопровода. Согласно свойству магнитного поля изображённому на Фиг.З постоянное магнитное поле (прерывистые стрелки ) под воздействием переменного магнитного поля первичной обмотки (1 и 1') будет замыкаться то через правый, то через левый стержень магнитопровода (4) как показано на Фиг.7 и создаст во вторичной обмотке (2 и 2') дополнительную ЭДС. Это равносильно эффекту увеличения витков в обмотках. Следовательно, для передачи одной и той же мощности в «универсальном трансформаторе Баялиева» можно использовать обмотки с меньшим количеством витков, а значит снизить расходы на изготовление обмоток трансформатора и потери в них.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения для усиления вышеуказанного эффекта на средний стержень трансформатора помещают дополнительную обмотку обратной связи (5) как показано на Фиг.8 и соединённую с первичной обмоткой (1 и 1') так же через выпрямитель по аналогии со схемой изображённой на Фиг.6. Дополнительное постоянное магнитное поле позволит ещё сильнее увеличить ЭДС во вторичной обмотке (2 и 2').
Обмотки обратной связи (3 и 5) начинают работать только при появлении тока в первичной или во вторичной обмотках и работают автоматически.
В другом варианте воплощения изобретения, когда управляющий ток не должен зависеть от нагрузки, например, для регулировки косинуса f, используется управляющая обмотка (6). Она помещается на средний стержень трансформатора как показано на Фиг 9. Управляющая обмотка подключается параллельно вторичной или первичной обмотке через управляемый тиристорный выпрямитель. Описание работы управляемого выпрямителя на тиристорах изложено на сайте [найдено 01.12.2020. Найдено из Интернет:
<URL A https :// studref . com/311612/tehnika/upravly aemy e_vypry amiteli_tiri storah>] .
Управляя тиристорами с помощью блока системы управления можно изменять угол управления и время начала и завершения работы каждого из тиристоров, а следовательно и среднее выпрямленное напряжение, ток и сдвиг по фазе между током и напряжением на управляющей обмотке относительно первичной обмотки трансформатора. Аналогичным образом происходит управление выходного напряжения и косинуса f на генераторах переменного тока в электрических сетях.
Управление режимами работы трансформатора удобнее всего осуществлять дистанционно с помощью блока переключателей, через который производится подключение (отключение) обмоток обратной связи и управляющей обмотки как показано на Фиг.10. Все обмотки могут подключаться как по отдельности, так и вместе, в зависимости от требований электрических сетей и потребителя. При отключении обмоток обратной связи и управляющей обмотки предлагаемое устройство работает в режиме обычного трансформатора. При увеличении тока нагрузки до величины II, превышающем номинальный подключается первая обмотка обратной связи. При дальнейшем увеличении тока нагрузки до величины 12, подключается вторая обмотка обратной связи. При необходимости регулирования косинуса f подключается управляющая обмотка.
Под воздействием обмоток обратной связи в центральном стержне магнитопровода наводится постоянное магнитное поле, пульсации которого сглаживаются конденсатором в выпрямителе как показано на Фиг.6. Для увеличения сглаживающего эффекта средний стержень можно изготовить из магнитотвёрдого материала (7) как показано на Фиг.11 (выделено жёлтым фоном).
Заявляемое устройство можно использовать в качестве инвертора, если на первичную обмотку подать переменное напряжение с генератора переменного тока, подключённого к напряжению U источника постоянного напряжения как показано на Фиг.12. В этом случае управляющая обмотка запитывается от напряжения Uy источника постоянного напряжения и создаёт дополнительный магнитный поток в среднем стержне трансформатора, что в свою очередь повышает выходную мощность универсального трансформатора Баялиева. Это позволяет повысить единичную мощность инвертора без необходимости увеличения единичной мощности генератора переменного напряжения, так как дополнительная мощность будет поступать через управляющую обмотку . Это приведёт к снижению потерь на нагрев в генераторе переменного тока.
Универсальный трансформатор Баялиева можно использовать в трёх фазном режиме, так же как и обычные однофазные трансформаторы, если соединить три однофазных трансформатора в один трёхфазный по стандартным схемам «звезда» или «треугольник»
Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение изначального рассеивания магнитного потока, усиление взаимодействия первичной и вторичной обмоток, повышение КПД работы трансформатора и его удельной мощности, снижение стоимости трансформатора, снижение необходимости изготовления дополнительных устройств и повышение надёжности функционирования электрических сетей.