Способ переключения ответвлений обмотки трансформатора

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С A Н И Е () 1003039

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61 ) Дол ол н и тел ьное к а вт. с вид- ву (22)Заявлено 14.07.81 (21) 3318038/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (5 3 ) М. Кл.

G 05 F 1/20

10судврстпииый KONNTol

00 делам иэобретеиий и открытий (ÁÇ) УАК б21.31б. .722 (088.8) Опубликовано 07.03.83 ° Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 07 03 83 (72) Авторы изобретения

Б. Ю. Алтунин, А. А. Асабин и Л. А. Соловь

/ ( ( м В И,". Йенина j а-:

| ":"

j ,,/(!

Производственное объединение "Уралэлектротя чш и Горьковский политехнический институт им. (7l) Заявители (54) СПОСОБ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ОТВЕТВЛЕНИЙ ОБМОТКИ

ТРАНСФОРМАТОРА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах регулирования напряжения силовых и преобразовательных трансформаторов под нагрузкой с помощью тиристоров.

Известен способ переключения ответвлений обмотки трансформатора, заключающийся в поочередном включении последующего и отключении предыдущего ключей, обеспечивая протекание тока через эти ключи и соответствующие ответвления обмотки трансформатора в момент времени, сдвинутый по фазе относительно одной из полуволн напряжения сети (1).

Этот способ обеспечивает переключение ответвлений трансформатора при любой форме тока нагрузки, однако произвольно заданный фазовый сдвиг момента переключения относи. тельно напряжения приводит к возникновению замыкания ступени, длительность которого может превышать половину периода напряжения сети, а величина — амплитудное значение, установившегося тока замыкания ступени. Поэтому для реализации этого способа требуются дополнительные тиристоры и токоограничивающие реакторы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ переключения ответвлений обмотки трансформатора, заключающийся в поочередном включении последующего и отключении предыдущего ключей, обеспечивая протекание тока через эти ключи и со10 ответствующие ответвления обмотки трансформатора в моменты времени, зависящие от фазового сдвига синусоидального тока относительно напряжения.

Известный способ характеризуется высокой надежностью, так как переключение тиристоров происходит без токов замыкания ступени, и в устройстве, посредством которого способ может быть реализован, не требуется токоогра 0 ничивающий реактор и дополнительные тиристоры 12).

Однако он характеризуется ограниченными функциональными возможностями и пред10030 назначен для применения в цепях синусоидального тока при наличии фазового сдвига между током и напряжением, Такой способ не позволяет переключать ответвления преобразовательного трансформатора, у которого фазный ток отличается от синусоидального, может не иметь фазового сдвига относительно напряжения и может иметь значительные паузы нагрузочной составляющей, обусловленные работой выпрямителя, например >0 трехфазного моста.

Йелью изобретения является расширение функциональных возможностей переключения ответвлений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу переключения ответвлений обмотки трансформатора, путем поочередного включения последующего и отключения предыдущего тиристорных ключей заданные моменты

20 времени, включение последующего и отключение предыдущего тнристорных ключей осуществляют в момент времени, опережающий переход напряжения через нулевое значение на время, равное време."и выключения тири25 сторов ключей.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Протекание тока любой формы через тиристорный ключ одного из ответвлений обеспечивается наличием непрерывных импульсов на обоих тиристорах работающего ключа, что исключает перейапряжения на тиристорах при паузах тока, обусловленных работой выпрямителя.

35 Для переключения ответвлений на оба тиристора последующего ключа подают импульсы управления, одновремнно сняв их с обоих тиристоров предыдущего ключа, в момент времени, опережающий переход напряжения через нулевое значение на время, равное времени выключения тиристоров. При этом коммутация тиристоров может сопровождаться кратковременным замыканием ступени регулирования, длительность тока которого не превышает двухкратного значения времени выключения тиристоров, а величина — в несколько раз меньше амплитудного значения, установившегося тока короткого замыкания ступени.

При коммутации тиристоров, когда замыкание

50 ступени не происходит, необходимо обеспечить

Ф закрывание тиристоров до смены полярности напряжения, что и обуславливает опережение момента переключения по отношению к нулевому значению напряжения на величину времени выключения тиристоров.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фит, 2 — диаграммы, поясняющие

39 4 процесс переключения ответвлений по предлагаемому способу.

Устройство содержит преобразовательный трансформатор 1 (фиг. 1) с ответвлениями, последовательно с которыми включены тиристорные ключи, причем тиристоры 2 и 3 образуют ключ ответвления пониженного напряжения нагрузки, а тиристоры 4, 5 — ключ ответвления повышенного напряжения, датчик напряжения 6, вход которого подсоединен к выводам питания 7 и 8, логические элементы

И 9 и 10, к первым входам которых присоединен. выход датчика напряжения 6, а ко вторым — цепи управления "Выше" 11 и

"Ниже" 12, триггер 13, входы которого соединены с выходами логических элементов 9 и 10, а выходы — через согласующие цепи 14 и 15 присоединены к цепям управле-! ния тиристоров 2 и 3, 4 и 5.

На фиг. 2 даны следующие диаграммы: г1 — напряжение питающей сети на входных выводах 7 и 8 (фиг. 1), фазный ток трансформатора;

Д вЂ” выходной сигнал датчика 6 напряжения;

4 — сигнал "Выше" по цепи 11; 2 — сигнал "Ниже" по цепи 12; д — сигнал управления тиристоров 2 и 3 с инверсного выхода триггера 13;

6 — сигнал управления тиристора 4 и 5 с прямого выхода триггера 13;

Ж вЂ” напряжение на тиристорах 2 и 3; г — напряжение на тиристорах 4 и 5; о. — ток через тиристоры; — момент переключения тока нагрузки

1 с тиристоров 2 и 3 на тиристоры 4 и 5; — момент переключения тока нагрузки с тиристоров 4 и 5 на тиристоры 2 и 3;

Š— длительность тока замыкания ступени.

Устройство работает следующим ооразом.

Предположим, что первоначально открыты тиристоры 2 и 3 ключа ответвления пониженного напряжения, что обеспечивается импульсами управления, поступающими на тиристоры с согласующей цепи 15 по сигналу с инверсного выхода триггера 13. На тиристорах

4 и 5 импульсы управления отсутствуют, при этом переключение импульсов управления происходит в следующем порядке

Датчик 6 напряжения, выполненный на основе выпрямителя и регулируемого нуль-органа, имеет выходной сигнал в виде прямоугольных импульсов (фиг. 2б), задний фронт которых опережает переход напряжения через нулевое значение на время, равное времени выключения тиристоров. Это время можно получить, регулируя порог срабатывания нульоргана.

1003039

После появления сигнала "Выше" (фиг.2в) по -цепи 11 (фиг. 1) на выходе элемента И—

9 появляются сигналы, совпадающие по форме с сигналом напряжения датчика 6. По заднему фронту первого сигнала с элемента

9 триггер 13 опрокидывается, сняв импульсы с тиристоров 2 и 3 и перебросив их на тиристоры 4 и 5.

Переброс импульсов управления с тиристоров 4 и 5 на тиристоры 2 и 3 происходит по сигналу "Ниже" (фиг. 2r) аналогично, только триггер 13 опрокидывается по сигналу с элемента И вЂ” 10.

Таким образом, переключение импульсов

15 управления с тиристоров одного ключа на тиристоры другого ключа происходит в момент, опережающий переход напряжения через нулевое значение на время, равное времени выключения тиристоров.

Рассмотрим процесс тех переключений ответ-2О влений, которые сопровождаются замыканием ступени в соответствии с предлагаемым способом.

Предположим, что первоначально открытым тиристорам 2 и 3 ток нагрузки протекает через отвод пониженного напряжения.

Предположим также, что к моменту t, ток нагрузки протекает через тиристор 3, что соответствует активно-емкостному характеру нагрузки и ЭДС ступени. имеет полярность 30 . (фиг. 1).

Если в момент t перебросить импульсы управления с тиристоров 2 и 3 на тиристоры

4 и 5, то под действием ЭДС ступени открывается тиристор 4, образуя контур замыкания З5 ступени через тиристоры 3 и 4. В момент времени, когда ток замыкания ступени становится равным нулю, закрывается тиристор

3, разрывая контур замыкания ступени. После закрывания тиристора 3 в работе остаются тиристоры 4 и 5, которые обеспечивают протекание тока через ответвление повышенного напряжения.

Длительность короткого замыкания ступени не превышает двухкратного времени выключения тиристоров, а максимальное значение тока в несколько раз меньше амплитуды установившегося тока замыкания ступени, что обеспечивается выбором момента начала замыкания ступени и закрыванием тиристора 3 при нулевом значении тока.

Переключение тока на ответвление пониженного напряжения может сопровождаться замыканием ступени, если к моменту t (фиг.2) при полярности ЭДС ступени (фиг, 1), ток

55 протекает через тиристор 4, что соответствует индуктивно-активному характеру нагрузки. В момент t2, когда импульсы перебрасывают с тиристоров 4 и 5 на тиристоры 2 и 3 возникает контур замыкания ступени через тиристо. ры 4 и 3, Короткое замыкание прекращается в момент закрывания тиристора 4, что происходит при прохождении тока через нулевое значение. После закрывания тиристора 4 ток нагрузки протекает через тиристоры 2 и 3.

Короткое замыкание ступени не возникает при переключении на ответвление повышенного напряжения, если на полярности ЭДС ступени (фиг. 1) в момент т, ток протекает через тиристор 2. В этом случае, в момент переброса импульсов с тиристоров 2 и 3 на тиристоры 4 и 5, открывается тнристор 4, а к тиристору 2 прикладывается обратное напряжение. Тиристор 2 должен закрываться до смены полярности напряжения ЭДС ступени, в противном случае после смены полярности возникает замыкание ступени через тиристоры

2 и 5, длительность которого соизмерима с половиной периода напряжения сети и величина тока может достигнуть максимального значения установившегося тока замыкания ступени.

При переключении на ответвление пониженного напряжения замыкание не возникает, если прн указанной полярности ЭДС ступени в момент t ток протекает через тиристор 5. В этом случае ток переключается на тиристор 3.

При этом тиристор 5 закрывается до смены полярности ЭДС ступени для предотвращения замыкания ступени длительностью до полупериода, Последние два переключения являются частными случаями переключения по известному способу (2).

Длительность и величина тока замыкания ступени зависит от параметров ступени ЭДС и полного сопротивления, а также от момента начала замыкания, и не зависит от направления переключения ответвлений. При заданном моменте переключения, определяемом временем выключения тиристоров, длительность и величина тока замыкания минимальны.

Предлагаемый способ позволяет переключать ответвления как на первичной, так и на вторичной обмотках трансформатора при его работе на многофазный выпрямитель, на хо. лостом ходу трансформатора, на индуктивную, емкостную и активную нагрузки, т.е, имеет более широкие функциональные возможности по сравнению с известным способом и позволяет уменьшить до минимального значения .ток замыкания ступени при переключении тиристоров, что снижает установленную мощность тиристоров и токоограничивающих элементов, т.е. повышает его технико-экономические харак теристики за счет снижения потерь в номинальных режимах. .Формула изобретения

Способ переключения ответвлений обмотки трансформатора путем поочередного включения

7 1003039 8 поспедующего и отключения предыдущего ти- на время, равное времени выключения тири ристорных ключей в заданные моменты време- старов ключей. ни, отличающийся тем, что, с Источники информации, целью расширения функциональных воэмож- принятые во внимание при экспертизе ностей, включение последующего и отключе. g 1. Патент Японии Н 53 — 38020, ние предыщтцего тиристорных ключей осу- кл. Н 02 P 13/16, 1978. ществляют в момент времени, опережающий 2. Патент Франции У 2163916, переход напряжения через нулевое значение кл Н 02 P 13/00, 1973.

1003039

Составитель Д. Фурлыгин

Техред Т Маточка корректор В. Бутяга

Редактор Г. Ус

Тираж 872

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Заказ 1550/30

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4