Способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой
VOLTAGE CONTROL METHOD OF TRANSFORMER UNDER LOAD

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к регуляторам коэффициента трансформации трансформаторов (РКТ), и может быть использовано в электрических сетях для поддержания необходимого уровня напряжения в месте их подключения.
Известен способ, заключающийся в регулировании напряжения путем контроля тока и напряжения питающей сети, определении подключаемых к питающей сети, с помощью соответствующих вентилей, регулировочных ответвлений гальванически изолированных полуобмоток трансформатора, подачи и снятия управляющих импульсов напряжения на вентили [патент RU на полезную модель №88863, МПК H02J 3/00, опубл. 20.11.2009].
Недостатком данного технического решения является высокая установленная мощность трансформатора, связанная с тем, что в каждой гальванически изолированной полуобмотке потребляемый ток протекает лишь на одном полупериоде, что определяется направлением электропроводности подключаемых к гальванически изолированным полуобмоткам управляемых вентилей, не способных проводить ток в противоположную сторону на другом полупериоде.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой, в соответствии с которым переключения регулировочных ответвлений первичной секционированной обмотки, при помощи двунаправленных тиристорных ключей (полупроводникового коммутатора), осуществляют на фиксированных временных интервалах времени, определяемых посредством фиксации временных интервалов, на которых напряжение и ток питающей сети имеют одинаковые и разные знаки, измерения фазового сдвига между током и напряжением питающей сети и, в зависимости от требований по управлению напряжением на выходе трансформатора, переключения регулировочных ответвлений первичной секционированной обмотки при помощи двунаправленных тиристорных ключей (полупроводникового коммутатора) с использованием измерений мгновенных значений напряжения питающей сети и потребляемого тока питающей сети [патент RU на изобретение №2711589, МПК Н02Р 13/06, опубл. 17.01.2020].
Недостатком данного технического решения является его ограниченная функциональная возможность по регулированию выходного напряжения.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей.
Технический результат заключается в расширении количества уровней и диапазона регулирования выходного напряжения силовых трансформаторов с первичной секционированной обмоткой.
Это достигается тем, что способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой, заключающийся в контроле тока и напряжения питающей сети, фиксации временных интервалов, на которых напряжение и ток питающей сети имеют одинаковые и разные знаки, измерении фазового сдвига между током и напряжением питающей сети и, в зависимости от требований по управлению напряжением на выходе трансформатора, управлении полупроводниковым коммутатором на соответствующих фиксированных временных интервалах, осуществляют управление напряжением на выходе трансформатора, используя при этом секционированную обмотку трансформатора в виде двух гальванически изолированных полуобмоток с регулировочными ответвлениями.
Дополнительно управление напряжением на выходе трансформатора осуществляют по одной из гальванически изолированных полуобмоток.
Кроме того управление напряжением на выходе трансформатора осуществляют совместно по двум гальванически изолированным полуобмоткам.
Способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой осуществляют следующим образом.
Контролируют ток и напряжение питающей сети, фиксируют временные интервалы, на которых напряжение и ток питающей сети имеют одинаковые и разные знаки, измеряют фазовый сдвиг между током и напряжением питающей сети. В зависимости от требований по управлению напряжением на выходе трансформатора управляют полупроводниковым коммутатором на соответствующих фиксированных временных интервалах. При выполнении секционированной обмотки трансформатора в виде двух гальванически изолированных полуобмоток с регулировочными ответвлениями, управление напряжением на выходе трансформатора осуществляют как отдельно по одной из гальванически изолированных полуобмоток, так и совместно по двум гальванически изолированным полуобмоткам.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Устройство для реализации способа управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой состоит из двух вентильных групп 3 и 4, при этом вентильная группа 3 включает двунаправленные тиристорные ключи 5, 6 и 7, одними своими выводами соединенные вместе, а вентильная группа 4 включает двунаправленные тиристорные ключи 8, 9 и 10, одними своими выводами также соединенные вместе. Вентильные группы 3 и 4 образуют полупроводниковый коммутатор, служащий для управления напряжением трансформатора 2. Первичная секционированная обмотка 11 трансформатора 2 состоит из двух гальванически изолированных полуобмоток 12 и 13, каждая из которых имеет начало, конец и два регулировочных ответвления. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 5 вентильной группы 3, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 6 и 7, соединен с выводом регулировочного ответвления гальванически изолированной полуобмотки 12, следующего за началом гальванически изолированной полуобмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 6 вентильной группы 3, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5 и 7, соединен с выводом другого регулировочного ответвления гальванически изолированной полуобмотки 12, следующего перед концом гальванически изолированной полуобмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 7 вентильной группы 3, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5 и 6, соединен с концом гальванически изолированной полуобмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 8 вентильной группы 4, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 9 и 10, соединен с началом гальванически изолированной полуобмотки 13. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 9 вентильной группы 4, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 8 и 10, соединен с выводом регулировочного ответвления гальванически изолированной полуобмотки 13, следующего за началом гальванически изолированной полуобмотки 13. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 10 вентильной группы 4, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 8 и 9, соединен с выводом другого регулировочного ответвления гальванически изолированной полуобмотки 13, следующего перед концом гальванически изолированной полуобмотки 13. Общие точки соединения выводов двунаправленных тиристорных ключей 5, 6 и 7 вентильной группы 3 соединены с одним выводом механического ключа 14, второй вывод которого подключен к общей точке соединения двунаправленных тиристорных ключей 8, 9 и 10 вентильной группы 4. Конец гальванически изолированной полуобмотки 12 подключен к одному выводу механического ключа 15, второй вывод которого подключен к к началу гальванически изолированной полуобмотки 13. Датчик тока 16 одним выводом подключен к началу гальванически изолированной полуобмотки 12 трансформатора 2, а другим выводом подключен к выводу питающей сети, и входит в состав устройства управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой. Датчик напряжения 17, подключен параллельно выводам питающей сети и также входит в состав устройства управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой. При этом конец гальванически изолированной полуобмотки 13 подключен к другому выводу питающей сети, к которому не подключен датчик тока 16. Информационные входы блока управления 18 подключены к выходам датчика тока 16, датчика напряжения 17 и блока задания выходного напряжения 19. Выходы блока управления 18 связаны с управляющими входами двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10. Вторичная обмотка 20 трансформатора 2 при этом подключена к нагрузке.
Способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой осуществляется следующим образом.
В режиме регулирования напряжения на выходе трансформатора 2 устройством управления 1 по информационному сигналу с выхода блока задания выходного напряжения 19, посредством управления состоянием двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7 вентильной группы 3 и двунаправленных тиристорных ключей 8, 9, 10 вентильной группы 4, осуществляемого блоком управления 18, обеспечивают соединение различных регулировочных ответвлений гальванически изолированной полуобмотки 12, а также конца гальванически изолированной полуобмотки 12 и регулировочных ответвлений гальванически изолированной полуообмотки 13, а также начала гальванически изолированной полуобмотки 13 при помощи двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10 вентильных групп 3 и 4 таким образом, что всегда объединены только одно из регулировочных ответвлений гальванически изолированной полуобмотки 12, либо конец гальванически изолированной полуобмотки 12, и одно из регулировочных ответвлений гальванически изолированной полуобмотки 13, либо начало гальванически изолированной полуобмотки 13.
При замкнутом механическом ключе 14 и разомкнутом механическом ключе 15 обеспечивают реализацию максимального количества уровней регулируемого напряжения.
При разомкнутом механическом ключе 14 и замкнутом механическом ключе 15 последнюю регулировочную секцию гальванически изолированной полуобмотки 12, расположенную ближе к концу гальванически изолированной полуобмотки 12, включают последовательно с первой регулировочной секцией гальванически изолированной полуобмотки 13, расположенной ближе к началу гальванически изолированной полуобмотки 13, тем самым сокращают общее количество регулировочных секций первичной секционированной обмотки 11 трансформатора 2, используемых для регулирования напряжения с 4 шт. до 3 шт.
При этом, для управления напряжением используют как одну из гальванически изолированных полуобмоток 12 или 13, так и обе гальванически изолированные полуобмотки 12 и 13 сразу. Максимальное количество уровней регулирования напряжения траснформатора 2 может быть достигнуто только при управлении напряжением по двум гальванически изолированным полуобмоткам 12 и 13 одновременно.
Заявляемый способ применяют для управления напряжением трансформатора 2 в случае, если гальванически изолированные полуобмотки 12 и 13 трансформатора 2 содержат любое число регулировочных ответвлений.
При наличии большего числа регулировочных ответвлений в каждой из гальванически изолированных полуобмоток 12 и 13 первичной секционированной обмотки 11 трансформатора 2 эффект от увеличения количества уровней регулирования напряжения трансформатора будет еще более выраженным. При наличии начала, конца и трех регулировочных ответвлений, вместо начала, конца и двух регулировочных ответвлений, в каждой гальванически изолированной полуобмотке 12 и 13, количество уровней регулирования напряжения трансформатора составит 16 шт., тогда как при налчиии начала, конца и двух регулировочных ответвлений в каждой гальванически изолированной полуобмотке 12 и 13 количество уровней регулирования напряжения трансформатора составляет 9 шт. Количество уровней регулирования напряжения трансформатора определяется количеством комбинаций одновременно проводящих двунаправленного тиристорного ключа 5, либо 6, либо 7 вентильной группы 3 и двунаправленного тиристорного ключа 8, либо 9, либо 10 вентильной группы 4:
№1 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 8;
№2 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 9;
№3 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 10;
№4 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 8;
№5 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 9;
№6 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 10;
№7 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 8;
№8 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 9;
№9 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 10.
Использование способа управления напряжением трансформатора под нагрузкой позволяет расширить функциональные возможности за счет обеспечения максимально возможного количества уровней регулируемого напряжения трансформатора.