Регулятор напруги мережі змінного струму

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к устройствам для автоматического регулирования и стабилизации напряжения в электрических сетях переменного тока. Известны регуляторы напряжения сети переменного тока, содержащие вольтодобавочный автотрансформатор (ВДАТ), обмотка которого отпайкой между основной и вольтодобавочной секциями, включенными согласно, подключена к сети переменного тока, и одну группу управляемых элементов (УЭ), последовательно включенных с основной секцией обмотки ВДАТ, причем цепь последовательно соединенных УЭ и основной секции обмотки ВДАТ подключена к сети переменного тока, конец вольтодобавочной секции обмотки ВДАТ подключен к одному из выходных выводов, тогда как другим выходным выводом устройство подключено к сети переменного тока, В качестве УЭ применены управляемые венти-лисимисторы или встречно параллельно включенные тиристоры. Нагрузка подключена к выходным выводам устройства, а регулирование напряжения на выходе устройства производится путем изменения угла управления УЭ в диапазоне от нуля до 180°, причем, при регулировании в сторону повышения напряжения угол управления изменяют от некоторого начального значения, близкого к 90°, до нуля, а при регулировании в сторону понижения напряжения - от 90° до 180°. Однако в таких устройствах диапазон регулирования в сторону повышения напряжения уменьшается по сравнению с возможным диапазоном регулирования ВДАТ, определяемого его коэффициентом трансформации, из-за уменьшенного диапазона регулирования угла управления до 90°, что связано с наличием лишь одной группы УЭ. При работе регулятора в режиме стабилизатора напряжения диапазон регулирования дополнительно уменьшается, так как к основной секции обмотки ВДАТ прикладываются пониженное, при работе на повышение, и повышенное, при работе на понижение, напряжения. Кроме того, в промежутки времени, когда УЭ закрыты, основная секция обмотки ВДАТ остается разомкнутой и в ней возникают большие перенапряжения из-за намагничивания магнитопровода током нагрузки, действующим в вольтодобавочной секции обмотки ВДАТ. По той же причине из-за увеличения магнитной индукции в моменты закрытого состояния УЭ возрастают потери в магнитопроводе ВДАТ, а форма кривой напряжения искажается, так как индуктивное сопротивление ВДАТ становится резко нелинейным При углах управления, близких к 180°, когда основная секция обмотки ВДАТ разомкнута, практически в течение всего периода, указанные явления проявляются в значительной степени, а при коротких замыканиях на выходе устройства перенапряжения могут достигать критических величин. Из-за больших значений индукции возникают большие потери в магнитопроводе ВДАТ. Прототипом устройства является регулятор напряжения сети переменного тока, содержащий ВДАТ, обмотка которого выполнена с отпайкой, выведенной от места соединения основной и вольтодобавочной секций, и две группы УЭ с двумя выводами каждая, причем первая группа УЭ одним выводом подключена к концу основной секции обмотки ВДАТ, а другим выводом - к общему выводу сети переменного тока и одного из выходных выводов устройства, тогда как вторая группа управляемых элементов включена параллельно вольтодобавочной секции обмотки ВДАТ, а отпайка от основной и вольтодобавочной секций обмотки ВДАТ подключена к сети переменного тока, конец вольтодобавочной секции обмотки ВДАТ и соединенный с ним вывод второй группы УЭ подключены ко второму выходному выводу устройства. В качестве УЭ применены управляемые вентили-тиристоры или симисторы. Пи регулировании в сторону повышения напряжения в начале каждого полупериода включаются УЭ второй группы и остаются включенными до момента включения УЭ первой группы, что определяется углом управления а. При выключении УЭ первой группы УЭ второй группы выключаются, так как напряжение, приложенное к ним, меняется на противоположное. Напряжение на выходе устройства в каждом полупериоде определяется напряжением сети до момента включения УЭ первой группы, и суммой напряжений сети и вольтодобавочной секции обмотки ВДАТ после включения КУЭ первой группы. Регулирование на понижение напряжения возможно лишь изменением угла управления УЭ второй группы b при этом напряжение на выходе определяется разностью между напряжением сети и падением напряжения в ВДАТ до момента включения УЭ второй группы, и только напряжением сети после включения УЭ второй группы. Недостатком прототипа является подключение второй группы УЭ параллельно вольтодобавочной секции обмотки ВДАТ, из-за чего в цепи первой группы УЭ действует полный ток нагрузки в рабочем режиме и полный ток короткого замыкания, соответствующий аварийному току короткого замыкания на выходе устройства. Указанный недостаток вынуждает выбирать УЭ второй группы по полному току нагрузки, что при больших мощностях увеличивает габариты устройства. При коротких замыканиях в цепи нагрузки УЭ второй группы подвергаются действию полного тока короткого замыкания, если они находятся в открытом состоянии, либо перенапряжения в основной секции обмотки ВДАТ по-прежнему имеют место, если УЭ второй группы закрыты в момент короткого замыкания. В результате, надежность устройства снижается, особенно при частых воздействиях токов коротких замыканий, как например, при пусках электродвигателей, при питании электросварочного оборудования и других резкопеременных нагрузках. Поскольку УЭ второй группы коммутируют полный ток нагрузки, который может быть достаточно большим, причем скорость нарастания тока при коммутациях УЭ ограничивается только небольшим индуктивным сопротивлением короткого замыкания ВДАТ, создаваемые устройством радиопомехи также достаточно велики. Кроме того, из-за того, что общая отпайка, соединяющая основную и вольто добавочную секции ВДАТ присоединена к сети переменного тока, а конец вольтодобавочной секции и соединенный с ним вывод второй группы УЭ присоединены ко второму выходному выводу устройства, диапазон регулирования напряжения в режиме стабилизатора напряжения уменьшается, так как к основной секции обмотки ВДАТ приложено входное напряжение сети переменного тока, изменяющееся в широких пределах, из-за чего при работе в сторону повышения напряжения к основной секции обмотки прикладывается пониженное напряжение сети, а при работе в сторону повышения напряжения - повышенное, что приводит к уменьшению как положительной, так и отрицательной вольтодобавок вольтодобавочной секции обмотки ВДАТ. Повышенное же напряжение сети, приложенное к основной секции может приводить еще и к перевозбуждению ВДАТ. В основу изобретения поставлена задача создать такой регулятор напряжения сети переменного тока, в котором введение новых элементов и их взаимосвязей с вольтодобавочным автотрансформатором позволило бы улучшить качество регулирования напряжения, а именно: увеличить диапазон регулирования напряжения исключив возможность перевозбуждения ВДАТ и ВДТ, уменьшить внутренние перенапряжения, потери мощности и искажения формы кривой выходного напряжения, уменьшить радиопомехи, создаваемые регулятором, а также повысить надежность устройства, особенно при коротких замыканиях. Кроме того, в основу изобретения поставлена задача упростить устройство и уменьшить его габариты за счет качественно иного применения управляемых элементов. Поставленная задача решается тем, что в регуляторе напряжения сети переменного тока, содержащем вольтодобавочный автотрансформатор, обмотка которого выполнена с отпайкой, выведенной от места соединения основной и вольтодобавочной секций, и две группы УЭ с двумя выводами каждая, причем первая группа УЭ одним выводом подключена к концу основной секции обмотки ВДАТ, а другим выводом- к общему выводу сети переменного тока и одного из выходных выводов устройства, при этом, со-, гласно изобретению, последовательно со второй группой УЭ включен дроссель, а цепь последовательно соединенных дросселя и второй группы УЭ включена параллельно основной секции обмотки ВДАТ, при этом отпайка от основной и вольтодобавочной секций обмотки ВДАТ соединена со вторым выходным выводом устройства, а конец вольтодобавочной секции обмотки ВДАТ присоединен к сети переменного тока. Поставленная задача решается также тем, что параллельно второй группе УЭ включен дроссель. Технический результат применения данного изобретения состоит в том, что благодаря введению нового элемента и изменению взаимосвязей управляемых элементов с ВДАТ, заключающемся в том, что последовательно со второй группой УЭ дополнительно включен дроссель, а цепь последовательно соединенных дросселя и второй группы УЭ включена параллельно основной секции обмотки ВДАТ, уменьшаются, радиопомехи, создаваемые устройством, повышается его надежность и уменьшаются коммутационные потери мощности в УЭ второй группы и в ВДАТ, так как ток, действующий в УЭ второй группы уменьшается в w1 /w2 раз, где w1 и w2 - числа витков, соответственно, основной и вольтодобавочной секций обмотки ВДАТ, что имеет место как в рабочем, так и в аварийном режимах, т.е. при коротких замыканиях. При этом обеспечивается возможность выбора УЭ второй группы на меньший ток, что дает возможность уменьшить габариты устройства. Включенный последовательно с УЭ второй группы дроссель уменьшает скорости изменения токов при коммутациях УЭ, благодаря чему радиопомехи и коммутационные потери мощности дополнительно уменьшаются. Кроме того, технический результат изобретения состоит еще и в том, что благодаря изменению взаимосвязей секций обмотки ВДАТ с сетью переменного тока и с выходом устройства, заключающемся в том, отпайка от основной и вольтодобавочной секций обмотки ВДАТ соединена со вторым выходным выводом устройства, а конец вольтодобавочной секции присоединен ко второму выводу сети переменного тока, увеличивается диапазон регулирования напряжения и исключается возможность перевозбуждения ВДАТ при работе регулятора в режиме стабилизатора напряжения, так как в этом случае к основной секции обмотки ВДАТ оказывается приложенным выходное напряжение регулятора, значительно более стабильное, чем напряжение сети переменного тока. По этой же причине максимальная величина вольтодобавки возрастает. Технический результат изобретения состоит еще и в том, что благодаря введению нового элемента, заключающемуся в том, что параллельно со второй группой УЭ дополнительно включен дроссель, уменьшаются при регулировании в сторону понижения напряжения внутренние перенапряжения в ВДАТ и искажения формы кривой напряжения, а также потери мощности в магнитопроводе ВДАТ. Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена функциональная схема регулятора напряжения сети переменного тока, где 1 - ВДАТ; 2,3 - основная и вольтодобавочная, соответственно, секции обмотки ВДАТ; 4 - общая отпайка от основной и вольтодобавочной секций обмотки ВДАТ; 5,6- первая и вторая, соответственно, группы УЭ, например, встречно-параллельно включенные тиристоры; 7 - дроссель индуктивности последовательно включенный с шестой группой УЭ; 8 - дроссель индуктивности параллельно включенный шестой группе УЭ; 9,10 - выводы сети переменного тока; 9,11- выходные выводы регулятора. Регулятор напряжения сети переменного тока содержит ВДАТ 1, обмотка которого выполнена с отпайкой 4 выведенной от места соединения основной 2 и вольтодобавочной 3 секций, и две группы 5,6 УЭ с двумя выводами каждая. Первая группа 5 УЭ одним выводом подключена к концу основной секции 2 обмотки ВДПТ, а другим выводом - к общему выводу 9 сети переменного тока и выхода устройства. Согласно изобретению, последовательно со второй группой 6 УЭ включен дроссель 7, а цепь последовательно соединенных дросселя 7 и второй группы 6 УЭ включена параллельно основной секции 2 обмотки ВДАТ. Общая отпайка 4 от основной 2 и вольтодобавочной 3 секций обмотки ВДАТ соединена со вторым 11 выходным выводом устройства. Конец вольтодобавочной секции 3 обмотки ВДАТ присоединен ко второму выводу 10 сети переменного тока. Согласно изобретению, параллельно второй группе 6 УЭ включен дроссель 8. Устройство работает следующим образом. Регулятор настраивается так, что в исходном режиме, когда напряжение сети равно номинальному, УЭ первой группы 5 полностью открыты, а УЭ второй группы 6 полностью закрыты. Основная секция 2 обмотки ВДАТ в этом случае замкнута накоротко управляемыми элементами первой группы и действующий в ней ток создает в магнитопроводе ВДАТ встречный по отношению к основному магнитный поток, эффективно размагничивающий магнитопровод ВДАТ, благодаря чему его индуктивное сопротивление мало и напряжение на нагрузке практически равно напряжению сети. При понижении напряжения сети ниже уровня, определяемого диапазоном регулирования ВДАТ, УЭ первой группы 5 полностью закрываются, а УЭ второй группы 6 полностью открываются/Основная секция 2 обмотки ВДАТ оказывается подключенной на суммарное напряжение сети и вольтодобавочной секции, чем обеспечивается максимальная величина вольтодобавки. При этом напряжение на выходе регулятора также равно сумме напряжений сети и вольтодобавки ВДАТ. В этом режиме размагничивающее действие создает ток основной секции 2 обмотки и магнитопровод не намагничивается выше допустимых значений индукции, следовательно, перенапряжений и искажений формы кривой напряжения, вносимых ВДАТ, не возникает. В промежуточных режимах, когда напряжение сети ниже номинального, но находится в пределах регулировочного диапазона ВДАТ, в каждом полупериоде сначала, при переходе напряжения сети через нуль включаются УЭ второй группы 6 и остаются открытыми до момента включения УЭ первой группы 5, причем момент включения УЭ второй группы 6 задается углом управления а, зависящим от отклонения напряжения сети от номинального. При включении УЭ первой группы 5, напряжение приложенное к УЭ второй группы 6, меняет свой знак на противоположный и УЭ 6 мгновенно закрываются без приложения сигнала управления, чем исключается возможность режима, близкого к короткому замыканию по цепи: вывод 9 сети переменного тока, УЭ5, УЭ6, дроссель 7, вольтодобавочная секция 3 обмотки ВДАТ, вывод 10 сети переменного тока. При этом дроссель 7, последовательно включенный со второй группой 6 УЭ сглаживает фронты токов при коммутациях УЭ, благодаря чему уменьшаются радиопомехи и коммутационные потери мощности в УЭ и в ВДАТ. При возникновении короткого замыкания на выходе регулятора, ток, действующий в УЭ второй группы 6, если они включены, в w1 /w2 раза меньше тока короткого замыкания на выходе устройства. Если же короткое замыкание произошло в момент времени, когда УЭ второй группы 6 закрыты, основная секция 2 обмотки ВДАТ оказывается подключенной к сети через включенные УЭ первой группы 5 и перенапряжений не возникает. При регулировании в сторону понижения напряжения УЭ первой группы 5 полностью запираются, а режимом напряжения управляют путем изменения угла управления b второй группы 6 УЭ. В промежутки времени, когда УЭ второй группы заперты, что определяется углом управления, индуктивное сопротивление ВДАТ возрастает из-за намагничивания магнитопровода током вольтодобавочной секции обмотки ВДАТ и напряжение на выходе устройства уменьшается за счет падения напряжения на ВДАТ. При этом дроссель индуктивности 8, включенный параллельно основной секции 2 обмотки ВДАТ, создает цепь для тока основной секции обмотки, оказывающего размагничивающее действие на магнитопровод, благодаря чему перенапряжения и искажения формы кривой напряжения уменьшаются. Эффективность дросселя повышается если его магнитопровод выполнен насыщающимся при напряжении сети, превышающем номинальное. При возникновении короткого замыкания на выходе регулятора перенапряжения в основной секции обмотки ВДАТ ограничиваются дросселем 8, если УЭ второй группы 5 заперты в этот момент времени либо эти перенапряжения полностью исключаются если УЭ второй группы открыты. При этом ток, действующий в УЭ второй группы по-прежнему в w1/ w2 раз меньше тока короткого замыкания на выходе устройства.