Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы и элементы теории автоматического регулирования напряжения в тяговом электроснабжении. Учебное пособие
.pdf
рр
рр
12
12
()
z zz
z zz
+⋅
0
22 2
22
α
где
−ρ =
(1 )
z
р
2
++
В формулах (2.10) и (2.11) принято: Z
.
α
и Zβ — полное соп ротивление
α
регулировочной и нерегулируемой частей сетевой (первичной) обмотки; Z
— полное сопротивление вентильной (вторичной) обмотки.
2
Вторичное напряжение трансформатора определяется из соотношения
.U U zI= −
(2.12)
T
В отличие от обычного преобразователя, в котором реактивное
коммутирующее сопротив ление х
цепи коммутации остается неиз-
а
менным, в рассматриваемом преобразовате ле его величина зависит
от степени намагничивания управляемых реакторов и определяется из выражения
1
x x xxx
где мх
− реактивное сопротивление нерегулируемой части сетевой
β
= + −ρ + +
a
k
(1 ) ,
β
2
ρ
pc
(2.13)
обмотки;
х2 − реактивное сопротивление вентильной обмотки;
хр2 − реактивное сопротивление УР2;
хс − реактивное сопротивление питающей сети.
Введение в первичную обмотку реактивных сопротивлений реакторов УР1 и УР2, входящих в р2(1 ) x−ρ , увеличивает коммутирующее
сопротивление ха и, как следствие, увеличивает угол коммутации тока
вентилей коммутирующей группы вентильных обмоток, что ведет к
снижению cos φ и коэффициента мощности.
Выпрямленное напряжение преобразователя рассчитывается по
формуле
где ∆U
в
= − − −ρ − −∆ −∆
U U I x x kIx U U
, ∆UВ − падение напряжения в активных сопротивлени ях схе-
R
{ }
d m dR
k
ρ
(1 )
ρ
c p cx a12
, (2.14)
B
k
мы и в вентилях;
, kсх − коэффициенты, определяемые схемой выпрямле ния.
k
в
Преобразователь с плавным бесконтакным регулированием напряжения, представленный на рис. 2.1, а, в пределах регулировочной зоны (рис. 2.4) позволяет получить внешние ав томатические
21
характеристики с различным уровнем стабилизации. Установлено,
что одна и та же автоматическая характеристи ка может быть получена
при различных соотношениях значений то ков управления управляемых реакторов. Следователь но, для заданной автоматической характеристики необходимо опре делить величины и соотношение токов
управления с целью получения наибольших значений коэффициента
мощности на всем диапазоне из менения нагрузки преобразователя.
Ud,
кВ
3,8
3,6
6
4
2
5
3
3,4
3,2
3,0
0 1 2
Рис. 2.4. Внешние характеристики регулируемого преобразователя:
1, 2 — естественные; 3—6 автоматические стабилизированные
1
Id, кА
Кроме того, угол коммутации вентилей, выпрямленное напряжение и коэффициент мощности преобразователя зависят от подмагничивания реакторов.
Из формул (2.13) и (2.14) следует, что максимальный коэффициент мощности преобразователя с регулированием выпрямленного
нап ряжения управляемыми реакторами имеет место при минимальных зна чениях сопротивленияр2(1 ) x−ρ .
Расчет оптимального по косинусу фи закона управления позволил установить следующую реализацию оптимального управления:
1. В режиме холостого хода реакторы УР1 и УР2 практически размагничены и на управление затрачивается минимальная мощ ность.
По мере роста тока нагрузки реактор УР2 намагничивается, а ток
управления УР1 изменяется незначительно.
2. Регулирование напряжения осуществляется подмагничиванием реактора УР2, а роль УР1 сводится в основном к ограничению
циркулирующего тока, что позволило заменить его на неуправляемый реактор НР1.
22
На рис. 2.1, б приведена принципиальная схема бесконтактного
РПН трансформатора с помощью уп равляемого и неуправляемого
реакторов, для которой соответствуют принцип действия и основные соотношения (2.7) − (2.14) схемы с двумя управляемыми реакторами, представленной на рис. 2.1, а.
Известные в настоящее время способы ступенчатого регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой РПН можно разделить на две основные группы: ступенчатое регулирование
напряжения контактное; ступенчатое регулирование напряжения
бесконтактное — тиристорное.
Вторичное напряжение U2 трансформатора изменяется при значительных отклонениях первичного напряжения U1 и изменении тока
нагрузки от нуля до номинальной величины.
В условиях эксплуатации возникает необходимость поддерживать
вторичное напряжение трансформатора постоянным или изменяющимся по определенному закону. Известно, что ЭДС обмотки равна
произведению ЭДС одного витка ew на число витков w.
При постоянном для данного трансформатора значении ew на практике получило регулирование напряжения изменением ступенями
числа витков первичной или вторичной обмоток. У силовых (головных) понизительных трансформаторов, работающих при значительных
отклонениях первичного напряжения U1, ответвления делают у первичной обмотки с целью поддержания постоянным отношения U1/w1.
Регулировочные ответвления располагают в средней части обмотки или в конце.
При переключении ответвлений обмотки под нагрузкой недопустим разрыв цепи тока трансформатора.
Схема переключения под нагрузкой с применением токоограничивающего реактора LR показана на рис. 2.5.
23
1
2
A
3
A
A
КМ1
КМ2
КМ1
КМ2
LR
U
1
LR
X
A
U
1
X
КМ2
КМ1
КМ2
КМ1
LR
U
LR
U
1
X
х
5
SAC2
х
2
х
1
SAC1
6
A
1
X
х
5
SAC2
х
2
SAC1
х
1
U
х
5
х
2
SAC 2
х
1
SAC1
1
КМ2
LR
X
х
5
х
2
SAC2
х
1
SAC1
КМ1
4
U
ц
1
КМ2
LR
КМ1
х
5
SAC2
х
2
х
I
1
SAC1
5
A
х
5
SAC2
х
2
X
х
1
SAC1
7
SAC2
SAC1
КМ2
КМ1
х
5
х
2
х
1
LR
A
U
1
X
Рис. 2.5. Принципиальная схема ступенчатого регулирования напряжения
трансформатора под нагрузкой с токоограничивающим реактором
24
Переход с одного ответвления (х1) на соседнее (х2) осуществляется
Uw
в порядке позиций 1-2-3-4-5-6-7. Перед размыканием контактов переключателей SAC1 и SAC2 производят отключение их от питающей
сети или от нагрузки выключателями КМ1 и КМ2. В промежуточной
позиции (4) циркулирующий ток Iц ограничен сопротивлением реактора LR. В крайних позициях (1 и 7) индуктивное сопротивление реактора близко к нулю, так как рабочий ток, протекая по параллельным цепям реактора в противоположных направлениях, не создает
магнитного потока в магнитопроводе реактора LR.
При переключении с ответвления х1 до х5 , т. е. с уменьшением числа витков w1 первичной обмотки напряжение холостого хода вторичной обмотки U20 увеличивается
UU
= = ⋅
20 2
— число витков вторичной обмотки.
где w
2
10 10
Kw
т
,
1
Внешние характеристики трансформатора с РПН, осуществляемого по схеме рис. 2.5, представлены на рис 2.6.
U
2
5
4
U
20
3
2
1
6
∆U
Рис. 2.6. Внешние характеристики трансформатора:
1, 2, 3, 4, 5 — естественные; 6 — автоматическая
Основные параметры преобразовательного трансформатора ТДРУНГ-20000/110 с переключающим устройством РНТ-13 представлены в табл. П.1.2 приложения П.1. Диапазон регулировании составляет ±4 х 2,5 % при ступени регулирования, равной ∆ U % = 2,5 %.
25
I
2
100
U
10
Для принятой ступени регулирования
U
изменяется относительно заданного стабилизированного напря-
2
U∆=
2,5
напряжение
жения на уровне напряжения U20 в пределах ±1,25 %.
Рассмотрим регулирование напряжения ступенями по 11 % в диапазоне регулирования напряжения холостого хода преобразовательного агрегата от 3500 В до 3995 В, т. е. по 55 В. Такое регулирование
можно было бы осуществить девятью регулировочными частями первичной обмотки, т. е. девятью отводами и, соответственно, девятью
контактами переключающего устройства.
Уменьшение числа отводов и контактов переключающего устройства можно добиться пофазным регулированием, позволяющим повысить напряжение ступени в 3 раза при 4-х отводах регулировочной
части в каждой фазе первичной обмотки.
a б
А
1
2
3
4
В
1
2
3
4
С
1
2
3
4
А
1
2
3
4
В
1
2
3
4
С
1
2
3
4
в г
А
1
2
3
4
В
1
2
3
4
Рис. 2.7. Схема механического поочередного переключения отводов
регулировочной части первичной обмотки трансформатора в схеме
С
1
2
3
4
пофазного регулирования
26
А
1
2
3
4
В
1
2
3
4
С
1
2
3
4
Для пофазного регулирования используется схема АВС, осуществ-
б
>>
<<
ляющая поочередное переключение регулировочных отводов первичной обмотки трехфазного трансформатора. Сначала переключается
одна фаза, например А, затем другая — В и далее третья — С. Если
переключающие устройства всех фаз находятся в одном положении
одновременно, например на отводах 1 или 2, т. е. число витков в фазах первичной обмотки одинаковое, то такое положение называется симметричным. В ином состоянии переключающего устройства
положение называется несимметричным. Переход из одного симметричного положения в другое симметричное положение называется
циклом переключения. Схема переключения фаз АВС неизменна во
всех циклах на всем диапазоне регулирования.
При несимметричном положении число витков одной из фаз
меньше или больше числа витков других фаз. Несимметрия числа
w
витков характеризуется коэффициентом несимметрии
Kw=
н
ф
где wф — число витков одной из фаз; wб — число витков одинаковых
для других двух фаз, называемых базовыми. В симметричном режиме Кн равен 1, в несимметричном режиме при
.
фб н
При неравных числах витков фаз первичной обмотки и симме-
1w wK
фб н
, а при
1w wK
тричном напряжении питающей сети в трансформаторе несколько искажаются магнитные потоки, напряжение, токи по амплитуде и фазе.
В трансформаторах для двенадцатифазной схемы преобразования
с соединением первичной обмотки в треугольник возможно применение пофазного регулирования напряжения с коэффициентом несимметрии 0,9—1,1, а при соединении в звезду 0,9—1,2.
,
В мировой практике работы по созданию тиристорных переключающих устройств (тиристорных регуляторов) ведутся по двум направлениям. Первое направление использует в коммутирующем контуре токоограничивающие элементы. Второе направление состоит
в разработке сложных схем управления переключением тиристорных
ключей в ответвлениях обмотки трансформатора с целью недопущения разрыва цепи рабочего тока трансформатора.
27
Схема переключающего устройства с токоограничивающим реактором LR показана на рис. 2.8.
х
LR
X
U
1
А
Рис. 2.8. Принципиальная схема с тиристорным РПН
с одной ступенью регулирования
VS1
VS2
1
х
2
U
2
Устройство состоит из двух тиристорных ключей VS1 и VS2. Каждый ключ образован двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно. Тиристорные ключи подключаются к отводам х1 и х2 регулировочной обмотки трансформатора.
Пусть в исходном состоянии открыт тиристорный ключ VS2,
а ключ VS1 закрыт. На выходе трансформатора напряжение холостого хода U20 максимальное. Для понижения напряжения подают импульсы управления на тиристорный ключ VS1 и снимают с тиристорного ключа VS2. Ток первичной обмотки трансформатора переходит
с тиристорного ключа VS2 на тиристорный ключ VS1.
За время переключения оба тиристорных ключа открыты, и в контуре, образованном тиристорными ключами и регулировочной обмоткой трансформатора, протекает циркулирующий ток Iц, ограниченный индуктивным сопротивлением реактора LR.
К недостаткам этой схемы следует отнести увеличение сопротивления агрегата за счет подключенного к трансформатору индуктивного сопротивления реактора при открытом тиристорном ключе VS1,
а также ограниченный диапазон регулирования. При увеличении диапазона снижается плавность регулирования напряжения.
Снижение сопротивления агрегата уменьшением индуктивного
сопротивления реактора может быть получено в схеме рис. 2.9.
28
VS 1
х
1
Х
А
Рис. 2.9. Принципиальная схема с тиристорным РПН
с включением реактора в контур ступени регулировочной обмотки
LR
U
х
VS 2
U
1
и тиристорных ключей
2
2
При открытом одном из тиристорных ключей VS1 или VS2 сопротивление реактора минимальное. При переключении, когда открыты оба тиристорных ключа, сопротивление реактора LR для цепи
циркулирующего тока по отношению к минимальному увеличивается в 4 раза.
В тиристорном переключающем устройстве РПН (см. рис. 2.8)
обмотка реактора рассчитана на длительное протекание номинального рабочего тока первичной обмотки трансформатора при открытом тиристорном ключе VS1. В схеме рис. 2.9 обмотки рассчитываются так же на длительное протекание половины номинального тока
первичной обмотки, но при минимальном сопротивлении реактора.
С целью упрощения схемы управления тиристорными ключами и
снижения мощности реактора на рис. 2.10 приведена схема тиристорного переключающего устройства РПН с параллельным подключением токоограничивающего реактора к одному из тиристорных ключей.
В схеме на рис. 2.10 токоограничивающий реактор включен параллельно тиристорному ключу VS1. Если необходимо переключиться
с отвода х1 трансформатора на отвод х2, то сначала снимаются импульсы управления с тиристорного ключа VS1. После закрытия тиристорного ключа VS1 ток протекает по реактору LR. Далее импульсы управления подаются на тиристорный ключ VS2. При обратном
переключении сначала импульсы управления снимаются с тиристорногоключа VS2. После его закрытия рабочий ток протекает через
29
реактор LR. Далее импульсы управления подаются на тиристорный
ключ VS1, который шунтирует реактор.
х
VS1
1
Х
VS 2
U
1
А
Рис. 2.10. Принципиальная схема тиристорного РПН трансформатора
с параллельным подключением реактора к тиристорному ключу
LR
U
х
2
Т
2
Недостаток данного устройства заключается в том, что при работе на отводе x2 в регулировочной обмотке трансформатора протекает циркулирующий ток.
В рассмотренных ранее (рис. 2.8−2.10) тиристорных РПН трансформатора сигналы управления подаются на тиристоры вне зависимости от направления тока и полярности напряжения. В результате появляются моменты времени, когда открыты оба тиристорных
ключа (вступающий в работу и выходящий из работы) и появляется ток циркуляции, для ограничения которых в схему включен токоограничивающий реактор. Однако выбором определенной последовательности подачи импульсов управления на тиристоры можно
избежать этого.
На рис. 2.11 приведено устройство, в котором в схему управления тиристорами (СУ) поступают сигналы от датчиков тока (ДТ) и
от датчика напряжения (ДН). Датчики тока подают сигнал в схему
СУ, где фиксируются моменты перехода тока через ноль и определение направления протекания тока из положительной части синусоиды в отрицательную и наоборот.
Датчик напряжения предназначен для определения полярности
приложенного напряжения. Переключение ответвлений трансфор-
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]