трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока

Формула изобретения

Трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащий трехфазный тяговый трансформатор, имеющий трехстрежневой магнитопровод, первичную обмотку, подключенную к питающей сети, и вторичную обмотку, выполненную из обмоток двух фаз, расположенных на крайних стержнях трехстержневого магнитопровода, концы этих обмоток предназначены для подключения к контактной сети, кроме того, он содержит две вольтодобавочные обмотки, каждая из которых размещена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода и подключена одним концом к тяговому рельсу, а другим концом - к началам одной из фаз вторичной обмотки, размещенной на одном из крайних стержней трехстержневого магнитопровода, отличающийся тем, что каждая из вольтодобавочных обмоток снабжена устройством регулирования напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в трансформаторных агрегатах, 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 [1].

Описанный в [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 симметрированию 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 [2].

Наиболее близким к заявляемому является трехфазный трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащий трехфазный тяговый трансформатор, имеющий трехстержневой магнитопровод, первичную обмотку, подключенную к питающей сети, и вторичную обмотку, выполненную из обмоток двух фаз, расположенных на крайних стержнях трехстержневого магнитопровода, концы этих обмоток предназначены для подключения к контактной сети; кроме того, он содержит две вольтодобавочные обмотки, каждая из которых размещена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода и конец каждой из которых подключен к началу обмотки соответствующей фазы вторичной обмотки трехфазного тягового трансформатора, а начала каждой из вольтодобавочных обмоток объединены между собой, образуя общую точку, и подключены к тяговому рельсу [3].

Описанные в [1], [2] и [3] трансформаторные агрегаты не обеспечивают необходимые требования раздельного по секциям контактной сети регулирования напряжения электрифицированных железных дорог переменного тока.

Изобретением решается задача создания трансформаторного агрегата с регулированием напряжения для электрифицированных железных дорог переменного тока, характеризующегося при относительно простой конструкции и высокой эксплуатационной надежности возможностью обеспечения 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 трансформаторном агрегате для электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащем трехфазный тяговый трансформатор, имеющий трехстрежневой магнитопровод, первичную обмотку, подключенную к питающей сети, и вторичную обмотку, выполненную из обмоток двух фаз, расположенных на крайних стержнях трехстержневого магнитопровода, концы этих обмоток предназначены для подключения к контактной сети, кроме того, он содержит две вольтодобавочные обмотки, каждая из которых размещена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода и подключена одним концом к тяговому рельсу, а другим концом - к одной из фаз вторичной обмотки, размещенной на крайнем стержне трехстержневого магнитопровода, предложено согласно настоящему изобретению каждую из вольтодобавочных обмоток снабдить устройством регулирования напряжения.

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

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

Трехфазный тяговый трансформатор 1 имеет трехстержневой магнитопровод 2, на котором размещены первичная обмотка 3 и вторичная обмотка 4.

Первичная обмотка 3 трехфазного тягового трансформатора 1 подключена к питающей сети 5.

Вторичная обмотка 4 имеет две фазы: 6 и 7 с концами 8 и 9 и началами 10 и 11 соответственно: т.е. фаза 6 имеет конец 8 и начало 10, а фаза 7 - конец 9 и начало 11.

Конец 8 фазы 6 вторичной обмотки 4 соединен с одной секцией 12 контактной сети, а конец 9 фазы 7 вторичной обмотки 4 соединен с другой секцией 13 контактной сети.

Трансформаторный агрегат содержит также две вольтодобавочные обмотки 14 и 15.

Каждая из вольтодобавочных обмоток 14 и 15 размещена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода 2 и подключена одним концом к соответствующей фазе 6, 7 вторичной обмотки 4 трехфазного тягового трансформатора 1; в частности, конец 16 вольтодобавочной обмотки 14 подключен к началу 10 фазы 6 вторичной обмотки 4, а конец 17 вольтодобавочной обмотки 15 подключен к началу 11 фазы 7 вторичной обмотки 4.

Другие концы 18 и 19 вольтодобавочных обмоток 14 и 15 соединены между собой, образуя общую точку, и подключены к тяговому рельсу 20.

Каждая из вольтодобавочных обмоток 14 и 15 снабжена устройством регулирования напряжения 21 и 22. В частности, вольтодобавочная обмотка 14 снабжена устройством регулирования напряжения 21, а вольтодобавочная обмотка 15 снабжена устройством регулирования напряжения 22.

Устройства 21 и 22 регулирования напряжения вольтодобавочных обмоток 14 и 15 включены таким образом, чтобы обеспечить изменение чисел витков этих вольтодобавочных обмоток.

Из представленных на фиг.2 и 3 зависимостей величин токов фаз трехфазной питающей сети 5 от значений токов нагрузки в секциях 12 и 13 контактной сети следует, что за счет подключения вольтодобавочных обмоток 14 и 15, расположенных на среднем стержне трехстержневого магнитопровода 2, происходит дополнительная токовая загруженность средней (расположенной на среднем стержне трехстержневого магнитопровода) фазы «В» первичной обмотки 3 трехфазного тягового трансформатора 1 и питающей сети и 5, соответственно, более равномерная токовая нагрузка фаз питающей сети 5. Так, при симметричной одинаковой нагрузке в секциях 12 и 13 контактной сети, соединенных с вторичными обмотками 6 и 7, размещенными на крайних стержнях трехстержневого магнитопровода 2 (фиг.1), ток в фазе «В» питающей сети меньше токов в фазах «А» и «С» в схеме питания контактной сети от трехфазного тягового трансформатора по [1] в 2,4 раза, а в заявляемом трансформаторном агрегате - в 1,53 раза (фиг.2). При несимметричной нагрузке (наличие тока нагрузки в одной секции и нагрузке (наличие тока нагрузки в одной секции и отсутствие в другой) токи фаз питающей сети отличаются практически одинаково, соответственно в среднем в 2,15 раза (фиг.3) и 2,5 раза (фиг.2).

Введение в трансформаторный агрегат двух вольтодобавочных обмоток с размещением их на среднем стержне трехстержневого магнитопровода и подключением их одними концами к тяговому рельсу, а другими концами - к одной из фаз вторичной обмотки, размещенной на среднем стержне трехстержневого магнитопровода, позволит относительно простыми средствами обеспечить суммирование напряжений вторичных обмоток трехфазного тягового трансформатора и вольтодобавочных обмоток и, соответственно, регулировать и повысить напряжение в контактной сети до 57 В против 47 В в трансформаторном агрегате в соответствии с [3], и в случае равенства получаемой из системы мощности порядка 2580 Вт приведет к уменьшению тока с 52 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, размещение вольтодобавочных обмоток на среднем стержне трехстержневого магнитопровода трехфазного тягового трансформатора с подключением к ним устройств регулирования напряжения позволит при сравнительно простой конструкции трансформаторного агрегата обеспечить одновременное или раздельное регулирование напряжения в контактной сети и повысить эксплуатационную надежность электроснабжения контактной сети.

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

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

3. Улучшение качества и снижение потерь электрической энергии в системах электроснабжения железных дорог // Омский институт инженеров ж.-д. транспорта //, Омск, 1988 г., с.61÷63.