УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
DEVICE FOR REGULATING VOLTAGE AND METHOD FOR ITS CONTROL

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может найти применение для регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов.
Известен трехфазный трансформатор с пофазным регулированием напряжения, содержащий сетевую обмотку, регулировочную обмотку, состоящую из последовательно включенных регулировочных ступеней, первая из которых, соединенная с выводом трансформатора, имеет число витков, кратное трем, и переключающие устройства с подвижными контактами на каждой из фаз, при этом числа витков двух фаз сетевой обмотки больше числа витков третьей фазы соответственно на 1/3 и 2/3 числа витков первой ступени регулировочной обмотки [Л. 1].
Способ регулирования описанного в [Л. 1] трехфазного трансформатора состоит в поочередном переключении подвижных контактов переключающего устройства с одного симметричного положения, при котором включено равное количество ступеней регулировочной обмотки на всех фазах, на другое соседнее симметричное положение, при этом при увеличении числа витков первое переключение осуществляют на фазе с наименьшим числом витков, второе - на фазе со средним числом витков и третье - на фазе с наибольшим числом витков, а при уменьшении числа витков первое переключение осуществляют на фазе с наименьшим числом витков, второе - на фазе со средним числом витков и третье - на фазе с наименьшим числом витков.
Описанный в [Л. 1] трехфазный трансформатор с пофазным регулированием напряжения характеризуется довольно сложной конструкцией, а способ регулирования напряжения посредством этого трансформатора характеризуется относительно мелкими ступенями регулирования и связан с большим количеством переключений переключающим устройством, обладающим недостаточно высокой надежностью.
Известно также устройство для регулирования переменного напряжения, содержащее трансформатор, одна из обмоток которого содержит соединенные последовательно основную и регулировочную части, при этом между первым выводом трансформатора и средним ответвлением регулировочной части обмотки включен первый коммутирующий узел, а между крайним выводом регулировочной части обмотки и первым выводом трансформатора включен второй коммутирующий узел, при этом свободный вывод основной части обмотки соединен с вторым выводом трансформатора [Л. 2].
Устройство для регулирования переменного напряжения по [Л. 2] характеризуется ограниченными функциональными возможностями регулирования напряжения вследствие изменения напряжения в ограниченных пределах (на фиксированную значительную величину).
Изобретением решается задача создания устройства для регулирования напряжения и способа регулирования напряжения, характеризующихся широкими функциональными возможностями благодаря введению пофазного регулирования напряжения в полном диапазоне регулирования путем переключения тиристорных ключей поочередно в каждой фазе первичной обмотки.
Для решения поставленной задачи в устройство для регулирования напряжения, содержащее трансформатор, одна из обмоток которого содержит в каждой фазе соединенные последовательно основную и регулировочную части, по крайней мере, два коммутирующих узла, один из которых соединен с ответвлением регулировочной части, а другой коммутирующий узел соединен с крайним выводом регулировочной части, при этом каждый коммутирующий узел содержит тиристорный ключ, а концы коммутирующих узлов соединены между собой, образуя общую точку, соединенную с общими точками коммутирующих узлов других фаз, предложено, согласно настоящему изобретению, ввести в каждой фазе трансформатор тока, включенный между ответвлением регулировочной части и тиристорным ключом; кроме того, в устройство в каждой фазе могут быть включены последовательно реактор и блок отключения реактора, соединенные параллельно с тиристорным ключом, соединенным с крайним выводом регулировочной части; кроме того, в устройство может быть введен блок управления тиристорными ключами каждой из фаз и тиристорными ключами других фаз.
Для решения поставленной задачи в способе регулирования напряжения посредством устройства для регулирования напряжения, содержащего трансформатор, одна из обмоток которого содержит в каждой фазе соединенные последовательно основную и регулировочную части, по крайней мере, два коммутирующих узла, один из которых соединен с ответвлением регулировочной части, а другой коммутирующий узел соединен с крайним выводом регулировочной части, при этом каждый коммутирующий узел содержит тиристорный ключ, а концы коммутирующих узлов связаны между собой, образуя общую точку, соединенную с общей точкой коммутирующих узлов других фаз, при котором регулирование осуществляют путем открытия тиристорных ключей, предложено, согласно настоящему изобретению, переключение тиристоров тиристорных ключей с одного коммутирующего узла на другой осуществлять путем предварительного закрытия тиристоров тиристорных ключей одного коммутирующего узла с последующим открытием тиристоров тиристорных ключей другого коммутирующего узла, не прерывая проходящий через реактор в момент переключения рабочий ток трансформатора.
Кроме того, для решения поставленной задачи в способе регулирования напряжения посредством устройства для регулирования напряжения, содержащего трансформатор, одна из обмоток которого содержит в каждой фазе соединенные последовательно основную и регулировочную части, по крайней мере, два коммутирующих узла, один из которых соединен с ответвлением регулировочной части, а другой коммутирующий узел соединен с крайним выводом регулировочной части, при этом каждый коммутирующий узел содержит тиристорный ключ, а концы коммутирующих узлов связаны между собой, образуя общую точку, соединенную с общей точкой коммутирующих узлов других фаз, при котором регулирование осуществляют путем открытия тиристорных ключей, предложено, согласно настоящему изобретению, переключение тиристорных ключей по фазам на повышение напряжения осуществлять следующим образом: в исходном положении тиристорные ключи, подключенные к крайним выводам регулировочной части, оставлять открытыми во всех фазах, затем закрыть тиристорный ключ, подключенный к крайнему выводу регулировочной части первой фазы, и открыть тиристорный ключ, подключенный к ответвлению регулировочной части этой фазы, затем переключать тиристорные ключи последовательно в других фазах, аналогично переключению тиристорных ключей в первой фазе; при этом переключение тиристорных ключей на понижение напряжения осуществлять в обратной последовательности.
Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлена принципиальная схема заявляемого устройства для регулирования напряжения
Устройство для регулирования переменного напряжения содержит трехфазный трансформатор 1, имеющий первичную обмотку 2.
Первичная обмотка 2 в каждой из фаз 3, 4, 5 имеет основную 6 и регулировочную 7 части, соединенные последовательно в каждой фазе 3, 4, 5.
Устройство содержит также два коммутирующих узла 8 и 9, каждый из которых содержит тиристорный ключ 10, состоящий из встречно параллельно включенных тиристоров 11.
При этом тиристорные ключи, образующие коммутирующий узел 9, соединены параллельно с реактором 12, а тиристорные ключи, образующие коммутирующий узел 8, соединены с ответвлением 13 регулировочной части 7 через трансформатор тока 14.
Коммутирующие узлы 8 и 9 каждой из фаз 3, 4, 5 связаны между собой, образуя общую точку 15.
Коммутирующие узлы 8 и 9 фазы 3 соединены с коммутирующими узлами 8 и 9 фаз 4 и 5.
Тиристорные ключи 10, образующие коммутирующий узел 8 в каждой из фаз 3, 4, 5 подключены через трансформатор тока 14 к ответвлению 13 регулировочной части 7 соответствующих фаз 3, 4, 5, а тиристорные ключи 10, образующие коммутирующие узлы 9, соединены параллельно с реактором 12 и подключены к крайним выводам 16 регулировочной части 7. Кроме того, тиристорные ключи 10, образующие коммутирующие узлы 8, 9, подключены к общей точке 15 соединения коммутирующих узлов 8 и 9 всех трех фаз 3, 4, 5.
Блок управления 17 тиристорными ключами 10 соединен с тиристорами 11 коммутирующих узлов 8 и 9 во всех трех фазах 3, 4, 5, а также с общей точкой 15 соединения коммутирующих узлов 8 и 9 каждой из фаз: 3, 4, 5.
Кроме того, устройство содержит в каждой фазе блок отключения 18 реактора 12, включенный последовательно с реактором 12.
Реактор 12 с последовательно включенным блоком отключения 18 соединен параллельно с тиристорным ключом 10 коммутирующего узла 9.
Регулирование напряжения посредством устройства для регулирования напряжения заключается в следующем.
В исходном состоянии тиристорные ключи 10 коммутирующего узла 9 открыты, а тиристорные ключи 10 коммутирующего узла 8 закрыты.
Пофазное регулирование напряжения на повышение напряжения осуществляют следующим образом.
Перед закрытием коммутирующих узлов 8 или 9 открывают блок отключения 18.
При открытых тиристорных ключах 10 коммутирующего узла 9 в каждой фазе 3, 4, 5 закрывают тиристорный ключ 10, подключенный к крайнему выводу 16 регулировочной части 7 одной из фаз, например фазы 3, и открывают тиристорный ключ 10, подключенный к ответвлению 13 этой же фазы 3, затем закрывают блок отключения 18. После этого аналогичным образом последовательно закрывают и открывают тиристорные ключи 10 в фазе 4 и, наконец, в фазе 5.
Пофазное регулирование напряжения на понижение напряжения осуществляют в обратной последовательности. Сначала открывают блок отключения 18 и затем закрывают тиристорные ключи 10 в коммутирующем узле 8 и открывают тиристорные ключи 10 в коммутирующем узле 9 в фазе 5, затем в фазе 4 и, наконец, в фазе 3.
При непредвиденном открытии тиристорных ключей 10, включенных один в ответвление 13, а другой в крайний вывод 16 регулировочной части 7, в цепи регулировочной части 7 возникает ток короткого замыкания, фиксируемый трансформатором тока 14, сигнал от которого поступает в блок управления 17 тиристорными ключами 10, который снимает сигнал управления с тиристоров 11 тиристорных ключей 10, и тиристорные ключи 10 закрываются, исчезает ток короткого замыкания, и в дальнейшем блок управления 17 осуществляет регулирование напряжения.
Переключение тиристоров 11 тиристорного ключа 10 коммутирующего узла 8 осуществляют путем предварительного закрытия тиристоров 11 этого коммутирующего ключа с последующим открытием тиристоров 11 тиристорного ключа 10 коммутирующего узла 9. Рабочий ток при этом не прерывается, так как он проходит через реактор 12.
Аналогично осуществляют переключение тиристоров 11 тиристорного ключа 10 коммутирующего узла 9: путем предварительного закрытия тиристоров 11 коммутирующего узла 9 с последующим открытием тиристоров 11 тиристорного ключа 10 коммутирующего узла 8. Рабочий ток при этом не прерывается, так как он проходит через реактор 12.
Реализация заявляемого технического решения позволит относительно простыми средствами обеспечить регулирование напряжения в широком диапазоне регулирования и тем самым существенно расширить функциональные возможности заявляемых устройства и способа регулирования напряжения.
В настоящее время в ООО НПП «Электромаш», г. Екатеринбург, разрабатывается документация и ведется подготовка производства устройства для регулирования переменного напряжения, предназначенного для регулирования напряжения на шинах тяговых подстанций электрифицированных железных дорог переменного тока.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №706889, МПК H01F 21/12, H01F 29/02, 1979 г.
2. Патент РФ №2115212, МПК Н02М 5/22, G05F 1/14, 1996 г.