Трансформатор регулируемый подмагничиванием шунтов схема

Сварочные трансформаторы регулируемые подмагничиванием

В эту группу источников входят сварочные трансформаторы с нормальным рассеянием, работающие в комплекте с дросселями насыщения (ДН), и трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием, регулируемые подмагничиванием шунта (ТРПШ).

Эти источники имеют ряд существенных преимуществ перед рассмотренными ранее. Первое преимущество — отсутствие подвижных частей и, как следствие, высокая надежность и долговечность. Второе — сравнительно малая инерционность регулирования и простота дистанционного управления. Третье преимущество, относящееся к ДН, — возможность получения очень широких пределов регулирования тока и прямоугольной формы кривой тока.

Недостатки этих устройств — большой расход активных материалов и невысокие энергетические показатели.

Дроссели насыщения получили за рубежом широкое распространение в универсальных источниках питания переменного и постоянного тока для аргонодуговой сварки, реже используются для создания источников с прямоугольной формой кривой тока. ТРПШ применяются как у нас, так и за рубежом в качестве источников для аргонодуговой сварки и автоматической сварки под флюсом.

Рис 12. Схема сварочного трансформатора с дросселем насыщения (а) и построение кривой тока в рабочей цепи дросселя насыщения (б); осциллограмма тока нагрузки (в)

В последнее время источники, регулируемые подмагничиванием, стали вытесняться более современными и экономичными тиристорными системами.

Сварочные трансформаторы с дросселями насыщения

Схема трансформатора представлена на рис 12, а. Во вторичной цепи сварочного трансформатора Т с нормальным рассеянием включен дроссель насыщения (ДН). На двух магнитопроводах ДН размещены рабочие обмотки с числами витков ω_1р и ω_2р ; обмотка управления с числом витков ω_у охватывает одновременно оба магнитопровода. Рабочие обмотки включены встречно-последовательно, чтобы ЭДС основной частоты, наводимые в обмотке управления, взаимно компенсировались.

Различают два режима работы дросселя насыщения: режим свободного и вынужденного намагничивания. При свободном намагничивании сопротивление в цепи управления настолько мало, что не может влиять на значение гармонической составляющей тока в этой цепи, возникающей под действием ЭДС. При вынужденном намагничивании гармоническая составляющая тока полностью (или частично) подавлена путем введения в цепь управления дополнительного индуктивного сопротивления (дроссель L на рис 12, а). У «идеальных» ДН, выполненных на магнитопроводе с прямоугольной кривой намагничивания, у которого отсутствуют рассеяние обмоток и активные потери, а гармоническая составляющая тока управления полностью подавлена, кривая тока нагрузки имеет прямоугольную форму. В цепи нагрузки «идеального» ДН, работающего в режиме свободного намагничивания, форма кривой тока, напротив, сильно искажена.

В источниках питания с прямоугольной формой кривой тока свойства реальных ДН стараются всемерно приблизить к свойствам «идеального» ДН: применяют тороидальные магнитопроводы из холоднокатаной стали, прошедшей специальную термообработку.

Как будет показано ниже, получение благоприятной для сварки прямоугольной формы кривой тока связано с существенными дополнительными затратами активных материалов на изготовление дросселя L, поэтому такие источники находят ограниченное применение — только для специальных целей.

В более массовых источниках ДН работают в режиме свободного намагничивания. В таких источниках принимают специальные меры для устранения искажений кривой сварочного тока: ДН изготовляют на пластинчатых магнитопроводах из материала со слабо выраженной нелинейностью кривой намагничивания, допускают повышенное воздушное рассеяние обмоток, на пути переменного магнитного потока вводят воздушные зазоры. Все эти меры весьма отрицательно сказываются на регулировочных возможностях ДН, однако позволяют без дополнительных затрат приблизить форму кривой сварочного тока к синусоидальной.

Если значение индукции выбрано таким образом, что отсутствует режим перевозбуждения, ток на выходе ДН очень мал и по форме близок к синусоиде.

Постоянный ток в обмотке управления создает сильное магнитное поле, которое вызывает значительное намагничивание магнитопроводов ДН: одного — в положительном, а другого — в отрицательном направлениях.

Под воздействием рабочего напряжения возникает МДС переменного тока, которая в одном магнитопроводе ДН совпадает с МДС обмотки управления, а во втором — направлена встречно ей. В магнитопроводе, где МДС складываются, магнитная индукция может изменяться весьма незначительно, так как магнитопровод работает на насыщенном участке кривой намагничивания. Во втором магнитопроводе МДС направлены встречно, и индукция в нем может меняться в больших пределах.

Так как магнитопроводы включены последовательно, ток в рабочей цепи под действием приложенного напряжения будет определяться суммарным сопротивлением рабочих обмоток обоих магнитопроводов.

Характеристика намагничивания эквивалентного элемента (кривая 1 на рис 12, б) получается путем графического сложения характеристик намагничивания первого и второго магнитопроводов и некоторого линейного элемента, учитывающего индуктивное сопротивление рабочих с обмоток ДН. Положение кривой намагничивания эквивалентного элемента в системе координат определяется значением МДС обмотки управления.

Прикладывая к эквивалентному элементу синусоидальное напряжение (кривая 2 на рис 12, б), можно графически построить кривую тока 3 в рабочей цепи ДН. Отметим, что кривые тока в оба полупериода полностью симметричны, так как в каждый полупериод магнитные состояния магнитопроводов взаимно меняются. На рис 126 приведена осциллограмма тока нагрузки экспериментального источника ТСГП-200 для режима 50 А, 16 В.

В работе показано, как изменяется форма кривой тока нагрузки в зависимости от степени сглаживания пульсаций тока в цепи управления.

При конечном значении индуктивности сглаживающего дросселя кривая тока нагрузки 1 (рис 13, а) имеет две составляющие. Первая составляющая изменяется во времени по синусоидальному закону, вторая составляющая в течение полупериода остается неизменной. С увеличением индуктивного., сопротивления в цепи управления синусоидальная составляющая уменьшается, а постоянная возрастает. Соотношение составляющих тока нагрузки может быть характеризовано коэффициентом (рис 13, а).

Если же дроссель выполнить линейным, форма кривой тока в процессе регулирования будет ухудшаться с уменьшением его значения. Наихудшая форма имеет место при малых рабочих токах, когда условия существования дугового разряда особенно затруднены.

Рис 14. Конструкция сварочного трансформатора с подмагничиваемым шунтом и схема соединения обмоток

Наряду с источниками с постоянной формой кривой тока нагрузки во всем диапазоне регулирования могут быть созданы источники, у которых форма кривой тока улучшается с уменьшением его значения. В этом случае обмотку управления следует выполнять секционированной, а регулирование сварочного тока производить ступенями — за счет изменения числа витков обмотки управления и плавно в небольших пределах — путем изменения тока управления.

В источнике питания с плавно-ступенчатым регулированием для получения заданной формы кривой тока во всем диапазоне регулирования требуется сглаживающий дроссель существенно меньшей мощности, чем в источнике с плавным регулированием.

Сварочные трансформаторы, регулируемые подмагничиванием шунта

На рис 14 показана конструкция и схема соединения обмоток трансформатора, регулируемого подмагничиванием шунта. Эта конструкция получила наиболее широкое распространение в сварочном производстве.

Магнитная система сварочного трансформатора состоит из двух замкнутых магнитопроводов, один из которых перпендикулярно вставлен в другой. Внутренний магнитопровод 6 представляет собой магнитный шунт. Силовые обмотки сварочного трансформатора расположены симметрично на обоих стержнях внешнего, главного, магнитопровода 3. Трансформатор выполнен с частичным разнесением силовых обмоток. Вторичная обмотка состоит из основной обмотки (катушки 4, 5) и дополнительной обмотки (катушки 1), причем основная обмотка расположена по одну сторону шунта, а дополнительная — по другую сторону шунта совместно с первичной обмоткой (катушки 2). Катушки первичной и вторичной обмоток на двух стержнях соединены между собой параллельно.

Обмотка управления обычно выполняется секционированной: четыре катушки 7 обмотки управления Wy включены встречно-последовательно относительно ЭДС основной частоты, наводимой в них потоком шунта Фш. Поток Фу, создаваемый постоянным током в обмотках управления, замыкается по шунту.

Между главным магнитопроводом и шунтом имеется воздушный зазор.

Сварочный трансформатор имеет два диапазона регулирования за счет переключения витков вторичной обмотки. В диапазоне малых токов нагрузка подключается к зажимам Х2 и ХЗ, а в диапазоне больших токов — к зажимам X1, Х2.

При переходе с диапазона малых токов на диапазон больших токов часть витков основной обмотки гюо отключается (катушки 5) и подключается столько же витков дополнительной обмотки (катушки 1). Минимальный ток трансформатора (для каждого диапазона) I₂₁ определяется максимальным индуктивным сопротивлением сварочного трансформатора с шунтом при отсутствии тока управления в его обмотках. Это сопротивление может быть определено по приведенным ранее формулам для трансформатора с подвижным шунтом.

Разделение полного диапазона регулирования на две ступени позволяет уменьшить МДС обмоток управления и сделать сварочный трансформатор более компактным и экономичным.

Источник

Трансформатор ТРПШ-2

«‘ Назначение. Трансформатор ТРПШ-2 питает через выпрямительный мост током цепи управления электровоза и обеспечивает подзаряд аккумуляторной батареи; он работает в режиме стабилизатора напряжения. Стабилизация вторичного напряжения осуществляется с помощью обмотки подмагничивания №у (рис. 68). • •Пря снижении напряжения на первичной обмотке; Ш1 в обмотке Ш2 с помощью бесконтактного регулятора напряжения растет постоянный так, что ведет к увеличению степени насыщения стали шунтов постоянным магнитным потоком и вытеснению в основной магни-топровод переменного магнитного потока. С увеличением переменного, магнитного потока в основном маг-нитопроводе, на котором находится вторичная обмотка №2, Напряжение в ней увеличивается. «

При увеличении напряжения в первичной обмотке ток подмагничивания в . обмотках шунтов уменьшается, уменьшается в них и магнитный поток подмагничивания стали. Переменный магнитный поток в стержнях шунтов увеличивается, а в основном стержне уменьшается, что влечет за собой снижение напряжения вторичной обмотки.

Номинальная мощность . ‘. . . 9,2 кВ А

Номинальное первичное напряжение. 380 В

Пределы колебания первичного напряжения . 280-460 В Среднее значение выпрямленного напряжения вторичной обмотки . • 55 В

Частота питающего напряжения. 50 Гц

Напряжение к. з. при номинальном токе подмапшчивания . не более 15 %

Конструкция. Магнитная система ТРПШ-2 состоит из трех стержневых магнитопроводов, шихтованных из листов (толщина 0,35 мм) электротехнической стали марки 3413 (ГОСТ 21427.1-75). Два крайних магнитопровода (шунты) имеют размеры в поперечном сечении 3,9 X 9,5 см, средний (основной) — 9,5 X 9,5 см. Первичная обмотка намотана проводом ПСД 3,15 X 4,5 мм (ГОСТ 7019-80) в два слоя плашмя и состоит из двух катушек по 74 витка каждая. Катушки соединены последовательно, и каждая из них охватывает все три магнитопровода. Вторичная обмотка также состоит из двух катушек, намотанных проводом ПСД 3,55 X 5 мм в один слой двумя проводами в параллель по 37 витков. Каждая катушка охватывает один из стержней основного магнитопровода, катушки соединены параллельно. Обмотка подмагничивання намотана проводом ПСД диаметром 2,1 мм (ГОСТ 7019-80) и состоит из четырех катушек по 575 витков. Каждая катушка охватывает один из стержней шунтирующего магнитопровода. Катушки соединены последовательно таким образом, что при работе ТРПШ-2 постоянные потоки, наводимые в стержнях шунтов, складываются, а э. д. с, наводимые переменным потоком во всех четырех катушках, взаимно компенсируются.

Катушки первичной обмотки и обмотки подмагничивания выполняют на каркасе из стеклопласта. Магнитные шунты от основного магнитопровода отделены стальными трубами и стянуты изолированными шпильками.

Источник

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРАНСФОРМАТОР С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ Российский патент 2004 года по МПК H01F29/14 H01F38/18

Описание патента на изобретение RU2222066C2

Изобретение относится к электротехнике, а в частности к трансформаторам с подмагничиванием.

Известно устройство [1], содержащее составной цилиндрический шихтованный маганитопровод, имеющий внешнюю и внутреннюю части с пазами для обмоток переменного тока и обмотку подмагничивания. С целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения и упрощения технологии изготовления в него введен магнитный шунт, установленный между зубцами внешней и внутренней частей магнитопровода и выполненный в виде шихтованного полого цилиндра с открытыми пазами, расположенными на его внутренней и внешней поверхностях, в которых размещена тороидальная обмотка подмагничивания, охватывающая внешнюю и внутреннюю цилиндрические поверхности шунта, причем павы и зубцы шунта расположены соответственно против пазов и зубцов внешней и внутренней частей магнитопровода
Недостатками устройства являются
— необходимость в дополнительном регулируемом внешнем источнике постоянного тока для питания обмотки подмагничивания шунта;
— снижение выходного напряжения по мере увеличения тока нагрузки.

Задачами изобретения являются
— исключение дополнительного внешнего регулируемого источника постоянного тока, необходимого для питания обмотки подмагничивания щунта, т.е. автономность работы регулируемого трансформатора;
— улучшение стабильности выходного напряжения регулируемого трансформатора при увеличении его тока нагрузки.

Задачи решаются введением трансформатора тока с выпрямителем в каждую из трех фаз нагрузочной цепи регулируемого трансформатора для питания обмотки подмагничивания шунта.

Технический результат выражается в том, что
— обеспечивается автономность работы предлагаемого устройства за счет исключения потребности в дополнительном внешнем регулируемом источнике постоянного тока для питания обмотки подмагничивания шута,
— по своей сути вводимые в известное устройство [1] дополнительные элементы представляют собой автоматический стабилизатор выходного напряжения. Как показывают результаты экспериментальных исследовании, в известном устройстве при увеличении тока нагрузки от 0 до номинального значения выходное напряжение снижается на 53,3%, а в предлагаемом устройстве — всего на 1,1%.

Нa фиг.1 представлен поперечный разрез трансформатора с вращающимся магнитным полем (ТВМП).

Электрическая схема включения элементов предлагаемого устройства приведена на фиг.2.

Конструкция ТВМП содержит (см. фиг.1)
— первичное ярмо 1 — внешний шихтованный полый цилиндр с трапецеидальными пазами на внутренней цилиндрической поверхности для многофазной первичной обмотки переменного тока 2;
— вторичное ярмо 3 — внутренний шихтованный цилиндр с трапецеидальными пазами на внешней цилиндрической поверхности для вторичной многофазной обмотки переменного тока 4;
— магнитный шунт 5 — промежуточный полый цилиндр с трапецеидальными пазами на внешней и внутренней цилиндрических поверхностях для тороидальной обмотки подмагничивания 6.

На электрической схеме (см. фиг.2) приняты следующие обозначения:
— 7, 8, 9 — трансформаторы тока, первичные обмотки которых включены соответственно в фазу А, В, С нагрузки ТВМП;
— 10, 11, 12 — мостовые выпрямители, запитывающиеся от вторичных обмоток соответствующих трансформаторов тока;
— 13 — регулировочный реостат для изменения тока в цепи питания обмотки подмагничивания.

Выходы выпрямителей 10, 11, 12 (см. фиг.2) соединяются между собой последовательно, что обеспечивает суммирование их выходных напряжений. Эта сумма напряжений и является напряжением питания обмотки подмагничивания шунта.

Электрическая схема предлагаемого устройства (см. фиг.2) обеспечивает компаундную (пропорциональную току нагрузки) стабилизацию напряжения на выходе ТВМП. Требуемая для стабилизации величина выходного напряжения выставляется с помощью регулировочного резистора 13.

Работает предлагаемое устройство следующим образом (см. фиг.1, 2): при подключении питания Uвх к первичной обмотке переменного тока 2 по последней протекает ток, создающий вращающийся магнитный поток Фя1. Этот магнитный поток, пройдя по первичному ярму 1, делится на две составляющие: Фя2 и Фш. Составляющая Фш является потоком рассеяния и замыкается через магнитный шунт 5, а составляющая Фя2, являясь основным рабочим потоком, замыкается через вторичное ярмо 3, и, пересекая витки вторичной обмотки переменного тока 4, наводят в ней электродвижущую силу, пропорциональную величине потока Фя2.

Взаимосвязь составляющих первичного магнитного потока определяется выражением
Фя1=Фя2+Фш, (1)
откуда следует, что
Фя2=Фя1-Фш, (2)
Из выражения (2) следует, что, изменяя величину Фш, можно изменять величину Фя2, а следовательно, и величину напряжения Uвых на выходе устройства. Само же значение Фш зависит от магнитного сопротивления шунта, которое в свою очередь определяется величиной тока, протекающего по обмотке подмагничивания 6. Регулирование величины тока в обмотке подмагничивания 6 обеспечивается автоматическим регулятором, состоящим из трансформаторов тока 7, 8, 9 и выпрямителей 10, 11, 12. Реостат 13 служит для выставки величины выходного напряжения, подлежащего стабилизации.

Итак: при увеличении тока нагрузки в выходных обмотках трансформаторов тока 7, 8, 9 пропорционально увеличивается переменное напряжение. Увеличивается и выпрямленное в выпрямителях 10, 11, 12 напряжение постоянного тока. Далее осуществляется суммирование этих выпрямленных значений напряжений, а их сумма и является напряжением питания обмотки подмагничивания шунта. Причем это напряжение увеличивается пропорционально увеличению тока нагрузки. Следовательно, ток подмагничивания шунта также увеличится пропорционально току нагрузки. Увеличение тока подмагничивания вызовет соответствующий рост магнитного сопротивления шунта. В результате величина магнитного потока Фш, замыкающегося по магнитному шунту 5, снижается. При этом в соответствии с выражением (2) происходит увеличение магнитного потока Фя2, замыкающегося по вторичному ярму 3 ТВМП и, следовательно, напряжение Uвых на его выходной обмотке 4 остается равно исходному. При уменьшении тока в обмотке подмагничивания 6 все процессы протекают в обратном порядке.

ЛИТЕРАТУРА
1. Авторское свидетельство 1070615 СССР, МКИ H 01 F 29/14. «Регулируемый трансформатор с вращающимся магнитным полем». М.М.Красношапка, Г.А.Коваленко, Д.М.Красношапка. — опубл. 30.01.84 (прототип).

2. Авторское свидетельство 1179488 СССР, МКИ Н 02 К 17/30. «Регулируемый асинхронный двигатель» Д. М.Красношапка. Г.А.Коваленко, Д.М.Красношапка. — опубл. 15.09.85.

Похожие патенты RU2222066C2

название	год	авторы	номер документа
РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРАНСФОРМАТОР С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ	2007	Мишин Сергей Владимирович Солонников Алексей Петрович Мишина Ирина Викторовна	RU2324993C1
Регулируемый трансформатор с вращающимся магнитным полем	1981	Красношапка Максим Митрофанович Коваленко Геннадий Анатольевич Красношапка Дмитрий Максимович	SU1070615A1
ТРАНСФОРМАТОР С ТРЕХФАЗНОЙ, КРУГОВОЙ СИЛОВОЙ И КРУГОВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ОБМОТКАМИ	2013	Черевко Александр Иванович Кузьмин Илья Юрьевич Федоров Александр Владимирович Музыка Михаил Михайлович Лимонникова Елена Владимировна Сакович Игорь Александрович Платоненков Сергей Владимирович	RU2560123C2
ТРАНСФОРМАТОР С ТРЕХФАЗНОЙ И КРУГОВОЙ ОБМОТКАМИ	2014	Кузьмин Илья Юрьевич Черевко Александр Иванович Сакович Игорь Александрович Лимонникова Елена Владимировна Музыка Михаил Михайлович Платоненков Сергей Владимирович	RU2567870C1
ТРАНСФОРМАТОР, СОДЕРЖАЩИЙ ТРЕХФАЗНУЮ И КРУГОВУЮ ОБМОТКИ	2014	Кузьмин Илья Юрьевич Черевко Александр Иванович Лимонникова Елена Владимировна Музыка Михаил Михайлович Сакович Игорь Александрович Платоненков Сергей Владимирович	RU2600571C2
Аксиальный многофазный стабилизируемый трансформатор-фазорегулятор	2018	Кашин Яков Михайлович Варенов Александр Борисович	RU2686084C1
УЛУЧШЕННЫЙ ПОНИЖАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ	2014	Коптяев Евгений Николаевич Атрашкевич Павел Васильевич Душкин Юрий Владимирович Черевко Александр Иванович Кузнецов Иван Васильевич	RU2581594C2
Трехфазный симметричный регулировочный трансформатор	1977	Троицкий Владимир Александрович Белый Николай Григорьевич Паршин Дмитрий Николаевич Нагайцев Владимир Александрович Кияткин Николай Евдокимович Богданов Валерий Михайлович Ордуханов Надир Даудович	SU737995A1
Бесконтактный преобразователь частоты	1990	Красношапка Максим Митрофанович Коваленко Геннадий Анатольевич Красношапка Дмитрий Максимович	SU1757043A1
СПОСОБ УМНОЖЕНИЯ ЧАСТОТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ	2015	Атрашкевич Павел Васильевич Ивлев Марк Леонидович Коптяев Евгений Николаевич Кузнецов Иван Васильевич Черевко Александр Иванович	RU2592864C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 222 066 C2

Реферат патента 2004 года РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРАНСФОРМАТОР С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторам с подмагничиванием. Технический результат заключается в исключении дополнительного внешнего источника постоянного тока, необходимого для питания обмотки подмагничивания шунта и повышении стабильности выходного напряжения при увеличении тока нагрузки. Устройство содержит внешний шихтованный полый цилиндр с трапецеидальными пазами на внутренней поверхности для многофазной первичной обмотки, а внутренний шихтованный цилиндр — с трапецеидальными пазами на внешней поверхности для вторичной многофазной обмотки, магнитный шунт в виде промежуточного полого цилиндра с трапецеидальными пазами на внешней и внутренней поверхностях для обмотки подмагничивания. Первичные обмотки трансформаторов тока включены соответственно в фазы А, В, С нагрузки. Выпрямители питаются от вторичных обмоток трансформаторов тока. Регулировочный реостат предназначен для выставки выходного напряжения. Магнитная проводимость шунта регулируется изменением тока в его обмотке подмагничивания. Регулирование величины тока подмагничивания осуществляется автоматическим регулятором, состоящим из трансформаторов тока и выпрямителей и изменяющим напряжение питания обмотки подмагничивания пропорционально изменению тока нагрузки. Изменяя ток в обмотке подмагничивания можно изменять величину магнитного потока, сцепленного с витками вторичной обмотки, расположенной на вторичном ярме, а значит и величину выходного напряжения. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 222 066 C2

Регулируемый трансформатор с вращающимся магнитным полем, содержащий составной цилиндрический шихтованный магнитопровод, имеющий внешнюю и внутреннюю части с пазами для многофазных первичной и вторичной обмоток переменного тока, а также магнитный шунт, выполненный в виде полого цилиндра с пазами для обмотки подмагничивания, отличающийся тем, что он снабжен трансформаторами тока, первичные обмотки которых включены в каждую фазу его нагрузки, а вторичные обмотки питают мостовые выпрямители, выводы которых соединены между собой последовательно, обеспечивая суммирование их выходных напряжений, являющееся напряжением питания обмотки подмагничивания, а регулировочный реостат обеспечивает необходимый уровень регулировочного напряжения.

Источник