Система подмагничивания постоянным током управляемого ферромагнитного устройства

 

Союз Советских

Соцкалксткческкх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свкд-ву (22) Заявлено 24.04.81 (21) 3281224/24-07 с присоединением заявки,вв (23) Приоритет

Опубликовано 15. 10.82 .Бюллетень,р1е38

Дата опубликования описания 18.10.82 (53)M. Кл.

Н 01 F 29/14

Ркударстынный комитет

СССР ле лелем изебретеиий и открытий (53) УДК 621 316.935(088.8) J ""®®ЗР

В. В. Бурыкин, С. В. Ефимов и В. М. Ешельк и . Щ 7 т„

М

+ХААК :,;,, 3 (f

Ивановский ордена "Знак Почета" энергетический=.-- ..., институт им. B. И. Ленина (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (Д4) СИСТЕМА ПОДМАГНИЧИВАНИЯ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ

УПРАВЛЯЕМОГО ФЕРРОМАГНИТНОГО УСТРОЙСТВА.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам подмагничивания постоянным током .ферромагнитных устройств, например управляемых реакторов, магнитных усилителей, реверсивнык трансформаторов с регулированием величины и фазы вторичного напряжения.

Известна конструкция управляемого подмагничиванием реверсивного трансформатора, содержащая четыре магнитопровода, на каждом из которых расположены две секции обмоток переменного тока (первичной и вторичной) и секция обмот ки подмагничивания постоянным током.

Все секции первичной обмотки соединены последовательно-согласно и подключены к источнику питания. Вторичные секции обмотки также соединены последовательно, но попарно встречно. Секции обмоток управления соответствующих пар магнитопроводов соединены последовательно-встреч.

2о но для исключения попадания переменной составляющей в цепи подмагничивания. При отсутствии подмагничивания напряжение

2 сети поровну распределяется между четырьмя секциями первичной обмотки, а вы- ходное напряжение равно нулю, так как секции. вторичной обмотки соединены парами последовательно-встречно. При подаче постоянного тока в одну из обмоток управления два соответствующих магнитопровода насыщаются и не участвуют в трансформации. Если постоянный ток подают в другую обмотку подмагничивания, насыщаются другие два магнитопровода. При насыщении любой пары магнитопроводов на выходе трансформатора появляется напряжение, причем его фаза меняется на

180о в зависимости от того, в какую из обмоток управления подан постоянный ток.

Для повышения быстродействия этого реверсикного трансформатора в нем предла-гается обмотки управления питать от ис1 точника постоянного тока с большим внутренним сопротивлением 313, Однако эта возможность повьппения быстродействия неизбежно обусловливает увеличение потерь энергии в цепях посто-

3 966761 4 янного тока, что для мощных силовых уст1- ройства, содержащей управляемые выпряройств неприемлемо. мители, соединенные параллельно, к,выхоНаиболее близкой к предлагаемой явля; ду постоянного тока которых подключена ется система подмагничивания постоянным одна из двух обмоток подмагничивания, током Управляемого ферромагнитного усг» 5 Устройство для ограничения перенапряжеройства, содержащая управляемые выпря- ний обмоток подмагничивания, блок управмители, соединенные параллельно, к выхо- ления выпрямителями, каждый из.выходов ду постоянного тока которых подключена которого соединен с управляющими электодна из двух обмоток подмагничивания, . родами вентилей одного из выпрямителей, устройство для ограничения перенапряже- 10 выйрямители включены встречно, а вторая ний обмоток подмагничивания, блок управ- обмотка подмагничивания включена паления выпрямителями, каждый из выходов Раллепьно пеРвой, пРичем, последователь-. жоторого соединен с управляющими электр но с каждой обмоткой подмагничивания родами вентилей одного из выпрямителей. дополнительно включен вентиль, полярность

B этом устпойстве для повышения быстро-15 которого согласна с полярностью соотдействия более рациональное примене- ° ветствующего выпрямителя, ние системы подмагничивания, содержащей Кроме того, с целью уменьшения влиядва управляемых выпрямителя (.абочий и ниЯ небаланса обмоток подмагничиваниЯ форсировочный) включенных параллельно, дополнительные вентили выполнены Управ.и объедйнен»ным выводам постоянного тока 20 ляемыми, управляющие электроды которых которых подключена-одна из обмоток под- подключены к соответствующему выходу магничивания управляемого ферромагнич блока Управления выпрямителями. ного устройства. Для защиты изоляции На фиг. 1 и2 представлена система подобмотки подмагничивания параллельно ей магничивания ферромагнитного устройства подключено устройство для ограничения >5 варианты. перенапряжений (например, в виде актив- Система включает (фиг. 1) четыре ного сопротивления). Работой выпрямите- сердечника 1 -4 реверсивного трансфорлей управляет блок управления. B устано- матора; секции 5 - 8 первичной обмотки вившемся рабочем режиме обмотка подмаг- трансформатора, соединенные последованичивания питается током от рабочего

30 тельно-согласно; секции 9 — 12 вторичвыпрямителя. При необходим ости увеличе- ной обмотки трансформатора, соединенные ния тока подмагничивания и ускорения пе- парами (9, 10 и 11, 12) последовательреходного процесса обмотка подмагничива - но-согласно, причем пары секций по отнония переключается на форсировочный выпря- шению друг к другу соединены последовамитель. При необходимости быстрого тельно-встречно; секции 13, 14 и 15, 16 уменьшения тока подмагничивания также

35 обмоток подмагничивания, соединенные паподключается форсировочный выпрямитель, рами последовательно-встречно для исклюкоторый блоком управления переводится в чения попадания переменного тока в цепи инверторный режим 2). подмагничивания, причем секции 13 и 14

Недостатком известной системы явля- образуют первую обмотку подмагничивания ется сложность конструкции, поскольку на трансформатора, а 15 и 16 - вторую уп40 каждую обмотку подмагничивания требует равляемые выпрямители 17 и 18, наприся по два управляемых выпрямителя (ра- мер тиристоры, выходы постоянного тока бочий и форсировочный), и повышенная которых объединены и подключены к перстоимость не только за счет удвоения вой и второй обмоткам подмагничивания, числа тиристоров, но и за счет того, что причем полярность выпрямителей противо45 тиристоры форсировочного выпрямителя положна; устройство 19 для ограничения выбираются на большую мощность, чем перенапряжений на обмотках подмагничи-. тиристоры рабочего выпрямителя. Следо- вания, например, в виде активного сопровательно, повышение быстродействия уст« тивления; блок 20 управления выпрямитеройства требует дополнительных затрат на 50 лями 17 и 18, каждый из двух выходов форсировочный выпрямитель, что ограни- которого связан с управляющими электрочено экономическими соображениями. дами одного из выпрямителей; дополнительЦель изобретения - упрощение. и повы- но вентили 21 и 22, соединенные послешение быстродействия управляемого ферро- довательно с первой и, второй обмотками магнитного .устройства. 55, подмагничивания соответственно, причем, Указанная цель достигается тем, что вентиль 21 включен согласно с выпрямив системе подмагничивания постоянным телем 17, а вентиль 22 - согласно с .тохом управляемого ферромагнитного уст- .выпрямителем 18. При отсутствии под5 966761 6 магничивания первичное напряжение U ния (секции 13 и 14), устройство для равномерно распределяется между секцию - ограничения перенапряжений 19 (например, ми первичной обмотки 5 - 8, а вторичное активное сопротивление) и вентиль 21. напряжение О равно нулю благодаря то- На устройстве 19 возникает заданная вему, что секции вторичной обмотки 13, 14 S личина перенапряжения, которая может реи 15, 16 соединены попарно последова- гулироваться, например, изменением велительно- согласно, а пары секций по отно- . чины сопротивления. Чем больше сопротившению друг к другу включены последова- ление, тем быстрее затухает ток Э„и тем тельно-встречно. Во втором варианте сис-, большее перенапряжение Ьозникает на темы подмагничивания (фиг. 2) вентили 3Ф сопротивлении. Это перенапряжение ока21 и 22 выполнены управляемыми (при- зывается приложенным ко второй обмотменены тиристоры). Причем, сигнал с од- ке подмагничивания (секции 15 и 16). ного выхода блока. управления 20, управ- Ток 3< не может мгновенно возрасти изляющий работой выпрямителя 17, одновре-: за значительной индуктивности второй обменно подают на вентиль 21, а сигнал с tS мотки подмагничивания, но скорость его другого выхода блока управления 20, уп- нарастания зависит от величины перенаравляюший работой выпрямителя 18, одно- пряжения на устройстве 19. Чем больше временно подают на электрод управления величина перенапряжения, тем быстрее вентиля 22. нарастает ток 3 во второй обмотке подСистема подмагничивания (фиг. 1) ра«20 магничивания. Таким образом, .увеличивая ботает следующим образом» величину активного сопротивления 19, усПри открытом сбстоянии тиристоров . коряются процессы затухания тока .) „в управляемого выпрямителя 17 первая об- . первой обмотке подмагничивания и нарасмотка подмагничивания (секции 13 и 14) тания тока Э во второй обмотке подмагчерез вентиль 21 обтекается постоянным 15 ничивания. током 3<, который насыщает сердечники . После закрытия тиристоров выпрямите1 и 2 трансформатора. Бервичное напряже- ля 17 подают управляющий сигнал с выние О„в атом случае прикладывается хода блока управления 20 на управляющие практически только к секциям 7 и 8 пер- электроды выпрямителя 18. После того, вичной обмотки, а вторичное напряжение 50 как в течение переходного процесса велиО равно сумме напряжений на секциях l l чина перенапряжения на устройстве 19 и 12. Если в открытом состоянии нахо- снижается до величины напряжения холосдятся тиристоры выпрямителя 18, то по- того хода открытого выпрямителя 18, тистоянным током 3 обтекается вторая об- ристоры выпрямителя 18 открываются и мотка подмагничивания (секцни 15 и 16) выпрямитель 18 начинает подпитывать

3S через вентиль 22. Первичное напряжение вторую обмотку подмагничивания. С те0 теперь прикладывается практически чением времени ток 3„через первую обтолько к секциям 5 и 6 первичной обмот- мотку подмагничивания падает до нуля; а ки, поскольку сердечники 3 и 4 насыщены. ток 31 достигает установившегося значеВторичное напряжение 0 равно сумме ния, необходимого для насыщения сердечнапряжений на секциях 9, и 10, причем ников 3 и 4. В установившемся режиме вектор вторичного напряжения О сменил ток от выпрямителя 18 не замыкается фазу на 180о по сравнению с первым рас» через первую обмотку подмагничивания, смотренным режимом, когда подмагничи- поскольку вентиль 21 включен встречвалась первая обмотка управления.

45 .но выпрямителю 18. Аналогично, в устаПредположим, что в исходном режиме новившемся режиме ток от выпрямителя подмагничивалась первая обмотка управле- 17 не протекает через вторую обмотку ния (секции 13 и 14). При необходимости подмагничивания, так как вентиль 22 вклюизменения фазы вторичного напряжения 0 чен встречно выпрямителю 17. на 180 снимают управляющий сигнал с Переходные процессы при снятии под50 электродов управления тиристоров выпря- магничивания d сердечников 3 и 4 и помителя 17. Поскольку обмотка подмагни- даче подмагничивания в сердечники 1 и 2 чивания представляет собой значительную протекают аналогично рассмотренным. Во индуктивность, то ток 3 не может мгно- всех случаях перенапряжение на устройвенно уменьшиться до нуля при отключе- . стве 19, возникающее при отключении однии выпрямителя 17. Поатому после за 5 ной обмотки подмагничивания, прикладыва«

5 крытия тиристоров выпрямителя 17 ток 3< ется к другой 6Бмоткв . подмагничивания, начинает затухать. по контуру, вклю». что ускоряет время переходного процесса, чающему первую обмотку подмагничива- т. е. повышается быстродействие управ7. 96676 ляемого ферромагнитного устройства, например реверсивного трансформатора. Причем; время переходного процесса регулируется параметрами устройства для огра- . ничения перенапряжений 19, например, пу- 5 тем изменения величины его активного сопротивления.

Обмотки подмагничивания управляемых ферромагнитных устройств, например, рас- . смотренного реверсивного трансформатора;19 выполняют из нескольких (двух) секций, расположенных на разных <, сердечниках ферромагнитного устройства или на раз-. ных стержнях его общего магнитопровода.

Для устранения попадания переменного М. тока в цепи управления эти секции соединены последовательно-встречно так, чтобы суммарное переменное напряжение на за- . жимах обмотки управления равнялось нулю.

Однако, такое равенство на практике труд-. 20 но достижимо, поскольку непременно существует некоторая неидентичность или сердечников, или стержней объединенного магнитопровода, или секций обмотки подмагничивания. Устранить эту нендентич- 25

О ность полностью практически невозможно, поэтому на зажимах обмотки подмагничивания неизбежно появляется некоторое пе» ременное напряжение небаланса, под воздействием которого через цепи постоянно-5й го тока циркулирует переменная составляющая тока. Ее устранение требует применения дополнительных устройств, например электрических фильтров, что усложняет устройство, увеличивает потери энергии в нем и ухудшает быстродействие. Этот недостаток устраняется в системе под-. магничивания постоянным током по фиг.2, .работа которой состоит в следующем.

Рассмотрим, например режим работы реверсивного трансформатора, когда выпрямитель 17 включен и первая обмотка подмагничивания (секции 13 и 14) обтекается постоянным током Э . Из-за йе- .. идентичности сердечников 3 и 4 на зажимах второй обмотки подмагничивания (секции 15 и 16) существует небаланс переменного напряжения. Однако ток через вторую обмотку подмагничивания под воз ° действием небаланса не протекает, посколь56 ку вентиль 22 закрыт (сигнал на его уп равляюший электрод не подан).

При необходимости снятия подмагничивания с сердечников 1 и 2 и подаче подмагничивания в сердечники 3 и 4 сигнал с управляющих электродов выпрямителя 17

55 и вентиля 21 снимают одновременно. Далфе одновременно подают сигнал с другого щихода блока управления 20 на управляю1 8 щие электроды выпрямителя 18 и вентиля 22. Переходный процесс протекает аналогично варианту на фиг. 1, с отличием, что после того, как затухающий ток через первую обмотку подмагничивания снижается до нуля, вентиль 2 1 закрывается (сигнал на управляющем электроде снят) и не пропускает далее ток небалан» са, который может возникнуть из-за нендентичности сердечников 1 и 2. Таким об-; разом, применение управляемых вентилей в цепях обмоток подмагничивания уменьша ет влияние возможного небаланса сердечников. 8 остальнбм система подмагничивания по фиг. 2 имеет те же свойства, что и по фиг. 1. В частности, повышение быстродействия может быть достигнуто увеличением величины активного сопротивления 19.

По сравнению с прототипом в данном изобретении достигается также упрощение за счет отказа от двух дополнительных форсировочных выпрямителей. Так, в про-. тотипе для управления реверсивным трансформатором с двумя обмотками подмагничивания необходимо наличие двух рабочих выпрямителей и двух форсировочных выпрямителей (по одному рабочему и одному форсировочному выпрямителю на каждую обмотку подмагничивання), в данной системе подмагничивания содержится только

1 два рабочих выпрямителя (по одному на каждую обмотку подмагничивания). Кроме того, упрощение. и снижение стоимости системы подмагничивания достигается не только путем уменьшения вдвое числа выпрямителей но и тем, что в прототипе тиристоры форсировочного выпрямителя выбираются на большую мощность, чем тиристоры рабочего выпрямителя.

Формула изобретения 1. система подмагничивания постоянным током управляемого ферромагнитного устройства, содержащая управляемые выпрямители, соединенные параллельно, к выходу постоянного тока которых подключена одна из двух обмоток подмагничива- ння,устройство для ограничении перенапряжений обмоток подмагничивания, блок управления выпрямителями, каждый из выходов которого соединен с управляющими электродами вентилей одного из выпрямителей, отл.ичаюшаяся тем, что, с целью упрощения и повышениябыс1 родействия, выпрямители включены встречно, а вторая обмотка подмагничивания

9 966761 10 включена параллельно первой, причем по-,ляюшие электроды которых подключены к следовательно с каждой обмоткой подмаг- соответствуюшему выходу.блока управленичивания дополнительно включен вентиль,,ния выпрямителями. полярность которого согласна с полярнос- . Источники информапии, тью соответствуюшего выпрямителя. 5 принятые во внимание при акснертиэе

2. Система подмагничивання по п. 1, 1. Аттура Г. Магнитные усилители. отличa þøаяс я тем, что, с ГЭИ, 1963,с. 129-130. целью уменьшения влияния небаланса об- 2. Эксплуатация турбогенераторов с моток подмагничивания, дополнительные,непосредственнам охлажденеим. М., вентили. выполнены управляемыми, управ- <й "Энергия, 1972, с. 302.

° 1 °

ВНИИПИ Заказ 7883/70 Тираж 761 Подписное

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