Система подмагничивания постоянным током управляемого ферромагнитного устройства Советский патент 1982 года по МПК H01F29/14 

(54) СИСТЕМА ПОДМАГНИЧИВАНИЯ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ УПРАВЛЯЕМОГО ФЕРРОМАГНИТНОГО УСТРОЙСТВА. Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам подмагничивания постоянным током ферромагнитных устройств, например управляемых реакторов, магнитных усилителей, реверсивных трансформаторов с регулированием величины и фазы вторичного напряжения. Известна конструкция управляемого подмагничиванием реверсивного трансформатора, содержащая четыре магнитопрово- да, на каждом из которых расположены две секции обмоток переменного тока (первичной и вторичной) и секция обмотки подмагничивания постоянным током. Все секции первичной обмотки соединены последовательно-согласно и подключены к источнику питания. Вторичные секции обмотки также соединены последовательно, но попарно встречно. Секции обмоток управления соответствующих пар магнито проводов соединены последовательно-ветре но для исключения попадания переменной составляющей в цепи подмагничивания. Пр отсутствии подмагничивания напряжение сети поровну распределяется между четырьмя секциями первичной обмотки, а выходное напряжение равно нулю, так как секгши вторичной обмотки соединены пара- ми последовательно-встречно. При подаче постоянного тока в одну из обмоток управления два соответствующих магнитопровода насыщаются и не участвуют в трансформации. Если постоянный ток подают в другую обмотку подмагничивания, насыщаются другие два магнитопровода. При насыщении любой пары магнитопроводов на выходе трансформатора появляется напряжение, причем его фаза меняется на 180 в з.авйсимости от того, в какую из обмоток управления подан постоянный ток. Для повьпиения быстродействия этого ре- версиЕНОго трансформатора в нем предла- гается обмотки управления питать от источника постоянного тока с большим внутренним сопротивлением Cl , Однако эта возможность повышения быстродействия неизбежно обусловливает увеличение потерь энергии в цепях посто-;

39б67б14

явного тока, что для мощных силовых ycTj- ройства, содержащей управляемые выпряройств неприемлемо.

Наиболее близкой к предлагаемой явля ется.система подмагничивания постоянным током управляемого ферромагнитного уст ройства, .содержащая управляемые выпрямители, соединенные параллельно, к выходу постоянного тока которых подключена одна из двух обмоток подмагничивания, устройство для ограничения перенапряжений обмоток подмагничивания, блок управления выпрямителями, каждый из выходов (Которого соединен с управляющими электродами вентилей одного из выпрямителей. В этом устройстве для повыщения быстродействия более рациональное примене- . ние системы подмагничивания, содерлищей два управляемых выпрямителя (Jaбoчий и форсировочный) включенных параллельно, к объединенным выводам постоянного тока которых подключена одна из обмоток подмагничивания управляемого ферромагнитного устройства. Для защиты изоляции обмотки подмагничивания параллельно ей подключено устройство для ограничения перенапряжений (например, в виде активного сопротивления). Работой выпрямителей-управляет, блок управления. В установившемся рабочем- режиме обмотка подмаг ничивания питается током от рабочего выпрямителя. При необходимости увеличеНИИ тока подмагничивания и ускорения переходного процесса обмотка подмагничивания переключается на форсировочный выпрямитель. При необходимости быстрого уменьшения тока подмагничивания также подключается форсировочный выпрямитель, который блоком управления переводится в инверторный режим 2. Недостатком известной системы является сложность конструкции, поскольку на каждую обмотку подмагничивания требует ся по два управляемых выпрямителя (рабочий и форсировочный), и повышенная стоимость не только за счет удвоения числа тиристоров, но и за счет того, что тиристоры форсировочного выпрямителя вьгбираются на большую мощность, чем тиристоры рабочего выпрямителя. Следовательно, повышение быстродействия устройства требует дополнительных затрат на форсировочный выпрямитель, что ограни- чено экономическими соображениями. Цель изобретения - упрощение и повышение быстродействия управляемого ферро магнитного-устройства. Указанная цель достигается тем,, что в системе подмагничивания постоянным .током управляемого ферромагнитного уст

мители, соединенные параллельно, к.выходу постоянного тока которых подключена одна из двух обмоток подмагничивания. устройство для ограничения перенапряжений обмоток подмагничивания, блок управления выпрямителями, каждый из выходов KDTOjporo соединен с управляющими электродами вентилей одного из выпрямителей. выпрямители включены встречно, а вторая обмотка подмагничивания включена параллельно первой, причем, последователь-. но с каждой обмоткой подмагничивания дополнительно включен вентиль, полярность, которого согласна с полярностью соответствующего выпрямителя, Кроме того, с целью уменьщения влияния небаланса обмоток подмагничивания дополнительные вентили выполнены управляемыми, управляющие электроды которых подключены к соответствующему выходу блока управления выпрямителями. На фиг. 1и2 представлена система под- магничивания ферромагнитного устройства. варианты. Система включает (фиг. 1) четыре сердечника 1-4 реверсивного трансформатора; секции 5-8 первичной обмотки трансформатора, соединенные последовательно-согласно; секции 9 - 12 вторич- ной обмотки трансформатора, соединенные парами (9, 1О и 11, 12) последовательно-согласно, причем пары секций по отношению, друг к другу соединены последовательно-встречно ; секции 13, 14 и 15,16 обмоток подмагничивания, соединенные парами последовательно-встречно для исключения попадания переменного тока в цепи подмагничивания, причем секции 13 и 14 образуют первую обмотку подмагничивания . .. .. трансформатора, а 15 и 16 - вторую} управляемые выпрямители 17 и 18, например тиристоры, выходы постоянного тока которых объединены и подключены к первой и второй обмоткам подмагничивания, причем полярность выпрямителей противоположна; устройство 19 для ограничения перенапряжений на обмотках подмагничивания, например, в виде активного сопротивления ; блок 20 управления вьшрямителями 17 и 18, каждый из двух выходов которого связан с управляющими электро- дами одного из вьтрямителей; дополнительно вентили 21 и 22, соединенные после- довательно с первой и- второй обмотками подмагничивания соответственно, причем, вентиль 21 включен согласно с выпрямителем 17, а вентиль 22 - согласно с выпрямителем 18. При отсутствии подмагничивания первичное напряжение U равномерно распределяется между секциями первичной обмотки 5 8, а вторичное напряхшние Ц равно нулю благодаря тому, что секции вторичной обметки 13, 14 и 15, 16 соединены попарно последовательно-согласно, а пары секций по отно- . шению друг к другу включены последовательно-встречно. Во втором варианте сиетемы прдмагничивания (фиг. 2) вентили 21 и 22 выполнены управляемыми (применены тиристоры). Причем, сигнал с од- ного выхода блокауправления 20, управляющий работой выпрямителя 17, одновременно подают на вентиль 21, а сигнал с другого выхода блока управления 2О, управляющий работой вьшрямителя 18, одновременно подают на электрод управления вентиля 22. Система подмагничивания (фиг. 1) работает следующим образом., При открытом сбстоянии тиристоров управляемого выпрямителя 17 первая обмотка подмагничивания (секции 13 и 14) через вентиль 21 обтекается постоянным током 3 , который насыщает сердечники 1 и 2 трансформатора. Первичное напряже ние и в этом случае прикладывается практически только к секциям 7 и 8 первичной обмотки, а вторичное напряжение и 2 равно сумме напряжений на секциях 11 и 12. Если в открытом состоянии находятся тиристоры вьшрямителя 18, то постоянным током J обтекается вторая обмотка подмагничивания (секции 15 и 16) через вентиль 22. Первичное напряжение U-, теперь прикладьюается практически только к секциям 5 и 6 первичной обмотки, поскольку сердечники 3 и 4 насыщены Вторичное напряжение Uj равно сумме напряжений на секциях 9 и 1О, причем вектор вторичного напряжения U сменил фазу на 18О® по сравнению с первым рас смотренным режимом, когда подмагничивалась первая обмотка управления. Предположим, что в исходном режиме подмагничивалась первая обмотка управления (секции 13 и 14). При необходимости изменения фазы вторичного напряжения U на 180 снимают управляющий сигнал с электродов управления тиристоров выпрямителя 17. Поскольку обмотка подмагни- чивания представляет собой значительную индуктивность, то ток 3/J не может мгновенно уменьшиться до нуля при отключеНИИ выпрямителя 17. Поэтому после за- крытия тиристоров выпрямителя 17 ток 3 начинает затухать по контуру, вклю- чающему первую обмотку подмагничива- кия (секции 13 и 14), устройство для ограничения перенапряжений 19 (например, активное сопротивление) и вентиль 21. , На устройстве 19 возникает заданная величина перенапряжения, которая может регулироваться, например, изменением величины сопротивления. Чем больше сопротивление, тем быстрее затухает ток.Э,, и тем большее перенапряжение возникает на сопротивлении. Это перенапряжение оказывается приложенным ко второй обмотке подмагничивания (секции 15 и 16). Т(ж Л2 не может мгновенно возрасти изза значительной индуктивности второй обмотки подмагничивания, но скорость его нарастания зависит от величины перенапряжения на устройстве 19. Чем больше величина перенапряжения, тем быстрее нарастает ток Э во второй обмотке под- магничивания. Таким образом, увеличивая величину активного сопротивления 19; ускоряются процессы затухания тока i в первой обмотке подмагничивания и нарастания тока Э во второй обмотке подмагничивания. После закрытия тиристоров выпрямителя 17 подают управляющий сигнал с выхода блока управления 2 О на управлякшие электроды выпрямителя 18. Йосле того, как в течение переходного процесса величина перенапряжения на устройстве 19 снижается до величины напряжения холостого хода открытого вьшрямителя 18, тиристоры вьшрямителя 18 открываются и выпрямитель 18 начинает подпитывать вторую обмотку подмагничивания. С течением времени ток Э через первую обмотку подмагыичивания падает до нуля, а ток 1 достигает установившегося значения, необходимого для насыщения сердечников 3 и 4. В установившемся режиме ток от выпрямителя 18 не замыкается через первую обмотку подмагничивания, поскольку вентиль 21 включен встреч- . но выпрямителю 18. Аналогично, в установившемся режиме ток от выпрямителя 17 не протекает через вторую обмотку подмагничивания, так как вентиль 22 включен встречно выпрямителю 17. Переходные процессы при снятии подмагничивания d сердечников 3 в 4 и подаче подмагничивания в сердечники 1 и 2 протекают аналогично рассмотренным. Во всех случаях перенапряжение на устройсгое 19, возвшсаюшее при отключении одной обмоткн подмагннчивания, прикладьюается к д тготг Обмотке подмагничивания, что ускоряет время переходного процесса, т. е. повышается быстродействие управ966пяемого ф1ерромагнитного устройства, например реверсивного трансформатора. Причем, время переходного процесса регулируется параметрами устройства для ограничения перенапряжений 19, например, путем изменения величины его активного сопротивления. Обмотки подмагничивания управляемых ферромагнитных устройств, например, рассмотренного реверсивного трансформа тора Н вьшолняют из нескольких (двух) секций, расположенных на разнык сердечниках ферромагнитного устройства или на разных стержнях его общего магнитопровода Для устранения попадания переменного тока в цепи управления эти секции соединены последовательно-нзстречно так, чтобы суммарное переменное напряжение на за-. жимах обмотки управления равнялось нулю Однако, такое равенство на практике труд-. но достижимо, поскольку непременно существует некоторая неидентичность или сердечников, или стержней объединенного магнитопровода, или секций обмотки подм ничивания. Устранить эту неИдентичность полностью практиЧ ески невозможно, поэтому на зажимах обмотки подмагничивания неизбежно появляется некоторое переменное напряжение небаланса, под воздействием которого через цепи постоянного тока циркулирует переменная.составляю щая тока. Ее устранение требует приме нения дополнительных устройств, например электрических фильтров, что усложняет ус.тройство, увеличивает потери энергии в нем и ухудшает быстродействие. Этот недостаток устраняется в системе под-, магничивания постоянным током по фиг. 2, работа которой состоит в следующем. Рассмотрим, например режим работы реверсивного трансформатора, когда выпрямитель 17 включен и первая обмотка подмагничивания (секции 13 и 14) обтекается постоянным током D . Из-за йевдентичности сердечников 3 и 4 на зажимах второй обмотки подмагничивания (сек ции 15 и 16) существует небаланс переменного напряжения.. Однако ток через вторую обмотку подмагничивания под воз действием небаланса не протекает, поскольку вентиль 22 закрыт (сигнал на его уп равляющий электрод не подан). При необходимости снятия подмагничивания с сердечников 1 и 2 и подаче подмагничивания в сердечники 3 .и 4 сигнал с управляющих электродов вьшрямителя 17 и вентиля 21 снимают одновременно. Далее одновременно подают сигнал с другого Шхода блока управления 20 на управляю1щие электроды выпрямителя 18 и вентиля 22. Переходный процесс протекает аналогично варианту на фиг. 1, с отличием, что после того, как затухающий ток Эх, через первую обмотку подмагничивания сни сается до нуля, вентияь 21 закрывается (сигнал на управляющем электроде снят) и не пропускает далее ток небаланса, который может возникнуть из-за неидентичности сердечников и 2. Таким об-,-. разом, применение, управляемых вентилей в цепях обмоток подмагничивания уменьшает влияние возможного небаланса сердечников. В остальном система подмагничивания по фиг. 2 имеет те же свойства, что и по фиг. 1. В частности, повьшение быстродействия может быть достигнуто увеличением величины активного сопротивления 19. По сравнению с прототипом в данном изобретении достигается также упрощение за счет отказа от двух дополнительных форсировочных выпрямителей. Так, в про-, тотипе для управления реверсивным трансформатором с двумя обмотками подмагни- чивания необходимо наличие двух рабочих выпрямителей и двух форсировочных выпрямителей (по одному рабочему и одному форсировочному выпрямителю на каждую обмотку подмаг1ничивания), в данной системе подмагничивания содержится только два рабочих вьшрямителя (по одному на каждую обмотку подмагничивания). Кроме того, упрощение и снижение стоимости системы подмагничивания достигается не только путем уменьщения вдвое числа выпрямителей но и тем, что в прототипе тиристоры форсирйвочного выпрямителя выбираются на большую мощность, чем тиристоры рабочего вьшрямителя. Формула из обре тения 1. Система подмагничивания постойнным током управляемого ферромагнитного устройства, содержащая управляемые выпрямители, соединенные параллельно, к выходу постоянного тока которых подклю чена одна из двух обмоток подмагничиваНИЯ| устройство для ограничения перенапряжений обмоток подмагничивания, блок управления вьтрямителями, каждый из выходов которого соединен с управляющими электродами вентилей одного из выпрямителей, отл:и чающаяся тем, что, с целью упрощения и пов пцениябысЬродействия, выпрямители включены встречно, а вторая обмотка подмагничивания 996 включена параллельно первой, причем последовательно с каждой обмоткой йодмагничивания дополнительно включен вентиль, полярность которого согласна с полярностыо соответствующего выпрямителя. 2. Система подмагничивания по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения влияния небаланса обмоток подмагничивания, дополнительные вентили выполнены управляемыми, управ1ляющие электроды которых подключены к соответствующему выходу.блока управле.ния выпрямителями. Источники информашга, принятые во внимание при экспертизе 1.Аттура Г. Магнитные усилители. ГЭИ, 1963, с. 129 - 13О. 2.Эксплуатация турбогенераторов с непосредствевнйм охлажденеим. М., Энергия. 1972. с. ЗО2.

Uf Ж