RU2178228C2 - Система электроснабжения - Google Patents

Система электроснабжения Download PDF

Info

Publication number
RU2178228C2
RU2178228C2 RU99120860A RU99120860A RU2178228C2 RU 2178228 C2 RU2178228 C2 RU 2178228C2 RU 99120860 A RU99120860 A RU 99120860A RU 99120860 A RU99120860 A RU 99120860A RU 2178228 C2 RU2178228 C2 RU 2178228C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transformer
winding
transformers
windings
compensation
Prior art date
Application number
RU99120860A
Other languages
English (en)
Other versions
RU99120860A (ru
Inventor
Ю.Я. Максимов
А.А. Ревин
Original Assignee
Курский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Курский государственный технический университет filed Critical Курский государственный технический университет
Priority to RU99120860A priority Critical patent/RU2178228C2/ru
Publication of RU99120860A publication Critical patent/RU99120860A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2178228C2 publication Critical patent/RU2178228C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Использование: в электроснабжении. Система электроснабжения состоит из питающей электрической сети, линии электропередачи, двух трансформаторов. Их первичные обмотки соединены параллельно и подключены к двум секциям распределительного устройства. К ним через коммутационные аппараты подключены электродвигатели и резкопеременная нагрузка таким образом, что электродвигатели и резкопеременная нагрузка оказываются подключенными к двум последовательно и встречно соединенным вторичным обмоткам: основной вторичной обмотке одного трансформатора и компенсационной обмотке другого трансформатора. Технический результат заключается в стабилизации напряжения на сборных шинах, ограничении пусковых токов при включении электрических двигателей в сеть. 6 ил. , 1 табл.

Description

Изобретение относится к области электротехники и электроснабжения.
Известно устройство [1] для электроснабжения переменным током, содержащее две группы потребителей, подключенных каждая пофазно к одноименным концам вторичной обмотки трансформатора, соединенной в треугольник через пофазно включенные резонансные токоограничивающие устройства, и два вольтдобавочных трансформатора, первичные обмотки которых соединены встречно и включены в цепь питания одной из групп потребителей, а вторичные обмотки подключены к линейным выводам разных групп потребителей.
Однако данное устройство обеспечивает токоограничение, переключая обмотки со "звезды" на "треугольник" только при коротком замыкании, и не функционирует при пусках крупных электродвигателей и других нагрузках. Использование в схеме одного понизительного трансформатора в случае выхода его из строя приводит к перерыву электроснабжения потребителей. Применение сравнительно больших емкостей обуславливает дороговизну устройства, а использование явления резонанса требует больших трудозатрат, связанных с настройкой LC-контуров, и приводит к значительному увеличению напряжения на элементах схемы.
Наиболее близкой по технической сущности к предложенной системе является система электроснабжения [2] , содержащая два отдельных трансформатора с разными группами соединения, первичные обмотки которых подключены к питающей сети, электрические машины, фазные выводы которых через коммутационные аппараты подключены к вторичной обмотке одного трансформатора, а их нулевые выводы посредством коммутационных аппаратов подключены к вторичной обмотке другого трансформатора или к другой расщепленной обмотке того же трансформатора, закорачивающий коммутационный аппарат, установленный со стороны нулевых выводов электрических машин. С целью ограничения пусковых токов при включении электрических машин в сеть группы соединения трансформаторов выбраны из условия получения результирующего вектора напряжения, создаваемого вторичными обмотками трансформаторов, соответствующего номинальному напряжению электрических машин, а номинальное напряжение по крайней мере одной из вторичных обмоток трансформаторов в отдельности выбрано меньшим номинального напряжения электрических машин.
Однако применение этого способа ограничено тем. что трансформаторы служат только для пуска электрических машин, при этом всего один из двух трансформаторов является пусковым и нет взаимозаменяемости. В системе электроснабжения осложнены стабилизация напряжения на сборных шинах и пуск электрических двигателей.
Технической задачей данного изобретения является стабилизация напряжения на сборных шинах, ограничение пусковых токов при включении электрических двигателей в сеть, упрощение их пуска.
Предлагаемая система электроснабжения содержит электрическую питающую сеть, линию электропередачи, два трансформатора, первичные обмотки которых соединены параллельно и подключены к питающей линии. а их вторичные обмотки подключены к двум секциям распределительного устройства, к которым через коммутационные аппараты подключены электродвигатели и резкопеременная нагрузка таким образом, что электродвигатели и резкопеременная нагрузка подключены к двум последовательно и встречно соединенным обмоткам: вторичной обмотке одного трансформатора и компенсационной обмотке другого трансформатора. Для стабилизации напряжения трансформаторы выполнены таким образом, что число витков основных вторичных обмоток в два раза больше числа витков компенсационных обмоток. Пуск двигателя осуществляется от одного из трансформаторов при стабильном напряжении на сборных шинах другого трансформатора.
Схема системы электроснабжения показана на фиг. 1. Схема электроснабжения состоит из электрической питающей сети С, линии электропередачи (ЛЭП), показанной в виде сопротивления
Figure 00000002
силовых трансформаторов 1T и 2Т, нагрузок, показанных в виде сопротивлений
Figure 00000003
Первичные обмотки с количеством витков W1Т и W2Т трансформаторов 1T и 2Т соответственно соединены параллельно и через сопротивление линии
Figure 00000004
подключены к питающей сети С. К первичным обмоткам трансформаторов приложено напряжение U1. В начале ЛЭП приложено напряжение системы Uc.
Вторичные основные обмотки с количеством витков W11 и W21 и компенсационные обмотки с количеством витков W12 и W22 трансформаторов 1T и 2Т соответственно включены по схеме "зигзаг", и к ним последовательно подключены сопротивления нагрузок
Figure 00000005
Начала обмоток на схеме обозначены звездочками (*).
Схема "зигзаг" предполагает встречное включение вторичных основных обмоток и компенсационных обмоток соседних трансформаторов. То есть основная вторичная обмотка трансформатора 1T подключена последовательно и встречно с компенсационной обмоткой соседнего трансформатора 2Т, а основная вторичная обмотка трансформатора 2Т подключена последовательно и встречно с компенсационной обмоткой трансформатора 1T.
На Фиг. 2,3 показаны векторные диаграммы токов и напряжений трансформатора 1T, соответствующие нормальному режиму работы трансформаторов (Фиг. 2) и режиму работы трансформаторов при коротком замыкании на нагрузке
Figure 00000006
(Фиг. 3).
На векторных диаграммах приняты следующие обозначения:
r1Т - активное сопротивление первичной обмотки трансформатора 1T;
х1Т - реактивное сопротивление первичной обмотки трансформатора 1T;
r11 - активное сопротивление основной вторичной обмотки трансформатора 1T;
х11 - реактивное сопротивление основной вторичной обмотки трансформатора 1T;
r22 - активное сопротивление компенсационной обмотки трансформатора 2Т;
х22 - реактивное сопротивление компенсационной обмотки трансформатора 2Т;
Е1 - электродвижущая сила (ЭДС), наводимая в первичной обмотке трансформатора 1T основным магнитным потоком Ф1 трансформатора 1T;
Е11 - ЭДС, наводимая в основной вторичной обмотке трансформатора 1T магнитным потоком Ф1Т, обусловленным током первичной обмотки трансформатора 1T;
Е22 - ЭДС, наводимая в компенсационной обмотке трансформатора 2Т основным магнитным потоком Ф2, трансформатора 2Т;
Figure 00000007
- ЭДС, наводимая в основной вторичной обмотке трансформатоpa 1T магнитным потоком Ф12, обусловленным током компенсационной обмотки трансформатора 1T;
Figure 00000008
- напряжение на нагрузке
Figure 00000009
;
I1 - ток в первичной обмотке трансформатора 1T;
I01 - намагничивающий ток первичной обмотки трансформатора 1T;
Figure 00000010
- ток основной вторичной обмотки трансформатора 1T, приведенный к первичной обмотке;
Figure 00000011
- ток компенсационной обмотки трансформатора 1T, приведенный к первичной обмотке;
Figure 00000012
- намагничивающий ток компенсационной обмотки трансформатора 1T, приведенный к первичной обмотке;
E11K - ЭДС, наводимая в основной вторичной обмотке трансформатора 1T магнитным потоком Ф1TK, обусловленным током первичной обмотки трансформатора 1T при коротком замыкании на нагрузке
Figure 00000013
;
E22K - ЭДС, наводимая в компенсационной обмотке трансформатора 2Т основным магнитным потоком Ф2 трансформатора 2Т при коротком замыкании на нагрузке
Figure 00000014
;
E'11K - ЭДС, наводимая в основной вторичной обмотке трансформатора 1T магнитным потоком Ф12K, обусловленным током компенсационной обмотки трансформатора 1T при коротком замыкании на нагрузке
Figure 00000015
;
I1K - ток в первичной обмотке трансформатора 1T при коротком замыкании на нагрузке
Figure 00000016
;
На Фиг. 4 показана схема замещения трансформатора 1T, coстоящая из следующих элементов:
Figure 00000017
- комплексное сопротивление первичной обмотки трансформатора 1T;
Figure 00000018
- комплексное сопротивление шунта намагничивания первичной обмотки трансформатора 1T;
Figure 00000019
- комплексное сопротивление шунта намагничивания компенсационной обмотки трансформатора 1T, приведенной к первичной обмотке;
Figure 00000020
- комплексное сопротивление компенсационной обмотки трансформатора 1T, приведенной к первичной обмотке;
Figure 00000021
- комплексное сопротивление основной вторичной обмотки трансформатора 1Т, приведенной к первичной обмотке;
Figure 00000022
- комплексное сопротивление компенсационной обмотки трансформатора 2Т, приведенной к первичной обмотке;
Figure 00000023
- комплексное сопротивление компенсационной нагрузки, приведенное к первичной обмотке;
На схеме замещения указаны следующие напряжения:
U1 - напряжение, приложенное к первичным обмоткам трансформаторов;
Figure 00000024
- напряжение на основной вторичной обмотке трансформатора 1T, приведенной к первичной обмотке;
Figure 00000025
- напряжение на компенсационной обмотке трансформатора 1T, приведенной к первичной обмотке;
Figure 00000026
- напряжение на нагрузке
Figure 00000027
, приведенной к первичной обмотке трансформатора 1T.
На Фиг. 5 показана однолинейная схема электроснабжения. На схеме приняты следующие обозначения:
Figure 00000028
- резкопеременная нагрузка, подключенная к секции сборных шин 1С трансформатора 1T;
Figure 00000029
- резкопеременная нагрузка, подключенная к секции сборных шин 2С трансформатора 2Т;
ЭД1 - группа электродвигателей, подключенных к секции сборных шин 1С трансформатора 1Т;
ЭД2 - группа электродвигателей, подключенных к секции сборных шин 2С трансформатора 2Т.
На Фиг. 6 показана схема магнитной цепи трансформатора 1Т. На схеме приняты следующие обозначения:
Figure 00000030
- магнитный поток, обусловленный током компенсационной обмотки трансформатора 1T;
Figure 00000031
- магнитный поток, обусловленный током основной вторичной обмотки трансформатора 1T;
Figure 00000032
- магнитный поток, обусловленный током первичной обмотки трансформатора 1T;
Figure 00000033
- магнитодвижущая сила (МДС) компенсационной обмотки трансформатора 1T;
Figure 00000034
- МДС первичной обмотки трансформатора 1T;
Figure 00000035
- МДС основной вторичной обмотки трансформатора 1T.
Как видно из фиг. 6, магнитные потоки
Figure 00000036
направлены согласно, что достигается встречным включением компенсационной обмотки трансформатора 1T и основной вторичной обмотки трансформатора 2Т.
Уравнения напряжений в первичной цепи имеют вид:
Figure 00000037

где
Figure 00000038
- токи в первичных обмотках трансформаторов 1T и 2Т соответственно;
Уравнения напряжений на основных вторичных обмотках трансформаторов 1T и 2Т соответственно:
Figure 00000039

Figure 00000040

где
Figure 00000041
- комплексные сопротивления основных вторичных обмоток трансформаторов 1T и 2Т соответственно;
Figure 00000042
- токи основных вторичных обмоток трансформаторов 1T и 2Т (токи нагрузок), и токи компенсационных обмоток трансформаторов 2Т и 1T соответственно;
Figure 00000043
- результирующая ЭДС основной вторичной обмотки трансформатора 1T;
Figure 00000044
- результирующая ЭДС основной вторичной обмотки трансформатора 2Т;
Figure 00000045
- ЭДС, наводимая в основной вторичной обмотке трансформатора 2Т магнитным потоком Ф2Т, обусловленным током первичной обмотки трансформатора 2Т;
Figure 00000046
- ЭДС, наводимая в основной вторичной обмотке трансформатора 2Т магнитным потоком Ф22, обусловленным током компенсационной обмотки трансформатора 2Т.
Уравнения напряжений на компенсационных обмотках трансформаторов 1T и 2Т соответственно равны:
Figure 00000047

Figure 00000048

где
Figure 00000049
- комплексные сопротивления компенсационных обмоток трансформаторов 1T и 2Т соответственно;
Figure 00000050
- ЭДС, наводимая в компенсационной обмотке трансформатора 1T основным магнитным потоком Ф1 трансформатора Т1;
Figure 00000051
- ЭДС, наводимая в компенсационной обмотке трансформатора 2Т основным магнитным потоком Ф2 трансформатора 2Т.
Знак падения напряжения на внутренних сопротивлениях обмоток z12 и z22 объясняется тем, что направление токов в обмотках противоположно ЭДС
Figure 00000052
.
Так как вторичные основные обмотки включены встречно последовательно с компенсационными обмотками, то напряжения на нагрузках:
Figure 00000053

Figure 00000054

Уравнения токов для трансформаторов 1T и 2Т согласно 1-му закону Кирхгофа для узла А схемы замещения (Фиг. 4) будут иметь вид:
Figure 00000055

Figure 00000056

где
Figure 00000057
- намагничивающие токи первичных обмоток трансформаторов 1T и 2Т соответственно;
Figure 00000058
- намагничивающие токи компенсационных обмоток трансформаторов 1T и 2Т соответственно, приведенные к первичным обмоткам;
Figure 00000059
- токи основных вторичных обмоток трансформаторов IT и 2Т, соответственно приведенные к первичным обмоткам;
Figure 00000060
- токи компенсационных обмоток трансформаторов 2Т и 1T соответственно, приведенные к первичным обмоткам.
Зависимость ЭДС от магнитного потока выражается известной формулой:
E = 2πfWΦ (10)
где f - частота сети (в данном случае - 50 Гц);
W - количество витков, сцепленных с рассматриваемым магнитным потоком Φ.
Используя закон полного тока и значения намагничивающих токов (8) и (9), получим:
Figure 00000061

Figure 00000062

где l - длина магнитной линии.
Используя (2), (5), (6), получаем:
Figure 00000063

Подставив (11) и (12) в (13), имеем:
Figure 00000064

Принцип стабилизирующего эффекта можно объяснить следующим образом. Первичное напряжение отличается от напряжения системы С на величину потери напряжения в ЛЭП:
ΔU= Uc-U1 (15)
ЭДС
Figure 00000065
определяются первичным напряжением U1 и зависят, кроме того, от тока нагрузки соседнего трансформатора, то есть
Figure 00000066
увеличивается с ростом тока
Figure 00000067
увеличивается с ростом тока
Figure 00000068
Увеличение это незначительно и его можно объяснить так. Ток
Figure 00000069
проходя по компенсационной обмотке трансформатора 2Т с числом витков W22, создает намагничивающий поток Φ22, вектор которого направлен согласно с потоком Φ2T, создаваемым током
Figure 00000070
, протекающим по первичной обмотке трансформатора 2Т с числом витков W2Т. Напряжение U11 уменьшается о ростом тока
Figure 00000071
, а напряжение U21 - с ростом тока
Figure 00000072
, тем самым подтверждаются уравнения (2) и (3).
При значительном увеличении тока Iн2 основной вторичной обмотки трансформатора 2Т до величины
Figure 00000073
, например вследствие короткого замыкания на нагрузке
Figure 00000074
, происходит снижение напряжения U1 на первичных обмотках трансформаторов 1T и 2Т, что вызывает понижение напряжения Uн1 на нагрузке
Figure 00000075
.
Вместе с тем за счет увеличения тока Iн2, возрастает МДС компенсационной обмотки трансформатора 1T. Магнитный поток Φ12K, созданный током 1н2К, протекающим по компенсационной обмотке трансформатора 1T, наводит в основной вторичной обмотке трансформатора 1T с числом витков W11 ЭДС
Figure 00000076
.
При этом разность ЭДС
Figure 00000077
остается неизменной и равной разности тех же ЭДС в нормальном режиме работы
трансформаторов 1T и 2Т:
Figure 00000078

Таким образом, обеспечивается стабильность напряжения на нагрузке
Figure 00000079
при бросках тока
Figure 00000080
в основной вторичной обмотке трансформатора 2Т.
Пуск электродвигателей упрощен и является одноступенчатым, то есть электродвигатель запускается включением выключателя, который подключает электродвигатель к секциям сборных шин распределительного устройства.
Лабораторные исследования предлагаемого способа были проведены по схеме (Фиг. 1), см. таблицу.
Для стабилизации напряжения трансформаторы были выполнены таким образом, что число витков основных обмоток было в 2 раза больше числа витков компенсационных обмоток.
Потеря напряжения в линии была вычислена по формуле
Figure 00000081

а нестабильность напряжения для трансформатора 1T следующим образом:
Figure 00000082

где Uн1(2) - напряжение на нагрузке трансформатора 1T в опыте 2, а напряжение Uн1(1) - напряжение на нагрузке трансформатора 1T в опыте 1, то есть цифра, стоящая в скобках, обозначает опыта. Аналогичным образом была вычислена нестабильность напряжения на нагрузке трансформатора 2Т по формуле:
Figure 00000083

где Uн2(2) - напряжение на нагрузке трансформатора 2Т в опыте 2, а напряжение Uн2(1) - напряжение на нагрузке трансформатора 2Т в опыте 1.
Аналогичным образом была вычислена нестабильность напряжения и в остальных опытах.
Результаты опытов позволили убедиться в работоспособности и целесообразности внедрения предложенного способа и устройства для его реализации и подтвердили зависимость нестабильности напряжения от величины сопротивления линии. Самая малая нестабильность оказалась при zл = 3 Ом (опыты 5, 6, 7).
Система электроснабжения позволяет осуществить упрощенный одноступенчатый пуск электродвигателя подключением его коммутационным аппаратом к любой из двух секций сборных шин распределительного устройства и не требует переключении с одного трансформатора на другой, как в [2] .
Последовательное соединение вторичных основных и компенсационных обмоток обеспечивает ограничение пусковых токов и токов короткого замыкания.
Оба трансформатора, применяемые в системе электроснабжения, взаимозаменяемые и имеют одинаковые параметры.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1081732, H 02 J 3/00, 1984.
2. Авторское свидетельство CCCР N 1582273, H 02 J 3/00, 1990.

Claims (1)

  1. Система электроснабжения, состоящая из линии электропередач, двух трансформаторов, первичные обмотки которых соединены параллельно и подключены к питающей сети, а их вторичные и компенсационные обмотки подключены к двум секциям распределительного устройства, к которым через коммутационные аппараты подключены электродвигатели и резкопеременная нагрузка, отличающаяся тем, что указанное подключение электродвигателей и резкопеременной нагрузки осуществлено между вторичной обмоткой одного трансформатора и компенсационной обмоткой другого трансформатора так, что вторичная обмотка одного трансформатора подключена последовательно и встречно с компенсационной обмоткой другого трансформатора, при этом число витков вторичных обмоток трансформаторов в два раза больше числа витков компенсационных обмоток.
RU99120860A 1999-09-29 1999-09-29 Система электроснабжения RU2178228C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99120860A RU2178228C2 (ru) 1999-09-29 1999-09-29 Система электроснабжения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99120860A RU2178228C2 (ru) 1999-09-29 1999-09-29 Система электроснабжения

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99120860A RU99120860A (ru) 2001-11-20
RU2178228C2 true RU2178228C2 (ru) 2002-01-10

Family

ID=20225457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99120860A RU2178228C2 (ru) 1999-09-29 1999-09-29 Система электроснабжения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2178228C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481692C2 (ru) * 2011-08-22 2013-05-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Способ включения трансформатора

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481692C2 (ru) * 2011-08-22 2013-05-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Способ включения трансформатора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100474730C (zh) 用于控制输电线中功率潮流的装置和方法
JP5134631B2 (ja) ほとんど完全に誘導性の負荷を制御する方法と該方法を適用する装置
US6466466B1 (en) Stable artificial neutral point in a three phase network of single phase rectifiers
US7378754B2 (en) Three-phase harmonic reduction filter for bidirectional power converters
KR0138481B1 (ko) 균형기능을 갖는 3상 자동변압기
JP2009135271A (ja) リアクトルおよびノイズフィルタ
JPS607115A (ja) ３相内鉄形変圧器
RU2178228C2 (ru) Система электроснабжения
EP3065504A1 (en) Induction heating system
JP2013236537A (ja) 給電装置
JP5026029B2 (ja) 電流バランサおよび低圧配電システム
US20020117913A1 (en) Damping of resonant peaks in an electric motor, which is operated using a converter with a voltage intermediate circuit, by increasing the losses produced in the region of critical natural frequencies
US8138745B2 (en) Power transformer distribution network and method of operating same
KR100534144B1 (ko) 전압과 전류의 균형을 개선한 고조파 저감장치
US20230353059A1 (en) Phase shifting transformers comprising a single coil for two exciting windings for voltage regulation and for phase shift angle regulation
US1979699A (en) Balance coil
RU2076366C1 (ru) Силовой трансформатор
WO1997039463A1 (fr) Transformateur
SU688957A1 (ru) Устройство дл компенсации реактивной мощности
RU2125271C1 (ru) Способ контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью
SU1077029A1 (ru) Инверсный преобразователь числа фаз переменного напр жени
SU1200363A1 (ru) СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР, со* держащий вращающийся индуктор с обмоткой возбуждения и неподвижный якорь с соединенной в "звезду" 1л-фазной обмоткой с клеммами
RU2281543C1 (ru) Устройство для равномерного распределения реактивной мощности
Amin Slot‐based equations and general equivalent circuit in induction motor‐analysis and control
SU678625A1 (ru) Устройство дл самовозбуждени и регулировани напр жени синхронного генератора