Комбинированный блок питания Советский патент 1982 года по МПК G05F3/06 

(5) КОМБИНИРОВАННЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для питания комплектов релейной защиты и автоматики; может быть применено на подстанциях с переменным оперативным током.

Известен трехстержневой трансформатор с подмагничиванием переменным током, в котором на среднем стержне расположена рабочая обмотка, на боковых стержнях - последовательно соединенные секции тормозной обмотки, а также секции вторичной обмотки, соединенные последовательно с полярностью, при которой складываются ЭДС,индуктированные рабочей обмоткой, и вычитаются ЭДС, индуктированные тормозной обмоткой; при этом к свободным зажимам секций вторичной обмотки подсоединена нагрузка в виде электромагнитного реле П.

Недостаток известного устройства заключается в том, что его область

применения ограничена дифференциальными магнитными трансформаторами реле с торможением.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является комбинированный Феррорезонансный блок питания с магнитным суммированием, содержащий клеммы для подключения трансформатора тока, клеммы р,пя подключения трансформатора на10пряжения и узел, состоящий из дросселя, выпрямительного моста, конденсатора и промежуточного насыщающегося трансформатора (ПНТ) , одна из первичных обмоток которого вклю15чена в цепь трансформаторов тока, другая первичная обмотка через дроссель подсоединена к зажимам трансформатора напряжения, а ко вторичной обмотке подсоединены кон20денсатор и выпрямительный мост с нагрузкой на выходе 2.

Недостатки известного устройства состоят в большой зависимости выходHoro напряжения на нагрузке от сдвига по фазе между входными электрическими величинами на ПНТ, а также в возможности наводок через ПНТ из цепей тока в цепи напряжения, что снижает стабильность выходного напряжения .

Цель изобретения - увеличение стабильности выходного напряжения

1-

путем уменьшения зависимости выходного напряжения от сдвига фаз между входными величинами и устранения взаимных наводок между цепями тока и напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в известный комбинированный блок питания введен второй узел идентичный первому, причем две первичные обмотки промежуточных насыщающихся трансформаторов обоих узлов включены последовательно и подсоединены к клеммам для подключения трансформатора тока, вторые первичные обмотки промежуточных трансформаторов имеют одинаковое направление намотки и соединены с основными обмотками дросселя по схеме сбалансированного трансформаторного моста к выходной диагонали которого подсоединены клеммы для подключения трансформатора напряжения, кроме того, другой выходной вывод выпрямительного моста одного из узлов через введенную обмотку подмагничивания другого узла соединен со второй клеммой для подключения нагрузки.

Дроссели обоих узлов могут быть снабжены дополнительными обмотками, соединенными последовательно-встречно и подключенными к питающей диагонали сбалансированного трансформаторного моста, причем дополнительная и основная обмотка каждого дросселя включены разнополярно.

Промежуточные насыщающиеся трансформаторы могут быть выполнены на двухстержневых магнитопроводах или на одном общем трехстержневом магнитопроводе.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства .

Устройство содержит два одинаковых комплекта, в которые входят соответственно промежуточные насыщающиеся трансформаторы (ПНТ) 1 и 2. У трансформатора 1 и 2 первичные токовые обмотки 3 и 4 соединены последовательно и подключены в цепь

трансформатора тока к клеммам 5 рервичные обмотки напряжения 6 и 7 через основные обмотки дросселей 8 и 9 подсоединены к клеммам 10 трансформатора напряжения (или трансформатора собственных нужд),образуя сбалансированный трансформатоный мост, к выходной диагонали которого подсоединены упомянутые клеммы 10. Соединение первичных обмоток 3 и 6 в трансформаторе 1 обеспечивает вычитание их ампервитков,если принять обозначенную точками полярность клемм 5 и 10, а у первичных обмоток k v 1 трансформатора 2 сложение их ампервитков. Ко вторичJным обмоткам 11 и 12 трансформаторо 1 и 2 соответственно подсоединены конденсаторы 13 и 1 , а также выпрямительные мосты 15 и 16, выходы которых через обмотки подмагничивания 17 и 18 дросселей В и 9 подключены параллельно к нагрузке 19, состоящей из устройств релейной защиты и автоматики подстанции. При этом выпрямительный мост 15 первого комплекта подсоединен через обмотку подмагничивания 18 в дросселе 9 второго комплекта и наоборот. Через переключатель 20 дополнительные обмотки 21 и 22 дросселей 8 и 9 подсоединены к питающей диагонали упомянутого трансформаторного моста последовательно между собой и разнополярно с основной обмоткой своего дросселя.

Устройство работает следующим образом.

. При режиме одиночного питания от трансформатора напряжения оба одиуаковых комплекта работают на нагрузку 19 параллельно с одинаковой загрузкой , как два стабилизатора с источником напряжения, основанные на феррорезонансе токов. Основные обмотки дросселей 8 и 9 помогают стабилизировать напряжение на нагрузке 19 при колебаниях входного напряжения и. Вспомогательные обмотки 21 и 22 дросселей 8 и 9, подключенные через переключатель 20, не обтекаются током, поскольку в точках их подсоединения равна нулю разность потенциалов. Обмотки подмагничивания 17 и 18 в дросселях 8 и 9 при увеличении нагрузки уменьшают в небольших пределах индуктивное сопротивление основных обмоток и этим способствуют стабилизации. Поскольку каж590

ый выпрямительный мост подмагничивает своим током дроссель соседнего комплекта, то происходит также выравнивание нагрузки обоих мостов. В последовательно соединенных токовых первичных обмотках 3 и трансформаторов 1 и 2 индуктируются две встречно направленные и одинаковые ПС величине ЭДС, зследствие чего отсутствуют наводки из цепей напря)хения в цепи тока. При подъеме напряжения и, начиная с нулевого значения, пока и и, где Ьц. - напряжение стабилизации феррорезонаясных контуров (все напряжения рассматривают приведенными к виткам обмоток 6 и 7), напряжение на конденсаторах 13 и и на нагрузке 19 больШе и из-за компенсирующего действия индуктивности дросселей 8 и 9. При и и вследствие значительного увеличения тока намагничивания в трансформаторах 1 и 2 их суммарное входное сопротивление становится активно-индуктивным, а потому упомянутое соотношение изменяется:и д1Л и. Переход через уровень стабилизации происходит без скачка даже при отсутствии нагрузки, так как в контуре с феррорезонансом токов зависимость общего тока от задающего наяряжения является однозначной. При режиме одиночного питания от трансформатора тока оба одинаковых комплекта работают на нагрузку 19 параллельно с одинаковой загрузкой как два стабилизатора с источником тока, основанные на феррорезонансе токов. В первичных обмотках напряжения 6 и 7 индуктируются две одинаковые по величине ЭДС, из которых одна, например, в обмотке 7 направлена от клеммы 10 с точкой к общей клемме обмоток 6 и 7, а в обмотке 6 - в обратном направлении. Упомянутые индуктированные ЭДС создают ток через основные обмотки дросселей 8 и 9Поскольку дроссели одинаковы и одинаковы по величине индуктированные ЭДС, то трансформаторный мост из элементов 6-9 сбалансирован, т.е. между клеммами 10 нет разности потенциала.

Таким образом, отсутствует наводка из цепей тока в цепи напряжения.

Кроме функции устранения наводки, основные обмотки дросселей 8 и 9 выполняют также функцию дросселя,который необходим потому, что недостаточно индуктивное сопротивление

8076

от магнитных потоков рассеяния у вторичной обмотки ПНТ. Увеличение индуктивного сопротивления до суммарной величины X (. S О ,25 X где х - величина емкостного сопротивления конденсатора в контуре, требуется, чтобы предотвратить феррорезонанс на второй и более высоких гармониках. Такой феррорезонанс сопровождается

Q опрокидыванием фазы этих гармоник и резким увеличением амплитуды выходного напряжения. Вспомогательные обмотки 21 и 22 дросселей 8 и 9 облегчают получение требуемой суммарной

величины индуктивности XQ.

При появлении и увеличении нагрузки сопротивление основных и вспомогательных обмоток дросселей 8 и 9 немного уменьшается из-за подмагничивания обмотками 17 и 18, но это не вызывает недопустимого резонанса на высших гармониках, поскольку само увеличение активной нагрузки ограничивает остроту резонансных

5 явлений в электрических цепях.

При подъеме тока J начиная с нулевого значения, напряжение на обмотках до наступления стабилизации емкостное или активно-емкостное,

0 если включена нагрузка, а после возникновения стабилизации станет активно-индуктивным. Переход через уровень стабилизации происходит скачком до тех пор, пока сопротивление нагрузки не уменьшится до равенства Сопротивлению конденсатора; при этом отдача мощности на нагрузку максимальная (в условиях неизменной емкости конденсатора).

При режиме комбинированного питания при сдвиге фаз на 90° между токами в первичных обмотках тока и напряжений в трансформаторах 1 и 2 суммарные ампервитки первичных обмоток одинаковы по величине,но сдвинуты по фазе от О или 180 до 90° (в зависимости от величины скла.дываемых токов). Поскольку на нагрузку подаются выпрямленные напряжения, то сдвиг по фазе на 180 не изменяет результатов по сравнению со сдвигом , а сдвиг на 90°при одинаковых амплитудах повышает среднее значение выпрямленного напряже- ния на нагрузке до Q%, как и в комби йированном блоке, составленном на известных блока питания током (БПТ) и напряжением (ЕПН). Эти колебания напряжения уменьшаются включением двух дросселей, роль которых здесь по совместительству выполняют обмот ки подмагничивания 1/ и 18 дросселей 8 и 9Следовательно, в этом режиме выпрямительные мосты 15 и 16 аналогич но одиночному питанию работают параллельно с одинаковой загрузкой, причем и выше и ниже уровня стабилизации . При режиме комбинированного пита ния при сдвиге фаз 0°или 180° между токами в обмотках тока и напряжения. В одном из трансформаторов 1 и 2 ампервитки пеТэвичных обмоток ариф метически складываются, а в другом вычитаются. Если при этом состояние обоих трансформаторов выше уровня стабилизации, то напряжения на вторичных обмотках 11 и 12 отличаются мало, а выпрямители 15 и 16 работаю на нагрузку (параллельно, но их выхо ные токи не сдинаковы, причем подма ничивание дросселя в соседнем комплекте уменьшает различие в токах нагрузки. Если же трансформатор, в котором ампервитки первичных обмоток вычитаются, переходит в состояние ниже уровня стабилизации, то напряжение на его вторичной обмотке значительно уменьшается и соответствующий выпрямительный мост перестает подавать ток, но другой комплект продолжает питать нагрузку При этом тот ПНТ, где состояние ока залось ниже уровня стабилизации, косвенно помогает тем, что его обще сопротивление станет емкостным, а емкость частично компенсирует и ток в цепях напряжения и напряжение в цепях тока у работающего на нагру ку ПНТ, содействуя удержанию послед него в состоянии стабилизации. Входная характеристика работающе комплекта при сдвиге фаз 0° и 180° между токами в обмотках тока и напр жения такая же, как у известного при сдвиге фаз О °, что весьма значительно уменьшает колебания выходного напряжения. Таким образом, отличительные признаки предложенного устройства обеспечивают ему по сравнению с известным значительное уменьшение зависимости выходного напряжения от сдвига фаз между входными величинам устранение взаимных наводок между цепями тока и напряжения. 7& Формула изобретения 1. Комбинированный блок питания, содержащий клеммы для подключения трансформатора тока, клеммы для подключения трансформатора напряжения и первый узел, состоящий из дросселя, выпрямительного моста, конденсатора и промежуточного насыщающегося трансформатора с двумя первичными обмотками и одной вторичной, причем ко вторичной обмотке подключен конденсатор и входные выводы выпрямительного моста, один из выходных выводов которого соединен с первой клеммой для подключения нагрузки, о тличающийся тем, что, с целью увеличения стабильности выходного напряжения путем уменьшения зависимости выходного напряжения от сдвига фаз между входными величинами токов в обмотках промежуточного насыщающегося трансформатора и устранения взаимных наводок между цепями тока и напряжения,в него введен второй узел, идентичный первому, причем две первые первичные обмотки промежуточных насыщающихся трансформаторов обоих узлов включены последовательно и подсоединены к клеммам для подключения трансформатора тока, вторые первичные обмотки промежуточных трансформаторов имеют одинаковое направление намотки и соединены с основными обмотками дросселя по схеме сбалансированного трансформаторного моста, к выходной диагонали которого подсоединены клеммы для подключения трансформатора напряжения, кроме того, другой выходной вывод выпрямительного моста одного из узлов через введенную обмотку подмагничивания другого узла соединен со второй клеммой для подключения нагрузки. 2. Блок поп.1,отличающ и и с я тем, что дроссели обоих узлов снабжены дополнительными обмотками, соединенными последовательно-встречно и подключенными к питающей диагонали сбалансированного трансформаторного моста, причем дополнительная и основная обмотка каждого дросселя включены разнополярно. 3- Елок питания по п.1, отличающийся тем, что каждый из двух промежуточных насыщающихся трансформаторов выполнен на двухстержневом магнитопроводе. Ц. Блок питания по п.1, о т л ичающийся тем, что оба проме9905807IQ

шуточных насыщающихся трансформатора в релейной защите. М., Энергия ,

выполнены на общем трехстержневом магнитопроводе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1965, с. 166, рис. 8-1.

2. Гельфанд Я.С., Голубев М.Л., Царев М.И. Релейная защита и электроавтоматика на переменном оперативном токе. М., Энергия, 1973, с. 128-129, рис. 6-11.