ТРАНСФОРМАТОР С СИММЕТРИРУЮЩИМ ЭФФЕКТОМ ДЛЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2004 года по МПК H01F30/14 

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц, может быть использовано для поперечного симметрирования тяговых нагрузок на тяговых подстанциях и представляет собой специальный силовой понижающий трансформатор с симметрирующим эффектом.

Известны специальные симметрирующие трансформаторы со сложными схемами соединения обмоток на стороне тяги и большим расходом меди /1, 2/.

Недостатком этих трансформаторов является большой расход и плохое использование меди на стороне тяги, повышенные потери мощности в них.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в /2/. Оно и взято за прототип.

Техническим результатом является уменьшение расхода меди трансформатора, потерь энергии, снижение его стоимости, минимальное количество выводов на стороне тяги.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что на стороне тяги обмотки всех трех фаз, каждая напряжением 14,232 кВ, соединены в треугольник, а для получения напряжений плеч питания тяги 27,5 кВ и создания между ними сдвига в 90^o к двум вершинам треугольника присоединяется к каждой по две обмотки, соединенные в неполную звезду. Напряжение каждого луча неполной звезды составляет 8,220 кВ.

На фиг.1 показана схема соединения обмоток предлагаемого трансформатора, на фиг.2 - векторная диаграмма токов и напряжений.

Трансформатор состоит из первичной обмотки 1, соединенной в звезду. Вторичная (тяговая) обмотка состоит из обмотки 2, соединенной треугольником с напряжением каждой фазы 14,232 кВ. К вершине 3 треугольника 2 присоединяются обмотки фаз 4 и 5, соединенные в неполную звезду 6. Обмотки этих фаз выполняются на напряжение 8,220 кВ. Вывод 7 этой неполной звезды 6 присоединяется к контактным подвескам левого плеча тяговой подстанции. Вершина 8 треугольника 2 присоединяется к рельсам, а напряжение между узлами 7 и 8 составляет 27,5 кВ. К вершине 9 треугольника присоединяются обмотки фаз 10 и 11, соединенные в неполную звезду 12. Обмотки фаз 10 и 11 выполняются на напряжение 8,220 кВ, а вывод 13 обмотки 11 присоединяется к контактным подвескам правого плеча тяговой подстанции. Напряжение между выводами 13 и 8 является напряжением правого плеча тяговой подстанции, оно равно 27,5 кВ, а угол между напряжениями левого и правого плеч тяговой подстанции равен 90^o, что обеспечивает этому трансформатору симметрирующий эффект.

На фиг.2 изображена векторная диаграмма токов и напряжений этого симметрирующего трансформатора со стороны тяги. Центральная обмотка на стороне тяги, соединенная треугольником, образует между узлами 9-3, 8-9 и 3-8 напряжения . К узлу 3 присоединяется один луч неполной звезды 4 с напряжением , а к этому лучу присоединяется второй луч неполной звезды 5 с напряжением . В результате между выводом 7 этой неполной звезды и узлом 8 формируется вектор напряжения левого плеча . Вектор тока левого плеча отстает от напряжения этого плеча на угол ϕ_л
К узлу 9 присоединяется луч второй неполной звезды 10, вектор напряжения которого равен , к началу. этого луча звезды присоединяется второй луч 11, вектор напряжения которого равен . Между концом этого вектора 13 и узлом треугольника 8 образуется напряжение правого плеча . Вектор тока этого плеча отстает от вектора на угол ϕ_п. Из фиг.2 видно, что между векторами напряжений плеч питания угол составляет 90^o и при углах ϕ_л = ϕ_п между токами плеч питания угол составляет также 90^o, что обеспечивает симметрирование тяговых нагрузок.

В случае, если предлагаемый трансформатор предполагается использовать для модернизации существующих тяговых подстанций с заменой существующих трансформаторов на симметрирующие, в схеме предполагается возможность выполнения обмотки 14 с напряжением 8,220 кВ, наличие которой позволяет создать между узлами 15 и 8, 15 и 7, 7 и 8 напряжения 27,5 кВ и осуществить от этих узлов 7, 8 и 15 питание существующих сетей ДПР. На фиг.1 и 2 эта обмотка и вектор ее напряжения 16 на фиг.2 показаны штриховыми линиями.

Мощность тяговых обмоток прототипа составляет
S_т.прот=86,75• I_пл кВА, предлагаемого трансформатора
S_{т.предл.}=64,691• I_пл кВА
Осюда
расход меди на стороне тяги у предлагаемого трансформатора снижается на 34,1%.

При одинаковой плотности тока в обмотках отношение потерь в меди прототипа к потерям меди в предлагаемом трансформаторе составляет 1,054, т.е. на 1,54% выше, чем у предлагаемого трансформатора.

Выполнение трансформатора в варианте с питанием нагрузок ДПР мощность его обмоток на стороне тяги увеличивается до 72,91•I_пл, а сокращение расхода меди на стороне тяги по сравнению с прототипом снижается в 1,19 раза или на 19%.

Количество выводов на стороне тяги у предлагаемого трансформатора снижается по сравнению с прототипом с 5 до 3, а при необходимости сохранения питания системы ДПР - с 5 до 4.

Источники информации
1. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Москва, Транспорт, 1982, с.41, 42.

2. SU 1377930 A1, H 01 F 33/00, 1987 (прототип).

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц и может быть использовано для поперечного симметрирования тяговых нагрузок на тяговых подстанциях. Технический результат заключается в минимальном расходе меди, потерь энергии, снижении стоимости, уменьшении количества выводов на стороне тяги. Трансформатор содержит первичную обмотку, соединенную в "звезду". Вторичная обмотка содержит трехфазную обмотку, соединенную в "треугольник", и две обмотки, соединенные в неполную звезду. Каждая из которых одним выводом присоединена к одной из вершин указанной трехфазной обмотки. Третья ее вершина присоединена к рельсам. Вторые выводы обмоток, соединенных в неполную звезду, присоединены к контактным подвескам плеч тяговой подстанции так, что угол между напряжениями плеч тяговой подстанции равен 90^o. 2 ил.

Трансформатор с симметрирующим эффектом для тяговой подстанции переменного тока, содержащий первичную обмотку, соединенную в “звезду”, и вторичную обмотку, отличающийся тем, что вторичная обмотка содержит трехфазную соединенную в “треугольник” обмотку и две обмотки, соединенные в неполную звезду, каждая из которых одним выводом присоединена к одной из вершин указанной трехфазной обмотки, третья вершина которой присоединена к рельсам, а вторые выводы обмоток, соединенных в неполную звезду, присоединены к контактным подвескам плеч тяговой подстанции так, что угол между напряжениями плеч тяговой подстанции равен 90°.