Устройство управления напряжением трансформатора под нагрузкой
CONTROL DEVICE FOR TRANSFORMER UNDER LOAD

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к регуляторам коэффициента трансформации трансформаторов (РКТ), и может быть использовано в электрических сетях для обеспечения поддержания необходимого уровня напряжения.
Известно устройство регулирования напряжения под нагрузкой, содержащее две трехфазные вентильно-тиристорные группы с взаимно противоположными направлениями электропроводности, позволяющие осуществлять управление выходного напряжения силового трехфазного трансформатора с первичными секционированными обмотками, каждая из которых состоит из двух гальванически изолированных полуобмоток, имеющих регулировочные ответвления [патент RU на полезную модель №88863, МПК H02J 3/00, опубл. 20.11.2009].
Недостатком данного технического решения является высокая установленная мощность трансформатора, связанная с тем, что в каждой гальванически изолированной полуобмотке потребляемый ток протекает лишь на одном полупериоде, что определяется направлением электропроводности подключаемых к первичным гальванически изолированным полуобмоткам управляемых вентилей, не способных проводить ток в противоположную сторону на другом полупериоде.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство управления напряжением трансформатора под нагрузкой, включающее в себя двунаправленные тиристорные ключи, каждый из которых содержит по крайней мере два встречно-параллельно подключенных тиристора, датчик тока питающей сети, датчик напряжения питающей сети и блок управления двунаправленными тиристорными ключами. Одни выводы двунаправленных тиристорных ключей подключены к регулировочным ответвлениям первичной секционированной обмотки трансформатора, а другие выводы двунаправленных тиристорных ключей объединены между собой и подключены к датчику тока. Датчик тока питающей сети в свою очередь подключен одним выводом к общей точке соединения двунаправленных тиристорных ключей, а другим выводом к одному выводу питающей сети. Другой вывод питающей сети напрямую подключен к концу первичной секционированной обмотки трансформатора [патент RU на изобретение №2711589, МПК H02P 13/06, опубл. 17.01.2020].
Недостатком данного технического решения является ограниченная функциональная возможность по регулированию выходного напряжения.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства управления напряжением трансформатора под нагрузкой.
Технический результат заключается в увеличении количества уровней регулирования выходного напряжения трансформатора с первичной секционированной обмоткой.
Это достигается тем, что в известном устройстве управления напряжением трансформатора под нагрузкой, содержащем двунаправленные тиристорные ключи, одни из выводов которых соединены с регулировочными ответвлениями первичной секционированной обмотки трансформатора, датчики тока и напряжения питающей сети, своими выходами соединенные с блоком управления двунаправленными тиристорными ключами, первичная секционированная обмотка трансфоматора подключена к питающей сети, при этом первичная секционированная обмотка трансформатора выполнена в виде двух отдельных гальванически изолированных полуобмоток с регулировочными ответвлениями, а выводы двунаправленных тиристорных ключей, свободные от подключения к регулировочным ответвлениям гальванически изолированных полуобмоток, соединены друг с другом.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема подключения устройства управления напряжением трансформатора с первичной секционированной обмоткой под нагрузкой к трансформатору и питающей сети.
Устройство управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой содержит две вентильные группы 3 и 4, вентильная группа 3 включает в себя двунаправленные тиристорные ключи 5, 6 и 7, а вентильная группа 4 выполнена в виде двунаправленных тиристорных ключей 8, 9 и 10. При этом одни выводы двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10 вентильных групп 3 и 4 соединены в единый узел. Вентильные группы 3 и 4 образуют полупроводниковый коммутатор. Первичная секционированная обмотка 11 трансформатора 2 состоит из двух гальванически изолированных полуобмоток 12 и 13, каждая из которых имеет начало, конец и два регулировочных ответвления. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 5 вентильной группы 3, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 6, 7, 8, 9 и 10, соединен с выводом регулировочного ответвления гальванически изолированной полуобмотки 12, следующего за началом гальванически изолированной полуобмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 6 вентильной группы 3, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5, 7, 8, 9 и 10, соединен с выводом другого регулировочного ответвления гальванически изолированной полуобмотки 12, следующего перед концом гальванически изолированной полуобмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 7 вентильной группы 3, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5, 6, 8, 9 и 10, соединен с концом гальванически изолированной полуобмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 8 вентильной группы 4, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5, 6, 7, 9 и 10, соединен с началом гальванически изолированной полуобмотки 13. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 9 вентильной группы 4, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5, 6, 7, 8 и 10, соединен с выводом регулировочного ответвления гальванически изолированной полуобмотки 13, следующего за началом гальванически изолированной полуобмотки 13. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 10 вентильной группы 4, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5, 6, 7, 8 и 9, соединен с выводом другого регулировочного ответвления гальванически изолированной полуобмотки 13, следующего перед концом гальванически изолированной полуобмотки 13. Датчик тока 14 питающей сети одним выводом подключен к началу гальванически изолированной полуобмотки 12 трансформатора 2, а другим выводом подключен к выводу питающей сети, входит в состав устройства управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой. Датчик напряжения 15 питающей сети, подключен параллельно к выводам питающей сети и также входит в состав устройства управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой. При этом конец гальванически изолированной полуобмотки 13 подключен к другому выводу питающей сети, свободному от подключения датчика тока 14 питающей сети. Информационные входы блока управления 16 подключены к выходам датчика тока 14 питающей сети, датчика напряжения 15 питающей сети и блока задания выходного напряжения 17. Выходы блока управления 16 связаны с управляющими входами двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10. Вторичная обмотка 18 трансформатора 2 при этом подключена к нагрузке.
Устройство управления напряжением под нагрузкой работает следующим образом.
В режиме регулирования напряжения на выходе трансформатора 2 устройство управления 1 по информационному сигналу с выхода блока задания выходного напряжения 17, посредством управления состоянием двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7 вентильной группы 3 и двунаправленных тиристорных ключей 8, 9, 10 вентильной группы 4, осуществляемым блоком управления 16, обеспечивает соединение различных регулировочных ответвлений гальванически изолированной полуобмотки 12, а также конца гальванически изолированной полуобмотки 12 и регулировочных ответвлений гальванически изолированной полуообмотки 13, а также начала гальванически изолированной полуобмотки 13 при помощи двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10 вентильных групп 3 и 4 таким образом, что всегда объединены только одно из регулировочных ответвлений гальванически изолированной полуобмотки 12, либо конец гальванически изолированной полуобмотки 12, и одно из регулировочных ответвлений гальванически изолированной полуобмотки 13, либо начало гальванически изолированной полу обмотки 13. Соединение двунаправленных тиристорных ключей, образующих схему тиристорного коммутатора обеспечивает максимально возможное количество комбинаций соединения различных секций полуобмоток 12 и 13, что в свою очередь реализует максимальное количество уровней регулирования выходного напряжения трансформатора 2. При этом количество уровней регулирования напряжения для данного устройства будет равно девяти:
№1 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 8;
№2 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 9;
№3 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 10;
№4 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 8;
№5 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 9;
№6 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 10;
№7 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 8;
№8 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 9;
№9 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 10.
Использование устройства управления напряжением трансформатора под нагрузкой позволяет расширить его функциональные возможности за счет обеспечения максимально возможного количества уровней регулируемого выходного напряжения трансформатора с первичной секционированной обмоткой, расщепленной на две гальванически изолированные полуобмотки с регулировочными ответвлениями.