Система подмагничивания постоянным током управляемого ферромагнитного устройства

. Кл.01 1. 29/1 3 Ьеударстынный кемите СССР пе делам изебретеиий. Бурыкин, С. В. ов и В. М. Ешельк 71) Заявител ковский ордена "Знак Почета" энергетическ институт им, В. И. Ленина ГНИЧИВАНИЯ ПОСТОЯННЫМ ТОКО ФЕРРОМАГНИТНОГО УСТРОЙСТВА 54) СИСТЕМА П УПРАВЛЯЕ ак па ток.ре фдла-. 1Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам подмагничивания постоянным током .ферромагнитных устройств, например управляемых реакторов, магнитных усилителей, реверсивнык трансформаторов с регулированием величины и фазы вторичного напряжения.Известна конструкция управляемого подмагничиванием реверсивного трансформатора, содержащая четыре магнитопровода, на каждом из которых расположены две секции обмоток переменного тока (первичной и вторичной) и секция обмотски подмагничивания постоянным током. Все секции первичной обмотки соединены последовательно-согласно и подключены к источнику питания. Вторичные секции обмотки также соединены последовательно, но попарно встречно. Секции обмоток управления соответствующих пар магнитопроводов соединены последовательно-встреч.2 о но для исключения попадания переменной составляющей в цепи подмагничивания, При отсутствии подмагничивания напряжение сети поровну распределяется между четырьмя секциями первичной обмотки, а вы- ходное напряжение равно нулю, так к секции вторичной обмотки соединены рами последовательно-встречно, При подаче . постоянного тока в одну из обмоток управления два соответствующих магнитопровода насыщаются и не участвуют в транс формации, Если постоянный ток подают в другую обмотку подмагничивания, насыщаются другие два магнитопровода. При насыщении любой пары магнитопроводов на выходе трансформатора появляется напряжение, причем его фаза меняется на 180 о в зависимости от того, в какую из обмоток управления подан постоянный Для повышения быстродействия этого версикного трансформатора в нем пре гается обмотки управления питать от источника постоянного тока с большим внутренним сопротивлением 113Однако эта возможность повьппения быстродействия неизбежно обусловливает увеличение потерь энергии в цепях посто3 966761 фянного тока, что для мощных силовых уст 1- ройства, содержащей управляемые выпряройств неприемлемо, мители, соединенные параллельно, к,выхоНаиболее близкой к предлагаемой явля; ду постоянного тока которых подключена ется система подмагничивания постоянным одна из двух обмоток подмагничивания, током управляемого ферромагнитного уст 5 устройство для ограничения перенапряжеройства, содержащая управляемые выпря- ний обмоток подмагничивания, блок управмители, соединенные параллельно, к выхо ления выпрямителями, каждый из.выходов ду постоянного тока которых подключена которого соединен с управляющими электодна из двух обмоток подмагничивания, родами вентилей одного из выпрямителей, устройство для ограничения перенапряже выйрямители включены встречно, а вторая ний обмоток подмагничивания, блок управ- обмотка подмагничивания включена паления выпрямителями, каждый из выходов раллепьно первой, причем, последователь-. жоторого соединен с управляющими электр- но с каждой обмоткой подмагничивания родами вентилей одного из выпрямителей. дополнительно включен вентиль, полярность В этом устройстве для повышения быстро.15 которого согласна с полярностью соотдействия более рациональное примене- ветствующего выпрямителя,ние системы подмагничивания, содержащей КРоме того, с целью уменьшения влиядва управляемых выпрямителя (,абочий и ния небаланса обмоток подмагничивания форсировочный) включенных параллельно, дополнительные вентили выполнены управк объедййенным выводам постоянного тока 30 ляемыми, управляющие электроды которых которых подключена одна из обмоток под- подключены к соответствующему выходу магничивания управляемого ферромагниг- блока управления выпрямителями.ного устройства. Для зашиты изоляции На фиг. 1 и 2 представлена система подобмотки подмагничивания параллельно ей магничивания ферромагнитного устройства подключено устройство для ограничения 35 варианты.перенапряжений (например, в виде актив- Система включает фиг. 1) четыре ного сопротивления). Работой выпрямите- сердечника 1 -4 реверсивного трансфорлей управляет блок управления. В устано- матора; секции 5 - 8 первичной обмотки вившемся рабочем режиме обмотка подмаг- трансформатора, соединенные последованичивания питается током от рабочего30тельно-согласно; секции 9 - 12 вторичвыпрямителя. При необходимости увеличе- ной обмотки трансформатора, соединенные ния тока подмагничивания и ускорения пе- парами (9, 10 и 11, 12) последовательреходного процесса обмотка подмагничива- но-согласно, причем пары секций по отнония переключается на форсировочный выпря- шению. друг к другу соединены последовамитель. При необходимости быстрого тельно-встречно; секции 13, 14 и 15, 16 уменьшения тока подмагничивания также35обмоток подмагничивания, соединенные паподключается форсировочный выпрямитель, рами последовательно-встречно для исклюкоторый блоком управления переводится в чения попадания переменного тока в цепи инверторный режим2, подмагничивания, причем секции 13 и 14Недостатком известной системы явля- образуют первую обмотку подмагничивания ется сложность конструкции, поскольку на трансформатора, а 15 и 16 - вторую уп 40каждую обмотку подмагничивания требует равляемые выпрямители 17 и 18, наприся по два управляемых выпрямителя ра- мер тиристоры, выходы постоянного тока бочий и форсировочный), и повышенная которых объединены и подключены к перстоимость не только за счет удвоения вой и второй обмоткам подмагничивания, числа тиристоров, но и за счет того, что причем полярность выпрямителей противо 45тиристоры форсировочного выпрямителя положна; устройство 19 для ограничения выбираются на большую мощность, чем перенапряжений на обмотках подмагничи-. тиристоры рабочего выпрямителя, Следо- вания, например, в виде активного сопровательно, повышение быстродействия уст тивления; блок 20 управления выпрямитеройства требует дополнительных затрат на 50 лями 17 и 18, каждый из двух выходов форсировочный выпрямитель, что ограни-которого связан с управляющими электрочено экономическими соображениями. дами одного из выпрямителей; дополнительЦель изобретения - упрощение. и повы- но вентили 21 и 22, соединенные послешение быстродействия управляемого ферро. довательно с первой и. второй обмотками магнитного устройства, 55, подмагничивания соответственно, причем,Указанная цель достигается тем, что вентиль 21 включен согласно с выпрямив системе подмагничивания постоянным телем 17, а вентиль 22 - согласно с .тохом управляемого ферромагнитного уст- .выпрямителем 18. При отсутствии под5 966761 6 магничивания первичное напряжение 0 ния (секции 13 и 14), устройство для равномерно распределяется между секци- ограничения перенапряжений 19 (например, ми первичной обмотки 5 - 8, а вторичное активное сопротивление) и вентиль 21, напряжение О равно нулю благодаря то- На устройстве 19 возникает заданная вему, что секции вторичной обмотки 13, 14личина перенапряжения, которая может реи 15, 16 соединены попарно последова-гулироваться, например, изменением вели- тельно-согласно, а пары секций по отно- . чины сопротивления. Чем больше сопротившению друг к другу включены последова- ление, тем быстрее затухает ток Э., и тем тельно-встречно. Во втором варианте сис-,большее перенапряжение Ьозникает на темы подмагничивания (фиг. 2 вентили 1 Ф сопротивлении. Это перенапряжение ока и 22 выполнены управляемыми (при- зывается приложенным ко второй обмотменены тиристоры). Причем, сигнал с од- ке подмагничивания (секции 15 и 16). ного выхода блока управления 20, управ- Ток Э не может мгновенно возрасти изляющий работой выпрямителя 17, одновре- за значительной индуктивности второй обменно подают на вентиль 21, а сигнал с 13 мотки подмагничивания, но скорость его другого выхода блока управления 20, уп- нарастания зависит от величины перенарввляющий работой выпрямителя 18, одно- пряжения на устройстве 19. Чем больше временно подают на электрод управления величина перенапряжения, тем быстрее вентиля 22. нарастает ток 3 во второй обмотке подСистема подмагничивания (фиг. 1) рафй магничивания. Таким образом,.увеличиваяботает следующим образом, величину активного сопротивления 19, усПри открытом сбстоянии тиристоров . коряются процессы затухания тока .), в управляемого выпрямителя 17 первая об- . первой обмотке подмагничивания и нарасмотка подмагничивания (секции 13 и 14) тания тока Э во второй обмотке подмагчерез вентиль 21 обтекается постоянным 23 ничивания.током Э, который насыщает сердечники . После закрытия тиристоров выпрямите и 2 трансформатора. Бервичное напряже- ля 17 подают управляющий сигнал с выние Ов этом случае прикладывается хода блока управления 20 на управляющие практически только к секциям 7 и 8 пер- электроды выпрямителя 18, После того, вичной обмотки, а вторичное напряжение Зй квк в течение переходного процесса велиО равно сумме напряжений нв секциях 11 чина перенапряжения на устройстве 19 и 12, Если в открытом состоянии нахо- снижается до величины напряжения холосдятся тиристоры выпрямителя 18, то по- того хода открытого выпрямителя 18, тистоянным током Э обтекается вторая об- ристоры выпрямителя 18 открываются и мотка подмагничивания (секции 15 и 16) выпрямитель 18 начинает подпитыватьЗЗчерез вентиль 22. Первичное напряжение вторую обмотку подмагничивания. С теО теперь прикладывается практически чением времени ток Эчерез первую обтолько к секциям 5 и 6 первичной обмот- мотку подмагничивания падает до нуля; а ки, поскольку сердечники 3 и 4 насыщены. ток Э 1 достигает установившегося значеВторичное напряжение О равно сумме ния, необходимого для насыщения сердечнапряжений на секциях 9, и 10, причем ников 3 и 4. В установившемся режиме вектор вторичного напряжения Осменил ток от выпрямителя 18 не замыкается фазу на 180 о по сравнению с первым расчерез первую обмотку подмагничивания, смотренным режимом, когда подмагничи- поскольку вентиль 21 включен встречвалась первая обмотка управления.45.но выпрямителю 18. Аналогично, в устаПредположим, что в исходном режиме новившемся режиме ток от выпрямителя подмагничивалась первая обмотка управле не протекает черм вторую обмотку ния (секции 13 и 14). При необходимости подмагничивания, так квк вентиль 22 вклюизменения фазы вторичного напряжения 0 чен встречно выпрямителю 17, на 180 ф снимают управляющий сигнал сПереходные процессы при снятии подМэлектродов управления тиристоров выпря- магничивания с сердечников 3 и 4 и помителя 17. Поскольку обмотка подмагни- даче подмагничивания в сердечники 1 и 2 чивания представляет собой значительную протекают аналогично рассмотренным. Во индуктивность, то ток Э не может мгно- всех случаях перенапряжение на устройвенно уменьшиться до нуля при отключе-. стве 19, возникающее при отключении однии выпрямителя 17. Поэтому после зв-ной обмотки подмагничивания; прикладываИкрытия тиристоров выпрямителя 17 ток Э ется к друг 63" ЮБмоткв . подмагничиввния, начинает затухать. по контуру, вклю-. что ускоряет время переходного процесса, чающему первую обмотку подмагничива- т. е. повышается быстродействие управ7. 96676 ляемого ферромагнитного устройства, например реверсивного трансформатора. Причем; время переходного процесса регулируется параметрами устройства для огра-. ничения перенапряжений 19, например, пу-тем изменения величины его активного сопротивления.Обмотки подмагничивания управляемых ферромагнитных устройств, например, рас-. смотренного реверсивного трансформатора; 1 Ю выполняют из нескольких (двух) секций, расположенных на разных , сердечниках ферромагнитного устройства или на раз-. ных стержнях его общего магнитопровода. Для устранения попадания переменного М тока в цепи управления эти секции соединены последовательно-встречно так, чтобы суммарное переменное напряжение на зажимах обмотки управления равнялось нулю. Однако, такое равенство на практике труд-. 20 но достижимо, поскольку непременно сушествует некоторая неидентичность или сердечников, или стержней объединенного магнитопровода, или секций обмотки подмагничивания. Устранить эту неидентичОность полностью практически невозможно, поэтому на зажимах обмотки подмагничивания неизбежно появляется некоторое переменное напряжение небаланса, под воздействием которого через цепи постоянно-Зй го тока циркулирует переменная составляющая тока. Ее устранение требует применения дополнительных устройств, напримерэлектрических фильтров, что усложняетустройство, увеличивает потери энергии в нем и ухудшает быстродействие. Этотнедостаток устраняется в системе под-.магничивания постоянным током по фиг. 2,работа которой состоит в следующем.Рассмотрим, например режим работыреверсивного трансформатора, когда выпрямитель 17 включен и первая обмоткаподмагничивания (секции 13 и 14) обтекается постоянным током Э . Из-за йе-идентичности сердечников 3 и 4 на зажимах второй обмотки подмагничивания (секции 15 и 16) существует небаланс переменного напряжения, Однако ток черезвторую обмотку подмагничивания под воз действием небаланса не протекает, посколь 6ку вентиль 22 закрыт (сигнал на его управляюший электрод не подан).При необходимости снятия подмагничивания с сердечников 1 и 2 и подаче подмагничивания в сердечники 3 и 4 сигнал с управляющих электродов выпрямителя 17Ии вентиля 21 снимают одновременно. ДалЕе одновременно подают сигнал с другого ф щихода блока управления 20 на управляю 1 8щие электроды выпрямителя 18 и вентиля 22, Переходный процесс протекаетаналогично варианту на фиг, 1, с отличием, что после того, как затухающийтокчерез первую обмотку подмагничиванияснижается до нуля, вентиль 21 закрывается (сигнал на управляющем электродеснят) и не пропускает далее ток небаланса, который может возникнуть из-за неидентичности сердечников 1 и 2. Таким об-;разом, применение управляемых вентилей в.цепях обмоток подмагничивания уменьшает влияние возможного небаланса сердечников. В остальном система подмагничивания по фиг, 2 имеет те же свойства,что и по фиг. 1. В частности, повышениебыстродействия может быть достигнутоувеличением величины активного сопротивления 19,По сравнению с прототипом в данномизобретении достигается также упрощениеза счет отказа от двух дополнительныхфорсировочных выпрямителей. Так, в про-.тотипе для управления реверсивным трансформатором с двумя обмотками подмагничивания необходимо наличие двух рабочихвыпрямителей и двух форсировочных выпрямителей (по одному рабочему и одномуфорсировочному выпрямителю на каждуюобмотку подмагничивання), в данной системе подмагничивания содержится только1два рабочих выпрямителя (по одному накаждую обмотку подмагничивания), Крометого, упрощение. и снижение стоимостисистемы подмагничивания достигается нетолько путем уменьшения вдвое числавыпрямителей но и тем, что в прототипетиристоры форсировочного выпрямителявыбираются на большую мощность, чемтиристоры рабочего выпрямителя,формула изобретения 1. система подмагничивания постоянным током управляемого ферромагнитного устройства, содержащая управляемые выпрямители, соединенные параллельно, к выходу постоянного тока которых подключена одна из двух обмоток подмагничива- ння,устройство для ограничении перенапряжений обмоток подмагничивания, блок управления выпрямителями, каждый из выходов которого соединен с управляющими электродами вентилей одного из выпрямителей, отл ичаюшаяся тем, что, с целью упрощения и повышениябыс 1 родействия, выпрямители включены встречно, а вторая обмотка подмагничиванияФ.г ИИПИ Заказ 7883/70 Тираж 761 Подписное тент", г, Ужгород, ул. Проектная,лиал П 9966761 10включена параллельно первой, причем по-,ляющие электроды которых подключены кследовательно с каждой обмоткой подмаг- соответствующему выходу.блока управленичивания дополнительно включен вентильния выпрямителями,полярность которого согласна с полярнос- . Источники информапии,тью соответствующего выпрямителя. 3 принятые во внимание при акснертиэе2. Система подмагничивання по п. 1, 1. Аттура Г. Магнитные усилители,о тли чаюшаяс я тем, что, с ГЭИ, 1963, с. 129-130.целью уменьшения влияния небаланса об. Эксплуатация турбогенераторов смоток подмагнйчивания, дополнительные ,непосредственнам охлажденеим. М.,вен йши. выполнены управляемыми, управ ф фЗнергия", 1972, с. 302.