Способ переключения ответвлений обмотки трансформатора Советский патент 1983 года по МПК G05F1/20 

(54) СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ОТВЕТВЛЕНИЙ ОБМОТКИ

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах регулирования напряжения силовых и преобразовательных трансформаторов под нагрузкой с помощью тиристоров.

Известен способ переключения ответвлений обмотки трансформатора, заключающийся в поочередном включении последующего и отключении предыдущего ключей, обеспечивая протекание тока через эти ключи и соответствующие ответвления обмотки трансформатора в момент времени, сдвинутый по фазе относительно одной из полуволн напряжения сети 1.

Этот способ обеспечивает переключение ответвлений трансформатора, при любой форме тока нагрузки, однако произвольно заданный фазовый сдвиг момента переключения относи тельно напряжения приводит к возникновению замыкания ступени, длительность которого может превышать половину периода напряжения сети, а величина - амплитудное значение, устанививщегося тока замыкания ТРАНСФОРМАТОРА

ступени. Позтому для реализации зтого способа требуются дополнительные тиристоры и токоограничивающие реакторы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ переключения ответвлений обмотки трансформатора, заключающийся в поочередном включении последующего и отключении предьщущего , обеспечивая протекание тока через зти ключи и со10ответствующие ответвления обмотки трансформатора в моменты времени, зависящие от фазового сдвига синусоидального тока относительно напряжения.

Известный способ характеризуется высокой

15 надежностью, так как переключение тиристоров происходит без токов замыкания ступени, и в устрюйстве, посредством которого способ может быть реализован, не требуется токоогра20 ничивающий реактор и дополнительные тиристоры 2.

Однако он характеризуется ограниченными функциональнь1ми возможностями и предназначен для применения в цепях синусоидаль ного тока при наличии фазового сдвига между током и напряжением.. Такой способ не позволяет переключать ответвления преобразовательного трансформатора, у которого фазный ток отличается от синусоидального, может не иметь фазового сдвига относительно напряжения и может име значительные паузы нагрузочной составляющей обусловленные работой выпрямителя, наприме трехфазного моста. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей переключения ответвлений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу переключения ответвлений обмотки трансформатора, путем поочередного включения последующего и отключения преды дущего тиристорньгх ключей заданные момент времени, включение последующего и отключение предыдущего тиристорных ключей осуществляют в момент времени, опережающий переход напряжения через нулевое значение на время, равное времени выключения тиристоров ключей. Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Протекание тока любой формы через тиристорный ключ одного из ответвлений обеспечивается наличием непрерывных импульсов на обоих тиристорах работающего ключа, что исключает перенапряжения на тиристорах при паузах тока, обусловленных работой выпрямителя. ITДля переключения ответвлении на оба тири стора последующего ключа подают импульсы управления, одновремнно сняв их с обоих ти ристоров предьщущего ключа, в момент времени, опережающий переход напряжения через нулевое значение на время, равное времени выключения тиристоров. При зтом коммутация тиристоров может сопровождаться кратко временным замыканием ступени регулирования длительность тока которого не превыЩает двухкратного значения времени выключения тиристоров, а величина - в несколько раз меньще амплитудного значения, установивщегося тока короткого замыкания ступени. При коммутации тиристоров, когда замыкание ступени не происходит, необходимо обеспечить закрывание тиристоров до смены полярности напряжения, что и обуславливает опережение момента переключения по отнощению к нулевому значению напряжения на величину време ни выключения тиристоров. На фиг. 1 представлена функциональная схе ма устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие процесс переключения ответвлений по предлагаемому способу. Устройство содержит преобразовательный трансформатор 1 (фиг. 1) с ответвлениями, последовательно с которыми включены тиристорные ключи, причем тиристоры 2 и 3 образуют ключ ответвления пониженного напряжения нагрузки, а тиристоры 4, 5 - ключ ответвления повышенного напряжения, датчик напряжения 6, вход которого подсоединен к выводам питания 7 и 8, логические элементы И 9 и 10, к первым входам которых присое- динен выход датчика напряжения 6, а ко вторым - цепи управления Выше 11 и Ниже 12, триггер 13, входы которого сое|Динены с выходами логических элементов 9 и 10, а выходы - через согласующие цепи 14 и 15 присоединены к цепям управления тиристоров 2 и 3, 4 и 5. На фиг. 2 даны следующие диаграммы: g - напряжение питающей сети на входных выводах 7 и 8 (фиг. 1), фазный ток трансформатора;сЗ - выходной сигнал датчика 6 напряжения;-ё - сигнал Выше по цепи 11; Т. - сигнал Ниже по цепи 12; д сигнал управления тиристоров 2 и 3 с инверсного выхода триггера 13; е - сигнал управления тиристора 4 и 5 с прямого выхода триггера 13; Ж - напряжение на тиристорах 2 и 3; - напряжение на тиристорах 4 и 5; U- - ток через тиристоры; -Ц - момент перюключения тока нагрузки с тиристоров 2 и 3 на тиристоры 4 и 5; -tg. момент переключения тока нагрузки с тиристоров 4 и 5 на тири4торы 2 и 3; Т - длительность тока замыкания ступени. Устройство работает следующим оЬразом. Предположим, что первоначально открыты тиристоры 2 и 3 ключа ответвления пониженного напряжения, что обеспечивается импульсами управления, поступающими на тиристоры с согласующей цепи 15 по сигналу с инверсного выхода триггера 13. На тиристорах 4 и 5 импульсы управления отсутствуют, при этом переключение импульсов управления происходит в следующем порядке. Датчик 6 напряжения выполненный на основе выпрямителя и регулируемого нуль-органа, имеет выходной сигнал в виде прямоугольных импульсов (фиг. 26), задний фронт которых опережает переход напряжения через нулевое значение на время, равное времени выключения тиристоров. Это время можно получить, регулируя порог срабатывания нульоргана . 51 После появления сигнала Выше (фиг.2в) по цепи 11 (фиг. 1) на выходе элемента И 9 появляются сигналы, совпадающие по форме с сигналом напряжения датчика 6. По заднему фронту первого сигнала с элемента 9 триггер 13 опрокидывается, сняв импульсы с тиристоров 2 и 3 и перебросив их на тиристоры 4 и 5. Переброс импульсов управления с тиристоров 4 и 5 на тиристоры 2 и 3 происходит по сигналу Ниже (фиг. 2г) аналогично, тол ко триггер 13 опрокидывается по сигналу с элемента И-10. Таким образом, переключение импульсов управления с тиристоров одного ключа на тиристоры другого ключа происходит в момент, опережающий переход напряжения через нулевое значение на время, равное времени выключения тиристоров. Рассмотрим процесс тех переключений ответ влении, которые сопровождаются замыканием ступени в соответствии с предлагаемым способом. Предположим, что первоначально открытым тиристорам 2 и 3 ток нагрузки протекает через отвод пониженного напряжения. Предположим также, что к моменту tj ток нагрузки протекает через тиристор 3, что соответствует активно-емкостному характеру нагрузки и ЭДС ступени имеет полярность (фиг. 1). Если в момент ti перебросить импульсы управления с тиристоров 2 и 3 на тиристоры 4 и 5, то под действием ЭДС ступени открывается тиристор 4, образуя контур замыкания ступени через тиристоры 3 и 4. В момент времени, когда ток замыкания ступени становится равным нулю, закрывается тиристор 3,- разрывая контур замыкания ступени. После закрывания тиристора 3 в работе остаются тиристоры 4 и 5, которые обеспечивают протекание тока через ответвление повышенного напряжения. Длительность короткого замыкания ступени не превышает двухкратного времени выключения тиристоров, а максимальное значение тока в несколько раз меньше амплитуды уст новившегося тока замыкания ступени, что обеспечивается выбором момента начала замы кания ступени и закрыванием тиристора 3 при нулевом значении тока. Переключение тока на ответвление понижен ного напряжения может сопровождаться замы канием ступени, если к моменту t2 (фиг.2) при полярности ЭДС ступени (фиг. 1), ток протекает через тиристор 4, что соответствует индуктивно-активному характеру нагрузки. В момент tj, когда импульсы перебрасывают с тиристоров 4 и 5 на тиристоры 2 и 3 возни 39 кает контур замыкания ступени через тиристоры 4 и 3. KopotKoe замыкание прекращается в момент закрывания тиристора 4, что происходит при прохождении тока через нулевое значение. После закрывания тиристора 4 ток нагрузки протекает через тиристоры 2 и 3. Короткое замыкание ступени не возникает при переключении на ответвление повышенного напряжения, если на полярности ЭДС ступени (фиг. 1) в момент ti ток протекает чериз тиристор 2. В этом случае, в момент Переброса импульсов с тиристоров 2 и 3 на тиристоры 4 и 5, открывается тиристор 4, а к тиристору 2 прикладывается o6paiTHoe Напряжение. Тиристор 2 должен закрываться до смень полярности напряжения ЭДС ступени, в противном случае после смены полярности возникает замыкание ступени через тиристоры 2 и 5, длительность которого соизмерима с половиной периода напряжения сети и величина тока может достигнуть максимального значения установившегося тока замыкания ст)Т1ени. При переключении на ответвление пониженного напряжения замыкание не возникает, если при указанной полярности ЭДС ступени в момент tj ток протекает через тиристор 5. В этом случае ток переключается на тиристор 3. При этом тиристор 5 закрывается до смены полярности ЭДС ступени для предотвращения замыкания ступени длительностью до полупериода. Последние два переключения являются частными случаями переключения по известному способу (2). Длительность и величина тока замыкания Упени зависит от параметров ступени ЭДС И полного сопротивления, а также от момента начала замыкания, и не зависит от направления переключения ответвлений. При заданном моменте переключения, определяемом временем выключения тиристоров, длительность и величина тока замыкания минимальны. Предлагаемый способ позволяет переключать ответвления как на первичной, так и на вторичной обмотках трансформатора при его работе на многофазный выпрямитель, на холостом ходу трансформатора, на индуктивную, емкостную и активную нагрузки, т.е. имеет более широкие функциональные возможности по сравнению с известным способом и позволяет уменьшить до минимального значения ток замыкания ступени при переключении тнристоров, что снижает установленную мощность тиристоров и токоограничивающих элементов, т.е. повышает его технико-экономические харак теристики за счет снижения потерь в номинальных режимах. .Формула изобретения Способ переключения ответвлений обмотки трансформатора путем поочередного включения последующего и отключения предыдущего тиристорных ключей в заданные моменты времени, отличающийся тем, что, с целью расишрения функциональных возможностей, включение последующего и отключение предыдущего тиристорных ключей осуществляют в момент времени, опережающий переход напряжения через нулевое значение 100 98 на время, равное времени выключения тири сторов ключей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии № 53-38020, кл. Н 02 Р 13/16, 1978. 2.Патент Франции № 2163916, кл. Н 02 Р 13/00, 1973.