ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР Советский патент 1996 года по МПК H01F29/14 

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в качестве управляемых электрических реакторов в тех отраслях народного хозяйства, где применимы регулируемые индуктивные сопротивления. Реактор предназначен для компенсации избыточной реактивной мощности линий электропередач и линий сверхвысокого напряжения.

Цель изобретения упрощение конструкции, улучшение массогабаритных и энергетических показателей, а также уменьшение потерь в режиме холостого хода и повышение надежности управления реактором.

На фиг.1 представлена принципиальная схема реактора; на фиг.2 и 3 схемы реактора с использованием отдельной обмотки подмагничивания с выводами для подключения постоянного напряжения; на фиг.4 и 5 схемы реактора с использованием отдельной обмотки подмагничивания и основной обмотки, выполненной с отводами.

Трехфазный реактор содержит магнитную систему из отдельных замкнутых магнитопроводов 1 в двумя стержнями 2, 3-фазную основную обмотку в виде размещенных на стержнях 2 секций 3 двух 3-фазных групп, при этом начала секций каждой фазы объединены для подключения к трехфазному напряжению, цепь управления током основной обмотки, имеющая два управляемых вентиля (фиг.1) или две группы управляемых вентилей (фиг.2, 3, 4, 5), например, тиристоры 4 и 5, соединенные одним выводом с землей. Цепь управления током основной обмотки реактора (фиг. 1) снабжена контактными коммутирующими элементами 6 и 7, резисторами 8 и 9, блоками защиты 10 и 11 от перенапряжения на тиристорах 4 и 5, подключенными к каждому тиристору 4 и 5 параллельно, и дополнительными тиристорами 12 и 13, подключенными встречно-параллельно к основным тиристорам 4 и 5. Тиристоры 4 и 5 подсоединены к концам секций 3 (фиг.1, 2, 3, 5) или к отводам 14 (фиг.4) основной обмотки одной фазы разными электродами.

Реактор (фиг. 2, 3, 4, 5) снабжен секциями 15 обмотки подмагничивания, соединенными в шестиугольник с выводами для подключения постоянного напряжения.

Цепь управления током основной обмотки реактора (фиг.2, 3, 4, 5) содержит диоды 16 и 17 и резисторы 8 и 9. Диоды 16, 17 и тиристоры 4, 5 соединены в две группы каждые (фиг.2, 3), при этом диоды 16 подсоединены к концам секций 3 по схеме звезды с объединенными анодами, а диоды 17 по схеме звезды с объединенными катодами, нейтрали всех звезд заземлены. Концы секций 3 одноименных обмоток заземлены через резисторы 8 и 9. К концам секций 3 одной фазы диоды 16, 17 и тиристоры 4, 5 подключены разными электродами. Группа тиристоров 5 (фиг.2, 3) соединена по схеме звезды с объединенными анодами, а группа 4 по схеме с объединенными катодами. Группы тиристоров 4 и 5 (фиг.3) соединены по схеме треугольника с прямым и обратным включением электродов.

Реактор (фиг. 4, 5) имеет элемент ограничения напряжения резистор 18, цепь управления током основной обмотки снабжена резисторами 19, а секции 3 основной обмотки выполнены с отводами 14. Диоды 16 и 17, тиристоры 4 и 5, резисторы 19 соединены в две группы каждые. Тиристоры 4 и 5 соединены в звезду, диоды 16, 17 в треугольник с искусственной нейтралью из резисторов 19, заземленной через ограничитель напряжения 18. Группа тиристоров 4 присоединена к одноименным секциям 3 по схеме звезды с объединенными анодами, а группа тиристоров 5 по схеме звезды с объединенными катодами. Диоды 16 и 17 соединены в группы с прямым и обратным соединением электродов, причем к секциям 3 каждой фазы тиристоры 4, 5 и диоды 16, 17 присоединены из разных групп. Группы тиристоров 4 и 5 либо присоединены к концам секций 3, а группы диодов к отводам 14 основной обмотки (фиг.4), либо тиристоры 4 и 5 присоединены к отводам 14 секций 3, а группы диодов к концам секций 3 (фиг.5).

Величину сопротивления резисторов 8 и 9 целесообразно выбирать в 25.50 раз больше активного сопротивления фазных обмоток (фиг.1, 2, 3).

Суммарную величину сопротивлений 18 и 19 для каждой фазы выбирают в 10. 30 раз больше активного сопротивления секции фазы, расположенной на одном стержне. При этом сопротивление 19 составляет 2.10% от величины сопротивления 18.

Реактор работает следующим образом (фиг.1).

Устройство включается в сеть при включенных выключателях 6 и 7 и запертых тиристорах 4 и 5. Затем выключатели 6 и 7 отключаются и токи i₁ и i₂ протекают через резисторы 8 и 9. Поскольку поток подмагничивания стержней 2 отсутствует, индуктивное сопротивление секции 3 велико, токи i₁ и i₂ малы и фазный ток I равен току холостого хода реактора. В положительный полупериод на тиристор 5, которые находится под напряжением резистора 9, подается импульс управления для его открывания. Ток i₂ проходит по цепи: фаза, обмотка 3, тиристор 5, земля. Ток i₁ близок к нулю и равен току холостого хода. В отрицательный полупериод открывают тиристор 4 и ток i₁ проходит по цепи: земля, тиристор 4, обмотка 3, фаза. Ток i₂ близок к нулю. Так как направление несбалансированного магнитного потока двух стержней остается неизменным, то происходит подмагничивание стержней реактора постоянным магнитным потоком. Изменением момента времени отпирания тиристоров 4 и 5 изменяют величину токов i₁ и i₂, которые определяют величину потока подмагничивания, вследствие чего изменяют величину индуктивного сопротивления и тока фазных обмоток. При использовании дополнительных встречно-параллельно подключенных тиристоров 12 и 13 цепь замыкания тока остается прежней. В положительный полупериод, когда открыт тиристор 5, открывают сигналом управления дополнительный тиристор 12, а в отрицательный полупериод, когда открыт тиристор 4, открывают тиристор 13. Токи i₁ и i₂ выравниваются, соответственно выравниваются магнитные потоки в стержнях, тем самым несбалансированное значение потока уменьшается, подмагничивание снижается, уменьшается насыщение сердечника. В этом случае, когда открыты одновременно попарно тиристоры 5 и 12, 4 и 13, реактор переходит в режим холостого хода, т.к. поток подмагничивания за период равен 0. Подключение встречно-параллельных управляемых вентилей приводит к тому, что при переводе работы реактора в режим холостого хода значение тока через резисторы 8 и 9 снижается и потери на них минимальные.

Реактор (фиг.2, 3) работает следующим образом.

При включении реактора в сеть в фазных обмотках протекает ток i, величина которого зависит от величины тока подмагничивания i_у в обмотке 15 и от величин токов i₁ и i₂ секций 3. Величины токов i₁ и i₂ зависят от величины приложенного напряжения и углов отпирания тиристоров 4 и 5.

Рассмотрим два крайних случая. Пусть ток i_у=0, тиристоры 4 и 5 открыты. Тогда в обоих полупериодах токи i₁ и i₂ равны, т.к. в один полупериод, например, ток проходит через тиристор, а в другой полупериод через диод. Каждый полупериод происходит перемагничивание стержней 2, токи i₁ и i₂ малы, что соответствует режиму холостого хода реактора.

В другом случае, т.е. в рабочем режиме, тиристоры 4 и 5 заперты. Тогда в положительный полупериод ток i₁ практически отсутствует, т.к. тиристор 4 заперт, а диод 16 подключен в непроводящем состоянии, ток i₂ проходит по цепи: фаза А, секции 3, диод 17, земля. В отрицательный полупериод ток i₁ проходит по цепи: земля диод 16, секция 3, фаза А, а ток i₂ практически отсутствует. При этом направление магнитного потока, замыкающегося по стержням 2, в разные полупериоды остается неизменным, т.е. происходит основное подмагничивание стержней реактора постоянным магнитным потоком. Изменяя момент времени отпирания тиристоров 4 и 5, можно регулировать величину потока подмагничивания и величину тока фазных обмоток. Это является основным пофазным регулированием рабочего режима реактора. Подключение диодов и резисторов к концам трехфазных групп позволяет снизить потенциал тиристора, регулировать величину протекающего через него тока и, как следствие, величину потока подмагничиания.

Для реактора на фиг.4 и 5 в режиме холостого хода тиристоры 4, 5 закрыты. Токи i₁ и i₂ малы. В рабочем режиме в положительный полупериод подачей сигнала на управляющий электрод открывают тиристор 4. Ток i₁ возрастает значительно, а i₂ остается почти на уровне величины в режиме холостого хода. В отрицательный полупериод открывают тиристор 5, ток i₂ значительно возрастает, а ток i₁ мал. В разные полупериоды направления тока i₁ и i₂ разные, а направление магнитного потока за период остается неизменным, т.е. происходит основное подмагничивание стержней 2. Резисторы 18 и 19 соединены по схеме делителя напряжения, фиксируют потенциалы на выводах диодов и тиристоров, и тем самым ограничивают максимально приложенное напряжение к диодам и тиристорам.

При подключении обмотки 15 к внешнему источнику подмагничивания (фиг.2, 3, 4, 5) по секциям протекает ток i_у, который осуществляет предварительное подмагничивание стержней 2 изменяет величину тока во всех фазах реактора. Предварительное подмагничивание реактора на 10.15% позволяет увеличить скорость регулирования режимов работы реактора, т.к. исключается работа реактора с высокими значениями динамической индуктивности, а также повысить эффективность подавления перенапряжения во всех режимах работы. При появлении перенапряжений наличие постоянного подмагничивания от обмотки 15 обеспечивает безынерционное глубокое насыщение реактора за счет толчкообразного увеличения тока в обмотке 15. Это в свою очередь увеличивает ток реактора, что создает на сопротивлении сети падение напряжения, компенсирующее (подавляющее) перенапряжение на зажимах реактора. Толчкообразный инерционный рост тока в обмотке 15 возникает за счет постоянства потокосцепления двух магнитосвязанных контуров, которые образуют обмотки 3 и 15 в переходные процессы.

Соединенные шестиугольником секции 15 осуществляют в линейном токе компенсацию гармоник кратную трем.

Положительный эффект предлагаемого реактора по сравнению с известным заключается в упрощении конструкции реактора. Для трех фаз требуемое число стержней магнитопроводов равно шести, на каждом из которых имеется лишь одна обмотка на напряжение сети питания. Массогабаритные показатели поэтому улучшаются на 10.20% Упрощается технология изготовления 3-фазной обмотки и секций обмоток подмагничивания, повышается их механическая прочность.

Использование: электроэнергетика, регулируемые трехфазные индуктивные сопротивления. Сущность изобретения: трехфазный электрический реактор, каждая фаза которого содержит отдельный замкнутый магнитопровод (1) с двумя стержнями (2), секции основной обмотки (3) и цепь управления током основной обмотки (14). В цепь управления током основной обмотки включены тиристоры (4). Изменением момента отпирания тиристоров меняем величину тока, определяющего величину подмагничивания и индуктивного сопротивления устройства. В зависимых пунктах формулы рассмотрены различные варианты выполнения цепи управления током основной обмотки с использованием диодов, дополнительных тиристоров, возможных вариантов их соединения в звезду или треугольник. 8 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕАКТОР, преимущественно высоковольтный, каждая фаза которого содержит отдельный замкнутый магнитопровод с двумя стержнями, основную обмотку и тиристоры, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, улучшения массогабаритных и энергетических показателей, устройство содержит цепь управления током основной обмотки, основная обмотка каждой фазы выполнена в виде двух секций, размещенных на разных стержнях, при этом начала секций каждой фазы объединены для подключения к трехфазному напряжению, в цепь управления током основной обмотки включены тиристоры, соединенные с землей. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что цепь управления током основной обмотки устройства снабжена контактными коммутирующими элементами, резисторами, блоками защиты от перенапряжений, тиристоры подключены к концам секций, причем к концам секций одной фазы они подключены разными электродами, коммутирующие элементы, резисторы, блоки защиты от перенапряжений, подключены к каждому тиристору параллельно, электроды тиристоров, не соединенные с секциями обмотки, присоединены к земле. 3. Реактор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь в режиме холостого хода и повышения надежности управления реактором, цепь управления током основной обмотки устройства снабжена дополнительными тиристорами, подключенными встречно-параллельно основным тиристорам. 4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что устройство снабжено секциями обмотки подмагничивания, а цепь управления током основной обмотки снабжена диодами, диоды и тиристоры соединены в две группы каждые, при этом половина диодов подсоединена к концам одноименных секций основной обмотки по схеме звезды с объединенными анодами, а диоды другой группы к концам других одноименных секций основной обмотки по схеме звезды с объединенными катодами, при этом нейтрали всех звезд заземлены, группы тиристоров присоединены к концам одноименных секций основной обмотки, причем к концам секций одной фазы диоды и тиристоры подключены разными электродами, секции обмотки подмагничивания всех фаз соединены в шестиугольник с отводами для подключения постоянного напряжения. 5. Реактор по пп.1 и 4, отличающийся тем, что одна группа тиристоров цепи управления током основной обмотки соединена по схеме звезды с объединенными анодами, а другая по схеме звезды с объединенными катодами. 6. Реактор по пп.1 и 4, отличающийся тем, что группы тиристоров соединены по схеме треугольника с прямым и обратным включением электродов. 7. Реактор по п.1, отличающийся тем, что устройство снабжено секциями обмотки подмагничивания и элементами ограничения напряжения, а цепь управления током основной обмотки снабжена резисторами и диодами, секции основной обмотки выполнены с отводами, тиристоры, диоды и резисторы соединены в две группы каждые, тиристоры соединены в звезду, диоды в треугольник с резистивной искусственной нейтралью, которая заземлена через ограничитель напряжения, одна из групп тиристоров присоединена к одноименным секциям основной обмотки по схеме звезды с объединенными анодами, а другая по схеме звезды с объединенными катодами, диоды соединены в группы с прямым и обратным соединением электродов, причем к секциям основной обмотки каждой фазы тиристоры и диоды присоединены из разных групп. 8. Реактор по пп. 1 и 7, отличающийся тем, что группы тиристоров цепи управления током основной обмотки присоединены к концам секций, а группы диодов к отводам секций основной обмотки. 9. Реактор по пп. 1 и 7, отличающийся тем, что группы тиристоров цепи управления током основной обмотки присоединены к отводам секций основной обмотки, а группы диодов к концам секций основной обмотки.