Устройство для регулирования электрического напряжения

Изобретение относится к устройству для регулирования электрического напряжения в сетях электроснабжения с регулировочным трансформатором, причем за счет монтажа с возможностью выбора всего лишь трех ответвлений обмоток и отдельной реакторной обмотки, в результате с помощью всего четырех переключающих элементов могут устанавливаться пять ступеней напряжения. Технический результат - упрощение. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к устройству для регулирования электрического напряжения в сетях электроснабжения.

При централизованном энергоснабжении, широко распространенном в настоящее время, регулирование напряжения обычно выполняется посредством регулировочных трансформаторов в центральных сетевых узлах соответствующих сетей высокого или среднего напряжения. Для этого регулировочные обмотки соответствующих регулировочных трансформаторов снабжаются ответвлениями обмоток; посредством ступенчатых переключателей может выполняться без прерываний переключение под нагрузкой между смежными ответвлениями обмоток.

Подходящие для этого переключатели могут быть, в принципе, подразделены на два типа: переключатели типа быстродействующего переключателя с шунтирующими резисторами, в которых для ограничения протекающего при переключении контурного тока предусмотрены нагружаемые лишь кратковременно промежуточные омические резисторы переключателя ответвлений, и в соответствии с этим осуществляется быстродействующее переключение между ответвлениями обмоток, а также переключатели типа реактивных переключателей, в которых предусмотрены реактивные импедансы переключения, за счет чего также возможно медленное и непрерывное переключение.

При описанном регулировании напряжения в области сетей высокого и среднего напряжения также без особых проблем возможно осуществление регулирования в распределительных трансформаторах при децентрализованном энергоснабжении.

Для такого приближенного к потребителю регулирования в случае децентрализованных сетей энергоснабжения широко используются, особенно в США, так называемые «регуляторы напряжения». Большинство применяемых в настоящее время регуляторов напряжения являются однофазными, имеют индуктивные импедансы переключения, также называемые реактором или реакторной обмоткой, и позволяют осуществлять ступенчатое регулирование 32 ступенями по 5/8%, то есть в диапазоне +/-10%.

Другим видом такого регулятора напряжения являются регуляторы типа Auto-Booster®. Эти приборы существенно проще и обеспечивают регулирование в направлении повышения 4 ступенями по 2% или 1%, то есть всего на 10 или 6%.

Другое решение, касающееся приближенного к потребителю регулирования напряжения в области низкого напряжения, описано в публикациях WO 01/33308 и WO 03/044611. В основе этих обеих заявок лежит общая идея, заключающаяся в том, чтобы предусмотреть регулировочный трансформатор с малым количеством ответвлений. При этом отдельные части обмоток через переключатель, соответственно, избирательно включаются в контур, причем регулировочный трансформатор должен иметь такой высокий импеданс рассеяния, что контурный ток, в случае короткого замыкания соседних ответвлений частичных обмоток, - которое кратковременно возникает при переключении под нагрузкой - должен ограничиваться до величины порядка номинального тока. Типовые шунтирующие резисторы переключателя, в случае классического ступенчатого переключателя, могут при этом отсутствовать. В такой конструкции, которая пригодна для выполнения регулировочного трансформатора как в виде автотрансформатора, так и нормального двухобмоточного трансформатора, возможны многочисленные, самые различные варианты выполнения переключателя. Так, в качестве переключателя предлагается применять переключатель нагрузки без омического контакта и имеющий только главные контакты переключатель нагрузки ступенчатого переключателя. Согласно другим предложениям, переключатель должен выполняться как многоступенчатый кулачковый переключатель, по выбору, может также быть образован цепью реле или контакторов, или, наконец, цепью электронных переключателей, в частности тиристорных переключающих схем. Число возможных положений переключения может соответствовать при этом числу требуемых переключающих элементов переключателя.

Недостатком этих решений, известных из предшествующего уровня техники, является то, что, по меньшей мере, в случае нормального двухобмоточного трансформатора должна иметься отдельная основная обмотка и регулировочная обмотка. Для того чтобы индуктивность рассеяния каждой ступени работала на таком высоком уровне, чтобы ток короткого замыкания ступеней достигал лишь величины номинального тока, требуется короткий канал рассеяния. Результатом этого является отдельная короткая регулировочная обмотка, которая повышает ширину и глубину трансформатора. Эти дополнительные затраты на трансформатор превышают в большинстве случаев пользу, обеспечиваемую исключением шунтирующих резисторов переключателя. Кроме того, способ переключения сложно видоизменять; в частности, известная конструкция не пригодна для параллельных схем.

Задачей изобретения является создание простого и экономичного устройства для регулирования электрического напряжения для распределительных трансформаторов и регуляторов напряжения с минимально возможным количеством переключающих элементов.

Эта задача решается устройством с признаками пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты относятся к особенно предпочтительным вариантам осуществления изобретения.

Соответствующее изобретению устройство предпочтительно предназначено для регулирования распределительных трансформаторов с малым диапазоном регулирования, например, +/-5% ступенями по 2,5%, таким образом, всего пятью ступенями. Соответствующее изобретению устройство пригодно как для масляных, так и для сухих трансформаторов. Его особое преимущество заключается в том, что необходимо лишь минимальное увеличение размеров соответствующего распределительного трансформатора, и обеспечивается высокая работоспособность и надежность работы. Это объясняется тем, что соответствующее изобретению устройство спроектировано как переключающее устройство, в котором отказались от механически подвижного избирателя или избирателя ответвлений обмоток регулируемого под нагрузкой трансформатора переключателя ступеней нагрузки. Кроме того, соответствующее изобретению устройство имеет невысокую сложность, используя, в частности, лишь небольшое число компонентов в качестве переключающих элементов. Например, в случае описанного ниже более подробно варианта выполнения с пятью выбираемыми ступенями напряжения требуется только четыре переключающих элемента. Эти переключающие элементы особенно предпочтительным образом могут быть выполнены в виде встречно-параллельно включенных пар тиристоров или вакуумных камер распределительного устройства.

Изобретение поясняется ниже более подробно со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

фиг. 1 - схематичное представление первого соответствующего изобретению устройства;

фиг. 2 - таблица реализуемых в этом устройстве ступеней напряжения в зависимости от установки отдельных переключающих элементов;

фиг. 3 - соответствующие установки отдельных переключающих элементов для указанных ступеней напряжения,

фиг. 4 - другое соответствующее изобретению устройство для регулирования напряжения на стороне нагрузки регулятора напряжения,

фиг. 5 - другое соответствующее изобретению устройство для регулирования напряжения на стороне первичного напряжения регулятора напряжения,

фиг. 6 - другое соответствующее изобретению устройство с альтернативно выполненными переключающими элементами,

фиг. 7 - другое соответствующее изобретению устройство с расширенной конфигурацией коммутационных аппаратов.

На фиг. 1 схематично представлено первое соответствующее изобретению устройство. Показана основная обмотка 1 регулировочного трансформатора, конец 2 которой ведет к середине отдельной регулировочной обмотки 3 регулировочного трансформатора. Регулировочная обмотка 3 имеет в данном случае три отдельных ответвления А1…А3. Ответвления А1 и А3 находятся, соответственно, на противолежащих концах регулировочной обмотки 3, ответвление А2 находится точно в середине, в месте, где имеется соединение с концом 2 основной обмотки 1. Регулировочная обмотка 3 выполнена таким образом, что эффективная длина обмотки между ответвлениями А1 и А2, а также между ответвлениями А2 и А3 здесь соответствует 5% длины основной обмотки 1. Разумеется, возможны и другие длины обмоток.

Каждое из ответвлений А1…А3 соединено с входом переключающего элемента, в данном случае вакуумного выключателя V1…V3. Выход первого вакуумного выключателя V1, который соединен с ответвлением А1 на первом конце регулировочной обмотки 3, и выход второго вакуумного выключателя V2, который соединен с ответвлением А2 в середине регулировочной обмотки 3, ведут к обоим концам реакторной обмотки 4; параллельно ей между этими обоими выходами размещен еще один переключающий элемент, в данном случае еще один вакуумный выключатель V4. Выход третьего вакуумного выключателя V3, который соединен с ответвлением А3 на другом конце регулировочной обмотки 3, электрически соединен с выходом первого вакуумного выключателя V1. Середина реакторной обмотки 4 ведет к отводу. Для этого на реакторной обмотке 4 предусмотрено ответвление 5.

Путем соответствующего приведения в действие вакуумных выключателей V1…V4 напряжение в данном примере может регулироваться в диапазоне +/-5% шагами по 2,5%.

Фиг. 2 показывает для примера, приведенного на фиг. 1, таблицу пяти различных возможных ступеней напряжения в зависимости от установки соответствующих вакуумных выключателей V1…V4. При этом «с» обозначает замкнутое положение, «о» обозначает разомкнутое положение соответствующего переключателя.

Можно видеть, что с помощью этих пяти вакуумных выключателей возможна установка всего пяти ступеней напряжения. Это объясняется тем, что на ответвлениях А1 и А3, соответственно, может сниматься напряжение, отстоящее на +/-5% от напряжения на ответвлении А2, и за счет соответствующего монтажа реакторной обмотки 4 еще может добавляться половина от этого, то есть 2,5%.

Управление вакуумными выключателями V1…V4 возможно простым способом, например, с помощью кулачковых переключателей, так как реализуется очень простая последовательность действий, независимо от направления переключения «более высокого напряжения» или «более низкого напряжения», путем простого включения и отключения.

На фиг. 3 показаны различные положения вакуумных выключателей V1…V4 для схемы, показанной на фиг.1 и описанной выше, с использованием отдельных ступеней напряжения, как показано в таблице на фиг. 2.

Фиг. 4 показывает соответствующее изобретению устройство в качестве составной части регулятора напряжения для регулирования на стороне нагрузки. Можно видеть, что входное напряжение Us приложено к основной обмотке 1, конец которой ведет к среднему ответвлению регулировочной обмотки 3, то есть к показанному ответвлению А2. Вновь с разнесением по обмотке, соответственно, на 5% основной обмотки предусмотрены ответвления А1 и А3 на обоих концах регулировочной обмотки 3. Положение и функция вакуумных выключателей V1…V4 уже описаны выше, как и показанная регулировочная обмотка 4. Еще здесь показаны преобразователь 6 тока и преобразователь 7 напряжения на стороне нагрузки. Тем самым можно известным способом определять действительные значения тока и напряжения на стороне нагрузки. С помощью не показанного здесь известного регулятора осуществляется сравнение действительных и заданных значений, и в результате принимается решение о необходимом регулировании «выше» или «ниже». Вслед за этим предпринимается соответствующее изменение состояний включения вакуумных выключателей V1…V4, как показано на фиг. 2. Если управление этими вакуумными выключателями V1…V4 осуществляется посредством кулачкового управления, то для приведения в действие в зависимости от направления весьма просто может выполняться поворот управляющего кулачка на 72 градуса.

Фиг. 5 показывает соответствующее изобретению устройство для регулирования на стороне входа (источника) регулятора напряжения. Функционирование не изменяется.

Фиг. 6 показывает другое соответствующее изобретению устройство, в данном случае с встречно-параллельно включенными парами тиристоров Th1…Th4 в качестве переключающих элементов.

В рамках изобретения описанные переключающие элементы могут быть реализованы, как описано выше, посредством вакуумных выключателей, а также посредством механических переключателей или тиристорных переключающих схем. Показанный вариант выполнения с тиристорными переключающими схемами имеет преимущество, заключающееся в том, что соответствующее изобретению устройство в целом представляет собой полностью статический переключатель, без каких-либо подвижных элементов срабатывания. Для управления тиристорными переключающими схемами Th1…Th4 показанная на фиг. 2 таблица может быть просто преобразована специалистом в данной области техники в логику электронного управления.

В рамках изобретения также возможно расширить показанное на фиг. 1 переключающее устройство каскадным способом, при этом на регулировочной обмотке предусматривается более трех ответвлений, и для каждого из этих ответвлений также может осуществляться монтаж с использованием собственного переключающего элемента. Пример такого выполнения только с одним дополнительным ответвлением А4 показан на фиг. 7. Регулировочная обмотка 3 в этой форме выполнения изобретения рассчитывается таким образом, чтобы длина обмотки между всеми ответвлениями А1…А4 была одинаковой, например, составляла, соответственно, 5% от длины основной обмотки 1. Для специалиста в данной области техники не составит труда дополнить соответствующую таблицу состояний аналогично показанному на фиг. 2 представлению, в соответствии с реализуемыми согласно изобретению ступенями напряжения. Такой принцип каскадирования может быть расширен, по мере необходимости.

1. Устройство для регулирования электрического напряжения в распределительных сетях с регулировочным трансформатором, причем регулировочный трансформатор в каждой фазе содержит основную обмотку и отдельную регулировочную обмотку, снабженную ответвлениями, при этом отдельные ответвления могут подключаться через переключающие элементы и соединяться с отводом, отличающееся тем, что регулировочная обмотка (3) имеет три ответвления (А1…А3), первое и третье ответвления (А1 и A3) размещены каждое на соответствующем конце регулировочной обмотки (3), а второе ответвление (А2) размещено точно в середине регулировочной обмотки (3), конец основной обмотки (1) соединен со вторым ответвлением (А2), регулировочная обмотка (3) спроектирована таким образом, что длина обмотки между первым и вторым ответвлениями (А1 и А2), а также между вторым и третьим ответвлениями (А2 и A3) составляет, соответственно, Х% длины основной обмотки (1), причем Х является натуральным числом, первое ответвление (А1) электрически соединено с первым переключающим элементом (V1, Th1), второе ответвление (А2) электрически соединено со вторым переключающим элементом (V2, Th2) и третье ответвление (A3) электрически соединено с третьим переключающим элементом (V3, Th3), выход первого переключающего элемента (V1, Th1), а также выход второго переключающего элемента (V2, Th2) соединены соответственно с одним из обоих концов реакторной обмотки (4), выход третьего переключающего элемента (V3, Th3) электрически соединен с выходом первого переключающего элемента (V1, Th1), параллельно реакторной обмотке (4) размещен дополнительный переключающий элемент (V4, Th4) и точно середина реакторной обмотки (4) служит для отвода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что значение Х равно 5.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в качестве переключающих элементов предусмотрены вакуумные выключатели (V1…V4).

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в качестве переключающих элементов предусмотрены полупроводниковые переключатели, в частности тиристорные переключающие схемы (Th1…Th4).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулировочная обмотка (3) для увеличения числа возможных ступеней напряжения имеет одно или более дополнительных ответвлений (А4) с соответствующим переключающим элементом (V5, Th5), который(ые) подключен(ы), соответственно, каскадно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к стабилизаторам напряжения и может быть использовано для автоматического поддержания в электрической сети заданного напряжения. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации однофазного напряжения источника электроэнергии переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации трехфазного напряжения источника энергии переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в установках, где требуется применение индуктивности с плавным изменением ее величины.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах для регулирования напряжения под нагрузкой силовых и преобразовательных трансформаторов с помощью тиристоров.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электроснабжения жилых зданий и промышленных установок. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам питания радиоэлектронной аппаратуры и вычислительной техники. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обеспечения статизма внешней характеристики источника напряжения переменного тока по реактивному току в различных системах автоматического регулирования напряжения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, предназначено для использования в системах электроснабжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве регулирующего органа стабилизаторов напряжения, к форме выходного напряжения которых предъявляются повышенные требования. Технический результат - повышение надежности и упрощение алгоритма управления. Тиристорный регулятор переменного напряжения содержит трансформатор, вторичная обмотка которого подключена между зажимами сети и нагрузки, блок управления, состоящий из трансформатора управления, источника питания, синхронизированного широтно-импульсного модулятора и выходных каскадов, и четыре цепочки, каждая из которых составлена из тиристора с отсекающим диодом, которые соединены по мостовой схеме. Одна диагональ моста отсекающими диодами связана с зажимами сети, а другая, образованная встречно-включенными тиристорами, через датчик тока соединена с первичной обмоткой трансформатора. Каждая цепочка зашунтирована антипараллельным управляемым вентилем. Между одноименными выводами тиристоров диагонали сети установлены коммутирующие конденсаторы, а датчик тока выходом соединен с блоком управления. По регулировочным свойствам такой тиристорный регулятор приближается к устройствам на полностью управляемых ключах, имеет минимальное количество силовых элементов, проще алгоритм управления, выше надежность. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой. Технический результат - обеспечение регулирования напряжения под нагрузкой, снижение величины коммутационных экстратоков регулировочной ступени обмотки трансформатора. В устройстве переключения отводов трансформатор выполнен с двумя ветвями расщепленной обмотки с отводами пониженного и повышенного напряжений, тиристоры объединены в две вентильные группы противоположных направлений электропроводности, двумя выводами соединенными друг с другом и с фазным выводом цепи питания. 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. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах электропитания аппаратуры различного назначения. Техническим результатом является уменьшение динамической погрешности стабилизации. Для этого в стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными зажимами, преобразователь интервала в код, информационный вход которого подключен к выходному зажиму, синхронизирующий вход через формирователь синхроимпульсов - к входному зажиму, управляющий вход - к источнику опорного напряжения, а также логическое устройство, подключенное информационным входом к выходу преобразователя интервала в код, а синхронизирующим входом - к выходу формирователя синхроимпульсов, введены регистр, дополнительный источник опорного напряжения и дополнительный преобразователь интервала в код, управляющий вход которого подключен к дополнительному источнику опорного напряжения, синхронизирующий вход - к выходу формирователя синхроимпульсов, а информационный вход - к входному зажиму, причем регистр входами подключен к выходам логического устройства, а выходами - к управляющим входам регулирующего органа дискретного действия, а в логическое устройство введены дополнительный информационный вход, соединенный с выходом дополнительного преобразователя интервала в код, и вход обратной связи, соединенный с выходом регистра. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей и других элементов автоматики. Достигаемым техническим результатом является повышение выходного напряжения источника опорного напряжения до уровня, соответствующего утроенной ширине запрещенной зоны кремния, и повышение коэффициента стабилизации при изменении питающего напряжения при высокой температурной стабильности выходного напряжения. Источник опорного напряжения содержит первый, второй и третий транзисторы, коллектор которого подключен к входу управления регулирующего элемента, выход которого является выходом устройства, а его питающий вход соединен с шиной питания, источник тока, включенный между шиной питания и коллектором третьего транзистора, коллектор первого транзистора соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора, второй резистор, первым выводом подключенный к выходу устройства, а также четвертый, пятый и шестой транзисторы. 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения трансформатора. Техническим результатом является повышение надежности и точности регулирования даже при отказе отдельных переключающих элементов. Ступенчатый переключатель выполнен модульным, причем каждый модуль включает в себя соответствующую частичную обмотку обмотки регулирования, которая может подключаться или отключаться посредством полупроводниковых переключающих элементов. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов. Техническим результатом является расширение диапазона регулирования напряжения. Устройство для регулирования напряжения содержит трансформатор, при этом в каждой фазе к промежуточному выводу первичной обмотки подключено начало тиристорного ключа, выполненного из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, а к концу первичной обмотки подключен реактор, конец которого соединен с концом тиристорного ключа, образуя общую точку, соединенную с аналогичными общими точками других фаз. В устройство введен блок управления тиристорными ключами обмоток трансформатора каждой из фаз. В способе регулирования напряжения при переключении тиристорных ключей для повышения напряжения сначала открывают тиристорный ключ одной фазы с последующим поочередным подключением другой и последующих фаз, а переключение тиристорных ключей для понижения напряжения осуществляют в обратном порядке. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов. Техническим результатом является обеспечение широких функциональных возможностей благодаря введению пофазного регулирования напряжения в полном диапазоне регулирования путем переключения тиристорных ключей поочередно в каждой фазе первичной обмотки. Устройство для регулирования напряжения содержит 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. Каждый коммутирующий узел содержит тиристорный ключ, а концы коммутирующих узлов соединены между собой, образуя общую точку, соединенную с общими точками коммутирующих узлов других фаз. В устройство в каждой фазе введен 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. В устройство введен блок управления тиристорными ключами каждой из фаз и тиристорными ключами других фаз. В способе регулирования напряжения по одному варианту регулирование осуществляют путем открытия тиристорных ключей, переключение тиристоров тиристорных ключей с одного коммутирующего узла на другой осуществляют 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. По другому варианту в способе регулирования напряжения регулирование осуществляют путем открытия тиристорных ключей, тиристорных ключей по фазам на повышение напряжения осуществляют следующим образом: в исходном положении тиристорные ключи, подключенные к крайним выводам регулировочной части, оставляют открытыми во всех фазах, затем закрывают тиристорный ключ, подключенный к крайнему выводу регулировочной части первой фазы, и открывают тиристорный ключ, подключенный к ответвлению регулировочной части этой фазы, затем переключают тиристорные ключи последовательно в других фазах, аналогично переключению тиристорных ключей в первой фазе; при этом переключение тиристорных ключей на понижение напряжения осуществляют в обратной последовательности. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх