УСТРОЙСТВО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ОТВОДОВ ОБМОТКИ ТРАНСФОРМАТОРА
TRANSFORMER WINDING TAPS SWITCHING UNIT

Решение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой.
Известно устройство, реализующее способ переключения, заключающийся в поочередном включении тиристоров различных отводов обмотки трансформатора [1], характеризующийся высокой надежностью, так как переключение происходит без токов замыкания ступени, и в устройстве, его реализующем, не требуется применение токоограничивающего реактора, однако при этом не обеспечиваются переключения отводов обмотки трансформатора с формой фазного тока, отличной от синусоидальной, а также при наличии паузы нагрузочного тока, обусловленной, например, выпрямительной нагрузкой.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство, реализующее способ переключения отводов обмотки трансформатора путем поочередного включения и последующего отключения предыдущего тиристоров, осуществляемыми в момент времени, опережающий переход напряжения через нулевое значение на время, равное времени выключения тиристоров. [2]
Приведена функциональная схема устройства, реализующего данный способ переключения отводов трансформатора. Устройство содержит преобразовательный трансформатор с отводами пониженного и повышенного напряжений, последовательно с которыми включены тиристорные ключи, причем одна пара тиристорных ключей подключена одними выводами к отводам пониженного напряжения, а другая - к отводам повышенного напряжения регулировочной обмотки трансформатора, выводы питания нулевой и фазный, цепи управления «ниже» и «выше», датчик напряжения, входы которого подключены к цепям питания, а выходы к логическим элементам, к первым входам которых присоединен выход датчика напряжения, а ко вторым цепи управления «ниже» и «выше», триггер, входы которого соединены с выходами логических элементов, а выходы с цепями управления тиристоров тиристорных ключей.
Недостатком данного устройства является возможность возникновения короткого замыкания ступени на время соизмеримое с половиной периода напряжения питающей сети и величиной тока, достигающей максимального значения установившегося тока короткого замыкания регулировочной ступени обмотки трансформатора при некорректном выборе величины угла управления тиристорами.
Недостатки устройства устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача - повышение надежности работы устройства и расширение области применения за счет снижения величины коммутационных токов.
Технический результат - обеспечение регулирования напряжения под нагрузкой, снижение величины коммутационных экстратоков регулировочной ступени обмотки трансформатора переключением в произвольный момент времени отводов высшей и низшей ступеней регулирования первичных обмоток силовых и преобразовательных трансформаторов без коммутационных экстратоков.
Этот технический результат достигается тем, что в устройстве переключения отводов обмотки трансформатора, содержащем преобразовательный трансформатор с отводами пониженного и повышенного напряжений, последовательно с которыми включены тиристоры, причем одна пара тиристоров подключена одними выводами к отводам пониженного напряжения ветвей расщепленной обмотки, а другая - к отводам повышенного напряжения, выводы питания нулевой и фазный, цепи управления «Ниже» и «Выше», триггер, входы которого соединены с цепями управления, а выходы - через согласующие элементы присоединены к управляющим электродам тиристоров, трансформатор имеет две ветви расщепленной обмотки с отводами пониженного и повышенного напряжений, тиристоры объединены в две вентильные группы противоположных направлений электропроводности, двумя выводами соединенные друг с другом и с фазным выводом цепи питания, причем вентильная группа одного направления электропроводности другими выводами подключена к отводам одной ветви расщепленной обмотки, а вентильная группа противоположной электропроводности - к отводам другой ветви расщепленной обмотки.
к
н
ст
кз
к
н
ст
кз
В отличие от прототипа, при переключении отводов регулировочной ступени тиристорами с однонаправленными токами в пределах вентильной группы не возникает экстратоков короткого замыкания ступени регулирования, так как любое направление контурного тока является встречным по отношению к направлению электропроводности одного из тиристоров данной вентильной группы, а по отношению к тиристорам другой группы противоположной электропроводности величина контурного тока ограничена полным сопротивлением короткого замыкания, образованным последовательно соединенными ветвями расщепленной первичной обмотки трансформатора. В этом случае максимальная величина контурного коммутационного тока для типовых силовых трансформаторов не превышает двукратного значения номинального тока трансформатора и определяется выражением I=I U/U, где I - контурный ток коммутации тиристоров, I - номинальный ток трансформатора, U - напряжение регулировочной ступени трансформатора, U - напряжение короткого замыкания трансформатора, а длительность контурного коммутационного тока тиристоров соизмерима с периодом напряжения питающей сети.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства переключения отводов обмотки трансформатора.
Устройство содержит преобразовательный трансформатор 1 с отводами пониженного 2, 3 и повышенного напряжения 4, 5, две вентильные группы 6 и 7, включающие тиристоры одного направления электропроводности, последовательно с отводами обмоток трансформатора включены тиристоры, причем тиристоры 8 и 9 подключены одними выводами к отводам пониженного напряжения ветвей расщепленной обмотки, а тиристоры 10 и 11 - к ответвлениям повышенного напряжения, выводы питания нулевой 12 и фазный 13 питающей сети, цепи управления «Ниже» 14 и «Выше» 15, триггер 16, входы которого соединены с цепями управления 14, 15, а выходы - через согласующие элементы 17 и 18 присоединены к управляющим электродам тиристоров 8, 10, 9, 11.
В отличие от прототипа, трансформатор 1 имеет две ветви расщепленной обмотки с отводами пониженного и повышенного напряжений, тиристоры 8, 9, 10, 11 объединены в две вентильные группы 6 и 7 противоположных направлений электропроводности, двумя выводами соединенные друг с другом и с фазным выводом цепи питания, причем вентильная группа одного направления электропроводности другими выводами подключена к отводам одной ветви расщепленной обмотки, а вентильная группа противоположной электропроводности - к отводам другой ветви расщепленной обмотки.
Устройство работает следующим образом.
Допустим, что в начальный момент времени открыты тиристоры 8 и 9 отводов пониженного напряжения обеих ветвей расщепленной обмотки трансформатора, что обеспечивается непрерывными сигналами управления, поступающими с согласующего элемента 17 по сигналу с инверсного входа триггера 16.
После подачи команды «Выше» по цепи управления 15 триггер 16 «опрокидывается» и сигналы управления снимаются с тиристоров 8, 9 отводов пониженного напряжения и подаются на тиристоры 10, 11 отводов повышенного напряжения обеих ветвей расщепленной обмотки трансформатора.
Предположим, что в текущий момент положительной полуволны питающего напряжения питания в проводящем состоянии находится тиристор 9 (на интервале положительной мощности) и через него протекает ток нагрузки, а к тиристору 11 приложено прямое напряжение регулировочной ступени. В момент подачи команды «Выше» тиристор 11 открывается, а через тиристор 9 начинает протекать контурный ток под действием ЭДС регулировочной ступени (короткий контур), направленный встречно току нагрузки. При возрастании величины контурного тока до значения тока нагрузки результирующий ток тиристора 9 становится равным нулю, он выключается и к нему прикладывается обратное напряжение регулировочной ступени.
Тиристор 9 может находиться в проводящем состоянии на интервале отрицательной мощности в отрицательном полупериоде питающего напряжения. В этом случае прямое напряжение приложено к тиристору 10 и при подаче команды «Выше» образуется контур коммутационного тока (длинный контур), включающий в себя тиристоры 9, 10 и обе ветви расщепленной обмотки. Результирующая ЭДС контура равна ЭДС регулировочной обмотки ветви электропроводности тиристора 9. После смены полярности питающего напряжения при переходе результирующего тока тиристора 9 через нулевое значение к нему прикладывается обратное напряжение.
Процессы переключения отводов трансформатора на понижение напряжения при подаче команды «Ниже» протекают аналогично при том отличии, что тиристоры 11, 9 отводов одной ветви расщепленной обмотки переключаются на интервале отрицательной мощности, а на интервале положительной мощности контур коммутации, включающий обе ветви расщепленной обмотки, обеспечивается тиристорами 10, 9.
В отрицательный полупериод функции тиристоров 9, 11 вентильной группы 6 заменяются тиристорами 8,10 вентильной группы 7.
При любом моменте переключения длительность коммутации по короткому контуру для типовых силовых трансформаторов не превышает 3 мс, а длительность коммутации по длинному контуру не превышает длительность периода напряжения питающей сети.
Величина тока короткого контура соответствует току нагрузки в момент коммутации, длинного контура не превышает двукратной величины тока нагрузки типовых силовых трансформаторов.
Предлагаемое устройство позволяет переключать отводы расщепленных обмоток трансформатора при любом характере тока нагрузки в произвольный момент времени без синхронизации работы тиристоров с напряжением питающей сети, т.е. повышает надежность работы устройства и расширяет область его применения
Сравнение заявленного изобретения с прототипом позволило установить, что оно отличается от последнего составом вентильных групп, упрощением функциональной схемы управления вентилями, возможностью переключения вентилей в произвольный момент времени и, следовательно, соответствует критерию "новизна".
Сравнение заявленного изобретения с другими известными решениями в данной области техники показало, что идентичные признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, обеспечивают получение нового технического результата, и поэтому оно соответствует критерию "изобретательский уровень".
Применение заявленного изобретения в энергетике при организации регулирования величины напряжения без коммутационных токовых перегрузок в произвольный момент времени обеспечивает его соответствие критерию "промышленная применимость".
Источники информации
1. Патент Франции №2163916, Н02Р 13/00. 1973.
2. А.с. СССР №1003039, G05F 1/20, опубл. 07/03/83.