УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
VOLTAGE CONTROL DEVICE

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к преобразовательной технике, и может найти применение для регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов.
Известно 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 отводом регулировочной части, а другой коммутирующий узел соединен с крайним выводом регулировочной части, при этом каждый коммутирующий узел содержит тиристорный ключ, концы коммутирующих узлов соединены между собой, образуя общую точку, соединенную с общими точками коммутирующих узлов других фаз, а в каждой фазе между ответвлением регулировочной части и тиристорным ключом включен трансформатор тока [Л.1].
Устройство для регулирования напряжения по [Л.1] характеризуется относительно невысокой надежностью вследствие наличия многоступенчатого переключателя.
Известно также устройство для регулирования напряжения, содержащее трансформатор, одна из обмоток которого содержит в каждой фазе соединенные последовательно основную и регулировочные части, коммутирующие узлы, каждый из которых содержит тиристорный ключ и подключен к соответствующему отводу регулировочной части, имеющему витки, при этом коммутирующие узлы объединены в две группы таким образом, что первая группа образована из коммутирующих узлов четных отводов, а вторая группа - из коммутирующих узлов нечетных отводов, при этом каждая из двух групп соединена с началом одного из двух дополнительных тиристорных ключей, концы дополнительных тиристорных ключей соединены между собой, образуя общую точку, которая соединена с общими точками дополнительных тиристорных ключей других фаз, а к дополнительному тиристорному ключу четной группы каждой фазы подключен неуправляемый реактор [Л.2].
Устройство для регулирования напряжения по [Л.2] характеризуется относительно невысокой надежностью вследствие наличия избыточного количества дополнительных тиристорных ключей, практически не оказывающих существенного влияния на ход технологического процесса.
Изобретением решается задача создания устройства для регулирования напряжения, характеризующегося высокой надежностью и относительной простотой конструкции благодаря сведению к минимуму количества тиристорных ключей при определенном соединении блоков и элементов устройства между собой при обеспечении плавного регулирования напряжения и возможности многоступенчатого глубокого регулирования напряжения.
Для решения поставленной задачи в устройстве для регулирования напряжения, содержащем трансформатор, одна из обмоток которого содержит в каждой фазе соединенные последовательно основную и регулировочную части, коммутирующие узлы, каждый из которых содержит тиристорный ключ и подключен к соответствующему отводу регулировочной части, имеющему витки, дополнительный тиристорный ключ, при этом коммутирующие узлы объединены в две группы таким образом, что первая группа образована из коммутирующих узлов нечетных отводов, соединенных с началом дополнительного тиристорного ключа, а вторая группа образована из коммутирующих узлов четных отводов, предложено, согласно настоящему изобретению, конец дополнительного тиристорного ключа соединить с коммутирующими узлами четных отводов, образуя общую точку, соединить эту общую точку с общими точками коммутирующих узлов других фаз, а неуправляемый реактор подключить к дополнительному тиристорному ключу, соединенному с коммутирующими узлами нечетных отводов.
Изобретение поясняется на примере выполнения чертежами (фиг. 1 и 2), на которых соответственно представлены:
- на фиг. 1 - принципиальная схема заявляемого устройства для регулирования напряжения;
- на фиг. 2 (а и б) - процесс регулирования напряжения на примере работы устройства в одной фазе 3 трансформатора 1 (фиг. 1).
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 четыре коммутирующих узла 8, 9, 10 и 11, каждый из которых содержит тиристорный ключ 12, состоящий из встречно параллельно включенных тиристоров 13.
Каждый из коммутирующих узлов 8, 9, 10 и 11 подключен к соответствующему отводу 14, 15, 16, 17 регулировочной части 7 в каждой из фаз 3, 4, 5 первичной обмотки 2 трансформатора 1. В представленном на фиг. 1 варианте реализации изобретения число отводов регулировочной обмотки равно четырем, т.е. четное. В других вариантах реализации изобретения общее число отводов регулировочной части первичной обмотки зависит от глубины регулирования напряжения и может быть любым: как четным, так и нечетным.
Коммутирующие узлы 8, 9, 10, 11 объединены в две группы 18 и 19 таким образом, что первая группа 19 образована из нечетных отводов 15 и 17, а вторая группа 18 образована из четных отводов 14 и 16.
Первая группа отводов 19 соединена с началом дополнительного тиристорного ключа 20, группа отводов 18 соединена с концом дополнительного тиристорного ключа 20, образуя общую точку 21, соединенную с общими точками 21 других фаз 4, 5 трансформатора 1.
К дополнительному тиристорному ключу 20 нечетной группы подключен неуправляемый реактор 22.
Регулирование напряжения посредством устройства для регулирования напряжения заключатся в следующем.
В исходном положении (фиг. 2, а) дополнительный тиристорный ключ 20 и тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 11 открыты (на фиг. 2, а, заштрихованы). Входное напряжение приложено к максимальному числу витков основной (нерегулируемой) части 6 и регулировочной (регулируемой) части 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1. При этом напряжение на выходе трансформатора 1 минимальное.
Для повышения напряжения на выходе трансформатора 1 необходимо закрыть дополнительный тиристорный ключ 20, открыть тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 10 (фиг. 2, б). В контуре между выводами 16 и 17 регулировочной части 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1, открытым тиристорным ключом 12 коммутирующего узла 10, неуправляемым реактором 22 и тиристорным ключом 12 коммутирующего узла 11, протекает циркулирующий ток, ограниченный сопротивлением неуправляемого реактора 22 и сопротивлением между выводами 16 и 17 регулировочной части 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1.
Следующим этапом закрывается тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 11. Питание входного напряжения трансформатора 1 через открытые тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 10 подается через отвод 16 на регулировочную часть 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1. Число витков первичной обмотки 2 трансформатора 1 уменьшилось, что привело к повышению выходного напряжения трансформатора 1.
Для дальнейшего повышения выходного напряжения трансформатора 1 необходимо перевести питание входного напряжения трансформатора 1 с отвода 16 на отвод 15 регулировочной части 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1.
В исходном положении открыты тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 10; закрыты дополнительный тиристорный ключ 20 и тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 11.
Для перевода питания входного напряжения трансформатора 1 с отвода 16 на отвод 15 регулировочной части 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1 необходимо открыть тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 9. В контуре между отводами 15 и 16 регулировочной части 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1, открытым тиристорным ключом 12 коммутирующего узла 9, неуправляемым реактором 22 и открытым тиристорным ключом 12 коммутирующего узла 10, протекает циркулирующий ток, ограниченный сопротивлением неуправляемого реактора 22 и сопротивлением между отводами 15 и 16 регулировочной части 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1.
Следующим этапом закрывается тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 10 и открывается дополнительный тиристорный ключ 20. Такая процедура при дальнейшем повышении выходного напряжения повторяется.
Для понижения выходного напряжения трансформатора 1 необходимо увеличить число витков первичной обмотки 2 трансформатора 1, т.е. перевести питание входного напряжения трансформатора 1 с отвода 16 на отвод 17 или с отвода 15 на отвод 16 и т.п.регулировочной части 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1.
Процесс понижения выходного напряжения трансформатора 1 по сравнению с процессом повышения выходного напряжения трансформатора 1 осуществляется в обратной последовательности.
Итак, исходное положение: открыты дополнительный тиристорный ключ 20 и тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 9; закрыт тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 10. Необходимо закрыть дополнительный тиристорный ключ 20 и открыть тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 10. В контуре между отводами 16 и 15 регулировочной части 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1, открытым тиристорным ключом 12 коммутирующего узла 9, неуправляемым реактором 22, открытым тиристорным ключом 12 коммутирующего узла 9, протекает циркулирующий ток, ограниченный сопротивлением неуправляемого реактора 22 и сопротивлением между отводами 16 и 15 регулировочной части 7 первичной обмотки 2 трансформатора 1.
Следующим этапом необходимо закрыть тиристорный ключ 12 коммутирующего узла 9.
Повышение и понижение выходного напряжения трансформатора по рассмотренным выше условиям может производиться как одновременно по трем фазам, так и по отдельности по каждой из фаз при пофазном регулировании.
Реализация заявляемого технического решения позволит относительно простыми средствами обеспечить регулирование напряжения в глубоком диапазоне регулирования и тем самым существенно расширить функциональные возможности заявляемого устройства.
В настоящее время в ООО НЛП «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, в преобразовательных системах электролизного производства и в производствах, также требующих глубокого регулирования напряжения.
Литература:
1. Патент РФ №2115212, МПК Н02М 5/22, G05F 1/14, 1996 г.
2. Патент РФ №2648280, МПК Н02М 5/254, 2018 г.