Устройство для испытания на электродинамическую стойкость индукционного аппарата

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для испытания индукционного аппарата, представляющего составную часть шестифазного преобразователя по схеме выпрямления "две обратные звезды с уравнительным реактором". Устройство для испытания на электродинамическую стойкость индукционного аппарата, состоящего из трехфазного трансформатора и уравнительного реактора, содержит источник питания, коммутационный аппарат. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для испытания индукционного аппарата, представляющего составную часть шестифазного преобразователя по схеме выпрямления "две обратные звезды с уравнительным реактором". Для упомянутого преобразователя применяется индукционный аппарат, состоящий из преобразовательного трансформатора с трехфазной первичной обмоткой и вторичной обмоткой, соединенной по схеме две обратные звезды, и уравнительного реактора.

В аварийном режиме преобразователя при коротком замыкании (к. з. ) на его выходе по обмоткам трансформатора и ветвям уравнительного реактора протекают токи, электромагнитное воздействие которых опасно для индукционного аппарата.

Поэтому на заводе - изготовителе индукционных аппаратов их подвергают испытаниям на электродинамическую стойкость.

Известно устройство [1] для испытания на электродинамическую стойкость индукционного аппарата, состоящего из трансформатора с трехфазным магнитопроводом, трехфазной первичной обмоткой и вторичной обмоткой, соединенной по схеме две обратные звезды, и уравнительного реактора, включенного между нулевыми точками звезд, причем начала фаз прямой звезды и концы фаз обратной звезды вторичной обмотки трансформатора соединены, соответственно, с началом первой ветви и концом второй ветви уравнительного реактора. Устройство содержит собственно индукционный аппарат, источник питания, выпрямительную установку, к которой подсоединены концы фаз прямой и начала фаз обратной звезд вторичной обмотки трансформатора, и коммутационный аппарат, включенный между выпрямительной установкой и средней точкой уравнительного реактора, образованной соединением конца первой и начала второй ветвей обмотки реактора.

Для испытания на электродинамическую стойкость различных по току и напряжению индукционных аппаратов требуются различные выпрямительные установки. Это обстоятельство значительно усложняет и удорожает испытательную установку, особенно в условиях завода - изготовителя индукционных аппаратов.

Указанных недостатков лишено принятое за прототип устройство для испытания на электродинамическую стойкость индукционного аппарата [2] состоящего из трансформатора и уравнительного реактора, содержащее источник питания, коммутационный аппарат, при этом начала фаз прямой звезды и концы фаз обратной звезды вторичной обмотки трансформатора объекта контроля соединены, соответственно, с началом первой и концом второй ветви обмотки уравнительного реактора объекта контроля, конец одной фазы прямой звезды вторичной обмотки соединены с началами двух других фаз обратной звезды вторичной обмотки трансформатора объекта контроля и соединен с выводом средней точки уравнительного реактора объекта контроля; источник питания соединен через коммутационный аппарат с соответствующим выводом первичной обмотки трансформатора объекта контроля.

Опытом установлено, что устройство [2] на ток объекта контроля десятки кА, требует изготовления установки только на время испытания достаточно громоздкой ошиновки, осуществляющей соединения между концом одной фазы прямой звезды вторичной обмотки с началами двух других фаз обратной звезды вторичной обмотки трансформатора и с выводом средней точки уравнительного реактора. Указанная ошиновка при испытаниях на электродинамическую стойкость подвергается огромным усилиям, что требует ее надежного крепления.

Кроме того, устройство [2] не в полной мере отражает реальные электромагнитные процессы при к. з. на выходе тиристорного преобразователя, имеющего наибольшее распространение в преобразовательной технике.

Целью изобретения является упрощение, следовательно - повышение надежности устройства и повышение достоверности испытаний на электродинамическую стойкость индукционного аппарата, состоящего из трансформатора и уравнительного реактора и предназначенного для преобразователя по схеме выпрямления две обратные звезды с уравнительным реактором.

Указанная цель достигается тем, что в рассматриваемом устройстве, содержащем источник питания и коммутационный аппарат, включенный между источником питания и первичной обмоткой трансформатора объекта контроля, при этом начала фаз прямой звезды и концы фаз обратной звезды вторичной обмотки трансформатора объекта контроля соединены соответственно с началом первой и концом второй ветви обмотки реактора объекта контроля, предложено конец одной фазы обмотки прямой звезды и начало одной из двух других фаз обратной звезды указанного трансформатора соединить, соответственно, с концом первой и началом второй ветви обмотки указанного реактора.

Соединения в цепях вторичной обмотки трансформатора и уравнительного реактора упрощаются, так как исключается электрическая связь между прямой и обратной звездами трансформатора и вместо двух фаз обратной звезды прототипа используется только одна ее фаза.

Достоверность испытаний возрастает, так как в тиристорных преобразователях используется бесконтактная защита, благодаря которой процесс к. з. не выходит за две фазы: одна из них относится к прямой звезде, а другая - к обратной звезде вторичной обмотки трансформатора.

На фиг. 1 представлен шестифазный преобразователь с индукционным аппаратом; на фиг. 2 - устройство для испытания индукционного аппарата преобразователя.

Шестифазный преобразователь по схеме выпрямления две обратные звезды с уравнительным реактором содержит трансформатор 1 и уравнительный реактор 2, образующие индукционный аппарат - объект контроля, трансформатор которого питает выпрямительную установку 3, образованную тиристорами 4-9, которые управляются системой импульсно-фазового управления 10. На трех стержнях 11, 12, 13 магнитопровода трансформатора 1 расположена первичная трехфазная обмотка 14 и шестифазная вторичная обмотка 15, фазы которой а₁х₁ и а₄х₄ расположены на стержне 11, фазы b₃y₃ и b₆y₆ - на стержне 12, фазы c₅z₅ т c₂z₂ - на стержне 13. Фазы а₁х₁, b₃y₃ и c₅z₅ соединены по схеме прямой звезды, фазы a₄x₄, b₆y₆ и c₂z₂ - по схеме обратной звезды, причем начала (обозначены точками) фаз прямой звезды x₁y₃z₅ соединены между собой и с началом первой ветви 16 обмотки реактора 2, а концы фаз обратной звезды x₄y₆z₂ соединены между собой и с концом второй ветви 17 обмотки реактора 2. Концы прямой звезды а₁, b₃, c₅ и обратной звезды а₄, b₆, c₂ подсоединены к тиристорами 4-9 выпрямительной установки 3. Конец первой ветви 16 и начало второй ветви 17 обмотки реактора 2 соединены между собой. Указанное соединение образует среднюю точку уравнительного реактора, от которой сделан вывод 18. Нагрузка 19 подключается к выходу преобразователя, т. е. к выводам 18 и 20. Для современных тиристорных преобразователей характерно использование бесконтактного устройства защиты, которое состоит из датчика тока 21 и блока защиты 22. Для испытания на электродинамическую стойкость индукционного аппарата, состоящего из трансформатора 1 и уравнительного реактора 2, предложено устройство, представленное на фиг. 2, включающее собственно индукционный аппарат - 1 и 2, источник синусоидального напряжения 23 и коммутационный аппарат 24. Для проведения испытаний с целью получения электродинамических усилий, идентичных тем, которые имеют место в реальных преобразователях, должна быть реализована следующая схема соединений обмоток трансформатора и уравнительного реактора: выводы А, В, С первичной обмотки 14, соединенной, например, по схеме звезда, подсоединены к выводам коммутационного аппарата 24, вторые выводы которого подсоединены к источнику питания 23. Начала фаз прямой звезды x₁, y₃, z₅ вторичной обмотки 15 трансформатора соединены с началом первой ветви 16 обмотки реактора 2. Концы фаз обратной звезды x₄, y₆, z₂ соединены с концом второй ветви 17 обмотки реактора 2. Конец одной фазы прямой звезды, например а₁, соединен с концом первой ветви 16 обмотки реактора 2. Начало одной из двух других фаз обратной звезды (b₆ или с₂) и начало второй ветви обмотки реактора 2 соединены между собой (на фиг. 2 использована фаза b₆). Рассмотрим аварийный процесс в преобразователе (фиг. 1), при котором по обмоткам трансформатора и реактора текут токи, вызывающие электромагнитные силы, опасные для индукционного аппарата. Такой аварийный процесс вызван к. з. на выводах 18 и 20 преобразователя. С момента к. з. растет ток на выходе преобразователя и, соответственно, в датчике тока 21. Когда ток на выходе преобразователя достигнет тока уставки блока защиты 22, подается сигнал в систему импульсно-фазового управления 10, которая блокирует (снимает) импульсы управления тиристоров 4-9 выпрямительной установки 3. С момента блокирования импульсов управления ток будут проводить только те тиристоры, которые проводили ток к моменту блокирования импульсов управления. К моменту блокирования импульсов ток проводят либо два, либо три тиристора. Если к моменту блокирования импульсов ток проводили два тиристора, то один из них будет иметь четный номер, например 4, а другой нечетный номер, например 9. Это значит, что в процессе к. з. после блокирования импульсов ток будет течь по одной из фаз прямой звезды и по одной из фаз обратной звезды, т. е. в соответствии с указанными выше номерами тиристоров - по фазам а₁х₁ и b₆y₆.

Фазы вторичной обмотки, проводящие ток, всегда будут расположены на разных стержнях магнитопровода (в приведенном примере на 11 и 12 стержне). При этом в ветви 16 обмотки реактора 2 ток будет течь от конца к началу, а в ветви 17 - от начала к концу. Поэтому м. д. с. ветвей 16 и 17 обмотки реактора направлены встречно. Так как ветви уравнительного реактора переплетены, то практически трансформатор работает в режиме двухфазного к. з. с равными токами в фазах а₁х₁ и b₆y₆. При этом по двум фазам первичной обмотки АХ и BY текут также практически равные токи. Ток в фазе CZ первичной обмотки значительно меньше токов в фазах АХ и BY и представляет собой намагничивающий ток. М. д. с. на стержнях магнитопровода 11 и 12 взаимно уравновешены.

Токи к. з. в первичной обмотке (в фазах АХ и BY), в фазах вторичной обмотки (а₁х₁ и b₆y₆) и в ветвях уравнительного реактора определяются напряжением питающей преобразователь сети и реактансами трансформатора и уравнительного реактора. При наличии тока в трех тиристорах, к моменту блокирования импульсов управления, процесс принципиально не отличается, от ранее рассмотренного, так как третий тиристор, например, 8 отключается (после блокирования импульсов управления) в результате перехода тока с тиристора 8 на тиристор 4. Так как электромагнитные силы, действующие на обмотки индукционного аппарата, определяются токами в них, то отрезок времени, в течение которого ток проводят три тиристора, в сущности можно не принимать во внимание и рассматривать процесс к. з. с двумя тиристорами, проводящими ток после блокирования импульсов управления.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Коммутационный аппарат 24 включает источник питания 23 на индукционный аппарат 1. Максимальные усилия, действующие на две фазы первичной, на две фазы вторичной обмоток и на одну обмотку реактора, будут в том случае, когда напряжение между выводами А и В первичной обмотки в момент включения проходит через нулевое значение (аналогичный режим имеет место и в преобразователе, изображенном на фиг. 2 при его включении на источник питания, если выход преобразователя короткозамкнут). Этот момент включения определяет наибольшие ударные токи в обмотках трансформатора и уравнительного реактора. Электромагнитные процессы в индукционном аппарате устройства и преобразователя практически совпадают.

Действительно после включения коммутационного аппарата 24 трансформатор 1 работает в режиме двухфазного к. з. , так как м. д. с. ветвей обмотки реактора 2 равны и направлены встречно, т. е. реактор вносит небольшое сопротивление в цепь трансформатора. М. д. с. на стержнях 11 и 12 трансформатора уравновешены и токи в фазах сетевой обмотки АХ и BY практически равны между собой. Ток в фазе CZ значительно меньше токов в фазах АХ и BY. Токи к. з. в обмотках индукционного аппарата преобразователя (фиг. 1) идентичны соответствующим токам заявляемого устройства (фиг. 2), так как в обеих схемах они определяются напряжением источника питания и параметрами трансформатора и уравнительного реактора. Отсюда следует, что электромагнитные силы, действующие на обмотки индукционного аппарата в преобразователе (фиг. 1) и заявляемом устройстве (фиг. 2) практически равны. Для полного испытания индукционного аппарата на электродинамическую стойкость необходимо испытания проводить с разными парами фаз вторичной обмотки. Так как прямая и обратная звезды переплетены, то общее число испытаний не более шести.

Из сравнения заявляемого устройства с прототипом [2] видно, что существенно упрощаются соединения в цепях вторичной обмотки трансформатора и уравнительного реактора: исключается электрическая связь между фазами прямой и обратной звезды; вместо двух фаз обратной звезды при испытаниях используется только одна фаза; исключается электрическая связь между ветвями реактора.

Из вышеизложенного следует, что применительно к тиристорному преобразователю с бесконтактным устройством защиты, испытания на электродинамическую стойкость согласно заявляемому устройству более достоверны, чем согласно прототипу [2] .

Положительный эффект достигается за счет повышения достоверности испытаний на электродинамическую стойкость и упрощения соединений в цепях вторичной обмотки трансформатора и уравнительного реактора. (56) Каганов И. Л. Электронные и ионные преобразователи, ч. III, Госэнергоиздат, 1956, стр. 496-501, рис. 6-12.

Авторское свидетельство СССР N 1737380, кл. G 01 R 31/02, 1990.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ ИНДУКЦИОННОГО АППАРАТА, состоящего из трехфазного трансформатора и уравнительного реактора и предназначенного для преобразователя, содержащее источник питания и коммутационный аппарат, включенный между источником питания и первичной обмоткой трансформатора индукционного аппарата, при этом начала фаз прямой звезды и концы фаз обратной звезды вторичной обмотки трансформатора индукционного аппарата соединены соответственно с началом первой и концом второй ветви обмотки реактора индукционного аппарата, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения достоверности испытаний, конец одной фазы прямой звезды и начало одной из двух других фаз обратной звезды вторичной обмотки трансформатора соединены соответственно с концом первой и началом второй ветви обмотки реактора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2