Устройство для регулирования напряжения в электрических сетях переменного тока Советский патент 1934 года по МПК G05F1/22 H01F29/14 H02J3/12 H02P13/12 

Среди известных способов регулировки напряжения в электрических сетях переменного тока наиболее совершенные способы, как например, с применением конденсаторов (компаундирование) или синхронных генераторов (компенсирование) имеют ограниченное применение благодаря их сравнительной дороговизне.

Широкое распространение, особенно в случае высоковольтных линий и значительных мощностей, получила группа специальных устройств, в которых используются неподвижные трансформаторы с переменным коэфициентом трансформации в виду их отличительных качеств: большого коэфициента полезного действия, стойкости сопротивления токам короткого замыкания, удобства изоляции, относительной простоты конструкции и сравнительно малой стоимости.

Главный недостаток этих устройств заключается в ступенчатости регулировки.

Другая группа специальных устройств для регулировки напряжения использует трансформаторы с скользящими или вращающимися сердечниками и обмотками, в виду их свойств давать плавную регулировку, значительно осложняется в своем конструктивном оформлении, особенно при высоких напряжениях.

Главный недостаток этой группы устройств заключается в наличии подвижных частей большой механической

(341)

инерции, вследствие чего происходит сильное запаздывание Б действии регулировки.

Известные же трансформаторные устройства с плавной и быстродействующей регулировкой, как, например,способ саморегулировки напряжения посредством двух отдельных разно насыщенных неподвижных трансформаторов при соединении вторичных обмоток навстречу, ценный по простоте конструктивного выполнения, обладает рядом своих специфичес; их недостатков: требует установки на определенную нагрузку, имеет низкий коэфициент полезного действия, создает малый cos f в сети и сравительно громоздок, не применим при колебающихся и сколько-нибудь значительных мощностях, а может быть использован в этом случае лишь, как вспомогательный.

Предлагаемое устройство имеет целью осуществление плавной и быстродействующей регулировки, вне зависимости от изменения нагрузки при возможности использования статических сериесных трансформаторов.

В указанном устройстве, в целях достижения плавности и быстроты действия, применен, кроме означенных трансформаторов, дополнительно, еще особый распределительный аппарат, тоже без подвижных механичиских частей. Аппарат производит при включении индуктирующих низковольтных обмоток трансформатора в цепь его мостиков, образованных из реактивных катушек с переменным коэфициентом самоиндукции путем различного насыщения их железа током постоянного направления, плавный и быстрый сдвиг фаз электродвижущих сил, действующих в обмотках высокого напряжения статических трансформаторов и. самой регулируемой сети, на полные предельные 180. Последнее равнозначно переключению контактов, но без разрыва цепи тока способом нарущения равновесия плеч мостика с помощью одного из известных приспособлений.

На чертеже изображена схематическая примерная форма выполнения предлагаемого устройства для случая регулировки сети трехфазного тока высокого напряжения.

Статический сериесный трансформатор Т трехфазного тока или три однофазных, имеет: первичные обмотки и-к, с изоляцией низкого напряжения и вторичные обмотки Н-К с изоляцией высокого напряжения.

Особый распределительный аппарат Р состоит из трех мостиков М, образованных из реактивны-х катущек 1-3-5, 1-4-6, 2-5-7, 2-4-8, железной магнитной системы, при основных обмотках /-3, 1-4, 2-3, 2-4, переменного тока и дополнительных обмоток 5, 6, 7, 8 постоянного тока.

Мостики М соединены звездой, посредством зажимов 3, приключенных к трехфазной сети 10 низкого напряжения в пунктах 9, и зажимов 4, образующих нулевую точку.

Первичные индуктирующие обмотки н-к трансформатора Г включены в цепь мостиков М посредством зажимов н, к; вторичные индуктируемые обмотки Н-К трснсформатора Т включены в рассечку проводов трехфазной сети 77-72 высокого напряжения посредством зажимов Н, К.

Дополнительные обмотки 3, б, 7, 8 реактивных катущек соединены между собой последовательно в две отдельных электрических цепи А - 5 и Г-Д, по признаку принадлежности их к противоположным плечам мостиков М.

Назначение основных обмоток-оказывать нужное сопротивление при прохождении через них переменного тока;

назначение дополнительных обмоток - служить для изменения коэфициента самоиндукции реактивных катущек, путем различного насыщения их железа током постоянного направления, с целью нарущения равновесия плеч мостиков Ж

Направление тех и других обмоток выбрано так, что мгновенные электродвижущие силы, наведенные обмотками 7-3, 1-4, 2-3, 2-4 переменного тока, в обмотках 5, 6, 7, 8 постоянного тока, во всякий момент времени взаимно нейтрализуются.

Кроме того, предусмотрено, при выполнении соединения обмоток, достижение равномерной загрузки цепей 1-к-н-2 мостиков М в каждую половину периода, в виду возможного искажения полуволн, по причине различного, не одностороннего направления переменного тока в отношении постоянного, насыщающего железо.

Способ действия данного устройства заключается в следующем. Приводными звеньями распределительного аппарата Я устройства являются электрические цепи А-Б и Г-Д постоянного тока, работающие разновременно, поочередно.

Одна из них, положим, цепь А - Б является повышающей, тогда другая цепь Г--Д станет понижающей.

Это будет иметь место при противоположном направлении фаз напряжений сети 10 низкого напряжения относительно сети 77-72 высокого напряжения, вообще говоря, связанных между собой посредством, трансформаторов, на чертеже не показанных.

В одном из крайних положений распределительного аппарата Р, при полном насыщении железа реактивных катущек 1-3-5, и 2-4-8 током постоянного направления благодаря обмоткам 5, 8 работающей цепи А - Б, индуктивное сопротивление обмоток 7-3, 2-4 сделается практически равным нулю, так что потенциалы зажимов 7 и 2 будут отличаться от потенциалов зажимов 3 и 4 только на величину омического падения напряжения, в силу чего в этом случае индиктирующие обмотки W-/с трансформатора Г, через распределительный аппарат Р, окажутся приключенными зажимами н к трехфазной сети 10, в

пунктах 9, а зажимами к к нулевой точке.

Тогда в обмотках Н-К трансформатора Т, согласно постановленному условию, будут возбуждаться электродвижущие силы, совпадающие по фазе с электродвижущими силами, действующими в сети //-/2, а следовательно, таким образом, в трехфазной сети //-72 высокого напряжения будет добавлено нужное, наибольшее по расчету, количество вольт.

В другом из крайних положений распределительного аппарата Р, при полном насыщении железа реактивных катушек 1-4-6, 2-3-7 током постоянного направления, благодаря обмоткам б, 7 работающей цепи Г-Д индуктивное сопротивление обмоток /-4, 2-3 сделается практически равным нулю, так что потенциалы зажимов / и 2 будут отличаться от потенциала зажимов 4 и 3 только на величину омического падения напряжения, в силу чего, в этом случае, индуктирующие обмотки я - к трансформатора Г, через распределительный аппарат Р, окажутся приключенными, зажимами к, к трехфазной сети JO, в пунктах 9, а зажимами я к нулевой точке.

Тогда в обмотках Н-R трансформатора Т, согласно поставленному условию, будут возбуждаться электродвижущие силы, противоположные по фазе с электродвижущими силами, действующими в сети //-12, а следовательно, таким образом, в трехфазной сети 11-12 высокого напряжения будет добавлено нужное, наибольшее по расчету количество вольт.

В среднем положении распределительного аппарата Р, при отсутствии насыщения железа реактивных катушек током постоянного направления и одновременном бездействии обмоток обеих цепей А-Б и С-Д, восстановится равновесие плеч мостиком М, так что потенциалы зажимов 1 и 2 сделаются nonaj HO одинаковыми, в силу чего в индуктирующих обмотках н - к трансформатора Т тока не будет, а потому не будут возбуждаться и электродвижущие силы в индуктируемых обмотках Н-Лтрансформатора Т, а следовательно таким образом, в этом случае, в трехфазной сети

11-12 высокого напряжения не произойдет измененей напряжения.

При объяснении способа действия устройства было замечено, что приводные звенья распределительнего аппарата Р цепи А - Б и Г - Д работают разновременно поочередно: в случае повышения напряжения действующей является цепь А - Б, в случае понижения напряжения действующей является цепь Г-Д.

Поэтому каждая из реактивных катушек 7-5-5, 1-4-6, 2-3-7, 2-4-8 мостиков М будет иметь различный характер нагрузки, аналогичный режиму регулировочного трансформатора Т, в условиях его холостой работы, либо в условиях нормального короткого замыкания, что должно быть принято во внимание.

Кроме того, следует заметить, что, с целью лучшего использования распределительного аппарата Р, основные обмотки 1-3, 1-4,2-3, 2-4 переменного тока должны быть рассчитаны на несколько меньшее число ампервитков, чем дополнительные обмотки 5, 6, 7, 8 постоянного тока.

Касательно самого регулировочного трансформатора Т можно рекомендовать для большей устойчивости регулировки увеличение ампервитков первичных индуктирующих обмоток Н-к, по отношению вторичных индуктируемых обмоток Н-К так, чтобы токи холостой и нагрузки разнились бы между собой в меньшей степени, чем обычно.

Как видно, устройство выполнено без наличия подвижных механических частей и является чисто электрическим, а потому все положения в регулировке совершаются со скоростью, присущей распространению электромагнитных перемен, практически обеспечивающей мгновенную быстроту действий.

Притом,главная регулировка обусловливается лишь соблюдением плавности в изменениях силы постоянного тока, действующего в приводных цепях, что достижимо при помощи уже известных приспособлений.

Так, например, автоматическая регулировка может быть воспроизведена посредством соответствующих плавных и быстродействующих реле диференциального типа, воспринимающих со стороны

регулируемой части сети выпрямленные импульсы отклонений напряжений, допустимые по условию установки относительно некоторого среднего значения, для передачи их в обратном порядке, с надлежащим усилением, на приводные звенья распределительного аппарата обмотки насыщения реактивных катушек током постоянного направления.

Резервное же дистанционное ручное управление может производиться, например, посредством реостатов, приключенных к приводным цепям устройства по схеме потенциометра.

При этом как в том, так и в другом случае, приводная мощность устройства выражается лишь немногими единицами процента по отношению к мощности, идущей для непосредственной регулировки.

Предмет изобретения.

Устройство для регулирования напряжения в электрических сетях переменного тока посредством статистических сериесных трансформаторов, одна обмотка каждого из которых включена в соответствующую фазу, а другая-во вспомогательную цепь переменного тока, самоиндукция которой меняется в зависимости от величины насыщение; магнитной системы при помощи двух отдельных цепей, присоединенных к сети постоянного тока, отличающееся тем, что с целью получения регулирования напряжения в обе стороны от его среднего значения применены в каждой фазе четыре двухобмоточных реактивных катушки 1-4-6, 4-2-8, 2-3-7, /-3-5, в которых обмотки 7-4, 4-2, 2-5, 3-7 соединены между собой по схеме мостика Витстона, приключенного за-жимами 4-3 на напряжение вспомогательной цепи переменного тока, а зажимами 7-2 к концам первичной обмотки сериесного трансформатора Т, обмотки же 6-7 указанных реактивных кагушек, соединенные последовательно, включены в одну цепь постоянного тока, а обмотки 5-8, также соединенные последовательно-в другую цепь постоянного тока с той целью, чтобы соответственным регулированием сил токов в указанных цепях получать на зажимах 7-2, путем нарущения равновесия мостика 7-4-2-J, требуемые по величине и направлению напряжения.