индукционный аппарат "uvar" со ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой

Формула изобретения

Индукционный аппарат со ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой, содержащий основную обмотку, подключенную к одному из выводов для подключения внешней цепи, регулировочную обмотку с промежуточными выводами, подключенную одним из выводов к другому выводу для подключения внешней цепи, две коммутирующие системы, входные контакты которой выполнены с возможностью подключения к выводам регулировочной обмотки, отличающийся тем, что, с целью упрощения и уменьшения массогабаритных показателей, основная обмотка выполнена в виде двух ветвей, каждый из первых одноименных выводов которых соединен с выходным контактом соответствующей коммутирующей системы и их другие выводы объединены.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и энергетике и может быть использовано в реакторах, автотрансформаторах и трансформаторах, когда требуется ступенчато изменять число витков их обмоток под нагрузкой.

Известны индукционные аппараты со встроенным ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой, содержащие регулировочную обмотку с ответвлениями и токоограничивающие элементы, подключенные к ответвлениям через две контактирующие системы. В качестве токоограничивающих элементов используют реактор или резисторы [1]

Недостатком данных аппаратов являются сложность конструкции из-за использования специальных токоограничивающих элементов, увеличенные массогабаритные показатели из-за наличия дополнительного реактора и жесткие требования к быстродействию и надежности контактирующих систем при использовании резисторов во избежание их перегрева.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является индукционный аппарат со ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой [2] Он содержит основную обмотку, подключенную к одному из выводов для подключения внешней цепи, регулировочную обмотку, имеющую промежуточные выводы ступеней регулирования. Изменением суммарного числа витков этих обмоток осуществляется регулирование напряжения трансформатора или тока реактора. Регулировочная обмотка крайним выводом подключена к другому выводу для подключения внешней цепи. Промежуточные выводы посредством двух коммутирующих систем и токоограничивающего реактора связаны с основной обмоткой. Каждая коммутирующая система содержит входной подвижный контакт избирателя для выбора промежуточного вывода и контактор для отключения тока в цепи избирателя при переходе подвижных контактов с одного вывода на другой. Выходными контактами коммутирующие системы соединены с токоограничивающим реактором, средний вывод которого подключен к основной обмотке. Токоограничивающий реактор ограничивает ток в переключаемой части обмотки при переводе тока нагрузки с одного промежуточного вывода на другой, а также при длительной работе, когда избиратели подключены к разным выводам. При этом величина циркулирующего тока определяется напряжением ступени и индуктивным сопротивлением реактора.

Недостатком этого аппарата является его сложность из-за использования специального токоограничивающего реактора, имеющего значительные массогабаритные показатели.

Аппараты, выполненные по подобной схеме, могут иметь значение ступени регулирования до 5.10% так как при увеличении значения ступени необходимо увеличение сопротивления токоограничивающего реактора, что вызывает увеличение габаритов реактора, всего аппарата в целом и его стоимости.

Специфика работы некоторых видов электротехнологического оборудования требует от индукционных аппаратов со ступенчатым регулированием витков обмотки ступеней регулирования до 25% и глубины до 5 раз. Габариты токоограничивающего реактора пропорционально зависят от величины ступени, и при значении ее 5% от номинального установленная мощность реактора составляет примерно 5% от мощности аппарата. При увеличении ступени до 25% от номинального установленная мощность возрастает до 25%

Если диапазон регулирования обеспечивать ступенями 5.10% от номинального, то это приводит, кроме наличия токоограничивающего реактора, еще и к увеличению контактирующей системы. В условиях жестких режимов работы электротехнологического оборудования уменьшается надежность аппаратов.

Целью изобретения является упрощение и уменьшение массогабаритных показателей индукционных аппаратов со ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой.

Цель достигается тем, что в индукционном аппарате со ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой, содержащем основную обмотку, подключенную к одному из выводов для подключения внешней цепи, регулировочную обмотку с промежуточными выводами, подключенную одним из выводов к другому выводу для подключения внешней цепи, две коммутирующие системы, входные контакты которой выполнены с возможностью подключения к выводам регулировочной обмотки, основная обмотка выполнена в виде двух ветвей, каждый из первых одноименных выводов которых соединен с выходным контактом соответствующей коммутирующей системы, и их другие выводы соединены с выводом для подключения внешней цепи.

На фиг.1 приведена схема индукционного аппарата UVAR, когда коммутирующие системы подключены к разным ответвлениям регулировочной обмотки; на фиг. 2 принципиальная схема аппарата, когда коммутирующие системы выполнены с одним контактором и одним подвижным избирателем и изображены в положении подключения к одному ответвлению; на фиг.3 принципиальная схема аппарата, когда контактирующие системы выполнены на контакторах и изображены в положении подключения к одному ответвлению.

Индукционный аппарат UVAR со ступенчатым переключением обмотки под нагрузкой содержит выводы 1, 2 внешней цепи, регулировочную обмотку 3, крайний отвод которой подключен к выводу 2, и основную обмотку, выполненную в виде двух ветвей 4, 5. Каждый из одноименных концов ветвей 4, 5 через соответствующую коммутирующую систему 6, 7 соединяется с одним из промежуточных выводов 8, 9, 10, 11 регулировочной обмотки 3. Другие два конца частей 4, 5 соединены вместе к выводу 1. Коммутирующие системы 6. 7 имеют выходные выводы 12, 13 и входные контакты, выполненные с возможностью коммутации с выводами 8, 9, 10, 11. Каждая коммутирующая система 6 (7) может быть выполнена из последовательно соединенных контактора 14 (15) и подвижных контактов избирателя 16 (17), связанного с контактами промежуточных выводов 8, 9, 10, 11. Избиратели 16, 17 предназначены для выбора обесточенными подвижными контактами промежуточных выводов обмотки 3, а контакторы 14, 15 для отключения тока в цепи избирателей 16, 17 при переходе подвижных контактов с одного промежуточного вывода на другой.

Другой вариант выполнения коммутирующих систем 6, 7 предусматривает использование группы контакторов 18, 19, 20, 21 и 22, 23, 24, 25 для непосредственного подключения одноименных концов ветвей 4, 5 к ответвлениям обмотки 3.

Индукционный аппарат со ступенчатым переключением витков обмотки под нагрузкой работает следующим образом.

Например, в начальном положении оба одноименных конца ветвей 4, 5 обмотки через соответствующую им коммутирующую систему 6, 7 подключены к выводу 9. Ток нагрузки проходит по обеим параллельно подключенным одинаковым ветвям 4, 5 в одном направлении. Для переключения ступени под нагрузкой коммутирующая система, например 6 размыкает конец ветви 4 с выводом 9 (ток нагрузки проходит от зажима 1 по ветви 5, выходному контакту 13 коммутирующей системы 7, выводу 9, обмотке 3 к выводу 2 внешней цепи) и замыкает с выводом 10. В этом промежуточном положении, когда коммутирующие системы 6, 7 подключают одноименные концы ветвей 4. 5 к разным промежуточным выводам 9, 10, образуется контур тока (фиг.1): 10-12-4-5-13-9-10. Источником напряжения в этом контуре является часть обмотки 3 между выводами 9, 10. Встречно-последовательное включение ветвей 4, 5 в этом контуре создает необходимое сопротивление для ограничения циркулирующего тока. В этом положении далее коммутирующая система 7 размыкает конец ветви 5 с выводом 9, обрывая тем самым циркулирующий ток (ток нагрузки проходит от вывода 1 по ветви 4, выходному контакту 12 коммутирующей системы 6, выводу 10, обмотке 3 к выводу 2), и замыкает с выводом 10. Этим цикл ступенчатого переключения витков обмотки заканчивается.

При выполнении коммутирующей системы из последовательно соединенных контактора и избирателя (фиг.2) ступенчатое переключение витков осуществляется следующим образом. Напримеp, оба одноименных конца ветвей 4, 5 подключены к выводу 9 (контакторы 14, 15 замкнуты, подвижные контакты избирателей 16, 17 соединены с выводом 9). Ток нагрузки проходит по обеим параллельно подключенным ветвям 4, 5 в одном направлении. Размыкается контактор 14, ток нагрузки проходит от вывода 1 по ветви 5, выходный контакт 13, контактор 15, избиратель 17, вывод 9, вывод 2. Избиратель 16 в бестоковом положении размыкается с выводом 9 и замыкается на вывод 10, после этого контактор 14 опять замыкается. Образуется для циркулирующего тока ступени контур: 10-16-14-12-4-5-13-15-17-9-10. Источником напряжения в этом контуре является часть обмотки 3 между выводами 9, 10. Встречно-последовательное включение ветвей 4, 5 в этом контуре создает необходимое сопротивление для ограничения циркулирующего тока, который накладывается на ток нагрузки. Далее размыкается контактор 15, обрывая циркулирующий ток, ток нагрузки проходит от вывода 1 по ветви 4, выходной контакт 12, контактор 14, избиратель 16, вывод 10, обмотка 3, вывод 2. Избиратель 17 в бестоковом положении размыкается с выводом 9 и замыкается на вывод 10. Затем контактор 15 снова замыкается. Этим цикл ступенчатого переключения витков обмотки заканчивается.

При выполнении коммутирующей системы с использованием группы контакторов, непосредственно подключающих одноименные концы ветвей 4, 5 к промежуточным выводам обмотки 3, переключение витков обмотки под нагрузкой осуществляется следующим образом (фиг.3). Например, оба одноименных конца ветвей 4, 5 подключены контакторами 19, 23 к выводу 9, Ток нагрузки проходит по обеим параллельно подключенным ветвям 4, 5 в одном направлении. Первым, например, размыкается контактор 19, ток нагрузки проходит по цепи 1-5-13-23-9-2. Замыкается контактор 20, подключающий конец ветви 4 к выводу 10. Образуется для циркулирующего тока ступени контур: 10-20-12-4-5-13-23-9-10. Встречно-последовательное включение ветвей 4, 5 в этом контуре создает необходимое сопротивление для ограничения циркулирующего тока, который накладывается на ток нагрузки. Далее размыкается контактор 23, обрывая циркулирующий ток. Ток нагрузки проходит по цепи: 1-4-12-20-10-2. Замыкается контактор 24, подключающий конец ветви 5 к выводу 10. Этим цикл переключения витков обмотки индукционного аппарата заканчивается.

Технико-экономические преимущества предлагаемого индукционного аппарата обусловлены значительным упрощением, уменьшение массогабаритных показателей, повышением надежности. Отпадает необходимость в специальном токоограничивающем реакторе, появляется возможность при этом выполнить регулировочную обмотку в реакторах, автотрансформаторах, трансформаторах с большими ступенями переключаемых витков обмотки до 25% и обеспечить, например, глубину регулирования четырьмя ступенями на выпускаемых промышленностью трансформаторах. Предельное значение ступени определяется напряжением короткого замыкания ветвей обмотки. При его большем значении можно в предлагаемом устройстве получить и ступени 35.40% При этом переключение протекает без чрезмерного увеличения циркулирующего тока, повышается надежность, а габариты магнитопровода и обмоток индукционного аппарата остаются практически такими же, как и габариты прототипа. При малых ступенях (до 5% от номинального) индукционный аппарат может постоянно работать в режиме, когда коммутирующие системы подключены к разным промежуточным выводам. Такое положение соответствует самостоятельной ступени переключения, при котором напряжение регулировочной обмотки равно среднему арифметическому от напряжения подключенных ступеней. При этом величина циркулирующего тока не превышает 0,21 номинального тока. В процессе коммутации и при постоянной работе в этом режиме такой циркулирующий ток не оказывает заметного влияния на температурный режим индукционного аппарата. Таким образом, повышается надежность и отсутствуют требования к быстродействию устройства. Ступень регулирования (5%) при таком режиме работы примерно в 2 раза больше, чем у прототипа. Уменьшение количества ступеней переключения витков в связи с получением значения ступени до 25% от номинального позволяет выполнить коммутирующие системы без избирателей и приводного механизма к ним, только на одних контакторах (фиг.3). Это также упрощает и снижает массогабаритные показатели индукционного аппарата.

Предлагаемый индукционный аппарат UVAR может широко использоваться в электротехнологическом оборудовании, когда по условиям технологического режима не допускается перерыв в электроснабжении или ресурс коммутирующих аппаратов не позволяет частого снятия питания для осуществления переключения со снятием напряжения.