Способ уменьшения пускового тока однофазного трансформатора при повторном включении в режиме холостого хода
METHOD FOR REDUCING INRUSH CURRENT OF SINGLE-PHASE TRANSFORMER WHEN RE-ENABLING IN IDLE MODE

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторам, и может быть использовано при их повторном включении на холостом ходу.
Известно техническое решение для включения в заданную фазу напряжения (см. а.с. на изобретение SU 339982, 1972 г.), содержащее выключатель с источником питания, фазовращатель и цепь управления на тиристорах. Входной зажим цепи управления выключателя подключен к отрицательному полюсу источника питания через пусковой ключ и два тиристора, катод первого из которых соединен с анодом второго, управляющий переход и катод первого тиристора подключены через сопротивления к положительному полюсу источника питания, а управляющий переход и анод второго тиристора соединены диодом, причем управляющие переходы тиристоров соединены между собой коммутирующим элементом, управляемым формирователем, синхронизированным с напряжением сети.
Известен способ снятия остаточной намагниченности магнитопровода трансформатора (см. журнал «Электро» №1/2015, 36-40 стр.), при котором на трансформатор подается постоянный ток, достаточный для доведения его магнитопровода до насыщения, после чего с помощью устройства «DAC», состоящего из устройства регистрации и обработки данных NICompactRIO (процессорный блок NI-сRIO-9012, FPGA блок NI-cRIO-9011, 16-разрядный АЦП NI-9223, цифровой ключ NI-9476), прекращается подача постоянного тока. Далее затухающий колебательный разряд тока трансформатора через разрядный конденсатор производит перемагничивание магнитной системы с постепенным снижением амплитуды магнитной индукции до нуля, в результате которого магнитопровод полностью размагничивается и остаточный магнитный поток в нем отсутствует.
Наиболее близким аналогом является способ уменьшения пускового тока силового трансформатора (см. журнал «Силовая электроника» №4/2005, 37 стр.), при котором замыкание контактов выключателя при подключении трансформатора к сети осуществляют в момент достижения максимального мгновенного значения напряжения, то есть фазе 90°.
Недостаток прототипа: значительное уменьшение эффективности способа уменьшения пускового тока силового трансформатора в случае наличия остаточной магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора.
Техническим результатом является повышение эффективности реализации снижения пусковых токов.
Технический результат достигается тем, что в способе уменьшения пускового тока силового трансформатора, включающем замыкание контактов выключателя при подключении трансформатора к сети в момент достижения максимального мгновенного значения напряжения в фазе 90°, согласно изобретению предварительно перед замыканием контактов выключателя при подключении трансформатора к сети осуществляют полное размагничивание магнитопровода трансформатора по способу снятия остаточной намагниченности магнитопровода трансформатора путем подачи постоянного тока на первичную обмотку трансформатора величиной достаточной для доведения его магнитопровода до насыщения, затем ток выключают, и затухающий колебательный разряд тока трансформатора через разрядный конденсатор производит перемагничивание магнитной системы с постепенным снижением амплитуды магнитной индукции до нуля, а замыкание контактов выключателя при подключении трансформатора к сети осуществляют с помощью устройства включения в заданную фазу напряжения, содержащего выключатель с цепью управления, при этом контакты выключателя замыкают в заданную фазу после подачи постоянного напряжения на цепь управления выключателя для синхронизации с напряжением сети.
Обоснование критериев охраноспособности изобретения
Исследованиями авторов было доказано, что полное размагничивание сердечника трансформатора в совокупности с последующим включением в заданную фазу обеспечивает снижение пусковых токов, не допускает насыщения сердечника. Способ позволяет отказаться от использования в схеме включения ограничивающих и шунтирующих резисторов, тем самым избавиться от потерь энергии в них. Поиск технических решений в смежных и других областях техники выявил уникальность отличительных признаков заявленного технического решения, что соответствует критерию "изобретательский уровень".
Новизна обусловлена тем, что предлагаемая совокупность существенных признаков не известна из сведений об уровне техники, а именно: осуществление полного размагничивания сердечника трансформатора по способу снятия остаточной намагниченности магнитопровода трансформатора путем подачи постоянного тока на первичную обмотку трансформатора величиной, достаточной для доведения его магнитопровода до насыщения, затем ток выключают и затухающий колебательный разряд тока трансформатора через разрядный конденсатор производит перемагничивание магнитной системы с постепенным снижением амплитуды магнитной индукции до нуля, в результате которого магнитопровод полностью размагничивается и остаточный магнитный поток в нем отсутствует, с последующей подачей сетевого напряжения на обмотку трансформатора с помощью устройства включения в заданную фазу напряжения, в котором контакты выключателя замыкаются в заданную фазу напряжения после подачи постоянного напряжения на цепь управления выключателя для синхронизации с напряжением сети в способе уменьшения пускового тока силового трансформатора, включающем замыкание контактов выключателя при подключении к сети в момент достижения максимального мгновенного значения напряжения в фазе 90°.
Промышленная применимость подтверждается возможностью применения в силовых трансформаторах, питающих мощные электроприемники объектов промышленного и сельского хозяйства.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная электрическая схема для осуществления способа уменьшения пускового тока.
Принципиальная электрическая схема для осуществления способа уменьшения пускового тока состоит из источника постоянного напряжения 1, к которому подключена цепь управления выключателем 2 через тиристоры 3 и 4 и пусковой ключ 5, присоединенные к отрицательному полюсу источника 1, где функциональное назначение выключателя 2 - подключение первичной обмотки трансформатора 6 к сетевому напряжению. Катод тиристора 3 соединен с анодом тиристора 4. Управляющий переход и катод тиристора 3 подключены через резисторы 7 и 8 к положительному полюсу источника 1, а управляющий переход и анод тиристора 4 соединены диодом 9, причем управляющие переходы тиристоров 3 и 4 соединены между собой коммутирующим элементом 10. Таким образом, элементы 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 в совокупности образуют устройство включения в заданную фазу напряжения. Также к положительному полюсу источника 1 через выключатель 11 подключена цепь размагничивания, состоящая из первичной обмотки трансформатора 6, подключенного к выходным выводам выключателя 2, выключателя 12 и шунтирующего резистора 13, причем выходной вывод выключателя 11 соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора 6 и с входным выводом выключателя 14, а последовательно соединенные выключатель 12 и резистор 13 подключены ко второму выводу первичной обмотки трансформатора 6 входным выводом выключателя 12. Также в цепь размагничивания входят последовательно соединенные резисторы 15 и 16 измерительного делителя напряжения и параллельно подсоединенный к ним разрядный конденсатор 17, причем вывод резистора 15 соединен с выводом резистора 13, а вывод резистора 16 соединен с выходным выводом выключателя 14. Общий узел резисторов 13 и 15 соединен с отрицательным полюсом источника 1. Устройство «DAC» 18 состоит из устройства регистрации и обработки данных NICompactRIO (процессорный блок NI-сRIO-9012, FPGA блок NI-cRIO-9011, 16-разрядный АЦП NI-9223, цифровой ключ NI-9476, на принципиальной схеме не показаны, журнал «Электро» №1/2015, 36-40 стр.), входные выводы которого подключены параллельно резистору 13, а выходные выводы - параллельно резистору 15. Таким образом, элементы 1, 6, 11, 13, 15, 16, 17, 18 в совокупности образуют цепь размагничивания в способе снятия остаточной намагниченности магнитопровода трансформатора. Дополнительно к входным выводам выключателя 2 подключено защитное устройство 19, в качестве которого может быть применен автоматический выключатель с электромагнитным и/или тепловым расцепителем.
Способ уменьшения пускового тока однофазного трансформатора при повторном включении осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии, когда трансформатор работает в номинальном режиме и на первичную обмотку 6 подается питание, выключатели 11, 12, 14, устройство «DAC» 18 находятся в состоянии «отключено», пусковой ключ 5, выключатель 2 и защитное устройство 19 - в состоянии «включено», а цепь управления выключателем 2 настроена так, что включение первичной обмотки трансформатора 6 в сеть происходит в момент времени, когда мгновенное значение сетевого напряжения достигает максимума в фазе 90°.
При недопустимых параметрах входного электропитания срабатывает на отключение защитное устройство 19, одновременно подавая сигнал на отключение пускового ключа 5, при этом выключатель 2 переходит в состояние «отключено» и первичная обмотка трансформатора не потребляет электроэнергию.
При необходимости повторного включения первичной обмотки трансформатора 6 на напряжение нужно: перевести выключатели 12 и 14 в состояние «включено», перевести устройство «DAC» 18 в состояние «включено». Затем перевести выключатель 11 в состояние «включено» и дождаться завершения процесса размагничивания, при котором подается постоянный ток на первичную обмотку трансформатора величиной, достаточной для доведения его магнитопровода до насыщения, затем устройство «DAC» подает сигнал на отключение выключателя 11, ток выключается и затухающий колебательный разряд тока трансформатора через разрядный конденсатор производит перемагничивание магнитной системы с постепенным снижением амплитуды магнитной индукции до нуля, в результате которого магнитопровод полностью размагничивается, проверяя показания устройства «DAC» 18, при этом к концу размагничивания выключатель 11 автоматически переходит в состояние «отключено». После завершения процесса размагничивания необходимо перевести выключатели 12 и 14 в состояние «отключено». Затем защитное устройство 19 следует перевести в положение «включено», далее перевести пусковой ключ 5 в состояние «включено». По окончании последнего действия выключатель 2 самостоятельно подает сетевое напряжение на первичную обмотку трансформатора 6 в фазе 90°.
Заявленный способ для уменьшения пускового тока однофазного трансформатора при повторном включении обладает следующими преимуществами:
- повышается надежность реализации способа снижения пускового тока трансформатора;
- повышается эффективность уменьшения пускового тока трансформатора при повторном включении за счет исключения явления остаточной магнитной индукции;