система привода для переключателя отводов

Формула изобретения

1. Система привода для приведения в действие переключателя (7) отводов с целью регулирования напряжения трансформатора (2) под нагрузкой, содержащая электрический двигатель (20, 20'), выполненный с возможностью соединения с подвижной частью (7') указанного переключателя отводов для перемещения указанной части с целью выполнения операции переключения отводов, средства соединения электрического двигателя с источником (24) электроснабжения для работы указанного двигателя, устройство (34) управления работой двигателя и, тем самым, переключателя отводов, электрический преобразователь (33, 33') для подключения через него источника электроснабжения к электрическому двигателю, причем устройство (34) управления выполнено с возможностью управления указанным электрическим преобразователем с целью управления работой указанного двигателя (20, 20'), отличающаяся тем, что содержит средства (36), выполненные с возможностью регистрации движения выходного вала (21) электрического двигателя (20, 20') и положения подвижной части переключателя отводов, и средства (41), выполненные с возможностью передачи информации из указанных средств (36) регистрации в устройство (34) управления, причем указанное устройство (34) управления, с одной стороны, выполнено компьютеризированным, а с другой стороны, выполнено с возможностью конфигурирования и регулирования перед вводом в эксплуатацию, а также при использовании, для обеспечения адаптации системы привода к различным уровням напряжения источника энергоснабжения и к различным характеристикам переключателя отводов, приводимого в действие указанной системой привода.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство (34) управления выполнено с возможностью конфигурирования и регулирования путем обеспечения возможности приема индивидуального для потребителя файла параметров с информацией о характеристиках переключателя отводов, приводимого в действие указанной системой.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит преобразователь (26, 40') постоянного тока, подключенный между источником электроснабжения и указанным электрическим преобразователем, и средства (27) управления преобразователем постоянного тока, причем преобразователь постоянного тока и средства управления указанным преобразователем выполнены с возможностью подачи напряжения, по существу, постоянного уровня на указанный электрический преобразователь (33, 33'), по существу, независимо от уровня напряжения, подаваемого указанным источником (24, 24') электроснабжения.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью подключения к источнику (24) электроснабжения, подающему напряжение в диапазоне 90-400 В постоянного тока или напряжение в диапазоне 100-300 В переменного тока, а преобразователь (26) постоянного тока представляет собой повышающий преобразователь, выполненный с возможностью подачи напряжения по существу постоянного уровня в диапазоне 350-450 В, предпочтительно порядка 400 В, в указанный электрический преобразователь (33).

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит преобразователь (26) с компенсацией коэффициента мощности, подключенный между источником электроснабжения и электрическим преобразователем (33), чтобы обеспечить отбор системой сглаженного тока от источника электроснабжения.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что преобразователь с компенсацией коэффициента мощности образован преобразователем (26) постоянного тока.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью подключения к источнику (24, 24') электроснабжения, подающему переменный ток, при этом система содержит пассивный выпрямитель (25, 25'), выполненный с возможностью подключения системы к источнику электроснабжения.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит средства (35) измерения тока и напряжения, подаваемых на электрический двигатель (20), средства вычисления необходимых мгновенной мощности или вращающего момента, а также энергопотребления в течение операции переключения отводов, средства сохранения установленных таким образом вычисленных значений и средства сравнения указанных вычисленных значений с соответствующими сохраненными значениями и определения на основе результата этого сравнения, существует ли необходимость технического обслуживания каких-либо подвижных частей переключателя отводов.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанное устройство (34) выполнено с возможностью управления электрическим преобразователем (33, 33') с целью управления электрическим двигателем (20, 20'), чтобы обеспечить микроперемещения указанной подвижной части переключателя отводов, то есть перемещение указанной части без выполнения полной операции переключения отводов, для проверки правильности функционирования системы и/или переключателя отводов.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанные средства регистрации содержат датчик (36) вращения, соединенный с выходным валом (21) электрического двигателя (20, 20'), для регистрации положения указанной подвижной части переключателя отводов, причем датчик вращения выполнен с возможностью передачи информации о положении в устройство (34) управления.

11. Система по п.8, отличающаяся тем, что датчик (36) вращения является резольвером или кодовым датчиком положения.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что датчик (36) вращения является резольвером, соединенным с выходным валом (21) электрического двигателя таким образом, что поворачивается, по существу, на один оборот при прохождении всех возможных рабочих положений переключателя отводов.

13. Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический двигатель (20) представляет собой двигатель переменного тока, такой как асинхронный двигатель, синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, бесщеточный двигатель постоянного тока или индукторный электродвигатель.

14. Система по п.13, отличающаяся тем, что электрический преобразователь (33) является конвертером напряжения.

15. Система по п.14, отличающаяся тем, что указанное устройство (34) выполнено с возможностью управления конвертером (33) напряжения в соответствии с принципом широтно-импульсной модуляции с целью подачи переменного напряжения, приводящего в движение или тормозящего электрический двигатель.

16. Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический двигатель (20') представляет собой двигатель постоянного тока, такой как двигатель постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами или универсальный электродвигатель.

17. Система по п.16, отличающаяся тем, что электрический преобразователь является конвертером тока.

18. Система по п.1, отличающаяся тем, что служит для приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора (2) под нагрузкой, имеющего номинальную мощность по меньшей мере 800 кВА и/или номинальное напряжение по меньшей мере 11 кВ.

19. Способ выполнения операций переключения отводов с целью регулирования напряжения трансформатора (2) в системе для передачи или распределения электроэнергии, в котором используют систему привода, охарактеризованную в любом из предшествующих пунктов.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что трансформатор подключен к генератору (4) электроэнергии и является частью электростанции.

21. Способ приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора в системе электропередачи высокого напряжения, предназначенной для постоянного тока высокого напряжения или переменного тока высокого напряжения, в котором используют систему привода, охарактеризованную в любом из пп.1-18.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что система электропередачи предназначена для напряжений диапазона 50-1000 кВ.

23. Способ приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора, подключенного к электрической дуговой печи высокой мощности, в котором используют систему привода, охарактеризованную в любом из пп.1-18.

24. Способ приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора (2) под нагрузкой, имеющего номинальную мощность по меньшей мере 800 кВА и/или номинальное напряжение по меньшей мере 11 кВ, в котором используют систему привода, охарактеризованную в любом из пп.1-18.

25. Способ приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора в распределительном устройстве, например, на предприятии, для регулирования электроэнергии, поступающей из линии или сети электропередачи или распределения, в котором используют систему привода, охарактеризованную в любом из пп.1-18.

26. Электростанция, имеющая трансформатор с системой привода для переключателя отводов, охарактеризованной в любом из пп.1-18.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе привода для приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой, содержащей электрический двигатель, выполненный с возможностью соединения с подвижной частью указанного переключателя отводов для перемещения указанной части с целью выполнения операции переключения отводов, средства соединения электрического двигателя с источником электроснабжения для работы указанного двигателя, устройство управления работой двигателя и тем самым переключателя отводов, электрический преобразователь для подключения через него источника электроснабжения к электрическому двигателю, причем устройство управления выполнено с возможностью управления указанным электрическим преобразователем с целью управления работой указанного двигателя.

Этот тип переключателя отводов у специалистов называется переключателем отводов под нагрузкой, поскольку используется для регулировки напряжения на выходе трансформатора в то время, когда трансформатор подключен к нагрузке. Указанные переключатели обычно используются для поддержания напряжения на выходе трансформатора постоянным, вне зависимости от величины указанной нагрузки, так что когда нагрузка (энергопотребление), например, в сети электропередачи, подключенной к трансформатору, становится выше, то переключатель отводов подключает большую часть вторичной обмотки или обмоток трансформатора. Прилагаемая фиг.1 схематично иллюстрирует пример использования переключателя отводов с системой привода согласно введению без ограничения изобретения этим конкретным применением. Показана только одна обмотка 1 из трех вторичных обмоток трансформатора 2, погруженного в масляную ванну 3. Также показано, как генератор 4 электроэнергии соединяется с первичной обмоткой трансформатора, где соединение обозначено как 5. Вторичные обмотки трансформатора соединяются с сетью 6 для передачи электроэнергии, в данном случае сетью переменного тока высокого напряжения. Однако также возможно, что вторичные обмотки трансформатора подключены к одному или нескольким преобразователям, таким как конвертеры тока или конвертеры напряжения, с целью преобразования напряжения в постоянное напряжение для линии передачи постоянного тока высокого напряжения.

Переключатель 7 отводов обозначен очень схематично и служит для изменения положения одной точки 7' из двух точек отвода напряжения от каждой вторичной обмотки трансформатора, так что число витков, с которых выполняется отведение от каждой такой вторичной обмотки, посредством указанного переключателя отводов может изменяться от порядка 90% до 100%. Система 8 привода, соединенная с источником 9 электроснабжения и снабженная не показанным здесь электрическим двигателем для вращения вала 10, расположена вне контейнера 11 масляной ванны. Таким образом, переключатель 7 отводов для осуществления операций переключения отводов будет управляться посредством системы 12 валов. Указанный переключатель отводов должен сохранять соединение точки отвода с выходом трансформатора на протяжении операции переключения отводов, что достигается посредством последовательности переключений, хорошо известных в уровне техники, с использованием сопротивлений для удержания токов короткого замыкания на низком уровне в течение периодов времени, когда обмотки закорачиваются. Таким образом, когда нагрузка на указанную сеть 6 возрастает, переключатель 7 отводов управляется системой 8 привода с тем, чтобы изменить положение отвода переключателя с целью осуществления отвода от большей части вторичной обмотки трансформатора.

Уровень техники

Для пояснения того, как конструируются и работают системы привода известного типа, используется фиг.2. На ней показано, что система привода содержит электрический двигатель 13, такой как асинхронный двигатель, который соединен с источником 9 электроснабжения в виде сети электропередачи, которая обычно имеет напряжение 90-400 В постоянного тока или напряжение 100-300 В переменного тока. Система также содержит средства 14 управления работой двигателя посредством управляющих переключателей 15, соединяющих источник 9 электроснабжения непосредственно с двигателем 13. Также показано, что выходной вал 16 двигателя соединен с передачей 17, соединенной с валом 18 указанной системы валов. Эта система привода также содержит механический тормоз 19 для остановки двигателя в конце операции переключения отводов.

Система привода имеет ряд недостатков. Каждая такая новая система привода должна изготавливаться индивидуально для данного типа переключателя отводов, поскольку каждый тип системы привода совместим только с одним типом переключателя отводов и определенным напряжением источника электроснабжения, которое зависит от конечного потребителя, обычно от того, в какой стране используется переключатель отводов. Это означает, что каждая такая новая система привода с самого начала имеет уникальный переключатель отводов и уникального потребителя, что делает производство законченных систем приводов на склад неэффективным, что, в свою очередь, приводит к большим срокам поставок. В таких условиях производителю также приходится держать на складе большое количество различных компонентов для всех различных систем приводов, что может составлять порядка 20 различных двигателей, переключателей, средств защиты двигателя и др. Кроме того, механический тормоз, используемый для остановки движения в конце каждой операции переключения отводов, требует регулярного обслуживания и регулировки и вносит вклад в появление тормозной пыли в корпусе системы привода, что, в свою очередь, может привести к сбоям в электронных компонентах системы привода.

Документ JP 2003015747 раскрывает систему привода, описанную во введении, которая, однако, не решает указанные выше проблемы, относящиеся к созданию запаса законченных систем приводов и содержанию запаса компонентов для таких систем на складе.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является предложение системы привода такого типа, как это определено во введении, которая по меньшей мере уменьшает некоторые указанные выше проблемы уже известных систем приводов.

Эта задача в соответствии с изобретением решается посредством создания такой системы привода, которая отличается тем, что содержит средства, выполненные с возможностью регистрации движения выходного вала электрического двигателя и положения подвижной части переключателя отводов, и средства, выполненные с возможностью передачи информации из указанных средств регистрации в устройство управления, причем указанное устройство управления, с одной стороны, выполнено компьютеризированным, а с другой стороны, выполнено с возможностью конфигурирования и регулирования перед вводом в эксплуатацию, а также при использовании, для обеспечения адаптации системы привода к различным уровням напряжения источника энергоснабжения и к различным характеристикам переключателя отводов, приводимого в действие указанной системой привода.

Посредством подобной запитки электрического двигателя через электрический преобразователь и управления работой двигателя путем управления преобразователем обеспечивается получение так называемой четырехквадрантной системы привода, возможной для системы привода согласно JP 2003015747, что означает, что к выходному валу электрического двигателя могут прикладываться как положительные, так и отрицательные вращающие моменты, так что не требуется наличия механических тормозов для остановки движения указанной подвижной части в конце каждой операции переключения отводов. Таким образом, проблемы, связанные с наличием такого механического тормоза, могут быть полностью решены.

Однако наиболее важным является то, что наличие в настоящем изобретении средств регистрации и компьютеризирование устройства управления, совместно с вытекающей из этого возможностью сделать это устройство конфигурируемым и регулируемым перед вводом в эксплуатацию, а также при использовании, делают возможным адаптировать систему привода к различным уровням напряжения источника электроснабжения и к различным характеристикам приводимого в действие переключателя отводов. Это делает возможной разработку такой системы привода, что она будет подходить ко всем различным типам переключателей отводов и может быть сделана совместимой со всеми различными значениями напряжения источника электроснабжения, поскольку управление электрическим преобразователем может быть адаптировано к различным типам переключателей отводов, а регулирование напряжения существующего источника электроснабжения может выполняться посредством комбинирования управления электрическим преобразователем и соответствующей подготовкой электрического двигателя при производстве или же соединения электрического преобразователя с источником электроснабжения с помощью соответствующих средств регулирования напряжения.

Таким образом реализуется одна общая конструкция системы привода вне зависимости от типа переключателя отводов и потребителя, т.е. в основном зависящая от ее страны, что дает возможность производить такие системы привода на склад для поставки любым возможным потребителям, тем самым уменьшая время поставки системы привода. Необходимо только сконфигурировать и отрегулировать систему привода для соответствующих предполагаемых условий работы, например, производя изменения в программном обеспечении устройства управления, когда система привода переносится к другому трансформатору. Согласно варианту осуществления изобретения это может быть сделано путем обеспечения возможности приема устройством управления индивидуального для потребителя файла параметров с информацией о характеристиках переключателя отводов, приводимого в действие такой системой. Другое преимущество заключается в том, что конструкция системы привода может быть более компактной и могут быть снижены затраты.

Следует отметить, что выражение «регистрация движения выходного вала электрического двигателя и положения подвижной части переключателя отводов» нужно понимать широко; оно также подразумевает непрямую регистрацию путем регистрации какого-либо прямого результата указанного движения или чего-то соответствующего указанному положению. Это могут быть, например, другие подвижные части, соединенные с указанным валом или переключателем отводов.

Согласно варианту осуществления изобретения система содержит преобразователь постоянного тока (постоянный ток/постоянный ток), подключенный между источником электроснабжения и электрическим преобразователем, и средства управления указанным преобразователем постоянного тока, причем преобразователь постоянного тока и средства управления им выполнены с возможностью подачи на электрический преобразователь напряжения по существу постоянного уровня по существу независимо от уровня напряжения, подаваемого источником электроснабжения. Это означает, что электрический преобразователь системы привода всегда может получать напряжение одного и того же уровня независимо от того, какому потребителю поставляется система привода, а далее может осуществляться управление электрическим преобразователем с целью регулирования системы привода под тип данного переключателя отводов.

Согласно другому варианту осуществления изобретения система выполнена с возможностью подключения к источнику электроснабжения, подающему напряжение в диапазоне 90-400 В постоянного тока или напряжение в диапазоне 100-300 В переменного тока, при этом преобразователь постоянного тока представляет собой повышающий преобразователь, выполненный с возможностью подачи напряжения по существу постоянного уровня, лежащего в диапазоне 350-450 В, предпочтительно порядка 400 В, в электрический преобразователь Это означает, что на электрический преобразователь может подаваться одно и то же электрическое напряжение независимо от потребителя, которому поставляется система привода, то есть от уровня напряжения, преобладающего для источника электроснабжения, который используется потребителем, что дает возможность использования стандартного электрического двигателя, такого как асинхронный двигатель, от любого подходящего производителя.

Согласно другому варианту осуществления изобретения система дополнительно содержит преобразователь с компенсацией коэффициента мощности (Power Factor Correction или PFC), подключенный между источником электроснабжения и указанным электрическим преобразователем, чтобы обеспечить отбор системой сглаженного тока от источника электроснабжения, при этом предпочтительно компенсация коэффициента мощности является функцией преобразователя постоянного тока. Тем самым можно избежать возмущений в источнике электроснабжения, являющихся следствием приведения в действие переключателя отводов указанной системой привода, так что, например, в случае источника электроснабжения переменного напряжения обеспечивается подача от указанного источника в систему привода тока гладкой синусоидальной формы. Это устранит или по меньшей мере уменьшит необходимость в наличии фильтров между источником электроснабжения и электрическим двигателем.

Согласно другому варианту осуществления изобретения система выполнена с возможностью подключения к источнику электроснабжения, подающему переменное напряжение, причем система содержит пассивный выпрямитель, выполненный с возможностью подключения системы к указанному источнику электроснабжения. Следует обратить внимание, что система привода согласно настоящему изобретению может использоваться для всех различных напряжений питания, в отношении как их уровня, так и типа, постоянного напряжения и переменного напряжения. Система привода автоматически будет адаптирована к действующему напряжению питания.

Согласно другому варианту осуществления изобретения система содержит средства измерения тока и напряжения, подаваемых на указанный электрический двигатель, средства вычисления необходимых мгновенной мощности или вращающего момента, а также энергопотребления в течение операции переключения отводов, средства сохранения установленных таким образом вычисленных значений и средства сравнения указанных вычисленных значений с соответствующими сохраненными значениями и определения на основе результата этого сравнения, существует ли необходимость технического обслуживания каких-либо подвижных частей переключателя отводов. Благодаря такому измерению и сравнению становится возможно определить, увеличивается или уменьшается вращающий момент, необходимый для выполнения операций переключения отводов, что может дать, например, важную информацию о начинающемся износе подшипников. Такая информация о состоянии системы привода сообщается на подстанцию или другой главный компьютер. Это означает, что сбои предотвращаются путем выявления износа на ранней стадии, давая возможность производить обслуживание до сбоя. Кроме того, не требуется заменять критичные механические компоненты через фиксированные интервалы времени, вместо этого данная операция может производиться, когда это действительно необходимо, что приводит к уменьшению затрат, особенно трудовых, которые могут быть существенными.

Согласно другому варианту осуществления изобретения указанное устройство выполнено с возможностью управления электрическим преобразователем с целью управления электрическим двигателем, чтобы обеспечить микроперемещения указанной подвижной части переключателя отводов, то есть перемещение указанной части без выполнения полной операции переключения отводов, для проверки правильности функционирования системы и/или переключателя отводов. Такое микроперемещение легко выполняется в любом направлении и обратно в исходное положение благодаря управлению электрическим двигателем, производимому путем управления электрическим преобразователем, и возможность реализации такого управления без выполнения полной операции переключения отводов особенно важна в системе привода, используемой для переключателя отводов, который бездействует в течение долгого периода времени, тем самым обеспечивается надлежащее функционирование переключателя отводов при необходимости приведения в действие. Эта информация о состоянии системы привода также может передаваться в подстанцию или любой иной главный компьютер.

Согласно другому варианту осуществления изобретения указанные средства регистрации содержат датчик вращения, соединенный с выходным валом указанного электрического двигателя, для регистрации положения указанной подвижной части переключателя отводов, причем датчик вращения выполнен с возможностью передачи информации о положении в указанное устройство управления. Использование такого датчика вращения в комбинации с управлением, производимым указанным устройством управления в отношении электрического преобразователя и тем самым электрического двигателя, делает возможным получение измерения абсолютного положения в конце каждой операции переключения отводов простым и эффективным по стоимости образом в противоположность дорогостоящим электромеханическим устройствам, используемым в известных системах привода этого типа.

Согласно варианту осуществления изобретения указанный датчик вращения является резольвером или кодовым датчиком положения и в случае резольвера соединен с выходным валом указанного электрического двигателя таким образом, что поворачивается по существу на один оборот при прохождении всех возможных рабочих положений переключателя отводов. Таким образом, положение резольвера будет в этом случае точно и однозначно указывать имеющееся положение переключателя отводов. Следует отметить, что формулировка «соединение с выходным валом электрического двигателя» также включает непрямое соединение, такое как соединение посредством передачи.

Согласно другому варианту осуществления изобретения указанный электрический двигатель является двигателем переменного тока, таким как асинхронный двигатель, синхронный двигатель с возбуждением постоянными магнитами, бесщеточный двигатель постоянного тока или индукторный электродвигатель. Асинхронный двигатель является особенно предпочтительным, поскольку является прочным, надежным и дешевым двигателем, требующим минимального обслуживания в течение срока службы. Кроме того, двигатель часто используется для приводов с постоянными и переменными скоростями в различных промышленных применениях.

Согласно варианту осуществления изобретения управление указанным двигателем переменного тока производится посредством управления указанным электрическим преобразователем, выполненным в виде конвертера напряжения (VSC, Voltage Source Converter). Такой конвертер напряжения может содержать любые управляемые полупроводниковые устройства запираемого типа, и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor) являются одним из возможных подходящих мощных полупроводниковых устройств.

Согласно другому варианту осуществления изобретения указанное устройство управления выполнено с возможностью управления конвертером напряжения в соответствии с принципом широтно-импульсной модуляции с целью подачи переменного напряжения, приводящего в движение или тормозящего электрический двигатель. Это дает подходящий надежный и простой способ управления операцией переключения отводов для всех возможных типов переключателей отводов под нагрузкой.

Согласно другому варианту осуществления изобретения указанный электрический двигатель является двигателем постоянного тока, таким как двигатель постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами или универсальный электродвигатель. Таким образом, система привода согласно изобретению годится для использования как двигателей переменного тока, так и двигателей постоянного тока, благодаря установке электрического преобразователя для управления работой двигателя.

В случае двигателя постоянного тока указанный электрический преобразователь согласно другому варианту осуществления изобретения является конвертером тока (CSC, Current Source Converter).

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения система привода служит для приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой, имеющего номинальную мощность по меньшей мере 800 кВ·А и/или номинальное напряжение по меньшей мере 11 кВ. Системы привода согласно изобретению пригодны для переключателей отводов под нагрузкой, используемых для регулирования напряжения такого типа «больших» трансформаторов.

Изобретение также относится к применению системы привода согласно изобретению для выполнения операций переключения отводов с целью регулирования напряжения трансформатора в системе для передачи или распределения электроэнергии, при котором возможно получить преимущества от выгодных характеристик системы привода согласно изобретению и при котором важно иметь возможность надежным образом поддерживать напряжение на выходе трансформатора по существу на постоянном уровне независимо от нагрузки, к нему подключенной. Далее, трансформатор может быть соединен с генератором электроэнергии и являться частью электростанции.

Предпочтительным применением системы привода является применение для приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора в системе электропередачи высокого напряжения, предназначенной для постоянного тока высокого напряжения или переменного тока высокого напряжения. Указанная система передачи электроэнергии может быть предназначена для напряжений 50-1000 кВ.

Другим возможным применением системы привода является применение для приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора, подключенного к электрической дуговой печи высокой мощности.

Другим возможным применением системы привода является применение для приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора в распределительном устройстве, например, на предприятии, регулируя электроэнергию, поступающую из линии или сети электропередачи или распределения. Такой переключатель отводов соответственно также выгодно может применяться на предприятии, например на приемной стороне распределительного устройства предприятия с целью регулирования мощности, подаваемой в сеть электропередачи предприятия.

Настоящее изобретение также относится к электростанции, имеющей трансформатор с системой привода для переключателя отводов согласно настоящему изобретению.

Дополнительные преимущества, а также полезные признаки изобретения будут даны в последующем описании.

Краткое описание чертежей

Далее будут описаны частные варианты осуществления изобретения, приведенные как примеры, со ссылкой на прилагающиеся чертежи.

На фиг.1 представлено очень схематичное изображение, иллюстрирующее возможное использование системы привода для приведения в действие переключателя отводов с целью регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой.

На фиг.2 представлено схематичное изображение, иллюстрирующее известную систему привода для приведения в действие переключателя отводов.

На фиг.3 представлена схематичная принципиальная схема, иллюстрирующая систему привода согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.4 представлена принципиальная схема, более детально иллюстрирующая часть системы привода согласно фиг.3.

На фиг.5 представлен упрощенный график вращающего момента на выходном вале электрического двигателя в зависимости от времени при выполнении операции переключения отводов с помощью системы привода настоящего изобретения.

На фиг.6 представлен перспективный вид, иллюстрирующий часть системы согласно фиг.3.

На фиг.7 представлен вид системы привода, соответствующий фиг.4, согласно другому варианту осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Система привода согласно варианту осуществления настоящего изобретения схематично изображена на фиг.3 и содержит электрический двигатель 20 в виде асинхронного двигателя (4-полюсная машина является наиболее оптимальной машиной по коэффициенту мощности и физическому размеру, хотя возможны и другие машины, такие как 2-, 6- или 8-полюсные), выходной вал 21 которого через передачу 22 соединен с подвижной частью 23 системы валов с целью выполнения операции переключения отводов соединенным с ней переключателем отводов. Асинхронный двигатель 20 запитывается источником 24 электроснабжения, который здесь является источником электроснабжения переменного напряжения, но может также подавать и постоянное напряжение. Источник 24 электроснабжения может, например, иметь напряжение 90-400 В постоянного тока или 100-300 В переменного тока.

Далее рассматривается также фиг.4. Система привода содержит пассивный выпрямитель 25 в виде диодного выпрямителя для преобразования подаваемого переменного напряжения в постоянное напряжение. Выход этого выпрямителя соединен с повышающим преобразователем 26, который представляет собой преобразователь постоянного тока, управляемый средствами 27 управления с целью получения напряжения по существу постоянного уровня, такого как 400 В, на его выходе независимо от уровня напряжения, поступающего от источника 24 электроснабжения через выпрямитель 25. Повышающий преобразователь также имеет функцию компенсации коэффициента мощности, которая обеспечивает то, что ток, поступающий из источника 24 электроснабжения, имеет по существу сглаженную синусоидальную форму. Возможная конструкция повышающего преобразователя показана на фиг.4, включая индуктивность 28, соединенную последовательно с выпрямительным диодом 29 и IGBT 30, управляемым средствами 27 управления, соединяющими точку между индуктивностью и диодом и точку на другом полюсе постоянного тока. Для измерения тока и напряжения, подаваемых на повышающий преобразователь 26, предусмотрены соответственно средства 31, 32, предоставляющие информацию о токе и напряжении средствам 27 управления для обеспечения того, что они управляют повышающим преобразователем с обеспечением на его выходе напряжения по существу постоянного уровня. Это фиксированное напряжение постоянного тока на входе электрического преобразователя означает, что для всего диапазона подаваемого напряжения может быть использован 240 В -соединения 400 В Y-соединения асинхронный двигатель, а электрический преобразователь может быть выполнен для одного конкретного напряжения.

Выход повышающего преобразователя 26 соединен с электрическим преобразователем 33 в виде конвертера напряжения (VSC), управляемого устройством 34 управления в соответствии с принципом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для подачи переменного напряжения на электрический двигатель 20. На фиг.4 показана обычная схема такого конвертера с вентилями из полупроводниковых устройств запираемого типа, такими как IGBT или FET (Field Effect Transistor, полевой транзистор). Транзисторы IGBT этого преобразователя управляются с частотой, являющейся по меньшей мере на порядок больше, например в 20-40 раз больше, чем частота переменного напряжения, подаваемого на электрический двигатель 20. Следует обратить внимание, что преобразователь 26 постоянного тока предпочтительно включается только тогда, когда должна выполняться операция переключения отводов, так что в течение времени между такими операциями преобразователь постоянного тока будет неактивен, что, в свою очередь, приводит к падению напряжения в промежуточном соединении с электрическим преобразователем 33 на напряжение, зависящее от напряжения, получаемого от источника 24 электроснабжения. В основном это сделано для удлинения срока службы полупроводниковых устройств преобразователя 26 постоянного тока. Затем при включении преобразователя постоянного тока перед операцией переключения отводов повышение напряжения за единицу времени ограничивается с целью минимизации нагрузки, в частности, на конденсаторы 41 указанного промежуточного соединения.

Система также содержит средства 35 измерения тока и напряжения, подаваемых на электрический двигатель, интегрированные с указанным устройством 34 управления средства вычисления необходимых мгновенной мощности или вращающего момента, а также энергопотребления в течение операции переключения отводов, средства сохранения установленных таким образом вычисленных значений и средства сравнения указанных вычисленных значений с соответствующими сохраненными значениями и определения на основе результата этого сравнения того, имеется ли необходимость технического обслуживания каких-либо подвижных частей переключателя отводов.

Выходной вал 23 электрического двигателя 20 из передачи 22 соединен с датчиком вращения в виде резольвера 36 положения, как показано на фиг.6. Этот резольвер, используя средства 41, осуществляет подачу информации о действительном положении подвижной части переключателя отводов в указанное устройство 34 управления для обеспечения того, что устройство 34 управления управляет электрическим преобразователем и тем самым что электрический двигатель 20 и подвижные части переключателя отводов находятся в правильном положении в конце операции переключения отводов. В настоящем случае переключатель отводов имеет тридцать пять отдельных контактов, подключенных к разным виткам обмотки данного трансформатора. Вал 23 делает один оборот за двадцать пять оборотов двигателя и делает пять оборотов во время операции переключения отводов, в то время как вал резольвера во время такой операции переключения отводов повернется только на 10°. Это означает, что резольвер 36 будет поворачиваться на 350° для тридцати пяти таких возможных операций.

Устройство 34 управления может быть соединено через внутреннюю шину CAN (Controller Area Network, асинхронная последовательная коммуникационная шина) с модулем 37 дисплея и платами ввода/вывода (не показаны) для связи с электростанцией.

Система привода, показанная на фиг.3, может использоваться при любом уровне напряжения источника электроснабжения и типе переключателя отводов, приводимого в действие данным источником. Адаптация к определенному типу переключателя отводов заключается только во вводе индивидуального для потребителя файла параметров в устройство управления, информируя его о числе положений переключения для переключателя отводов и о том, какой язык должен использоваться для модуля дисплея. Устройство 34 управления посредством управления электрическим преобразователем 33 управляет электрическим двигателем 20 для создания на его выходном валу 21 любого вращающего момента, т.е. как положительного, так и отрицательного, так что не требуется какого-либо механического тормоза для точной остановки подвижных частей переключателя отводов в конце операции переключения отводов.

То, как вращающий момент Т может меняться во времени t в течение операции переключения отводов, схематично и очень упрощенно показано на фиг.5. Операция переключения отводов начинается в момент времени А, в который устройство 34 управления осуществляет управление преобразователем 33 таким образом, чтобы начать управление электрическим двигателем 20 с целью создания положительного вращающего момента для перемещения движущихся частей переключателя отводов, а в момент времени В производится управление двигателем 20 посредством преобразователя 33 с целью создания отрицательного вращающего момента, тормозящего выходной вал 21 до тех пор, пока операция переключения отводов не закончится в момент времени С.

На фиг.7 показан вид, соответствующий фиг.4, иллюстрирующий часть системы привода согласно другому варианту осуществления изобретения, в котором трехфазное переменное напряжение 24' подается на пассивный выпрямитель 25', соединенный с двигателем 20' постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами, через так называемый вольтодобавочный преобразователь 40' и преобразователь 33', запитывающий электрический двигатель 20'.

Разумеется, изобретение не ограничивается каким-либо вариантом осуществления, описанным выше, но имеется множество возможностей для его модификаций, очевидных для специалиста в данной области техники, без отступления от основной идеи изобретения, определенной в прилагающейся формуле изобретения.

Могут использоваться другие типы электрических двигателей, отличающихся от приведенных выше, и, разумеется, число и тип электронных компонентов, используемых в системе привода, могут изменяться. Таким образом, система привода может быть адаптирована для подключения к источнику электроснабжения любого типа, такого как постоянный ток, однофазный переменный ток и трехфазный переменный ток.

Вариант осуществления, показанный на фиг.3, необязательно требует преобразователя для подачи напряжения по существу постоянного уровня на электрический преобразователь 33 и может быть исключен, если асинхронный двигатель 20 сконструирован (намотан) для минимально возможного напряжения на входе преобразователя 33, принимая во внимание возможные напряжения источника электроснабжения различных потребителей.

Необязательно должны присутствовать отдельные средства управления преобразователем постоянного тока; управление указанным преобразователем может быть реализовано в устройстве, управляющем двигателем посредством управления электрическим преобразователем.