УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H02P13/06 G05F1/14 H02J3/26 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может найти применение для регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов.

Известно устройство регулирования напряжения, содержащее трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого содержит в каждой фазе соединенные последовательно сетевую и регулировочную части, при этом в каждой из фаз первый вывод регулировочной части соединен с выводом сетевой части, образуя точку, к которой подсоединены первые выводы тиристорных ключей, вторые выводы регулировочной части в каждой из фаз соединены с первыми выводами неуправляемого реактора, вторые выводы которого соединены со вторыми выводами тиристорных ключей, образуя общие точки, соединенные с аналогичными общими точками других фаз, образуя общую нейтраль [Л. 1].

Описанное выше устройство для регулирования напряжения характеризуются относительно сложной конструкцией, относительно низкими технико-экономическими показателями и невысокой надежностью вследствие наличия тиристорных ключей во всех трех фазах.

Изобретением решается задача создания устройства для регулирования напряжения, характеризующегося относительной простотой конструкции, повышенными технико-экономическими показателями и относительно высокой надежностью.

Для решения поставленной задачи в устройстве для регулирования напряжения, содержащем трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого содержит в каждой фазе соединенные последовательно сетевую и регулировочную части, при этом в каждой из трех фаз первые выводы регулировочной части соединены с выводом сетевой части, образуя общую точку, а вторые выводы регулировочной части соединены с первыми выводами неуправляемого реактора каждой из фаз, вторые выводы неуправляемых реакторов всех трех фаз соединены между собой, образуя первую нейтраль, к общей точке соединения регулировочной и сетевой частей первой и второй фаз подключены первые выводы тиристорных ключей, предложено, согласно настоящему изобретению, вторые выводы тиристорных ключей первой и второй фаз объединить между собой, образуя вторую нейтраль; при этом первые выводы тиристорных ключей третьей фазы могут быть подсоединены к общей точке соединения регулировочной и сетевой частей первичной обмотки, а их вторые выводы могут быть подключены ко второй нейтрали; при этом общая точка соединения регулировочной и сетевой частей первичной обмотки третьей фазы может быть подключена ко второй нейтрали.

Изобретение поясняется на примерах выполнения чертежами, представляющими собой соответственно:

фиг. 1 - принципиальная схема известного из [Л. 1] устройства для регулирования напряжения;

фиг. 2 - внешние характеристики известного из [Л. 1] и заявляемого устройств;

фиг. 3 - принципиальная схема заявляемого устройства для регулирования напряжения с двумя нейтралями, имеющего в каждой из трех фаз тиристорный ключ;

фиг. 4 - принципиальная схема заявляемого устройства для регулирования напряжения с двумя нейтралями, имеющего в двух фазах тиристорные ключи.

Устройство для регулирования напряжения содержит трехфазный трансформатор 1, имеющий первичную обмотку 2.

Первичная обмотка 2 в каждой из трех фаз 3, 4, 5 имеет сетевую 6 и регулировочную 7 части. В каждой из трех фаз 3, 4, 5 первые выводы регулировочной части 7 соединены последовательно с выводами сетевой части 6, образуя общую точку 8.

В каждой из фаз 3, 4, 5 вторые выводы регулировочной части 7 соединены с первыми выводами неуправляемого реактора 9. Вторые выводы неуправляемых реакторов 9 всех трех фаз 3, 4, 5 соединены между собой, образуя первую нейтраль 10.

К общей точке 8 соединения регулировочной 7 и сетевой 6 частей первичной обмотки 2 двух фаз 3 и 4 подключены первые выводы тиристорных ключей 11, вторые выводы этих тиристорных ключей объединены между собой, образуя вторую нейтраль 12.

Общая точка 8 соединения регулировочной 7 и сетевой 6 частей первичной обмотки 2 фазы 5 подключена ко второй нейтрали.

Устройство для регулирования напряжения работает следующим образом.

Режимы работы трехфазного трансформатора с тиристорно-реакторным устройством регулирования напряжения РПН.

Рассмотрим режимы работы трехфазного трансформатора с организацией через тиристорно-реакторное устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) одной общей и двух раздельных нейтралей сетевых и регулировочных частей первичных обмоток трансформатора.

1. Работа известной схемы с одной общей нейтралью сетевых и регулировочных частей первичных обмоток трансформатора, представленной на фиг. 1.

Первичная обмотка трансформатора состоит из последовательно соединенных нерегулируемой части с числом витков w_β (сетевая обмотка СО) и регулируемой части с числом витков w_α (регулировочная обмотка РО).

К отводу РО (в месте соединения СО и РО) подключен тиристорный ключ ТК, неуправляемый реактор HP подключен к концу РО. Концы тиристорного ключа и неуправляемого реактора объединены между собой в одном узле, который соединяется с подобными узлами других фаз. В результате образуется нейтраль соединения первичных обмоток трехфазного трансформатора и устройств РПН, т.е. образуется нейтраль трансформаторного агрегата.

Первая особенность такого трансформаторного агрегата состоит в том, что коэффициент трансформации изменяется по закону

где K_β=w_β:w₂; К_α=w_α:w₂; ρ - параметр, зависящий от состояния (сопротивления) тиристорных ключей R_тк

В ключевом режиме работы ТК «открыт - закрыт» сопротивление ТК имеет два значения: минимальное и максимальное. При этом, соответственно, коэффициент трансформации равен К_{ρ мин}=К_β и К_{ρ макс}=К_β+К_α.

Вторичное напряжение холостого хода трансформатора изменяется в соответствии с отношением

и также будет иметь два значения U_20макс и U_20мин,

где U₁₀ - фазное напряжение питающей сети.

Другой особенностью работы трансформаторного агрегата является наличие в замкнутой цепи регулировочной обмотки, тиристорного ключа и неуправляемого реактора циркулирующего тока, определяемого из уравнения

также имеющим две величины: при закрытом ТК I_ц равен нулю и при открытом ТК определяется по формуле

Циркулирующий ток имеет индуктивный характер и снижает коэффициент косинус фи и, соответственно, коэффициент мощности.

Кроме того, величина циркулирующего тока определяет потери электрической энергии в контуре РО.

На физической модели получены подтверждающие расчеты внешние характеристики преобразовательного агрегата (см. фиг. 2).

При закрытых тиристорных ключах имеем характеристику 1, при открытых тиристорных ключах имеем характеристику 4. Между характеристиками 1 и 4 - диапазон регулирования. При пофазном регулировании напряжения, например при открытии тиристорного ключа в одной (любой) фазе, имеем характеристику 2, при открытии ключей в двух (любых) фазах имеем характеристику 3.

В результате в диапазоне регулирования получаем три неодинаковые по величине напряжения зоны, причем третья зона между характеристиками 3 и 4 составляет незначительную величину (1,6% от полного диапазона) и в практических целях может не использоваться.

Тогда после открытия одного тиристорного ключа (характеристика 2) для получения характеристики 4 нужно открыть ключи в трех фазах, не используя режим при открытых ключах в двух фазах (без характеристики 3).

Снижение циркулирующего тока осуществляется применением схемы трехфазного трансформатора с организацией через тиристорно-реакторное РПН двух раздельных нейтралей сетевых и регулировочных обмоток.

Работа схемы с двумя раздельными нейтралями сетевых и регулировочных обмоток трансформатора, представленного на фиг. 3.

При закрытых тиристорных ключах имеем схему трехфазного двухобмоточного трансформатора. Для этого режима принципиальная схема уравнения электромагнитных процессов совпадает с аналогичным режимом трансформатора, представленного на фиг. 1.

При открытых тиристорных ключах, также как и на фиг. 1, имеем схему трехфазного трехобмоточного трансформатора. СО с числом витков w_β образует схему соединения «звезда». РО с числом витков w_α образует трехпроводную схему соединения «звезда» с соединением через открытые ТК в нейтраль обмоток РО и нагруженную на трехфазную нагрузку неуправляемых реакторов HP, соединенных по схеме «звезда».

При открытых тиристорных ключах в схемах, представленных на фиг. 1 и 3, в контуре РО протекает циркулирующий ток.

В схеме, представленной на фиг. 1, циркулирующий ток определяется фазной ЭДС Е_α РО и сопротивлением РО (z_α) и HP (z_нp) и равен

В схеме, представленной на фиг. 3, циркулирующий ток определяется уравнением, включающим параметры двух фаз: линейную ЭДС и сопротивления элементов цепи

Откуда следует, что действующее значение тока I_ц в схеме, представленной на фиг. 3, меньше действующего значения тока I_ц в схеме, представленной на фиг. 1. Снижение величины циркулирующего тока, имеющего индуктивный характер, вызовет повышение косинуса фи (cos ϕ) и, соответственно, коэффициента мощности, а также снижение потерь электрической энергии трансформатора.

При закрытых тиристорных ключах в схеме, представленной на фиг. 3, получаем внешнюю характеристику 5 (см. фиг. 2), при открытых тиристорных ключах в трех фазах - характеристику 8.

При пофазном регулировании напряжения в одном диапазоне в схеме, изображенной на фиг. 1, с общей нейтралью получены три зоны с различными по величине напряжениями (см. фиг. 2). В схеме, представленной на фиг. 3, с двумя раздельными нейтралями получены две зоны с практически одинаковыми по величине напряжениями холостого хода, при этом открытие в этой схеме одного тиристорного ключа в любой фазе (внешняя характеристика 6 на фиг. 2) не изменяет величину напряжения при закрытых тиристорных ключах, т.е. соответствует внешней характеристике 5 на фиг. 2.

При открытии тиристорных ключей в двух (любых) фазах схемы, представленной на фиг. 3, получаем внешнюю характеристику 7 (см. фиг. 2).

Учитывая, что в схеме, представленной на фиг. 3, открытие тиристорного ключа в одной (любой) фазе не влияет на регулирование напряжения и только открытие в этой схеме тиристорных ключей в двух фазах вызывает повышение напряжения (характеристика 7 на фиг. 2), тогда в схеме, представленной на фиг. 3, один тиристорный ключ в любой фазе можно убрать, соединив вместо тиристорного ключа в этой фазе проводом вывод РО с нейтралью. Тогда схема будет иметь вид, представленный на фиг. 4.

В соответствии с изложенным можно сделать следующий вывод.

Для получения естественных падающих характеристик (см. фиг. 2) необходимо выполнение следующих операций.

Для устройства, представленного на фиг. 3,

- характеристика 5 обеспечивается закрытием тиристорных ключей во всех трех фазах;

- характеристика 7 обеспечивается открытием тиристорных ключей в двух (любых) фазах;

- характеристика 8 обеспечивается открытием тиристорных ключей во всех трех фазах.

Для устройства, представленного на фиг. 4,

- характеристика 6 обеспечивается закрытием тиристорных ключей в двух (любых) фазах;

- характеристика 7 обеспечивается открытием тиристорного ключа в одной (любой) фазе;

- характеристика 8 обеспечивается открытием тиристорных ключей в каждой из двух фаз.

Для получения стабилизированных внешних характеристик в зонах регулирования (см. фиг. 2) необходимо выполнение следующих операций при работе тиристорных ключей в ключевом режиме (открыт - закрыт) в релейном режиме системы автоматического регулирования САР:

- устройства, изображенного на фиг. 3:

- - стабилизированной характеристики в первой зоне (между характеристиками 5 и 7) - закрыт тиристорный ключ в одной фазе, в частности в фазе 3, открыт тиристорный ключ в другой фазе, в частности в фазе 4 или 5, и ключевой режим в третьей фазе;

- - стабилизированной характеристики во второй зоне (между характеристиками 7 и 8) - открыты тиристорные ключи в двух (любых) фазах и ключевой режим тиристорного ключа в третьей фазе;

- устройства, изображенного на фиг. 4:

- - стабилизированной характеристики в первой зоне (между характеристиками 6 и 7) - закрыт тиристорный ключ в одной фазе, в частности в фазе 3 или 4, и ключевой режим в другой фазе, в частности в фазе 4 или 3;

- - стабилизированной характеристики во второй зоне (между характеристиками 7 и 8) - открыт тиристорный ключ в одной из фаз, например в фазе 3, и ключевой режим в фазе 4.

Реализация заявляемого технического решения позволит относительно простыми средствами обеспечить регулирование напряжения в широком диапазоне регулирования и тем самым существенно расширить функциональные возможности заявляемого устройства.

Литература

1. Авт. свид. СССР №419860, МПК G05F 1/12, Н02Р 13/16, 1974 г.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов. Устройство регулирования напряжения содержит трехфазный трансформатор, в первичные обмотки каждой фазы которого включены соединенные последовательно сетевая и регулировочная части, при этом в каждой из трех фаз первые выводы регулировочной части соединены с выводом сетевой части, образуя общую точку, а вторые выводы регулировочной части соединены с первыми выводами неуправляемого реактора каждой из фаз, вторые выводы неуправляемых реакторов всех трех фаз соединены между собой, образуя первую нейтраль, к общей точке соединения регулировочной и сетевой частей первой и второй фаз подключены первые выводы тиристорных ключей, вторые выводы тиристорных ключей первой и второй фаз объединены между собой, образуя вторую нейтраль, к которой подключена общая точка соединения регулировочной и сетевой частей первичной обмотки третьей фазы. Технический результат состоит в упрощении конструкции, улучшении регулировочных характеристик и повышении надежности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для регулирования напряжения, содержащее трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого содержит в каждой фазе соединенные последовательно сетевую и регулировочную части, при этом в каждой из трех фаз первые выводы регулировочной части соединены с выводом сетевой части, образуя общую точку, а вторые выводы регулировочной части соединены с первыми выводами неуправляемого реактора каждой из фаз, вторые выводы неуправляемых реакторов всех трех фаз соединены между собой, образуя первую нейтраль, к общей точке соединения регулировочной и сетевой частей первой и второй фаз подключены первые выводы тиристорных ключей, отличающееся тем, что вторые выводы тиристорных ключей первой и второй фаз объединены между собой, образуя вторую нейтраль.

2. Устройство для регулирования напряжения по п. 1, отличающееся тем, что первые выводы тиристорных ключей третьей фазы подсоединены к общей точке соединения регулировочной и сетевой частей первичной обмотки, а их вторые выводы подключены ко второй нейтрали.

3. Устройство для регулирования напряжения по п. 1, отличающееся тем, что общая точка соединения регулировочной и сетевой частей первичной обмотки третьей фазы подключена ко второй нейтрали.