RU2583051C1

RU2583051C1 - Transformer-thyristor device for smooth-step voltage control under load

Info

Publication number: RU2583051C1
Application number: RU2015107470/07A
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Борисенко; Владимир Анатольевич Чернышов; Владимир Степанович Шлентов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Эльмаш (УЭТМ)"
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-05-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to transformer-thyristor devices for smooth-step voltage control under load. Transformer-thyristor device for smooth-step voltage control under load in each phase comprises adjustment winding with branches, selector with input and two output terminals. Two output contacts connected with two branches form with two symmetrical thyristor switches and current-limiting reactors adjustment winding stage circuit, which is connected to end of phase. In control winding stage circuit of each phase two current-limiting reactors are made in form of unit of reactors, windings of which are arranged concentrically with maximum approximation to each other and with opposite winding of coils. Each current-limiting reactor is made up of first and second parts of windings. First part of windings are connected to corresponding selector output contact with free ends. Each second part of coil is connected in series to one thyristor key and is shunted by quick-acting safety device. Free ends of thyristor switches are connected to each other and to end of phase.

EFFECT: invention enables to minimise power losses due to shunting part of winding of current-limiting reactors in circuit switching thyristors and reducing cost of device because of two current-limiting reactors in form of reactors.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к трансформаторному оборудованию с регулированием напряжения под нагрузкой, в частности к трансформаторно-тиристорным устройствам для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой.The invention relates to transformer equipment with voltage regulation under load, in particular to transistor-thyristor devices for stepless voltage regulation under load.

Из источников [1], [2] известен трансформаторно-тиристорный регулятор переменного напряжения, в котором для ограничения аварийных и коммутационных токов используют расщепленные первичные обмотки трансформатора с однонаправленным протеканием тока (Лоскутов А.Б., Чивенков А.И., Нажимов А.В., Солдатова М.С. Снижение токовых коммутационных перегрузок в трансформаторно-тиристорных регуляторах переменного напряжения. Промышленная энергетика №9, 2010 г., стр. 38-41 [1]. Патент на полезную модель №88863, МПК⁶ H02J 3/00, опубликовано 20.11.2009, Бюл. 32 [2]).From sources [1], [2] a transistor-thyristor AC voltage regulator is known, in which split primary transformer windings with unidirectional current flow are used to limit emergency and switching currents (Loskutov AB, Chivenkov AI, Najimov A. V., Soldatova MS Reducing current switching overloads in transistor-thyristor AC voltage regulators. Industrial Energy No. 9, 2010, pp. 38-41 [1] Utility Model Patent No. 88863, IPC ⁶ H02J 3 / 00, published November 20, 2009, Bull. 32 [2]).

Использование расщепленных обмоток в трансформаторно-тиристорном регуляторе переменного напряжения приводит к увеличению габаритной мощности, а следовательно, и его себестоимости на 20%.The use of split windings in a transistor-thyristor AC voltage regulator leads to an increase in overall power, and therefore, its cost by 20%.

Известен также трансформаторно-тиристорный регулятор, обеспечивающий ступенчатое или плавноступенчатое регулирование напряжения трансформатора под нагрузкой (Аржанников Б.А., Фролов Л.А. Автоматическое регулирование напряжения в системе электроснабжения постоянного тока 3,0 кВ. Курс лекций, г. Екатеринбург: Федеральное агентство железнодорожного транспорта. Издательство: УрГУПС, 2009 г., стр. 11, рис. 1.6). Указанный трансформаторно-тиристорный регулятор для каждой фазы содержит регулировочную обмотку с ответвлениями, переключатель (избиратель) с входными контактами для каждого ответвления и двумя выходными контактами. Переключатель (избиратель) обеспечивает выборочное подключение ступени регулировочной обмотки с помощью двух выходных контактов, которые с одной стороны подключают два ответвления ступени регулировочной обмотки, а с другой стороны каждый выходной контакт избирателя подключен к одному из двух тиристорных ключей и токоограничивающих реакторов. При этом свободные концы токоограничивающих реакторов соединены между собой, замыкая контур ступени регулировочной обмотки. Общий конец обмоток токоограничивающих реакторов соединен с концом фазы.A transformer-thyristor regulator is also known, which provides stepwise or stepless regulation of the voltage of a transformer under load (B. Arzhannikov, L. A. Frolov. Automatic voltage regulation in a 3.0 kV DC power supply system. Lecture course, Ekaterinburg: Federal Agency railway transport Publisher: UrGUPS, 2009, p. 11, Fig. 1.6). The specified transistor-thyristor regulator for each phase contains an adjustment winding with branches, a switch (selector) with input contacts for each branch and two output contacts. A switch (selector) provides selective connection of the regulating winding stage using two output contacts, which, on the one hand, connect two branches of the regulating winding stage, and on the other hand, each selector output contact is connected to one of two thyristor switches and current limiting reactors. In this case, the free ends of the current-limiting reactors are interconnected, closing the contour of the regulating winding stage. The common end of the windings of current-limiting reactors is connected to the end of the phase.

Использование постоянно включенных токоограничивающих реакторов в контуре коммутации ступени регулировочной обмотки повышает себестоимость на 10-15% и увеличивает потери электроэнергии работающего трансформатора. При этом подключение двух соседних ответвлений регулировочной обмотки через два выходных контакта избирателя к тиристорным ключам усложняет монтажную схему устройства, что приводит к повышению себестоимости устройства.The use of continuously switched current-limiting reactors in the switching circuit of the regulating winding stage increases the cost price by 10-15% and increases the energy loss of a working transformer. Moreover, the connection of two adjacent branches of the control winding through two output contacts of the selector to thyristor switches complicates the wiring diagram of the device, which leads to an increase in the cost of the device.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении потерь электроэнергии и себестоимости трансформаторно-тиристорного устройства для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой.The problem to which the invention is directed, is to reduce energy losses and the cost of a thyristor transformer for smoothly regulating voltage under load.

Техническим результатом изобретения является минимизирование потерь электроэнергии за счет шунтирования части обмотки каждого токоограничивающего реактора в контуре коммутации тиристоров и снижение себестоимости устройства за счет выполнения двух токоограничивающих реакторов в виде блока реакторов.The technical result of the invention is to minimize energy losses by shunting part of the winding of each current-limiting reactor in the switching circuit of thyristors and reducing the cost of the device by performing two current-limiting reactors in the form of a reactor block.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что в трансформаторно-тиристорном устройстве для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой, содержащем в каждой фазе регулировочную обмотку с ответвлениями, избиратель с входными и двумя выходными контактами, при этом два выходных контакта, подключенных к двум ответвлениям, образуют с двумя симметрично расположенными тиристорными ключами и токоограничивающими реакторами контур ступени регулировочной обмотки, который подключен к концу фазы, согласно изобретению, в контуре ступени регулировочной обмотки каждой фазы два токоограничивающих реактора выполнены в виде блока реакторов, обмотки которых расположены концентрично с максимальным приближением друг к другу и со встречной намоткой обмоток, при этом каждый токоограничивающий реактор блока выполнен в виде первой и второй частей обмоток, первые части которых свободными концами подключены к соответствующему выходному контакту избирателя, а каждая вторая часть обмотки подключена к одному тиристорному ключу и зашунтирована быстродействующим предохранителем, при этом свободные концы тиристорных ключей соединены между собой и с концом фазы.The technical result of the claimed invention is achieved by the fact that in a transistor-thyristor device for smoothly regulating voltage under load, containing in each phase an adjustment winding with branches, a selector with input and two output contacts, while two output contacts connected to two branches form with two symmetrically arranged thyristor switches and current-limiting reactors, the circuit of the regulating winding stage, which is connected to the end of the phase, according to On the other hand, in the loop of the stage of the control winding of each phase, two current-limiting reactors are made in the form of a reactor block, the windings of which are arranged concentrically with a maximum approximation to each other and with opposite windings of windings, while each current-limiting reactor of the block is made in the form of the first and second parts of the windings parts of which with free ends are connected to the corresponding output contact of the voter, and every second part of the winding is connected to one thyristor key and shunted faster fuse, while the free ends of the thyristor keys are connected to each other and to the end of the phase.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Выполнение двух токоограничивающих реакторов в контуре ступени регулировочной обмотки каждой фазы в виде блока реакторов, обмотки которых расположены концентрично с максимальным приближением друг к другу и со встречной намоткой обмоток, обеспечивает их электромагнитное взаимодействие и реактивное сопротивление контура максимально возможных значений, что позволяет за счет уменьшения количества витков обмоток уменьшить себестоимость блока реакторов и соответственно снижает себестоимость всего трансформаторно-тиристорного устройства.The implementation of two current-limiting reactors in the loop stage of the control winding of each phase in the form of a block of reactors, the windings of which are arranged concentrically with a maximum approximation to each other and with oncoming windings of the windings, ensures their electromagnetic interaction and the reactance of the loop of the maximum possible values, which allows reducing the number of turns of windings to reduce the cost of the reactor block and, accordingly, reduces the cost of the entire transformer-thyristor device Twa.

Выполнение каждого токоограничивающего реактора блока в виде первой и второй частей обмоток, первые части которых свободными концами подключены к соответствующему выходному контакту избирателя, а каждая вторая часть обмотки токоограничивающего реактора последовательно подключена к одному тиристорному ключу и зашунтирована быстродействующим предохранителем, позволило с помощью первых частей обмоток реакторов получить необходимое реактивное сопротивление контура ступени регулировочной обмотки для обеспечения надежной коммутации тиристоров и шунтированием второй части обмотки каждого реактора быстродействующим предохранителем ограничить параметры тока коммутации.The execution of each current-limiting reactor block in the form of the first and second parts of the windings, the first parts of which are connected with free ends to the corresponding output contact of the voter, and each second part of the current-limiting reactor winding is connected in series to one thyristor switch and shunted by a fast-acting fuse, which allowed using the first parts of the reactor windings to obtain the necessary reactance of the circuit stage of the regulating winding to ensure reliable switching thyristors and shunting the second winding of each reactor fast fuse limit settings switching current.

Вторая часть обмоток токоограничивающих реакторов вступает в работу после срабатывания быстродействующих предохранителей и вместе с первой частью обмоток реакторов обеспечивает снижение уровней токов внешнего короткого замыкания и токов короткого замыкания в контуре ступени регулировочной обмотки. В результате только первая часть обмоток токоограничивающих реакторов работает во всех режимах устройства и обеспечивает снижение амплитуды и уменьшение крутизны фронтов коммутационных токов при работе тиристоров.The second part of the windings of current-limiting reactors comes into operation after the operation of high-speed fuses and, together with the first part of the windings of the reactors, provides a reduction in the levels of external short-circuit currents and short-circuit currents in the circuit of the regulating winding stage. As a result, only the first part of the windings of current-limiting reactors works in all device modes and provides a decrease in amplitude and a decrease in the steepness of the fronts of switching currents during thyristor operation.

Шунтирование второй части обмоток токоограничивающих реакторов быстродействующими предохранителями позволяет включать вторую часть обмоток токоограничивающих реакторов только в аварийных режимах, что приводит к минимизации потерь электроэнергии в номинальных режимах работы трансформатора и позволяет ограничить аварийные токи в случае срабатывания предохранителя.Bypassing the second part of the windings of current-limiting reactors with high-speed fuses allows you to turn on the second part of the windings of current-limiting reactors only in emergency conditions, which minimizes the loss of electricity in the nominal operating modes of the transformer and allows you to limit the emergency currents in the event of a fuse.

Подключение выходных контактов избирателя в контуре ступени регулировочной обмотки к свободным концам первой части обмоток токоограничивающих реакторов, а второй части каждой обмотки к соответствующему тиристорному ключу позволяет упростить монтажную схему предлагаемого устройства.Connecting the output contacts of the voter in the circuit of the stage of the control winding to the free ends of the first part of the windings of current-limiting reactors, and the second part of each winding to the corresponding thyristor key allows you to simplify the wiring diagram of the proposed device.

Силовая электрическая схема трансформаторно-тиристорного устройства для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой приведена для одной фазы.The power circuitry of a thyristor transformer for smoothly regulating voltage under load is given for one phase.

Трансформаторно-тиристорное устройство для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой содержит в каждой фазе регулировочную обмотку 1 с ответвлениями, механический избиратель 2 с двумя выходными контактами 3, 4, два токоограничивающих реактора, образующих блок 5 реакторов, и два симметрично расположенных тиристорных ключа 6.A thyristor transformer device for smoothly regulating voltage under load contains, in each phase, an adjustment winding 1 with branches, a mechanical selector 2 with two output contacts 3, 4, two current-limiting reactors forming a reactor block 5, and two symmetrically arranged thyristor switches 6.

Конструкция механического избирателя 2 известна из источников информации. Например, Порудоминский В.В. Устройства переключения трансформаторов под нагрузкой. Издание, М., «Энергия» 1974 г.The design of the mechanical selector 2 is known from information sources. For example, Porudominsky V.V. Transformer switching devices under load. Edition, M., "Energy" 1974

Все ответвления регулировочной обмотки 1 подключены к входным контактам механического избирателя 2. При этом два соседних ответвления регулировочной обмотки, выборочно, через избиратель 2 подключены к выходным контактам 3, 4 и образуют с двумя токоограничивающими реакторами блока 5 и последовательно подключенными к ним симметрично расположенными тиристорными ключами 6 контур коммутации ступени регулировочной обмотки, который связан с концом X фазы.All branches of the regulating winding 1 are connected to the input contacts of the mechanical selector 2. In this case, two adjacent branches of the regulating winding are selectively connected through the selector 2 to the output contacts 3, 4 and form block 5 with two current-limiting reactors and symmetrically arranged thyristor switches connected in series to them 6, the switching circuit of the step of the control winding, which is connected with the end of the X phase.

Обмотки двух токоограничивающих реакторов блока 5 расположены концентрично с максимальным приближением друг к другу и со встречной намоткой обмоток. При этом каждая обмотка блока 5 реактора выполнена из двух частей 7 и 8. Первые части 7 обмоток подключены к выходным контактам 3 и 4 избирателя 2. Каждая вторая часть 8 обмоток зашунтирована соответствующим быстродействующим предохранителем 9 и подключена к одному из тиристорных ключей 6.The windings of the two current-limiting reactors of block 5 are arranged concentrically with a maximum approximation to each other and with oncoming windings of the windings. Moreover, each winding of reactor block 5 is made of two parts 7 and 8. The first parts 7 of the windings are connected to the output contacts 3 and 4 of the voter 2. Each second part 8 of the windings is shunted by a corresponding high-speed fuse 9 and connected to one of the thyristor switches 6.

Тиристорные ключи 6 выполнены в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Свободные концы тиристорных ключей 6 соединены между собой и с концом X фазы.Thyristor keys 6 are made in the form of two counter-parallel connected thyristors. The free ends of the thyristor keys 6 are connected to each other and to the end of the X phase.

Трансформаторно-тиристорное устройство для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой работает следующим образом.A transistor-thyristor device for smoothly regulating voltage under load works as follows.

При выполнении ступенчатого регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой избирателем 2 выбирается его требуемое положение, заданное величиной напряжения. Затем с помощью коммутации тиристорных ключей 6 выбирается одно из двух ответвлений ступени регулировочной обмотки 1, по которому должен протекать ток. Этим выбором ответвления регулировочной обмотки 1 обеспечивается заданный уровень напряжения при ступенчатом регулировании напряжения.When performing stepwise regulation of the voltage of the transformer under load, the selector 2 selects its required position, specified by the voltage value. Then, by switching the thyristor keys 6, one of the two branches of the stage of the regulating winding 1, through which a current flows, is selected. This choice of the branch of the regulating winding 1 provides a predetermined voltage level with step-by-step voltage regulation.

При плавном регулировании напряжения в пределах контура коммутации ступени регулировочной обмотки 1 работают два тиристорных ключа 6, осуществляя коммутацию токов двух ответвлений ступени регулировочной обмотки 1 поочередно в пределах каждого полупериода переменного тока (напряжения). Для обеспечения необходимых параметров токов коммутации тиристорных ключей 6 постоянно включена первая часть 7 обмотки каждого токоограничивающего реактора в контуре коммутации ступени регулировочной обмотки 1 с целью выполнения задачи электромагнитной совместимости тиристоров в режиме регулирования напряжения, которые увеличивают до требуемого значения величину реактанса контура коммутации ступени регулировочной обмотки 1.With a smooth voltage regulation within the switching circuit of the regulating winding stage 1, two thyristor switches 6 operate, switching currents of two branches of the regulating winding stage 1 alternately within each half-period of alternating current (voltage). To ensure the necessary parameters of the switching currents of the thyristor switches 6, the first part 7 of the winding of each current-limiting reactor is constantly switched on in the switching circuit of the regulating winding stage 1 in order to fulfill the task of electromagnetic compatibility of thyristors in the voltage regulation mode, which increase the reactance of the switching circuit of the regulating winding stage 1 to the required value .

Для ограничения токов коротких замыканий ступени регулировочной обмотки и внешних коротких замыканий трансформатора после срабатывания быстродействующих предохранителей 9 включаются обе части 7, 8 обмоток блока 5 реакторов.To limit the short circuit currents of the regulating winding stage and the external short circuits of the transformer after the operation of high-speed fuses 9, both parts 7, 8 of the windings of the reactor block 5 are turned on.

Таким образом, первая часть 7 обмоток реакторов работает во всех режимах устройства и обеспечивает снижение амплитуды и уменьшение крутизны фронтов коммутационных токов при работе тиристоров, а вторая часть 8 обмотки каждого токоограничивающего реактора ответвлений ступени регулировочной обмотки 1, зашунтированная быстродействующим предохранителем 9, в номинальных режимах устройства обеспечивает повышение энергетических показателей трансформатора.Thus, the first part 7 of the reactor windings operates in all device modes and provides a decrease in the amplitude and steepness of the edges of the switching currents during thyristor operation, and the second part 8 of the winding of each current-limiting reactor of the branches of the regulating winding stage 1, shunted by the high-speed fuse 9, in the nominal device modes provides increase of energy indicators of the transformer.

В аварийных режимах при срабатывании (разрыве цепи) быстродействующих предохранителей 9 за время всего нескольких единиц миллисекунд обеспечивается полное включение частей 7, 8 обмоток блока 5 реакторов, после чего сопротивление каждого токоограничивающего реактора становится больше и равно сумме сопротивлений его частей 7 и 8 обмоток.In emergency conditions, when the high-speed fuses 9 are activated (open circuit) in just a few milliseconds, the parts 7, 8 of the windings of reactor block 5 are fully turned on, after which the resistance of each current-limiting reactor becomes greater and equal to the sum of the resistances of its parts 7 and 8 of the windings.

Реактивное сопротивление токоограничивающих реакторов совместно с реактансом обмотки ступени регулировочной обмотки 1 служат для защиты тиристорных ключей 6 и ступени регулировочной обмотки 1 от сверхтоков в режимах короткого замыкания ступени регулировочной обмотки или внешнего короткого замыкания трансформатора, которые могут достигать пределов от 10 до 100 крат от номинального тока нагрузки. Благодаря выполнению обмоток токоограничивающих реакторов из двух частей, вторая из которых зашунтирована быстродействующим предохранителем, обеспечивается снижение потерь электроэнергии, а выполнение обмоток в виде блока позволяет снизить себестоимость трансформаторно-тиристорного устройства.The reactance of current-limiting reactors together with the reactance of the winding of the regulating winding stage 1 serves to protect the thyristor switches 6 and the regulating winding stage 1 from overcurrents in the short-circuit conditions of the regulating winding stage or external short circuit of the transformer, which can reach limits from 10 to 100 times the rated current load. Thanks to the implementation of the windings of current-limiting reactors in two parts, the second of which is shunted by a high-speed fuse, the loss of electricity is reduced, and the implementation of the windings in the form of a unit allows to reduce the cost of the transistor-thyristor device.

Предложенное техническое решение может быть использовано для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой как в трансформаторно-тиристорных устройствах с одной фазой, так в трансформаторно-тиристорных устройствах с большим количеством фаз, например тремя фазами.The proposed technical solution can be used for smoothly regulating voltage under load both in transistor-thyristor devices with one phase, and in transformer-thyristor devices with a large number of phases, for example, three phases.

Внедрение предлагаемого изобретения позволяет обеспечить более высокий технический уровень трансформаторно-тиристорных устройств с плавноступенчатым регулированием напряжения.The implementation of the invention allows to provide a higher technical level of transistor-thyristor devices with stepless voltage regulation.

Claims

A thyristor transformer for smoothly regulating voltage under load, containing in each phase a control winding with branches, a selector with input and two output contacts, while two output contacts connected to two branches form a circuit with two symmetrically arranged thyristor switches and current-limiting reactors step of the adjustment winding, which is connected to the end of the phase, characterized in that in the circuit of the step of the adjustment winding of each phase there are two The limiting reactors are made in the form of a block of reactors, the windings of which are arranged concentrically with a maximum approximation to each other and with oncoming windings of the windings, while each current-limiting reactor of the block is made in the form of the first and second parts of the windings, the first parts of which are connected with free ends to the corresponding output terminal , and each second part of the winding is connected in series to one thyristor key and shunted by a high-speed fuse, while the free ends of ristor keys connected to each other and to the end of the phase.