Конструкция и параметры преобразовательных трансформаторов

Назначение и виды.
     В ряде отраслей промышленности широко применяется постоянный ток: для получения алюминия, магния,цинка, меди, никеля в электролизных установках; для питания
 дуговых вакуумных электропечей; в химической промышленности— для получения хлора, водорода, натрия, азотистых веществ,для питания гальванических установок; для электротяги желез-
 нодорожного и городского транспорта; для электроустановок с электродвигателями постоянного тока и других промышленных  целей. Получение постоянного тока машинным методом (генераторы,
 мотор-генераторы) экономически не оправдывается: низкий кпд, большие затраты на монтажные и строительные работы.В настоящее время постоянный ток получают с помощью статических преобразователей переменного тока в постоянный с применением полупроводниковых вентилей: кремниевых и германиевых диодов, в том числе управляемых тиристоров.
 Небольшие по мощности выпрямительные устройства подключают непосредственно к сети переменного тока, мощные промышленного назначения — через
специальный силовой преобразовательный трансформатор. Устройство, состоящее из полупроводниковых вентилей и питающего их преобразовательного  трансформатора, смонтированных в одном баке, заполненном трансформаторным маслом (или совтолом), составляет преобразовательный агрегат.До широкого применения полупроводниковых вентилей (диодов, тиристоров) в качестве статических преобразователей применялись ионные (ртутные) выпрямители, они сложны и малонадежны в эксплуатации, вредно влияют на организм человека и не экономичны.В настоящее время они полностью вытеснены полупроводниками, лишенными этих недостатков.Преобразовательные трансформаторы по числу фаз вторичных (вентильных) обмоток подразделяют на однофазные, трехфазные, шестифазные и многофазные, с ПБВ и РПН; по виду исполнения — на сухие, масляные и совтоловые. В условное обозначение типов таких трансформаторов входят те же буквы и цифры, что и трансформаторов общего назначения, но с добавлением букв: П — для питания полупроводниковых вентилей (преобразователей); Р — ртутных (ионных) выпрямителей. Если в трансформатор встроен уравнительный реактор, в обозначении присутствует буква У, если трансформатор предназначен для питания вакуумной электропечи постоянного тока — буква В; если для электрифицированного железнодорожного транспорта— Ж; другие буквы характеризуют вид нагрузки. Приведем для примера полное обозначение некоторых преобразовательных трансформаторов:
ТДНП-25000/10-71-УЗ — трехфазный, с дутьевой системой охлаждения, с устройством РПН, преобразователь на полупроводниках, мощность 25000 кВА, класс напряжения 10 кВ, год разработки 1971 г., исполнение У, категория размещения 3;
ТМНП-6300/10 —трехфазный, с естественно-масляным охлаждением, с РПН, преобразователь на полупроводниках, мощность 6300 кВА, класс напряжения 10 кВ;
ТМРУ-4000/10 — трехфазный, с естественно-масляным охлаждением, ртутный преобразователь, с уравнительным реактором.
   Преобразовательные агрегаты, имеющие переключающие устройства РПН с плавно-ступенчатым регулированием напряжения или с плавно-бесконтактным регулированием, в обозначениях имеют буквы НП и ППВ соответственно, например, ТМНПВ и ТМППВ.’
Параметры. Мощность преобразовательных трансформаторов, как и электропечных, определяется типовой мощностью. Сухие изготовляют на типовую мощность (10—3200) кВА, совтоловые— (200—2000) кВА; масляные с переключающим устройством ПБВ—(400—20 000) кВА, с РПН — (1600-400000)кВА и большей мощности.
Наибольшая типовая мощность преобразовательного трансформатора в настоящее время достигает 100 000 кВА, а ток -300 кА и более.
В отличие от силовых трансформаторов общего назначения типовая мощность преобразовательных трансформаторов определяется в зависимости от схемы выпрямления по формулам:
♦ Для однофазной двухполупериодной схемы со средней точкой:
   -мощность сетевой обмотки S1=I1*U1.ф= 1,11 Рd o, где  Рd o  — мощность нагрузки на выпрямленном напряжении, равная произведению выпрямленного напряжения на ток нагрузки ( Рdo=  Udo*Id);
   -мощность вентильной обмотки S2=2E*I2= 1,57 Рd o , где Е — действующее значение эдс вторичной обмотки ( E =1,11 U do),
   -типовая (расчетная) мощность трансформатора ST=0,5(S1+S2) = 1,34 Pd o;
♦ Для однофазной мостовой схемы: S1=S2=I1U1 ф = 1,11 Pd о; ST= 0,5(S1+S2) =1.11Pd 0;
♦ Для трехфазной схемы со средней точкой: S1 =3*I1 ф*U1 ф = 1,21 Pd 0   S21,7 Pd 0 ; ST= 0,5(S1+S2) =1,46Pd 0 ;
♦ Для трехфазной мостовой схемы Sт=S1=S2= 1,045 Pd 0  ; 
♦ Для шестифазной схемы: S1=I1*U1.ф = 1,045 Pd 0 ; S2=6E*I2 = 1,48 Pd 0 ; ST=0,5(S1+S2) = 1,26 Pd o;

Номинальные напряжения первичных (сетевых) обмоток соответствуют стандартным классам напряжений и находятся в пределах (0,4—110) кВ. Напряжение вторичных обмоток (на стороне вентилей) разное, оно определяется схемой и параметрами преобразовательной установки.В зависимости от мощности и области применения преобразователя выпрямленное напряжение может быть от 6 до нескольких тысяч вольт.а выпрямленный ток - от 25 А до 200 кА. Напряжение короткого замыкания имеет те же значения,что и в трансформаторах общего назначения или близкое
к ним. 
   Схемы соединения обмоток. Сетевые и вентильные обмотки преобразовательных трансформаторов имеют различные схемы соединения. Сетевые обмотки трехфазных трансформаторов соединяют в звезду, реже в треугольник в зависимости от мощности и номинального напряжения; вторичные (вентильные) обмотки могут иметь соединения в звезду,в двойную звезду (прямая и
обратная); в треугольник - звезду; в зигзаг; в двойной зигзаг; в дважды двойной зигзаг, в шестиугольник и др. Нейтрали двойных звезд соединяют между собой через уравнительный реактор.
Наиболее широкое применение на стороне вентилей получили мостовые трехфазные схемы со сглаживающим реактором CP (индуктивное сопротивление), служащим для уменьшения пуль-
сации выпрямленного напряжения и тока в цепи нагрузки R и шестифазные (две обратные звезды) с уравнительным реактором УР.Обе схемы приблизительно равноценны по искажению формы кривой первичного тока и по пульсации выпрямленного напряжения, но по качеству выпрямленного напряжения предпочитают шестифазную мостовую схему.Шестифазную мостовую схему чаще применяют для преобразовательных агрегатов с относительно небольшим выпрямленным  напряжением и большим током.
Преобразование трехфазной системы первичной стороны в  шестифазную на вторичной стороне осуществляется благодаря тому, что вторичные фазные обмотки состоят из двух частей с
разным направлением намотки (левая, правая) или из двух обмоток одинакового направления, у одной из которых перемаркированы начала и концы. Полуфазные обмотки соединены в звез-
ды, нейтрали звезд 01 и 02 — в общую нейтраль О через уравнительный реактор УР. Таким образом на вторичной стороне получается шестифазная звезда.
Средняя точка О уравнительного реактора УР является отрицательным полюсом цепи нагрузки. Реактор имеет большое индуктивное сопротивление и ограничивает ток между точками 01 и 02 . В то же время индуктивное сопротивление каждой ветви реактора О—O1 и О—02 достаточно мало, так как магнитные потоки имеют встречное направление и почти полностью компенсируются.
Векторная диаграмма фазных эдс трансформатора изображена на рисуунке 2б. Из нее видно, что в любой момент времени работают два вентиля четной и нечетной групп шестифазной системы. Через каждую треть периода, когда напряжение очередной фазы становится больше, чем предыдущей, в каждой из звезд происходит смена анодных токов.
Уравнительный реактор УР увеличивает продолжительность работы анодов и тем самым как бы выравнивает значения анодных напряжений, работающих в порядке чередования фазных эдс, указанных на векторной диаграмме. Этим обеспечивается одновременная параллельная работа вторичных обмоток, соединенных в звезду, расположенных на разных стержнях магнит-
ной системы, чем достигается равновесие намагничивающих сил первичных и вторичных обмоток. Если исключить из этой схемы реактор и гальванически соединить нейтрали звезд, то в стержнях магнитопровода сразу же появится магнитный поток вынужденного намагничивания, изменяющийся во времени с тройной частотой сети. При этом в обмотках трансформатора возникает значительная эдс, которая увеличит индуктивное падение напряжения и резко ухудшит работу преобразовательного агрегата. По этой причине схему обмоток трансформатора звезда -шестифазная звезда (без уравнительного реактора) для выпрямительных установок не применяют.

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню