трансформаторный агрегат с регулированием напряжения для электрифицированных железных дорог переменного тока

Формула изобретения

Трансформаторный агрегат с регулированием напряжения для электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащий трехфазный трансформатор, имеющий первичную обмотку и вторичную обмотку, концы обмоток двух фаз которой соединены между собой, образуя общую точку, а начала предназначены для подключения к контактной сети, отличающийся тем, что он содержит два вольтодобавочных трансформатора, конец вторичной обмотки каждого из которых подключен к началу обмотки соответствующей фазы вторичной обмотки трехфазного трансформатора, а начало вторичной обмотки каждого вольтодобавочного трансформатора подключено к одной из двух секций контактной сети, при этом общая точка соединения концов обмоток двух фаз вторичной обмотки трехфазного трансформатора подключена к тяговому рельсу, при этом вторичная обмотка каждого из вольтодобавочных трансформаторов содержит, по крайней мере, одно устройство регулирования напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в трансформаторных агрегатах с регулированием напряжения, предназначенных для электрифицированных железных дорог переменного тока.

Известен трансформаторный агрегат с регулированием напряжения для электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащий трехфазный тяговый трансформатор, имеющий первичную обмотку, соединенную в звезду, и вторичную обмотку, соединенную в треугольник, каждая из двух вершин которого подключена к одной из двух, изолированных между собой, секций контактной сети, а третья - к тяговому рельсу [Л.1].

Описанный в [Л.1] трансформаторный агрегат не обеспечивает раздельного и необходимого для каждой секции контактной сети регулирования напряжения электрифицированных железных дорог переменного тока и характеризуется неравномерной нагрузкой трех фаз первичной обмотки, подключенной к трехфазной системе питающей сети и зависимой от неравномерной нагрузки трех фаз вторичной обмотки трехфазного тягового трансформатора даже при симметричной нагрузке от электровозов в двух секциях контактной сети, подключенной к двум вершинам треугольника, образованного тремя фазами вторичной обмотки. В результате этого всегда имеет место несимметричный режим работы трехфазного тягового трансформатора и, соответственно, несимметричная неравномерная нагрузка трехфазной питающей энергосистемы, требования которой по симмметрированию нагрузки жестко определены нормативными документами, в частности ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения, общего назначения.

Известен также трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащий трехфазный тяговый трансформатор, имеющий первичную обмотку, соединенную в треугольник, и вторичную обмотку, соединенную в звезду, начала обмоток двух фаз вторичной обмотки подключены к контактной сети, а начало третьей фазы - к тяговому рельсу [Л.2].

Описанный в [Л.2] трансформаторный агрегат, также, как и трансформаторный агрегат по [Л.1] не обеспечивает необходимые требования раздельного по секциям контактной сети регулирования напряжения электрифицированных железных дорог переменного тока и также, как и трансформаторный агрегат по [Л.1] характеризуется неравномерной нагрузкой трехфазной системы, образованной первичной и вторичной обмотками трехфазного тягового трансформатора, а следовательно, несимметричной неравномерной нагрузкой трехфазной питающей энергосистемы. Фаза «b» трехфазного тягового трансформатора менее загружена, чем две другие фазы, так как она обоими концами присоединена к секциям контактной сети и не работает на нагрузку.

Изобретением решается задача создания трансформаторного агрегата с регулированием напряжения для электрифицированных железных дорог, характеризующегося возможностью одинакового или раздельного в каждой из двух секций контактной сети регулирования напряжения, позволяющего за счет повышения напряжения в контактной сети при неизменной, потребляемой электровозами, мощности снизить токи и потери электрической энергии в контактной сети и улучшить симметрирование фазных токов питающей сети.

Для решения поставленной задачи в трансформаторный агрегат с регулированием напряжения для электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащий трехфазный тяговый трансформатор, имеющий первичную обмотку и вторичную обмотку, концы обмоток двух фаз которой соединены между собой, образуя общую точку, а начала предназначены для подключения к контактной сети, предложено согласно настоящему изобретению ввести два вольтодобавочных трансформатора, конец вторичной обмотки каждого из которых подключен к началу обмотки соответствующей фазы вторичной обмотки трехфазного тягового трансформатора, а начало вторичной обмотки каждого вольтодобавочного трансформатора подключено к одной из двух секций контактной сети, при этом общая точка соединения концов обмоток двух фаз вторичной обмотки трехфазного тягового трансформатора подключена к тяговому рельсу; а вторичную обмотку каждого из вольтодобавочных трансформаторов снабдить, по крайней мере, одним устройством регулирования напряжения.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены: на фиг.1 - электрическая принципиальная схема заявляемого трансформаторного агрегата с регулированием напряжения для электрифицированных железных дорог переменного тока; на фиг.2 - зависимость величин токов фаз питающей сети заявляемого трансформаторного агрегата: фиг.2а - при несимметричной нагрузке (слева и справа), фиг.2б - при симметричной нагрузке; на фиг.3 - зависимость величин токов фаз питающей сети известного в соответствии с [Л.1] трансформаторного агрегата: фиг.3а - при несимметричной нагрузке (слева и справа), фиг.3б - при симметричной нагрузке.

Трансформаторный агрегат с регулированием напряжения для электрифицированных железных дорог переменного тока содержит трехфазный тяговый трансформатор 1.

Первичная обмотка 2 трехфазного тягового трансформатора 1 соединена в звезду.

Вторичная обмотка 3 имеет две фазы: 4 и 5 с концами 6 и 7 и началами 8 и 9 соответственно: т.е. фаза 4 имеет конец 6 и начало 8, а фаза 5 - конец 7 и начало 9.

Конец 6 фазы 4 вторичной обмотки 3 соединен с концом 7 фазы 5 вторичной обмотки 3, образуя общую точку 10, подключенную к тяговому рельсу 11.

Трансформаторный агрегат содержит также два вольтодобавочных трансформатора 12 и 13, имеющих вторичные обмотки, соответственно: вольтодобавочный трансформатор 12 - вторичную обмотку 14, вольтодобавочный трансформатор 13 - вторичную обмотку 15. Вторичные обмотки 14 и 15 вольтодобавочных трансформаторов 12 и 13 соответственно имеют начала и концы: вторичная обмотка 14 имеет начало 16 и конец 17, вторичная обмотка 15 имеет начало 18 и конец 19.

Концы 17 и 19 вторичных обмоток 14 и 15 вольтодобавочных трансформаторов 12 и 13 подключены к началам 8 и 9 соответствующих фаз 4 и 5 вторичной обмотки 3 трехфазного тягового трансформатора 1. В частности, конец 17 вторичной обмотки 14 вольтодобавочного трансформатора 12 подключен к началу 8 обмотки фазы 4 вторичной обмотки 3 трехфазного тягового трансформатора 1; конец 19 вторичной обмотки 15 вольтодобавочного трансформатора 13 подключен к началу 9 обмотки фазы 5 вторичной обмотки 3 трехфазного тягового трансформатора 1. Начала 16 и 18 вторичных обмоток 14 и 15 вольтодобавочных трансформаторов 12 и 13 подключены к соответствующей секции контактной сети. В частности, начало 16 вторичной обмотки 14 вольтодобавочного трансформатора 12 подключено к секции 20 контактной сети; начало 18 вторичной обмотки 15 вольтодобавочного трансформатора 13 подключено к секции 21 контактной сети.

Устройства 22 и 23 регулирования напряжения вторичных обмоток 14 и 15 вольтодобавочных трансформаторов 12 и 13 включены таким образом, чтобы обеспечить изменение чисел витков вторичных обмоток этих трансформаторов.

Из представленных на фиг.2 и 3 зависимостей величин токов фаз трехфазной питающей сети от значений токов нагрузки в контактной сети следует, что за счет подключения вольтодобавочных трансформаторов к фазам «АВ» и «ВС» трехфазной питающей сети происходит дополнительная токовая загруженность фазы «В» питающей сети и, соответственно, более равномерная токовая нагрузка фаз питающей сети. Так, при симметричной одинаковой нагрузке в секциях 20 и 21 (фиг.1) контактной сети ток в фазе «В» питающей сети меньше токов в фазах «А» и «С» в схеме питания контактной сети от трехфазного тягового трансформатора по [Л.1] в 2,37 раза, а в заявляемом трансформаторном агрегате - в 1,56 раза. При несимметричной нагрузке (наличие тока нагрузки в одной секции и отсутствие в другой) токи фаз питающей сети отличаются практически одинаково, соответственно в 2,5 и 2,9 раза.

Введение в трансформаторный агрегат двух вольтодобавочных трансформаторов с подключением их вторичных обмоток последовательно и согласно к вторичным обмоткам трехфазного тягового трансформатора обеспечивает суммирование напряжений вторичных обмоток трехфазного тягового трансформатора и вольтодобавочных трансформаторов и, соответственно, повышение напряжения в контактной сети до 57 В против 47 В в трансформаторном агрегате в соответствии с [Л.1], и в случае равенства получаемой из системы мощности порядка 2580 Вт приведет к уменьшению тока с 52 А до 40,8 А, т.е. на 21%. Снижение в контактной сети тока приведет, в свою очередь, к снижению в ней потерь электрической энергии. Кроме того, исключение одной из фаз вторичной обмотки трехфазного тягового трансформатора позволит существенно снизить затраты на производство трансформаторного агрегата.

Таким образом, заявляемое решение обеспечит:

- повышение напряжения в контактной сети;

- снижение токов нагрузки и потерь электрической энергии в тяговой сети при постоянстве потребляемой мощности;

- улучшение симметрирования фазных токов.

В соответствии с заявляемым решением разработана техническая документация. Изготовлен и испытан опытный образец трансформаторного агрегата. Результаты испытаний подтвердили работоспособность трансформаторного агрегата и широкие возможности его практического применения в будущем. В настоящее время осуществляются работы по изготовлению промышленного образца трансформаторного агрегата.

Литература

1. К.Г.Марквардт. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Москва. «Транспорт», 1982 г., с.с.25-29; 245-248.

2. А.С.Аватков. Электрификация железных дорог на однофазном токе промышленной частоты. Москва. Трансжелдориздат, 1958 г., с.218, рис.202.