Модель электрической системы Советский патент 1947 года по МПК G06G7/62 

Известны модели электрической системы, состоящие из источника переменного тока, регулировочных трансформаторов напряжения и фазы, а также переменных индуктивных и омических сопротивлений для имитирования генераторных станций, линий передачи, трансформаторов и нагрузок.

В предлагаемой модели, с целью ее упрощения за счет уменьшения количества трансформаторов фазы, для регулирования последней применен общий для всех генераторных станций трехфазный автотрансформатор с отпайками. Автотрансформатор соединен с неподвижным ламелями ряда круговых коммутаторов таким образом, что при повороте диаметрально расположенных щеток коммутаторов напряжение на этих ихетках изменяется по фазе относительно питаюп-1,его напряжения.

С целью уменьшения габаритов индуктивных сопротивлений при условии обеспечения постоянства их индуктпвностей и малых омических сопротивлений, индуктивные сопротивления в модели могут выполняться с комбинированным магнитопроводом, составленным в основном из трансформаторной стали и - частично - из пластин пермаллоя.

С целью обеспечения наглядности составления схем электрических систем в модели может быть применен штепсельный коммутатор, на паиели которого изображены мнемонические схемы элементов электрических систем и расположены штепсельные гнезда, приключенные к элементам модели.

На фиг. 1 представлена векторная диаграмма автотрансформатора; на фиг. 2 - принципиальная схема генераторной станции: на фиг. 3 - конструкция штепсельного коммутатора; на фиг. 4 - конструкция панели коммутатора (общий вид и разрез).

Для воспроизведения режима работ синхронных машин энергосистемы служат индуктивные сопротивления (имитирующие) синхронный 1 переходный реактанцы синхронной машины и устройства для регулирования фазы и величины э.д.с. моделируемой машины.

№ 69283

Существуют модели, где применяются индукционные фазорегуляторы, выполненные в виде заторможенных асинхронных двигателей, которые целесообразно применять лишь при работе на частотах значительно выше промышленных. Известны также конструкции моделей с применением индивидуальных трансформаторов фазы специального изготовления, что значительно утяжеляет и удорожает моде.ть. В предлагаемой модели для изменения фазы используется лишь один трехфазный автотрансформатор, обший для любого числа имитируемых генераторных станций.

Из1 1енение фазы э.д.с. генератора может быть также легко достигнуто без изменения величины э.д.с. (Здесь и далее термин э.д.с., а не «напряжение, применяется но отношению к моделируемому генератору, э не к напряжению, снимаемому с трансформатора фазы).

Действительно, если принять за исходное напряжение

г /

- - л 7

где ил - линейное напряжение, подводимое к автотрансформатору, и ввести обозначения, показанные на фиг. 1, то закон изменения напряжений, снимаемых с каждой фазы в функции угла, будет выражен в следуюшей форме:

X - и cos ;; у COS 60 - COS а у 0,5 iJ sin а (/ sin 60

и sin аи 2

sin 60,.

- L cos 7. Ч- -:-sin / - --(- (cos т - -- i2

Подставляя в выражения (1) и (2) значение з-тла д нетрудно определить величину Y и , т. е. напряжения, снимаемые одновременно с одной и другой фазы обмоток автотрансформатора. При этом следует иметь в виду, что напряжение, снимаемое, например с фазы СВ при изменении -/ от 30 чо 90. выражается значением X--IJ (cos - rz ), а при изменении ;/ от 90 до loO выражением

( )

Как показывают вычисления автора значения X не определяются целым числом для любых углов а; поэтому, чтобы уменьшить число витков обмотки и вместе с тем получить достаточно точные результаты, последовательно с некоторыми из отпаек включается некоторое число витков добавочной обмотки, охватываюшей часть магнитопровода (0,1 обш,его сечения). Число ступеней регулирования фазы э.д.с. определяется возможностью и целесообразностью изготовления автотрансформатора и коммутатора с большим числом переключений.

С целью Уменьшения габаритов коммутаторов, с помош,ью которых достигается нужная подача напряжений с одной и другой фазы, целесообразно при%генение трехступенчатой системы регулирования фазы и величины э.д.с. генераторной станции (фиг. 2).

Ламели, к которым подводится напряжение от трансформаторов и двигателей напряжения, располон ены по образуюш,и.м цилиндров, по которым скользят шетки, укрепленные на траверсах, врашаюш,ихся вокруг оси цилиндра. Для устранения обгорания материалов цилиндров 3

in а.. (1)

иsin а) ч

, 3 /

sing

sin а Ч

1 3 /

ламели запрессованы в пазы цилиндров вместе со слюдой. Щетки коммутатора фазы расположены попарно в диаметрально противоположных положениях.

С помощью коммутатора / и щеток ai а и «i в-, связанных с общей траверсой, осуществляется изменение фазы через 10 (от О до 360). Щетки ai Са и в в.у подают напряжение через переключатели 2 на делители напряжения 3 и 4, с помощью которых достигается регулирование фаз1,1 через 0,4°.

С помощью щеток Ci С-2 и переключателе 2 могут бь1ть включены или отклонены добавочные витки делителей напряжения 3 и 4, п таким путем осуществлено изменение фазы на 0,2.

Далее, через щетки LI и La напряжение подается на трансформатор 5 с ДВУМЯ вторичными обмотками, одна из которых имеет 5 секций и дает возможность с помощью щтеккера изменять напряжение через 50 в, вторая же имеет 10 секций и дает возможность с помощью коммутатора изменять напряжение через 0,2 в.

Для того чтой1л переход с одной ламели коммутатора на другую осуществлялся без разрыва цепи, все основные идетки дублированы вспомогательными щетками, соединенными с основными через сопротивления из нихромовой проволоки. В момент перехода основных щеток с одних ламелей на другие напряжение на делители напряжения подается через вспомогательные щетки.

Д:1я получения минимального импеданца короткого замыкания слои первичиой и вторичной обмоток трансформатора 5 чередуются между собою. Обмотки трансформатора 5 и делителей напряжения изготовляются из провода максимально возможного сечения по габаритам выбранного железа.

Оиытные образцы генераторных станций по данным автора имек)т имиеданц короткого замыкания, отнесенный к мощности 450 вт, всего 2-2,5%, реактивная составляющая - не превосходит 0,2-0,3,;.

11ля имитации переходных () и синхронных (лт/) реактаннев генераторные станции снабжены индуктивными сопротивлениями и коммутаторами такими же, как у линейных или трансформаторных элементов модели.

Все детали генераторной станции как-то; индуктивные сопротивления, замещающие реактанцы xd и AY/ генератора, делители напряжения для средней и точной регулировки фазы э.д.с. генератора, трансформатор напряжения для регулирования величины э.д.с., а также все коммутаторы скомианованы в одном блоке, .что создает удобства при монтаже и эксплуатации, так как позволяет легко вынуть генераторную станцию из ячейки для ремонта или осмотра.

С остальными элементами модели генераторная станция соединяется с помощью двух 18-контактных вилок телефонного типа, подающих напряжение с трансформатора фазы, и 4-х проводов, два из которых идут на коммутационную ианель, а два другие - к измерительным приборам.

Линейные и трансформаторные элементы предназначаются для моделирования линий электропередач и трансформаторов энергосистемы. Линейные элементы состоят из активных и индуктивных сопротивлений, включенных последовательно, а трансформаторные элементы - из автотрансформатора и индуктивных сопротивлений для воспроизведения реактанца рассеяния моделируемого трансформатора силовой системы.

Так как отнощение активного сопротивления обмоток силовых грансформаторов к реактанцу рассеяния весьма невелико и лежит в

№ 69283

№ 69283- 4 пределах 5-10%, то весьма важно, чтобы отношение-тг-в индуктивных сопротивлениях модели было бы возможно меньше.

Кроме того, необходимо, чтобы величины индуктивных сопротивлений не менялись при изменении проходящего по ним тока.

Достичь небольшого отношения-гт-с помошью одной катушки с отпайками возможно лишь при весьма больших габаритах катушек. Это объясняется тем, что индуктивное сопротивление растет пропорционально квадрату числа витков, а активное сопротивление пропорционально

первой степени. В результате на первых отпайках отношение-у- оказывается весьма велико.

Если же выполнять первую секцию обмотки npoBOAON большого

сечения, а затем постепенно уменьшить его сечение, то отношение-- на

последних отпайках (т. е. при включении всех секций катушки) значительно возрастает (по сравнению с тем, которое было бы при проводе одинакового сечения). Вместе с тем такой способ значительно затрудняет изготовление катушки.

Применение магазинного способа набора индуктивных сопротивлений (с помощью катушек без отпаек) требует большого чис.ла катушек. Например, для получения всех це.тых чисел сопротивлений от 1 до lOo.u необходимы четыре катушки с сопротивлениями 1.2, 2 и 5 ом.

В предлагаемой 1модели индуктивные сопротивления имеют трехдекадную регулировку, но в отличке от дрзтих конструкций моделей первая декада (наибольшие сопротивления) состоит из двух катушек - 20 и 70 ом (ii:ni 200 и 700 ом и т. д.), вКопочеиных последовательно и рассчитанных на минимальное отношение (т. е. на равенство потерь в железе и меди при всех включенных секциях обмотки).

Такая систе.ма позволяет, как показал опыт, иметь даже при низкосортной трансфор.маторно стали oTHOSiienne ;, не превосходяп1ее 5,5%

.1ЛЯ любой отпайки.

Инд ктпвные сопрот1шления второй и третьей декады, с целью экономии места и материалов, состоят из одной катушки на каждую декаду, так как их влияние на общее сопротивление невелико.

Что касается постоянства индуктивностей при широких .редела.к протекающего по индуктивным сопротивлениям тока, то это словис могло быть В1)1полнено с помощью большие воздупшы.х зазоров в магпитопроводах индуктивных сопротивлений. Однако это вызвало б;-:

Rг,

увеличение --.--, что 1 ежелате.)П(;. 1И) п 1пдукти,5К1)1.х со.-угютивлениях предлагаемой модели применен комбинированный магнитопровод, состоящий из трансформаторной стали (основная часть) со сравнительно небольшим воз.чушным зазором и, одной-двух иласп н пермаллоя бе:-, зазора (точнее с весьма малым зазором). При малых токах и, следоя.атс.тьно, при малых папряженпостях поля магнитная проницаемость трансформаторной стали мала, но зато весьма велика магнитная проницаемость пермаллоя. При величении же тока магнитная проницаемость стали )астет, а пе)хмаллоя начинает падать.

При оп)оделенных соотношениях пермаллоя и стали сум.арная .магнитная проницаемость такого .магнитопровода оказывается почти постоянной при весьма широких ;змеиениях напряженности магнитного поля и, следовательно, индуктивность будет тоже постоянной.

Для получения требуемой величины индукт;твного сопротивления

линейного или трансформаторного элемента может быть применен малогабаритный коммутатор, достаточно простой в изготовлении (фиг. 3),

Коммутатор состоит из текстолитовой плиты 7 с запрессованными в ней латунными втулками 8, к которым припаиваются провода от секций активных и индуктивных сопротивлений.

Сзади текстолитовой плиты расположены контактные стержни 9, одним концом закрепленные на токоведущей пружине 10, а другим, имеющилЕ заточку, опирающиеся на гетинаксовую пластинку //.

Для включения требуемого сопротивления штеккер 12 вставляется в соответствующую втулку и отжимает контактный стержень 9 вверх, благодаря чему стержень опирается уже не на пластинку 11, а на штеккер. С целью уменьшения занимаемого места по фронту модели, активные сопротивления линейных элементов и автотрансформаторы в трансформаторных - расположены за индуктивными сопротивлениями.

На фиг. 4 приняты следующие обозначения: 13 - измерительный штеккер; 14 - соединительная вилка; 15 - концевой штеккер со шнуром; 16 - контактная втулка; 17 - контактная пластина; 18 - подвижный блок; J9 - секция магазина для шпуров.

Для воспроизведения режима работы потребителей энергосистемы модель имеет нагрузочные элементы, отличающиеся от линейных элементов лишь коммутаторами. Так как в процессе установки режима работ исследуемой систе ы коммутаторы нагрузочных элементов находятся постоянно в работе, то их контактная система должна быть наиболее надежной и удобной. В предлагаемой модели принят коммутатор с пружинящими щетками, посаженными на втулки и скользящими по плоским головкам латунных контактов.

Все элементы модели размещаются в блоках, электрически связанных между собою лишь шинами и проводами, идущими к генераторным станциям от общего автотрансформатора фазы.

В нижней части блоков на наклонных плоскостях располагаются 1анели штепсельного коммутатора. В вертикальной плоскости непосредственно к ним примыкают панели с гнездами, к которым припаяны провода от линейных элементов, а также трансферные шины. Выше помещены измерительные приборы с вертикально расположенными шкалами.

Над приборами расположены генераторные станции, над ними нагрузочные элементы, еще выше два ряда ячеек с трансформаторными и емкостными элементами и, наконец, еще выше -- три ряда линейных элементов.

Предмет изобретен и я

1. Модель электрической системы, состоящая из источника переменного тока, регулировочных трансформаторов напряжения и фазы, а также переменных индуктивных и омических сопротивлений для имитирования генераторных станций, линий передачи, трансформаторов п нагрузок, о т л и ч а ю И1 а я с я тем, что, с целью упрощения модели за счет уменыпения количества трансформаторов фазы, для регулирования последней при.менен общий для всех генераторных станций трехфазный автотрансформатор с отпайками, соединенными с неподвижными ламелями ряда круговых ко.ммутаторов таким образом, что ири повороте диаметрально расположенных щеток коммутаторов напряжение на этих цетках изменяется по фазе относительно питающего напряжен 1я.

2. В модели по п. 1, с целью уменьшения габаритов индуктивных сопротивлений при условии обеспечения постоянства их индуктивностей и малых омических сопротивлений, выполпение индуктивных сопротивлений осуществляется вместе с комбинированным магнитопроводом, составленным в основном из трансформаторной стали и - частично - из пластины пермаллоя.

3. В модели по п. 1, с целью обеспечения наглядности составления схем электрических систем, применен штепсельный коммутатор, на панели которого изображены мнемонические схемы элементов электрических систем и расположены штепсельные гнезда, приключенные к элементам модели.