RU2052886C1

RU2052886C1 - Induction set uvar "with stepped change-over of turns of winding under load

Info

Publication number: RU2052886C1
Authority: RU
Inventors: Т.Х. Виннал; Ю.Ю. Теллинен; Я.Я. Ярвик; К. Янсон
Original assignee: Виннал Тоомас Хансович; Теллинен Юхани Юханиевич; Ярвик Яан Яанович; Янсон Куно
Priority date: 1991-01-03
Filing date: 1991-01-03
Publication date: 1996-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: induction set has main winding made in the form of two branches 4,5. Each of like leads-out of branches 4, 5 is connected through one of identical commutation systems 6,7 to leads of controlling winding 3. Other leads-out of branches 4,5 are tied up together and connected to lead 1 of external circuit. Controlling winding 3 is linked with extreme lead to lead of commutation system 6 or 7. By means of input contacts of selectors 16,17 and contactors 14, 15 connected in series intermediate leads 8,9,10,11 are linked to extreme leads of branches 4,5. With connection of selectors to one tap load current passes in one direction over both branches 4,5 linked in parallel. With transfer of commutation systems 6,7 from one tap to others and in case of long-duration operation when commutation systems 6,7 are connected to different taps of controlling winding 3 resistance necessary to limit circulation of current is formed which leads to reduced mass and size characteristics and increased reliability. EFFECT: reduced mass and size characteristics and increased reliability of operation of set. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и энергетике и может быть использовано в реакторах, автотрансформаторах и трансформаторах, когда требуется ступенчато изменять число витков их обмоток под нагрузкой. The invention relates to electrical engineering and energy and can be used in reactors, autotransformers and transformers when it is required to stepwise change the number of turns of their windings under load.

Известны индукционные аппараты со встроенным ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой, содержащие регулировочную обмотку с ответвлениями и токоограничивающие элементы, подключенные к ответвлениям через две контактирующие системы. В качестве токоограничивающих элементов используют реактор или резисторы [1]
Недостатком данных аппаратов являются сложность конструкции из-за использования специальных токоограничивающих элементов, увеличенные массогабаритные показатели из-за наличия дополнительного реактора и жесткие требования к быстродействию и надежности контактирующих систем при использовании резисторов во избежание их перегрева.Known induction devices with built-in step-wise switching of the windings under load, containing an adjustment winding with branches and current-limiting elements connected to the branches through two contacting systems. As current-limiting elements use a reactor or resistors [1]
The disadvantage of these devices is the design complexity due to the use of special current-limiting elements, increased weight and size indicators due to the presence of an additional reactor, and stringent requirements for the speed and reliability of contacting systems when using resistors in order to avoid their overheating.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является индукционный аппарат со ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой [2] Он содержит основную обмотку, подключенную к одному из выводов для подключения внешней цепи, регулировочную обмотку, имеющую промежуточные выводы ступеней регулирования. Изменением суммарного числа витков этих обмоток осуществляется регулирование напряжения трансформатора или тока реактора. Регулировочная обмотка крайним выводом подключена к другому выводу для подключения внешней цепи. Промежуточные выводы посредством двух коммутирующих систем и токоограничивающего реактора связаны с основной обмоткой. Каждая коммутирующая система содержит входной подвижный контакт избирателя для выбора промежуточного вывода и контактор для отключения тока в цепи избирателя при переходе подвижных контактов с одного вывода на другой. Выходными контактами коммутирующие системы соединены с токоограничивающим реактором, средний вывод которого подключен к основной обмотке. Токоограничивающий реактор ограничивает ток в переключаемой части обмотки при переводе тока нагрузки с одного промежуточного вывода на другой, а также при длительной работе, когда избиратели подключены к разным выводам. При этом величина циркулирующего тока определяется напряжением ступени и индуктивным сопротивлением реактора. The closest to the invention in technical essence and the achieved effect is an induction apparatus with stepwise switching of the windings under load [2]. It contains a main winding connected to one of the terminals for connecting an external circuit, an adjustment winding having intermediate terminals of the regulation steps. By changing the total number of turns of these windings, the voltage of the transformer or the current of the reactor is regulated. The control winding of the extreme terminal is connected to another terminal to connect an external circuit. Intermediate outputs through two switching systems and a current-limiting reactor are connected to the main winding. Each switching system contains an input movable contact of the selector for selecting an intermediate output and a contactor for disconnecting the current in the circuit of the selector when moving movable contacts from one output to another. The output contacts of the switching system are connected to a current-limiting reactor, the middle output of which is connected to the main winding. The current-limiting reactor limits the current in the switched part of the winding when transferring the load current from one intermediate output to another, as well as during continuous operation, when the voters are connected to different terminals. The magnitude of the circulating current is determined by the voltage of the stage and the inductance of the reactor.

Недостатком этого аппарата является его сложность из-за использования специального токоограничивающего реактора, имеющего значительные массогабаритные показатели. The disadvantage of this apparatus is its complexity due to the use of a special current-limiting reactor having significant overall dimensions.

Аппараты, выполненные по подобной схеме, могут иметь значение ступени регулирования до 5.10% так как при увеличении значения ступени необходимо увеличение сопротивления токоограничивающего реактора, что вызывает увеличение габаритов реактора, всего аппарата в целом и его стоимости. Apparatuses made according to a similar scheme can have a control step value of up to 5.10% since with an increase in the step value it is necessary to increase the resistance of the current-limiting reactor, which causes an increase in the dimensions of the reactor, the entire apparatus and its cost.

Специфика работы некоторых видов электротехнологического оборудования требует от индукционных аппаратов со ступенчатым регулированием витков обмотки ступеней регулирования до 25% и глубины до 5 раз. Габариты токоограничивающего реактора пропорционально зависят от величины ступени, и при значении ее 5% от номинального установленная мощность реактора составляет примерно 5% от мощности аппарата. При увеличении ступени до 25% от номинального установленная мощность возрастает до 25%
Если диапазон регулирования обеспечивать ступенями 5.10% от номинального, то это приводит, кроме наличия токоограничивающего реактора, еще и к увеличению контактирующей системы. В условиях жестких режимов работы электротехнологического оборудования уменьшается надежность аппаратов.The specifics of the operation of certain types of electrotechnological equipment requires induction devices with step-by-step regulation of windings of the windings of regulation steps up to 25% and depth up to 5 times. The dimensions of the current-limiting reactor are proportionally dependent on the value of the stage, and at a value of 5% of the nominal installed capacity of the reactor is approximately 5% of the capacity of the apparatus. When the step increases to 25% of the nominal installed power increases to 25%
If the control range is provided in steps of 5.10% of the nominal, then this leads, in addition to the presence of a current-limiting reactor, to an increase in the contacting system. Under severe operating conditions of electrotechnological equipment, the reliability of the apparatus decreases.

Целью изобретения является упрощение и уменьшение массогабаритных показателей индукционных аппаратов со ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой. The aim of the invention is to simplify and reduce the overall dimensions of induction apparatus with stepwise switching of the windings under load.

Цель достигается тем, что в индукционном аппарате со ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой, содержащем основную обмотку, подключенную к одному из выводов для подключения внешней цепи, регулировочную обмотку с промежуточными выводами, подключенную одним из выводов к другому выводу для подключения внешней цепи, две коммутирующие системы, входные контакты которой выполнены с возможностью подключения к выводам регулировочной обмотки, основная обмотка выполнена в виде двух ветвей, каждый из первых одноименных выводов которых соединен с выходным контактом соответствующей коммутирующей системы, и их другие выводы соединены с выводом для подключения внешней цепи. The goal is achieved in that in an induction apparatus with step-wise switching of the winding turns under load, containing a main winding connected to one of the terminals for connecting an external circuit, an adjustment winding with intermediate leads connected to one of the terminals to another terminal for connecting an external circuit, two switching system, the input contacts of which are made with the ability to connect to the terminals of the regulating winding, the main winding is made in the form of two branches, each of the first terminals of the same name ryh connected to the output terminal of the corresponding switching systems, and their other terminals are connected to a terminal for an external circuit.

На фиг.1 приведена схема индукционного аппарата UVAR, когда коммутирующие системы подключены к разным ответвлениям регулировочной обмотки; на фиг. 2 принципиальная схема аппарата, когда коммутирующие системы выполнены с одним контактором и одним подвижным избирателем и изображены в положении подключения к одному ответвлению; на фиг.3 принципиальная схема аппарата, когда контактирующие системы выполнены на контакторах и изображены в положении подключения к одному ответвлению. Figure 1 shows a diagram of the UVAR induction apparatus when the switching systems are connected to different branches of the regulating winding; in FIG. 2 is a schematic diagram of the apparatus when the switching systems are made with one contactor and one movable selector and are depicted in the position of connection to one branch; figure 3 is a schematic diagram of the apparatus when the contacting systems are made on the contactors and are depicted in the position of connection to one branch.

Индукционный аппарат UVAR со ступенчатым переключением обмотки под нагрузкой содержит выводы 1, 2 внешней цепи, регулировочную обмотку 3, крайний отвод которой подключен к выводу 2, и основную обмотку, выполненную в виде двух ветвей 4, 5. Каждый из одноименных концов ветвей 4, 5 через соответствующую коммутирующую систему 6, 7 соединяется с одним из промежуточных выводов 8, 9, 10, 11 регулировочной обмотки 3. Другие два конца частей 4, 5 соединены вместе к выводу 1. Коммутирующие системы 6. 7 имеют выходные выводы 12, 13 и входные контакты, выполненные с возможностью коммутации с выводами 8, 9, 10, 11. Каждая коммутирующая система 6 (7) может быть выполнена из последовательно соединенных контактора 14 (15) и подвижных контактов избирателя 16 (17), связанного с контактами промежуточных выводов 8, 9, 10, 11. Избиратели 16, 17 предназначены для выбора обесточенными подвижными контактами промежуточных выводов обмотки 3, а контакторы 14, 15 для отключения тока в цепи избирателей 16, 17 при переходе подвижных контактов с одного промежуточного вывода на другой. The UVAR induction apparatus with stepwise switching of the winding under load contains terminals 1, 2 of the external circuit, an adjustment winding 3, the outermost tap of which is connected to terminal 2, and the main winding made in the form of two branches 4, 5. Each of the same ends of branches 4, 5 through the appropriate switching system 6, 7 is connected to one of the intermediate terminals 8, 9, 10, 11 of the adjustment winding 3. The other two ends of parts 4, 5 are connected together to terminal 1. The switching systems 6. 7 have output terminals 12, 13 and input contacts made with possible switching commutations with terminals 8, 9, 10, 11. Each switching system 6 (7) can be made of series-connected contactor 14 (15) and movable contacts of the selector 16 (17) connected to the contacts of the intermediate terminals 8, 9, 10, 11. Voters 16, 17 are designed to select de-energized moving contacts of the intermediate terminals of the winding 3, and contactors 14, 15 to turn off the current in the circuit of voters 16, 17 when moving the contacts from one intermediate output to another.

Другой вариант выполнения коммутирующих систем 6, 7 предусматривает использование группы контакторов 18, 19, 20, 21 и 22, 23, 24, 25 для непосредственного подключения одноименных концов ветвей 4, 5 к ответвлениям обмотки 3. Another embodiment of switching systems 6, 7 involves the use of a group of contactors 18, 19, 20, 21 and 22, 23, 24, 25 to directly connect the same ends of the branches 4, 5 to the branches of the winding 3.

Индукционный аппарат со ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой работает следующим образом. Induction apparatus with a stepwise switching of the turns of the winding under load is as follows.

Например, в начальном положении оба одноименных конца ветвей 4, 5 обмотки через соответствующую им коммутирующую систему 6, 7 подключены к выводу 9. Ток нагрузки проходит по обеим параллельно подключенным одинаковым ветвям 4, 5 в одном направлении. Для переключения ступени под нагрузкой коммутирующая система, например 6 размыкает конец ветви 4 с выводом 9 (ток нагрузки проходит от зажима 1 по ветви 5, выходному контакту 13 коммутирующей системы 7, выводу 9, обмотке 3 к выводу 2 внешней цепи) и замыкает с выводом 10. В этом промежуточном положении, когда коммутирующие системы 6, 7 подключают одноименные концы ветвей 4. 5 к разным промежуточным выводам 9, 10, образуется контур тока (фиг.1): 10-12-4-5-13-9-10. Источником напряжения в этом контуре является часть обмотки 3 между выводами 9, 10. Встречно-последовательное включение ветвей 4, 5 в этом контуре создает необходимое сопротивление для ограничения циркулирующего тока. В этом положении далее коммутирующая система 7 размыкает конец ветви 5 с выводом 9, обрывая тем самым циркулирующий ток (ток нагрузки проходит от вывода 1 по ветви 4, выходному контакту 12 коммутирующей системы 6, выводу 10, обмотке 3 к выводу 2), и замыкает с выводом 10. Этим цикл ступенчатого переключения витков обмотки заканчивается. For example, in the initial position, both ends of the same name of the branches 4, 5 of the winding through the corresponding switching system 6, 7 are connected to terminal 9. The load current passes through both parallel connected identical branches 4, 5 in one direction. To switch the stage under load, the switching system, for example, 6 opens the end of branch 4 with terminal 9 (the load current passes from terminal 1 along branch 5, output terminal 13 of switching system 7, terminal 9, winding 3 to terminal 2 of the external circuit) and closes with terminal 10. In this intermediate position, when the switching systems 6, 7 connect the same ends of the branches 4. 5 to different intermediate terminals 9, 10, a current loop is formed (Fig. 1): 10-12-4-5-13-9-10 . The voltage source in this circuit is part of the winding 3 between terminals 9, 10. The counter-series connection of branches 4, 5 in this circuit creates the necessary resistance to limit the circulating current. In this position, then the switching system 7 opens the end of branch 5 with terminal 9, thereby breaking off the circulating current (the load current passes from terminal 1 along branch 4, output terminal 12 of switching system 6, terminal 10, winding 3 to terminal 2), and closes with the conclusion 10. This completes the cycle of stepwise switching of the turns of the winding.

При выполнении коммутирующей системы из последовательно соединенных контактора и избирателя (фиг.2) ступенчатое переключение витков осуществляется следующим образом. Напримеp, оба одноименных конца ветвей 4, 5 подключены к выводу 9 (контакторы 14, 15 замкнуты, подвижные контакты избирателей 16, 17 соединены с выводом 9). Ток нагрузки проходит по обеим параллельно подключенным ветвям 4, 5 в одном направлении. Размыкается контактор 14, ток нагрузки проходит от вывода 1 по ветви 5, выходный контакт 13, контактор 15, избиратель 17, вывод 9, вывод 2. Избиратель 16 в бестоковом положении размыкается с выводом 9 и замыкается на вывод 10, после этого контактор 14 опять замыкается. Образуется для циркулирующего тока ступени контур: 10-16-14-12-4-5-13-15-17-9-10. Источником напряжения в этом контуре является часть обмотки 3 между выводами 9, 10. Встречно-последовательное включение ветвей 4, 5 в этом контуре создает необходимое сопротивление для ограничения циркулирующего тока, который накладывается на ток нагрузки. Далее размыкается контактор 15, обрывая циркулирующий ток, ток нагрузки проходит от вывода 1 по ветви 4, выходной контакт 12, контактор 14, избиратель 16, вывод 10, обмотка 3, вывод 2. Избиратель 17 в бестоковом положении размыкается с выводом 9 и замыкается на вывод 10. Затем контактор 15 снова замыкается. Этим цикл ступенчатого переключения витков обмотки заканчивается. When performing a switching system from a series-connected contactor and a selector (figure 2), the stepwise switching of the turns is as follows. For example, both ends of the same branches 4, 5 are connected to terminal 9 (the contactors 14, 15 are closed, the movable contacts of the voters 16, 17 are connected to terminal 9). The load current passes through both parallel connected branches 4, 5 in one direction. The contactor 14 is opened, the load current passes from terminal 1 along the branch 5, the output contact 13, the contactor 15, the selector 17, terminal 9, terminal 2. The selector 16 in the currentless position opens with terminal 9 and closes to terminal 10, after which the contactor 14 again closes. For the circulating current of the stage, a loop is formed: 10-16-14-12-4-5-13-15-17-9-10. The voltage source in this circuit is part of the winding 3 between terminals 9, 10. The counter-series connection of branches 4, 5 in this circuit creates the necessary resistance to limit the circulating current that is superimposed on the load current. Next, the contactor 15 opens, breaking off the circulating current, the load current passes from terminal 1 along the branch 4, output contact 12, contactor 14, selector 16, terminal 10, winding 3, terminal 2. The selector 17 in the current position opens with terminal 9 and closes to pin 10. Then, the contactor 15 closes again. This completes the cycle of step switching of the windings.

При выполнении коммутирующей системы с использованием группы контакторов, непосредственно подключающих одноименные концы ветвей 4, 5 к промежуточным выводам обмотки 3, переключение витков обмотки под нагрузкой осуществляется следующим образом (фиг.3). Например, оба одноименных конца ветвей 4, 5 подключены контакторами 19, 23 к выводу 9, Ток нагрузки проходит по обеим параллельно подключенным ветвям 4, 5 в одном направлении. Первым, например, размыкается контактор 19, ток нагрузки проходит по цепи 1-5-13-23-9-2. Замыкается контактор 20, подключающий конец ветви 4 к выводу 10. Образуется для циркулирующего тока ступени контур: 10-20-12-4-5-13-23-9-10. Встречно-последовательное включение ветвей 4, 5 в этом контуре создает необходимое сопротивление для ограничения циркулирующего тока, который накладывается на ток нагрузки. Далее размыкается контактор 23, обрывая циркулирующий ток. Ток нагрузки проходит по цепи: 1-4-12-20-10-2. Замыкается контактор 24, подключающий конец ветви 5 к выводу 10. Этим цикл переключения витков обмотки индукционного аппарата заканчивается. When performing a switching system using a group of contactors directly connecting the same ends of the branches 4, 5 to the intermediate terminals of the winding 3, switching the turns of the winding under load is as follows (Fig.3). For example, both ends of the same branches 4, 5 are connected by contactors 19, 23 to terminal 9, the load current flows through both parallel connected branches 4, 5 in one direction. The first, for example, opens the contactor 19, the load current passes through the circuit 1-5-13-23-9-2. The contactor 20 is closed, connecting the end of the branch 4 to terminal 10. A circuit is formed for the circulating current of the stage: 10-20-12-4-5-13-23-9-10. The counter-series connection of branches 4, 5 in this circuit creates the necessary resistance to limit the circulating current, which is superimposed on the load current. Next, the contactor 23 opens, breaking off the circulating current. The load current passes through the circuit: 1-4-12-20-10-2. The contactor 24 is closed, connecting the end of the branch 5 to terminal 10. This completes the cycle of switching the turns of the windings of the induction apparatus.

Технико-экономические преимущества предлагаемого индукционного аппарата обусловлены значительным упрощением, уменьшение массогабаритных показателей, повышением надежности. Отпадает необходимость в специальном токоограничивающем реакторе, появляется возможность при этом выполнить регулировочную обмотку в реакторах, автотрансформаторах, трансформаторах с большими ступенями переключаемых витков обмотки до 25% и обеспечить, например, глубину регулирования четырьмя ступенями на выпускаемых промышленностью трансформаторах. Предельное значение ступени определяется напряжением короткого замыкания ветвей обмотки. При его большем значении можно в предлагаемом устройстве получить и ступени 35.40% При этом переключение протекает без чрезмерного увеличения циркулирующего тока, повышается надежность, а габариты магнитопровода и обмоток индукционного аппарата остаются практически такими же, как и габариты прототипа. При малых ступенях (до 5% от номинального) индукционный аппарат может постоянно работать в режиме, когда коммутирующие системы подключены к разным промежуточным выводам. Такое положение соответствует самостоятельной ступени переключения, при котором напряжение регулировочной обмотки равно среднему арифметическому от напряжения подключенных ступеней. При этом величина циркулирующего тока не превышает 0,21 номинального тока. В процессе коммутации и при постоянной работе в этом режиме такой циркулирующий ток не оказывает заметного влияния на температурный режим индукционного аппарата. Таким образом, повышается надежность и отсутствуют требования к быстродействию устройства. Ступень регулирования (5%) при таком режиме работы примерно в 2 раза больше, чем у прототипа. Уменьшение количества ступеней переключения витков в связи с получением значения ступени до 25% от номинального позволяет выполнить коммутирующие системы без избирателей и приводного механизма к ним, только на одних контакторах (фиг.3). Это также упрощает и снижает массогабаритные показатели индукционного аппарата. The technical and economic advantages of the proposed induction apparatus are due to significant simplification, a decrease in overall dimensions, and an increase in reliability. There is no need for a special current-limiting reactor, it becomes possible to carry out the adjustment winding in reactors, autotransformers, transformers with large steps of switched winding turns up to 25% and provide, for example, a four-step regulation depth on transformers manufactured by the industry. The limit value of the stage is determined by the voltage of the short circuit of the branches of the winding. With its greater value, it is possible to obtain steps of 35.40% in the proposed device. In this case, the switching proceeds without an excessive increase in the circulating current, reliability increases, and the dimensions of the magnetic circuit and windings of the induction apparatus remain almost the same as the dimensions of the prototype. At small steps (up to 5% of the nominal), the induction apparatus can constantly work in the mode when the switching systems are connected to different intermediate outputs. This position corresponds to an independent switching stage at which the voltage of the control winding is equal to the arithmetic average of the voltage of the connected stages. The value of the circulating current does not exceed 0.21 of the rated current. In the process of switching and with constant operation in this mode, such a circulating current does not significantly affect the temperature regime of the induction apparatus. Thus, the reliability is increased and there are no requirements for the speed of the device. The degree of regulation (5%) with this mode of operation is approximately 2 times greater than that of the prototype. The reduction in the number of stages of switching the turns in connection with obtaining the value of the stage to 25% of the nominal allows you to perform switching systems without voters and the drive mechanism for them, only on the contactors (figure 3). It also simplifies and reduces the overall dimensions of the induction apparatus.

Предлагаемый индукционный аппарат UVAR может широко использоваться в электротехнологическом оборудовании, когда по условиям технологического режима не допускается перерыв в электроснабжении или ресурс коммутирующих аппаратов не позволяет частого снятия питания для осуществления переключения со снятием напряжения. The proposed UVAR induction apparatus can be widely used in electrotechnological equipment, when, according to the conditions of the technological mode, an interruption in power supply is not allowed or the resource of the switching devices does not allow frequent power off to carry out switching with voltage relief.

Claims

An induction apparatus with step-wise switching of the winding turns under load, comprising a main winding connected to one of the terminals for connecting an external circuit, an adjustment winding with intermediate terminals, connected by one of the terminals to another terminal for connecting an external circuit, two switching systems, the input contacts of which are made with the ability to connect to the conclusions of the adjustment winding, characterized in that, in order to simplify and reduce the overall dimensions, the main winding is made in the form two branches, each of the first terminals of like which is connected to the output terminal of the corresponding switching systems and their other terminals are united.