устройство повышения быстродействия управляемого подмагничиванием реактора

Формула изобретения

Устройство повышения быстродействия управляемого подмагничиванием реактора, содержащего замкнутые стержни магнитопровода и размещенные на них секции рабочей обмотки, обмотки управления и сигнальной обмотки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит коммутатор, состоящий из подключенных к выводам каждой секции сигнальной обмотки управляемых ключей, число которых соответствует числу секций используемой для повышения быстродействия сигнальной обмотки, и блока управления ключами коммутатора, который обеспечивает включение ключей и закорачивание соответствующих секций сигнальной обмотки при появлении соответствующей полуволны напряжения на них таким образом, чтобы при ускоренном наборе мощности реактора создать дополнительный поток подмагничивания в соответствующих замкнутых стержнях магнитопровода за счет импульсов тока в секциях сигнальной обмотки, коммутируемых заданное число полупериодов сетевого напряжения управляемыми ключами, а при ускоренном сбросе мощности создать размагничивающий поток в каждом замкнутом стержне магнитопровода за счет импульсов тока противоположной полярности в тех же секциях, коммутируемых теми же управляемыми ключами заданное число полупериодов сетевого напряжения обратной полярности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для повышения быстродействия реакторов, управляемых подмагничиванием, в частности управляемых дугогасящих реакторов.

Одним из относительных недостатков управляемых реакторов, сужающим их области применения, является сравнительно низкое быстродействие. Для улучшения динамических характеристик реакторов, в том числе при наборе номинальной мощности, предложены способы начального подмагничивания магнитопровода, форсировки напряжения управления и т.д. [1]. Однако реализация этих способов сопряжена с ростом сложности их схем, габаритов устройств, увеличением потерь, не обеспечивая при этом существенного увеличения быстродействия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для управления однофазным реактором с подмагничиванием [2] , содержащее предварительно заряжаемый конденсатор, который через коммутатор разряжается на обмотку управления (подмагничивания) реактора, тем самым обеспечивая дополнительное подмагничивание и форсированный набор или сброс мощности [1, 2].

Однако подобный способ, обладая высокой эффективностью, требует для своей реализации дополнительного конденсатора, коммутатора с системой управления тиристорами, независимого источника питания для предварительного заряда накопительного конденсатора, а также подбора параметров указанных элементов форсировки по условиям электромагнитной совместимости с обмоткой управления реактора. Так, например, при классе напряжения обмотки управления 10 кВ и выше это вызывает существенный рост габаритов и стоимости схемы форсировки. Кроме того, функциональные возможности такой схемы ограничены и не позволяют обеспечивать регулируемый по времени и заданному значению выход реактора на любой требуемый режим нагрузки.

Цель предлагаемого изобретения - повышение функциональных возможностей и упрощение устройства, снижение его габаритов и стоимости. Указанная цель достигается тем, что вместо накопительного конденсатора, разряжающегося через коммутатор на обмотку управления, используется управляемый коммутатор в секциях дополнительной низковольтной обмотки реактора (в случае дугогасящего реактора используется существующая сигнальная обмотка).

Сущность изобретения заключается в том, что устройство повышения быстродействия управляемого подмагничиванием реактора, содержащего замкнутые стержни магнитопровода и размещенные на них секции рабочей обмотки, обмотки управления и сигнальной обмотки, дополнительно содержит коммутатор, состоящий из подключенных к выводам каждой секции сигнальной обмотки управляемых ключей, число которых соответствует числу секций используемой для повышения быстродействия сигнальной обмотки, и блока управления ключами коммутатора, который обеспечивает включение ключей и закорачивание соответствующих секций сигнальной обмотки при появлении соответствующей полуволны напряжения на них таким образом, чтобы при ускоренном наборе мощности реактора создать дополнительный поток подмагничивания в соответствующих замкнутых стержнях магнитопровода за счет импульсов тока в секциях сигнальной обмотки, коммутируемых заданное число полупериодов сетевого напряжения управляемыми ключами, а при ускоренном сбросе мощности создать размагничивающий поток в каждом замкнутом стержне магнитопровода за счет импульсов тока противоположной полярности в тех же секциях, коммутируемых теми же управляемыми ключами заданное число полупериодов сетевого напряжения обратной полярности.

Для пояснения принципа действия предлагаемого устройства в качестве примера одного из вариантов его реализации на чертеже приведена схема однофазного управляемого дугогасящего реактора с самоподмагничиванием [1] и дополнительным коммутатором в сигнальной обмотке. Схема содержит управляемый реактор УР с двумя замкнутыми магнитопроводами 1, рабочей обмоткой, совмещенной с обмоткой управления 2, ключами самоподмагничивания 3, сигнальной обмоткой 4 и управляемый коммутатор К, в данном случае состоящий из двух тиристоров, включенных параллельно с секциями сигнальной обмотки 4, расположенными на соответствующих стержнях магнитопровода 1. В составе системы управления СУ реактора находится блок управления БУ тиристорами коммутатора, который обеспечивает включение соответствующего тиристора с заданным углом включения при положительной полуволне напряжения на соответствующей секции и на требуемое число периодов, соответствующее заданному времени и требуемой мощности выхода реактора на установившийся режим работы. В общем случае управляемый коммутатор состоит из необходимого числа тиристоров или других силовых управляемых ключей в соответствии с числом секций низковольтной обмотки реактора, используемой для повышения быстродействия. На чертеже показаны также трансформатор ТСН с выведенной нейтралью для подключения реактора к трехфазной сети, трансформатор напряжения ТН и емкости фаз сети на землю С.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии коммутатора К и появлении сетевого напряжения U_с на совмещенной рабочей обмотке УР 2 реактор в соответствии с постоянной времени, обусловленной индуктивным и активным сопротивлениями обмоток, выходит на номинальный режим за 1...2 с в зависимости от угла управления ключами самоподмагничивания 3. При этом с появлением сетевого напряжения на рабочей обмотке соответствующее напряжение трансформируется в сигнальную обмотку 4, однако, поскольку она разомкнута (или нагружена на большое входное сопротивление измерительных устройств), ток в ней отсутствует.

При наличии коммутатора с появлением сетевого напряжения на рабочей обмотке и наличием соответствующего напряжения на секциях сигнальной обмотки 4 появляется возможность закорачивания секций сигнальной обмотки тиристорами коммутатора. Если открывать тиристоры коммутатора в соответствующую положительную полуволну напряжения на секции сигнальной обмотки (либо на требуемую часть этой полуволны), то импульсы тока, проходящие через секции сигнальной обмотки и соответствующие тиристоры, обеспечивают дополнительное подмагничивание согласно с направлением основного потока подмагничивания, в результате чего форсированно насыщают стержни магнитопровода и выводят реактор на номинальный режим за 2...3 периода промышленной частоты.

Таким образом, просто и надежно, минимальными техническими средствами обеспечиваются динамические характеристики реактора, более чем на порядок повышающие его быстродействие. При этом не требуется ни внешних источников питания, ни накопительного конденсатора, ни дополнительных систем управления, кроме блока управления двумя тиристорами, который входит в состав существующей системы управления реактором. Сигнальная обмотка электрически не связана с рабочей и имеет класс напряжения 0,4 кВ, что существенно облегчает выбор и подключение дополнительных цепей повышения быстродействия.

В качестве ключей в коммутаторе может использоваться любой силовой управляемый прибор - тиристор, транзистор, симистор, вакуумный ключ и т.д. При этом если в качестве ключа использовать симистор (или встречно-параллельно включенные тиристоры), то функциональные возможности такой схемы дополнительно повышаются. Коммутация секций в полупериоды напряжения, обеспечивающие дополнительное подмагничивание согласное с основным потоком, ускоряет набор мощности реактора, а их коммутация в обратные полупериоды напряжения создает встречный основному поток, размагничивающий замкнутые стержни магнитопровода реактора, ускоряя тем самым сброс мощности.

Аналогичные схемы могут быть применены и в других исполнениях реакторов, управляемых подмагничиванием - трехфазных, с внешним источником подмагничивания, с раздельными обмотками и т.д. При этом соответственно изменяется число управляемых ключей коммутатора, включаемых в соответствующие секции сигнальной или дополнительной низковольтной обмотки.

В случае коммутации соответствующих секций низковольтной обмотки на часть полупериода сетевого напряжения появляется возможность регулировать динамические характеристики реактора по времени набора или сброса мощности, а также по выходу реактора на требуемую мощность в установившемся процессе, и тем самым обеспечивать его параметрический выход на любой заданный режим.

Таким образом, цель предлагаемого изобретения, заключающаяся в повышении функциональных возможностей и упрощении устройства, снижении его габаритов и стоимости, в общем случае достигается тем, что управляемый подмагничиванием реактор дополнительно содержит коммутатор, состоящий из подключенных к выводам каждой секции низковольтной обмотки управляемых ключей, число которых соответствует числу секций используемой для повышения быстродействия низковольтной обмотки, и блока управления ключами коммутатора, который обеспечивает включение ключей в соответствующих секциях низковольтной обмотки при появлении соответствующей полуволны напряжения на них таким образом, чтобы при ускоренном наборе мощности реактора создать дополнительный поток подмагничивания в соответствующих замкнутых стержнях магнитопровода за счет импульсов тока в секциях низковольтной обмотки, коммутируемых заданное число полупериодов сетевого напряжения управляемыми ключами, а при ускоренном сбросе мощности создать размагничивающий поток в каждом замкнутом стержне магнитопровода за счет импульсов тока противоположной полярности в тех же секциях, коммутируемых теми же управляемыми ключами заданное число полупериодов сетевого напряжения обратной полярности.

В любом из перечисленных выше случаев, как и в приведенном на чертеже, повышение быстродействия реактора обеспечивается без внешних источников питания, дополнительных конденсаторов и высоковольтных элементов путем контролируемого числа коммутаций секций низковольтной обмотки ключами коммутатора в соответствующие полупериоды сетевого напряжения.

Предлагаемое устройство было реализовано на серийной элементной базе и проверено в комплекте с физической моделью реактора мощностью 5 КВАР.

Испытания подтвердили вышеуказанные динамические характеристики, а также простоту и надежность реализации предлагаемого устройства. При этом габариты и стоимость устройства составляют незначительную долю от электромагнитной части управляемого реактора.

Источники информации

1. Электротехника, 1991 г., N 2, с. 41-44.

2. Авт.св. СССР N 1224946. Устройство для управления однофазным реактором с подмагничиванием / А. М. Брянцев, Е.Н. Бродовой и др. // Открытия. Изобретения. 1986, N 14.