ТРЕХФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2003 года по МПК H01F29/04 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в трансформаторах для мощных преобразовательных подстанций.

Известен многофазный трансформаторный агрегат с регулированием напряжения, содержащий два трансформатора, каждый из которых имеет трехстержневую магнитную систему, сетевую обмотку, вентильную обмотку, расщепленную на четное число частей, половина из которых соединена в звезду, а половина - в треугольник, фазосдвигающую обмотку и регулировочную обмотку, которая включена последовательно с сетевой обмоткой, расположенной на том же стержне магнитной системы, при этом последовательно соединенные сетевая и регулировочная обмотки на трех стержнях магнитной системы соединены в треугольник и образуют общие точки, фазосдвигающие обмотки своими началами подсоединены к питающей сети, а концами - к общим точкам соединения сетевых и регулировочных обмоток, расположенных на разных стержнях магнитной системы, причем в одном трансформаторе фазосдвигающая обмотка, расположенная на первом стержне, соединена с одной из обмоток, расположенных на втором стержне, и с одной из обмоток, расположенных на первом стержне, а в другом трансформаторе фазосдвигающая обмотка, расположенная на первом стержне, соединена с одной из обмоток, расположенных на третьем стержне, и с одной из обмоток, расположенных на первом стержне [1].

В результате такого выполнения трансформаторного агрегата первичные обмотки каждого из трансформаторов, входящих в него, соединены по схеме "треугольник с продолженными сторонами", причем в одном из трансформаторов фазные напряжения по отношению к линейным сдвинуты по фазе на угол (+α), а в другом - (-α). Указанные углы при питании от такого трансформаторного агрегата преобразователей обеспечат увеличение фазности выпрямленного напряжения в два раза. Однако при регулировании вторичного напряжения путем изменения чисел витков на первичной стороне углы фазового сдвига изменяются и необходимый эффект в отношении фазности выпрямления снижается.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является трехфазный трансформаторный агрегат, состоящий из автотрансформатора и трансформатора, причем автотрансформатор имеет обмотку, соединенную в треугольник, и фазосдвигающую обмотку, и фазосдвигающая обмотка соединена с обмоткой, соединенной в треугольник таким образом, что обмотка фазы фазосдвигающей обмотки соединена с обмоткой той же фазы обмотки, соединенной в треугольник, и с обмоткой другой фазы обмотки, соединенной в треугольник, а трансформатор имеет трехфазную первичную обмотку, обмотки фаз которой не имеют между собой непосредственного соединения, и каждая обмотка фазы первичной обмотки трансформатора соединена с обмотками автотрансформатора [2].

Описанный в [2] трансформаторный агрегат позволяет иметь постоянный угол фазового сдвига при регулировании вторичного напряжения. Реализация этого технического решения позволяет, имея на преобразовательной подстанции n агрегатов, получить (n•m) - фазное выпрямление, где m - фазность выпрямления одного преобразовательного агрегата. Однако для достижения этого каждый из агрегатов должен иметь свой угол фазового сдвига α, при этом числа витков в обмотках каждого автотрансформатора индивидуальны.

Следовательно, недостатком описанного в [2] трансформаторного агрегата являются его ограниченные функциональные возможности, не обеспечивающие создание на его базе универсального трансформаторного агрегата путем пересоединения отдельных обмоток, обеспечивающего воспроизведение (n•m) - фазного режима выпрямления при n одинаковых универсальных трансформаторных агрегатах.

Изобретением решается задача создания трехфазного трансформаторного агрегата, характеризующегося широкими функциональными возможностями, благодаря его универсальности, позволяющей увеличить фазность выпрямления подстанции в n раз.

Для решения поставленной задачи в трехфазном трансформаторном агрегате, содержащем автотрансформатор, имеющий обмотку, соединенную в треугольник, и фазосдвигающую обмотку, и трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки, предложено, согласно настоящему изобретению, трансформатор снабдить фазосдвигающей обмоткой, соединенной с первичной обмоткой таким образом, что обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки соединена последовательно с обмоткой другой фазы первичной обмотки, при этом обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки автотрансформатора соединена, по крайней мере, с обмоткой одной из двух других фаз автотрансформатора, соединенной в треугольник; при этом автотрансформатор может содержать дополнительную - выравнивающую - обмотку, соединенную с фазосдвигающей обмоткой таким образом, что обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки соединена последовательно с обмоткой другой фазы выравнивающей обмотки.

Изобретение поясняется чертежами, представляющими собой:
фиг.1 - принципиальная электрическая схема трехфазного трансформаторного агрегата, трансформатор которого содержит, наряду с первичной и вторичной обмотками, фазосдвигающую обмотку, фиг.2 - векторная диаграмма напряжений автотрансформатора трансформаторного агрегата, изображенного на фиг.1; фиг.3 - векторная диаграмма напряжений трансформатора трансформаторного агрегата, изображенного на фиг. 1; фиг.4 - принципиальная электрическая схема трехфазного трансформаторного агрегата, трансформатор которого содержит, наряду с первичной, вторичной и фазосдвигающей обмотками, дополнительную - выравнивающую обмотку, фиг.5 - векторная диаграмма напряжений автотрансформатора трансформаторного агрегата, изображенного на фиг.4.

Трехфазный трансформаторный агрегат содержит автотрансформатор 1 и трансформатор 2.

Автотрансформатор 1 содержит обмотку 3, соединенную в треугольник, и фазосдвигающую обмотку 4.

Трансформатор 2 содержит первичную обмотку 5, вторичную обмотку 6 и фазосдвигающую обмотку 7.

При этом обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки 7 трансформатора 2, в частности обмотка фазы А, соединена последовательно с обмоткой другой фазы, в частности фазы С, первичной обмотки 5. Обмотка фазы В фазосдвигающей обмотки 7 соединена последовательно с обмоткой фазы А первичной обмотки 5. Обмотка фазы С фазосдвигающей обмотки 7 соединена последовательно с обмоткой фазы В первичной обмотки 5.

Обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки 4 автотрансформатора 1, в частности фазы А, соединена с обмоткой фазы В обмотки 3, соединенной в треугольник. Обмотка фазы В фазосдвигающей обмотки 4 соединена с обмоткой фазы С обмотки 3, соединенной в треугольник. Обмотка фазы С фазосдвигающей обмотки 4 соединена с обмоткой фазы А обмотки 3, соединенной в треугольник.

Помимо указанных выше обмоток и их соединений, автотрансформатор трехфазного трансформаторного агрегата может содержать дополнительную - выравнивающую - обмотку 8 (см. фиг.4 и 5).

Выравнивающая обмотка 8 соединена с фазосдвигающей обмоткой 4 автотрансформатора 1 таким образом, что обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки 4, в частности фазы А, соединена последовательно с обмоткой фазы В выравнивающей обмотки 8; обмотка фазы В фазосдвигающей обмотки 4 соединена последовательно с обмоткой фазы С выравнивающей обмотки 8; обмотка фазы С фазосдвигающей обмотки 4 соединена с обмоткой фазы А выравнивающей обмотки 8.

Введение в трансформатор 2 фазосдвигающей обмотки 7 и соединение ее с первичной обмоткой 5 таким образом, что обмотка одной фазы фазоповоротной обмотки соединена последовательно с обмоткой другой фазы первичной обмотки, позволит обеспечить возможность получения на трансформаторе двух углов фазового сдвига +δ и -δ.

Получение угла сдвига 5 достигается изменением схемы соединения фазосдвигающей обмотки 7 и первичной обмотки 5 трансформатора 1: фаза А фазосдвигающей обмотки 7 соединяется с фазой В первичной обмотки 5, фаза В фазосдвигающей обмотки 7 соединяется с фазой А первичной обмотки 5, а фаза С фазосдвигающей обмотки 7 соединяется с фазой А первичной обмотки 5.

Соединение в автотрансформаторе фазосдвигающей обмотки 4 с обмоткой, соединенной в треугольник 3, таким образом, что обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки соединена с обмоткой другой фазы обмотки, соединенной в треугольник, в свою очередь позволит при равных коэффициентах трансформации автотрансформатора иметь на нем углы фазового сдвига +α, 0, -α.
Получение угла 0^o достигается путем подачи питающего напряжения на вершины треугольника А₁, В₂, С₁ (см. фиг.1), угла +α - подачей напряжения питания на концы фазосдвигающей обмотки А, В, С (см. фиг.1), получение угла -α обеспечивается, например, пересоединением фазосдвигающей обмотки 4. Возможны и другие решения.

Получение равных коэффициентов трансформации достигается подбором числа витков фазосдвигающей обмотки и точки подключения фазосдвигающей обмотки к обмотке автотрансформатора, соединенной в треугольник таким образом, что линейные напряжения АВ и A₁B₁, ВС и В₁С₁, СА и C₁A₁ равны (см. векторную диаграмму на фиг.2).

Таким образом, заявляемый трансформаторный агрегат позволяет путем пересоединения обмоток или изменения в схеме подсоединения питающей сети иметь следующие углы фазового сдвига (-α, -δ); (-α, +δ); -δ; +δ; (α, -δ); (α, +δ).
При этом, добиваясь определенных значений углов α и δ, можно на базе трансформаторного агрегата единого исполнения получать различные фазности выпрямления n - агрегатной подстанции.

Так, например, при фазности выпрямления одного агрегата, равной m=6, для достижения на шести агрегатах (n•m)=6•6=36-фазного выпрямления необходимо, чтобы углы фазового сдвига различались на углы, кратные 10^o. Это достигается при δ=5^o, α=20^o, при этом агрегаты будут иметь углы соответственно -25^o; -15^o; -5^o; +5^o; +15^o; +25^o.

Аналогично, при m=12 для достижения 72-фазного выпрямления при n=6 необходимо иметь углы фазовых сдвигов, кратные 5^o. Это достигается при δ=2,5^o, α= 10^o, при этом агрегаты будут иметь углы соответственно -12,5^o; -7,5^o; -2,5^o; +2,5^o; +7,5^o; +12,5^o.

В соответствии с заявляемым решением разработана техническая документация. В настоящее время изготовлен и испытан опытный образец трехфазного трансформаторного агрегата, в котором реализовано заявляемое решение.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР 970494, МКИ Н 01 F 29/02, 1982 г.

2. Акцептованная заявка Японии 60-98610, МКИ Н 01 F 29/04, 1985 г.

Использование: в трансформаторах для мощных преобразовательных подстанций. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет универсальности, позволяющей увеличить фазность выпрямления подстанции в n раз. Трехфазный трансформаторный агрегат содержит автотрансформатор, имеющий обмотку, соединенную в треугольник, фазосдвигающую обмотку и трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки. Трансформатор снабжен фазосдвигающей обмоткой, соединенной с первичной обмоткой таким образом, что обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки соединена последовательно с обмоткой другой фазы первичной обмотки. Обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки автотрансформатора соединена, по крайней мере, с обмоткой одной из двух других фаз автотрансформатора, соединенной в треугольник. Автотрансформатор может содержать дополнительную - выравнивающую - обмотку, соединенную с фазосдвигающей обмоткой таким образом, что обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки соединена последовательно с обмоткой другой фазы выравнивающей обмотки. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Трехфазный трансформаторный агрегат, содержащий автотрансформатор, имеющий обмотку, соединенную в треугольник, фазосдвигающую обмотку и трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки, отличающийся тем, что трансформатор содержит фазосдвигающую обмотку, соединенную с первичной обмоткой таким образом, что обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки соединена последовательно с обмоткой другой фазы первичной обмотки, при этом обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки автотрансформатора соединена, по крайней мере, с обмоткой одной из двух других фаз обмотки автотрансформатора, соединенной в треугольник. 2. Трехфазный трансформаторный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что автотрансформатор содержит дополнительную выравнивающую обмотку, соединенную с фазосдвигающей обмоткой таким образом, что обмотка одной из фаз фазосдвигающей обмотки соединена последовательно с обмоткой другой фазы выравнивающей обмотки.