РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКИ

Регулятор напряжения индуктивной нагрузки относится к области электротехники, а именно к области управления магнитным полем обмоток управления управляемых подмагничиванием высоковольтных реакторов, используемых для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения, и обмоток возбуждения синхронных электрических машин, индукционных накопителей.
Известны регуляторы напряжения (Патенты Российской Федерации RU 2130690, 2282925, 2335026, 2337424, Патенты США US 3,354,368; 3,509,439 и другие) индуктивной нагрузки.
Наиболее близким к заявленному решению является устройство для управления мощностью реактора с подмагничиванием (Патент на изобретение RU 2181915, H01F 29/14, 2000). Устройство позволяет плавно регулировать сетевой ток и мощность управляемых подмагничиванием реакторов. Регулятор напряжения для подмаг-ничивания постоянным током содержит трехфазный высоковольтный трансформатор, полупроводниковый преобразователь, систему импульсно-фазового управления, цепочку из последовательно соединенных диода и тиристора, источник питания (однофазный трансформатор 220/220 В). Недостатками регулятора являются сложность схемы из-за наличия в цепи предварительного подмагничивания тиристора и диода и усложнение за счет этого системы импульсно-фазного управления; увеличение количества связей в регуляторе; возникновение уравнительных токов между трансформаторами через параллельные ветви полупроводникового преобразователя; высокие массогабаритные показатели; повышенные расход активных материалов и потери электроэнергии.
Технический результат предлагаемой полезной модели - повышение надежности работы регулятора и индуктивной нагрузки за счет обеспечения в индуктивности нагрузки минимальных уровней магнитного поля и соответственно дозированное насыщение магнитопровода; исключение возникновения уравнительных токов между трансформаторами через параллельные ветви полупроводникового преобразователя; снижение массогабаритных показателей; минимизация состава оборудования и количества связей в регуляторе; сокращение расхода активных материалов и уменьшение потерь электроэнергии.
Технический результат достигается тем, что в регулятор напряжения индуктивной нагрузки, содержащий высоковольтный трансформатор, первичная обмотка которого подсоединена к сети высокого напряжения, а вторичная обмотка подключена к трехфазному полупроводниковому преобразователю с системой импульсно-фазового управления, подключенному к индуктивной нагрузке, источник питания, содержащий однофазный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к низковольтной электрической сети, дополнительно введен токоограничивающий дроссель, высоковольтный трансформатор выполнен однофазным, при этом вторичная обмотка однофазного трансформатора источника питания последовательно с упомянутым дросселем подключена к одним фазам полупроводникового преобразователя, а вторичная обмотка высоковольтного трансформатора подсоединена к другим его фазам.
Как видно из вышеизложенного, предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, отличными от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии данного решения критерию «новизна».
В результате проведенного поиска и последующего сопоставительного анализа совокупность признаков, отличающая предлагаемое техническое решение от прототипа, в известных устройствах не обнаружена, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «существенные отличия».
Применение однофазного трансформатора источника питания, подключенного первичной обмоткой к сети низкого напряжения (380/220 В), а вторичной обмоткой через токоограничивающий дроссель к полупроводниковому преобразователю, замена трехфазного трансформатора на однофазный, подключенного первичной обмоткой к электрической сети высокого напряжения, а вторичной обмоткой к полупроводниковому преобразователю, и разработанные для данного технического решения законы управления тиристорами полупроводникового преобразователя повышают надежность работы регулятора и индуктивной нагрузки за счет обеспечения в индуктивности нагрузки минимальных уровней магнитного поля и соответственно дозированного насыщения магнитопровода индуктивной нагрузки; исключают возникновение уравнительных токов между трансформаторами через параллельные ветви полупроводникового преобразователя; снижают массогабаритные показатели; минимизируют состав оборудования и количество связей в регуляторе; сокращают расход активных материалов и уменьшают потери электроэнергии.
Существенными признаками являются четыре нижеследующих, которые входят в формулу технического решения. Во-первых, наличие токоограничивающего дросселя, включенного последовательно в одной из фаз вторичной обмотки низковольтного трансформатора источника питания, позволяет исключить возникновение уравнительных токов между трансформаторами через параллельные ветви полупроводникового преобразователя. Во-вторых, исключение цепочки из последовательно соединенных диода и тиристора и использование вместо них трехфазного полупроводникового преобразователя позволяет минимизировать состав оборудования и снизить массогабаритные показатели регулятора. В-третьих, замена трехфазного трансформатора на однофазный снижает массогабаритные показатели регулятора, сокращает расход активных материалов, уменьшает потери электроэнергии. В-четвертых, разработанные законы управления тиристорами позволяют повысить надежность работы регулятора за счет обеспечения в индуктивности нагрузки минимальных уровней магнитного поля и соответственно дозированного насыщения магнитопровода.
Сущность технического решения поясняется прилагаемым чертежом, где приведена схема однофазного регулятора напряжения.
Регулятор напряжения индуктивной нагрузки содержит индуктивную нагрузку 1, трехфазный полупроводниковый преобразователь 2 - трехфазный мост Ларионова, однофазный высоковольтный трансформатор 3, источник питания 4, однофазный низковольтный трансформатор 5, токоограничивающий дроссель 6, систему импульсно-фазного управления 7.
Индуктивная нагрузка 1 соединена с выходом полупроводникового преобразователя 2, к фазам А и В которого подключена вторичная обмотка однофазного высоковольтного трансформатора 3, первичная обмотка которого подключена к электрической сети высокого напряжения 8. Источник питания 4 содержит однофазный низковольтный трансформатор 5, вторичная обмотка которого подключена через токоограничивающий дроссель 6 к фазам В и С полупроводникового преобразователя 2, а первичная обмотка трансформатора 5 подключена к электрической сети низкого напряжения 9.
А
В
С
В таблице приведены значения углов (α, α, α) отпирания тиристоров полупроводникового преобразователя, соответствующие задержке отпирания относительно ближайшего перехода через ноль питающего напряжения (углу 0 соответствует полностью проводящее состояние тиристоров, а углу π полностью запертое состояние тиристоров), а также режимы работы трансформаторов Tp1 и Тр2 (см. фиг.) при различных режимах работы индуктивности.
Режимы работы
Показатель
Набор энергии и стационарное состояние
Сброс энергии
Ждущий режим
α<sub>А</sub>
0<α<sub>А</sub><π
π/2<α<sub>А</sub><π
π
α<sub>В</sub>
0
π/2<α<sub>В</sub><π
0
α<sub>С</sub>
0
π
0
Tp1
Напряжение питания подано
Напряжение питания подано
Напряжение питания отсутствует
Тр2
Напряжение питания подано
Напряжение питания подано
Напряжение питания подано
Регулятор работает следующим образом.
Полупроводниковый преобразователь 2 использует естественную коммутацию тиристоров, то есть запирание тиристоров происходит при снижении прямого тока до тока удержания и появлении на них обратного напряжения. Регулирование выходного напряжения осуществляется путем задержки включения тиристоров относительно моментов времени перехода через ноль питающего напряжения (фазовое регулирование). Формирование управляющих импульсов и изменение угла отпирания осуществляется системой импульсно-фазового управления (СИФУ) 7 полупроводникового преобразователя 2.
А
В
С
В
В
C
В
С
А
В режиме набора энергии и стационарном, установившемся режиме работы индуктивности трансформаторы 3 (Tp1) и 5 (Тр2) включены. В зависимости от требуемой величины энергии в индуктивности угол отпирания тиристоров ветви А полупроводникового преобразователя изменяется в интервале 0<α<π. При этом тиристоры в ветвях В и С открыты полностью: α=α=0. Индуктивность 1 находится в режиме нарастающего (при наборе энергии) или установившегося режима насыщения магнитопровода основного оборудования (управляемые шунтирующие реакторы, синхронные машины и др.). В режиме сброса энергии трансформаторы 3 {Tp1) и 5 (Тр2) включены и угол отпирания тиристоров ветвей А и В находятся в интервале π/2<α<π; π/2<α<π. Тиристоры ветви С в этом режиме полностью заперты: α=π. Насыщение магнитопровода изменяется от заданного до минимального. В ждущем режиме напряжение питания на трансформаторе 3 {Tp1) отсутствует, а на трансформаторе 5 {Тр2) присутствует. Углы отпирания тиристоров ветвей В и С равны α=α=0, а тиристоры ветви А полностью заперты α=π. Эти законы управления обусловлены режимами работы основного оборудования, в котором индуктивность может являться обмоткой управления, обмоткой возбуждения и т.п. При этом работа преобразователя 2 по ветвям А и В, подключенным к силовому трансформатору Tp1, обеспечивает управление обмотками основного силового оборудования путем изменения насыщения магнитопровода, а по ветвям В и С, подключенным к гораздо менее мощному трансформатору Тр2, обеспечивает протекание в индуктивности выпрямленного тока такой величины, которая, при отсутствии напряжения питания на силовой части, обеспечит дозированное насыщение магнитопровода, что позволяет при включении силовой части оборудования и подаче на него рабочего напряжения, безынерционно выходить на заданные режимы. При этом наличие токоограничивающего дросселя 6 в цепи вторичной обмотки трансформатора 5 источника питания 4 исключает возникновение уравнительных токов между трансформаторами через параллельные ветви полупроводникового преобразователя.
Таким образом, благодаря использованию мощного однофазного трансформатора вместо трехфазного, одного трехфазного полупроводникового преобразователя на тиристорах, а также введению токоограничивающего дросселя повышается надежность работы регулятора и индуктивной нагрузки за счет обеспечения в индуктивности нагрузки минимальных уровней магнитного поля и соответственно дозированного насыщения магнитопровода индуктивной нагрузки; исключается возникновение уравнительных токов между трансформаторами через параллельные ветви полупроводникового преобразователя; снижаются массогабаритные показатели; минимизируются состав оборудования и количество связей в регуляторе; сокращается расход активных материалов, и уменьшаются потери электроэнергии.
Предлагаемое устройство исследовано на математических и физических моделях управляемых шунтирующих реакторов 110-220 кВ. Эти исследования и эксперименты показали эффективность и работоспособность предлагаемого регулятора напряжения индуктивной нагрузки.