Вольтодобавка что это

амплитуда напряжения на основной секции, д = (о • t, со — круговая частота, t — время).

Рис. 3.22. Управляемый выпрямитель с вольтодобавкой, построенный по схеме со средней точкой

В момент естественной коммутации -д = п диод VD1 закрывается, а диод VD2 открывается. В начале второго полупериода сетевого питающего напряжения и_с на всех секциях вторичной обмотки трансформатора Т1 наводится ЭДС другой полярность (на рис. 3.22 она указана в скобках). Падение напряжения и₂₂ = U_{2 max} ? sin д на основной секции с числом витков w₂₂ через открытый диод VD2, через который течет ток i₂₂, приложено к нагрузке и определяет мгновенное выпрямленное напряжение и₀ (рис. 3.23).

В режиме работы У В с вольтодобавкой (рис. 3.22) блок управления формирует управляющие напряжения u_yVS1 и u_yVS2 для тринисторов VS 1 и VS2, соответственно. БУ включает один из тринисторов с задержкой а (а — угол управления (регулирования)) по сравнению с моментом естественной коммутации (рис. 3.23, б).

Рис. 3.23. Характерные диаграммы напряжений и токов для управляемого выпрямителя с вольтодобавкой, построенного по схеме со средней точкой

Токи управления /_у1 и /_у2 тринисторов VS1 и VS2 соответственно, протекает от БУ по цепи: БУ — управляющий электрод — катод — БУ (рис. 3.23). На этом рисунке показано, что управляющее напряжение с БУ одновременно подается на оба тринистора. Катоды тринисторов VS1 и VS2 соединены с катодами диодов VD1 и VD2. При подаче с БУ управляющего тока на тринисторы VS 1 и VS2 откроется лишь тот тринистор, у которого потенциал анода выше.

Следует обратить внимание и на тот факт, что одна и та же точка вторичной обмотки трансформатора, например, ее середина, одновременно отмечена положительным и отрицательным потенциалом. Это обусловлено тем, что указана полярность падения напряжения на соответствующих секциях.

Пусть в момент д = а управляющее напряжение с БУ включает тринистор VS1 и напряжение на вольтодобавочной секции с числом витков w₂₁ выключает диод VD1, т.к. оно является обратным напряжением для диода VD 1.

При этом мгновенное выпрямленное напряжение и₀ скачком возрастает до напряжения и₂₁ = U_{2 тах} • sin а (здесь U_{2 тах} — амплитуда суммарного напряжения на основной и вольтодобавочной секциях с числом витков w₂₁ и w₂₁, соответственно (рис. 3.23, б)), и совпадает с ним от д = а до д = п. В момент естественной коммутации (д = и) тринистор VS1 закрывается, а диод VD2 открывается.

Пусть в момент д = а управляющее напряжение с БУ включает тринистор VS1 и напряжение на вольтодобавочной секции с числом витков w₂₁ выключает диод VD 1, т.к. оно является обратным напряжением для диода VD 1. При этом мгновенное выпрямленное напряжение и₀ скачком возрастает до напряжения и₂₁ = U₂ тах — sina (здесь U_2max — амплитуда суммарного напряжения на основной и вольтодобавочной секциях с числом витков w₂₁ и w₂₁, соответственно (рис. 3.23, б)), и совпадает с ним от т9 = а до т9 = п. В момент естественной коммутации (д = п) тринистор VS1 закрывается, а диод VD2 открывается.

Форма токов i₂₁, i₂₁, i₂₂ и i₂₂, протекающих через секции вторичной обмотки с числом витков w₂₁,w₂₁,w₂₂ и w₂₂, показаны на рис. 3.23, в, рис. 3.23, г и рис. 3.23, д, рис. 3.23, е, соответственно.

В начале второго полупериода сетевого напряжения и_с на всех секциях вторичной обмотки трансформатора Т1 наводится ЭДС другой полярности (полярность указана на рис. 3.22 в скобках). При этом управляющее напряжение тринисторов VS1 и VS2, приложенное между управляющим электродом и катодом, равно нулю. Следовательно, тринисторы выключены, а падение напряжения и₂₂ — U_{2 max} • sin б на основной секции с числом витков w₂₂ через открытый диод VD2 приложено к нагрузке и определяет мгновенное выпрямленное напряжение и₀ (рис. 3.23). При этом к диоду VD 1 приложено обратное напряжение и₂₁, и он выключен. В момент т9 = л + а управляющее напряжение с БУ включает тринистор VS2 и напряжение на секции с числом витков w₂₂ закрывает диод VD2, а мгновенное выпрямленное напряжение и₀ скачком возрастает до напряжения и 22 = ^2 max ‘ si n а > равного сумме напряжений на основной и вольтодобавочной секциях с числом витков w₂2 и w₂₂, соответственно (рис. 3.23).

Затем процессы повторяются.

Выражение для регулировочной характеристики УВ с ВД, представляющей зависимость среднего выпрямленного напряжения U_0a от угла управления а, то есть U_{0 а} = /(а), может быть записано следующим образом:

Учитывая, что для всех секций вторичной обмотки трансформатора выполняется неизменность параметра вольт на виток, то можно записать для основной и вольтодобавочной секций следующее равенство:

Отсюда следует, что

где т — параметр вольто добавки, равный:

Принимая во внимание, что и₂₁ = U_{2 тах} ? sin д и

u 2i = 171 ‘ u 2i = т ‘ ^2max ‘ sin#, где гп — параметр вольтодобавки (при записи этого соотношения учтена неизменность параметра “вольт на виток” трансформатора), последнее выражение можно записать в следующем виде:

Полезно отметить, что параметр вольтодобавки т характеризует величину превышения суммарного числа витков основной и вольтодобавочной секций вторичной обмотки сетевого трансформатора над числом витков основной секции вторичной обмотки сетевого трансформатора и фактически определяет диапазон регулирования средне выпрямленного напряжения U_{0 а}.

Тогда уравнение регулировочной характеристики управляемого выпрямителя с вольто добавкой примет вид:

В физическом эксперименте для сравнительного анализа различных устройств обычно используется безразмерный вид соответствующих характеристик. Поэтому целесообразно и в рассматриваемом случае представить регулировочную характеристику в безразмерном виде. В качестве нормирующей величины для управляемых выпрямителей, как правило, используют средневыпрямленное напряжение U₀ для неуправляемого выпрямителя.

Учитывая, что неуправляемого выпрямительного устройства, построенного по схеме со средней точкой, справедливо соотношение U₀ = 2 •

, то полученную регулировочную характеристику УВ с ВД можно записать в безразмерном виде:

Полученное выражение для регулировочной характеристики, записанное в безразмерном виде, необходимо проверить на достоверность. Такую проверку выполняют по асимптотическим режимам. В данном случае можно рассмотреть три таких режима.

Первый асимптотический режим реализуется при т = 1. Физически это означает отсутствие вольтодобавочной секции, то есть устройство представляет собой неуправляемый выпрямитель. Из выражения (3.31) следует, что U_0a/U₀ = 1 и не зависит от угла управления. Это подтверждает, что речь идет о неуправляемом выпрямителе.

Второй асимптотический режим реализуется при а = 0. Физически это означает, что тринистор всегда открыт, то есть реализуется режим управляемого выпрямителя. Из выражения (3.31) следует, что U_0a/U₀ = т. Это подтверждает, что речь идет об управляемом выпрямителе.

Третий асимптотический режим реализуется при а = л. Физически это означает, что тринистор всегда закрыт, то есть реализуется режим неуправляемого выпрямителя. Из выражения (3.31) следует, что U_0a/U₀ = 1. Это подтверждает, что речь идет о неуправляемом выпрямителе.

На регулировочной характеристике (рис. 3.24) анализируемого УВ с ВД можно отметить еще одну характерную точку, реализуемую при т — 2 и а = 7г/2. В этом случае U_0a/U₀ = 1,5.

На рис. 3.24 показана регулировочная характеристика в безразмерном виде управляемого выпрямителя с вольтодобавкой для различных параметров вольтодобавки.

На рис. 3.25, рис. 3.27 и рис. 3.29 показаны еще три схемы УВ с ВД, которые нашли практическое применение. Физика и схемотехника устройств, изготовленных по этим схемам, подобны рассмотренному ранее.

Схема УВ с ВД, построенного на базе мостовой схемы выпрямления и имеющего две вольтодобавочных обмотки, показана на рис. 3.25.

Вторичная обмотка сетевого трансформатора Т1 состоит из основной секции с числом витков w и двух вольтодобавочных секций с равным числом витков w 1 .

При выключенных тринисторах VS1 и VS2 устройство, построенное по рассматриваемой схеме, представляет собой типичный неуправляемый мостовой выпрямитель.

Рис. 3.24. Регулировочная характеристика (в безразмерном виде) управляемого выпрямителя с вольтодобавкой для различных параметров вольтодобавки

При включенном одном из двух тринисторов устройство уже представляет собой управляемый выпрямитель с вольтодобавкой. Принцип действия выпрямителя состоит в следующем.

В первый полупериод гармонического питающего напряжения и_с, поданного на первичную обмотку сетевого трансформатора Т1, напряжение на основной и вольтодобавочных секциях вторичной обмотки трансформатора Т1 имеет полярность, указанную на рис. 3.25 без скобок.

При закрытых тринисторах VS1 и VS2, то есть при д, изменяющемся от 0 до а, работает только одна пара диагонального расположенных диодов VD 3 и VD 2 (при полярности напряжения на основной секции вторичной обмотки указанной без скобок) или VD4 и VD 1 (при полярности напряжения на основной секции вторичной обмотки указанной в скобках). В интервале д от 0 до а мгновенное выпрямленное напряжение и_{0 а} совпадает с мгновенным напряжением на основной секции вторичной обмотки трансформатора и₂ (рис. 3.26).

Рис. 3.25. Мостовая схема управляемого выпрямителя с двумя вольтодобавочными секциями

При т9 = а БУ включает, например, тринистор VS1. Тогда напряжение на верхней вольтодобавочной секции, являясь обратным для диода VD3, выключает его.

Рис. 3.26. Характерные диаграммы напряжений и токов для выпрямительное устройства, построенного по мостовой схеме управляемого выпрямителя с двумя вольтодобавочными секциями

Мгновенное выпрямленное напряжение и_{0 а} на нагрузке в интервале д от а до л равно сумме напряжений на основной и верхней вольтодобавочной секциях, то есть и_0а = и₂ = т • U_2max ‘ sintf, где т — (w + w ! )/w — параметр вольтодобавки.

В момент естественной коммуникации при -д = п тринистор VS1 выключается (его анодный ток становится меньше тока удержания) и к нагрузке через диоды VD4 и VD1 приложено напряжение основной секции вторичной обмотки сетевого трансформатора Т1 (полярность этого напряжения на рис. 3.25 указана в скобках). В интервале $ = л . (п + а) мгновенные выпрямленное напряжение на нагрузке R_H и L1 равно мгновенному напряжению на основной секции, то есть и₀ — и₂ — U_{2 max} • sin д.

В момент д = (п + а) БУ включает тринистор VS2 и напряжение на нижней вольтодобавочной секции вторичной обмотке, являясь обратным напряжением для диода VD4, выключает его. С этого момента мгновенное выпрямленное напряжение и₀ на нагрузке равно сумме напряжений основной и нижней вольтодобавочной секциях, то есть и₀ = и₂ = m • U_{2 max} • sin $.Особенность рассматриваемой схемы состоит в том, что открывающийся тринистор шунтирует один из диодов моста. А также то, что через основную секцию вторичной обмотки сетевого трансформатора протекает переменный ток, а через вольтодобавочные секции — пульсирующий.

Схема УВ с ВД, построенного на базе мостовой схемы выпрямления и имеющего одну вольтодобавочную секцию, показана на рис. 3.27.

Вторичная обмотка сетевого трансформатора Т1 состоит их двух секций, включенных согласно: основной секции с числом витков w₂ и вольтодобавочной секции с числом витков w₂.

В начале первого полупериода питающего напряжения полярность напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора Т1 указана без скобок. При выключенных тринисторах У51 и VS2 работает основная секция. Мгновенный выпрямленный ток i₀ протекает по цепи: “+” основной секции с числом витков w₂ — диод VD3 — нагрузка R_H и L1 — диод VD2 — основной секции с числом витков w₂. При этом мгновенное выпрямленное напряжение и_{0 а} на нагрузке R_H и L1 совпадает с мгновенным напряжением и₂ на основной обмотке трансформатора (рис. 3.28).

Рис. 3.27. Мостовая схема управляемого выпрямителя с одной вольтодобавочной секцией

В момент $ = а БУ включает тринистор VS2 (тринистор VS1 продолжает оставаться выключенным). При этом, напряжение на вольтодобавочной секции вторичной обмотки трансформатора, имеющее полярность указанную без скобок, через только что открытый тринистор VS2 оказывается приложенным к диоду VD 3 и выключает его, так как между анодом и катодом диода VD3 приложено отрицательное напряжение. Мгновенный выпрямленный ток i₀ протекает по цепи: “+” вольтодобавочной секции с числом витков w₂ — тринистор VS2 — нагрузка R_n и L1 — диод VD2 — основной секции с числом витков w₂. При этом мгновенное выпрямление напряжения и_0а на нагрузке R_H и L1 совпадает с мгновенным напряжением и₂, формируемым на основной и вольтодобавочной секциях.

В момент д = 7Г, то есть в момент естественной коммутации вентилей, тринистор VS2 выключается (его анодный ток становится меньше тока удержания), полярность напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора изменяется (на рис. 3.27 указана в скобках) и в интервале д = п . (л + а) открыты диоды VD4 и VD 1, что обеспечивает формирование на нагрузке мгновенного выпрямленного напряжения и_{0 а} равного мгновенному напряжению и₂ на основной секции w₂ (рис. 3.28).

Рис. 3.28. Характерные диаграммы напряжений и токов для управляемого выпрямителя с волыподобавкой, построенного по мостовой схеме с одной вольтодобавочной секцией

При д = (п + а) БУ включает тринистор VS1, что приводит к выключению диода VD1 и формированию на нагрузке мгновенного выпрямленного напряжения и_{0 а} равного мгновенному напряжению и₂ на основной и вольтодобавочной секциях.

Схема, представленная на рис. 3.29, является разновидностью рассмотренной схемы построения управляемого выпрямителя с вольтодобав- кой, то есть управляемого выпрямителя с дискретным регулированием выходного напряжения.

Рис. 3.29. Разновидность схемы мостового управляемого выпрямителя с вольтодобавкой

Вторичная обмотка сетевого трансформатора Т1 состоит из четырех секций: две секции имеют равное число витков w₂1 и w₂₂ и две другие секции также имеют равное числом витков w₂₁nw₂₂. Катоды диода VD2 и тринисторов VS1 и VS2 образуют общий узел, а аноды тринисторов У51 и VS2 отделены от анода диода VD2 соответствующими секциями вторичной обмотки трансформатора с числом витков w₂₁ и w₂₂, соответственно.

Особенность рассматриваемого управляемого выпрямителя с вольтодобавкой состоит в том, что две секции с числом витков w₂₁ и w₂₂ вторичной обмотки сетевого трансформатора Т1 выполняют функцию как основной, так и вольтодобавочной секций.

При полярности напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора Т1, указанной на рис. 3.29 без скобок, и выключенных трини- сторах VS1 и VS2, для т9 > 0 мгновенный выпрямленный ток i₀ протекает по цепи: “+” секции с числом витков w₂₂ — диод VD2 — нагрузка Ы и R_H — диод VD3 — вольтодобавочной секции с числом витков w₂₂. Следовательно, мгновенное выпрямленное напряжение и_0а на нагрузке R_H и L1 совпадает с мгновенным линейным напряжением и₂2, то есть и_0а= и₂₂.

При д = а БУ включает тринистор VS1. Напряжение на секции w₂₁ вторичной обмотки сетевого трансформатора Т1 через только что включенный тринистор VS1 прикладывается к диоду VD2. Учитывая, что оно является обратным напряжением для диода VD2, то диод VD2 выключается. В интервале изменения д от а до л мгновенный выпрямленный ток i₀ протекает по цепи: “+” секции с числом витков w₂₁ — тринистор VS1 — нагрузка L1 и R_H — диод VD 3 — вольтодобавочной секции с числом витков w₂₂. Следовательно, мгновенное выпрямленное напряжение и_0а на нагрузке /?_н и L1 совпадает с мгновенным линейным напряжением и₂₂, то есть и_0а=и₂₂.

В момент естественной коммутации д = п полярность напряжения на всех секциях вторичной обмотки сетевого трансформатора Т1 изменяется (на рис. 3.29 она указана в скобках), тринистор VS1 выключается, а диоды VD2 и VD1 включаются.

Следовательно, при д > л мгновенное напряжение ц₂₁ обеспечивает протекание тока через нагрузку и диод VD 1 и формирует мгновенное выпрямленное напряжение и_{0 а} на нагрузке R_H и L1 то естьи_{0 а} = и₂.

При тд = (п + а) БУ включает тринистор VS2. Напряжение на секции с числом витков w₂₂ оказывается приложенным к диоду VD2 и выключает его. Следовательно, напряжение и₂₁ обеспечивает протекание тока через нагрузку R_H и L1 и диод VD 1 и формирует мгновенное выпрямленное напряжение и_{0 а} на нагрузке /?_н и L1,to естьи_{0 а} = и₂₁.

В момент естественной коммутации д = 2п полярность напряжения на секциях вторичной обмотки сетевого трансформатора Т1 изменяется (на рис. 3.29 показана без скобок), тринистор VS2 выключается, а диоды VD2 hVD3 включаются и процессы коммутации повторяются.

Характерные диаграммы токов и напряжений рассматриваемого УВ с ВД показаны на рис. 3.30.

При проведении экспериментального исследования, например, передаточной характеристики источников вторичного электропитания, необходимо дискретно изменять его входное напряжение. Число таких дискретов, а значит и число экспериментальных точек, по которым затем строится передаточная характеристика, обычно не превышает пятнадцати.

Рис. 3.30. Характерные диаграммы токов и напряжений мостового управляемого выпрямителя с вольтодобавкой, построенного по схеме, приведенной на рис. 3.29

Более того, наличие сетевого трансформатора в регуляторе входного напряжения, построенном по схеме УВ с ВД, обеспечивает гальваническую развязку соответствующих силовых цепей.

Поэтому определенный интерес представляет управляемый выпрямитель с вольтодобавкой, схема которого для трех дискретов приведена на рис. 3.31.

Вторичная обмотка сетевого трансформатора Т1 состоит из восьми секций (для выбранного дискрета, равного трем): двух основных секций w₂i и w₂₂, имеющих равное число витков, и шести вольтодобавочных секций, каждая из которых имеет w витков.

Со схемотехнической точки зрения принцип работы УВ с ВД, построенного по этой схеме, аналогичен рассмотренным ранее. Существенное их различие состоит в возможности аналитического анализа регулировочной характеристики. Это обусловлено многопараметричностью ее описания.

Например, регулировочная характеристика (в безразмерном виде)

— [ = f (jot) для традиционного УВ с ВД зависит от двух параметров: угла и о

управления а и параметра вольтодобавки т. Информация, приведенная на рис. 3.24, является наглядной иллюстрацией этого. В тоже время, регулировочная характеристика для модифицированного УВ с ВД (рис. 3.31) зависит от шести параметров: трех углов управления а_г, а₂ и а₃ и трех параметров вольтодобавки rrij, m_n и ш_ш. Здесь а₁ — угол управления для тринисторов VS3 и VS4, а₂ — угол управления для тринисторов VS2 и VS5 и а₃ — угол управления для тринисторов VS 1 и VS6.

Для первых вольтодобавочных секций с числом витков w₂₁ = w₂₂, которые вместе с основными секциями с числом витков w формируют мгновенные напряжения и₂₁ и и₂₂, параметр вольтодобавки равен Для упрощения записи выражений для параметров вольтодобавки m_l,m_ll и т_ш нижние индексы у w опущены.

Для вторых вольтодобавочных секций, формирующих мгновенные

напряжения и₂₁ и и₂₂, параметр вольтодобавки равен

Аналогично для третьих вольтодобавочных обмоток, формирующих мгновенные напряжения и₂ <и и₂₂, параметр вольтодобавки равен

Рис. 3.31. Модифицированная схема управляемого выпрямителя с вольтодобавкой, построенного по схеме со средней точкой, и имеющего три дискрета

Форма мгновенного выпрямленного напряжения и_{0 а} для управляе мого выпрямителя с вольтодобавкой (рис. 3.31) и тремя дискретами приве дена на рис. 3.32 и рис. 3.33.

Рис. 3.32. Форма мгновенного напряжения на нагрузке и_0а и средне выпрямленного напряжения U_0a при углах управления 20° (для тринисторов 1/53 и VSA), 40° (для тринисторов VS2 и 1/55) и 60° (для тринисторов 1/51 и VS6) и параметрах вольтодобавки т, = 1,5; гпц = 2,0 и т_т = 2,5

Аналитические выражения для мгновенных напряжений рассматри ваемого У В с ВД могут быть записаны следующим образом:

Для получения аналитического выражения регулировочной характе ристики U_0a = /(«) рассматриваемого УВ с ВД можно записать:

Рис. 3.33. Форма мгновенного выпрямленного напряжения на нагрузке и_{0 а} и средне выпрямленного напряжения U_{0 а} при углах управления 45° (для тринисторов 1Л53 и VS4J, 90° (для тринисторов VS2 и KS5,) и 135° (для тринисторов VS1 и VS6)

и параметрах вольтодобавки m.i = 1,5; т_П = 2,0 и т_ш = 2,5

С учетом выше записанных соотношений для мгновенных напряжений последнее выражение можно представить в следующем виде:

После соответствующих преобразований выражение для регулировочной характеристики примет вид :

Обозначив среднее выпрямленное напряжение рассматриваемого выпрямителя при всех выключенных шести тринисторах , тогда результирующее выражение для регулировочной характеристики рассматриваемого выпрямителя в безразмерном виде примет вид

Ранее отмечалось, что представить полученную регулировочную характеристику в традиционном виде (рис. 3.24) невозможно. Для такого типа УВ с ВД целесообразно проводить либо конкретные (фрагментарные) расчеты, либо расчеты предельных режимов работы (табл. 3.1).

Назначение и принцип действия вольтодобавочного трансформатора

Вольтодобавочным трансформатором называется такой электрический трансформатор, который включается своей вторичной обмоткой последовательно в цепь вторичной обмотки основного трансформатора или просто в рассечку линии основной сети. Обычно вольтодобавочный трансформатор имеет переменный коэффициент трансформации (подобно автотрансформатору), но может быть также и нерегулируемым.

Вольтодобавочные трансформаторы традиционно используют с целью автоматической регулировки напряжений отдельных линий или группы линий. К примеру при реконструкции сети, где используется трансформатор без возможности регулирования под нагрузкой, именно вольтодобавочный трансформатор позволяет регулировать напряжение — он дает возможность выравнивать напряжение в сети, убирает несимметричность напряжения на определенном участке цепи, снижает опасные последствия в случае отгорания нулевого проводника.

Как нетрудно понять, вольтодобавочный трансформатор воздействует на подаваемое к потребителю напряжение, добавляя к нему собственную дополнительную ЭДС, которая вычитается либо складывается с основным напряжением сети. В принципе вольтодобавочные трансформаторы могут быть как регулируемыми, так и нерегулируемыми.

В любом случае они формируют определенное добавочное напряжение независимо от того, какая нагрузка подключена и получает питание от данной сети в текущий момент. А непосредственно величину надбавки выбирают исходя из максимальной и минимальной нагрузки, чтобы на потребителе ни в коем случае не возникло перенапряжения.

На первом рисунке изображена принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора без регулировки. Здесь первичные обмотки трех однофазных трансформаторов включены по схеме «звезда» и питаются от трех фаз основной регулируемой сети. Вторичные обмотки данных трансформаторов, как было отмечено выше, включены последовательно в рассечку, причем рассчитаны они на более высокие токи I.

Во вторичных обмотках и создаются добавочные ЭДСдоб, которые складываются или вычитаются из напряжения U1 сети, которую необходимо регулировать. В принципе в качестве вольтодобавочных трансформаторов могут использоваться сварочные или котельные трансформаторы с соотношением напряжений 380/24. Их первичные обмотки как обычно подключаются к сети, а вторичные — в рассечку регулируемой линии. U2 представляет собой сумму ЭДСдоб и U1.

На втором рисунке приведена схема регулируемого вольтодобавочного трансформатора. По сути здесь мы видим автотрансформатор, который получает питание от напряжения основной сети. Вторичные же напряжения снимаются через переключатели П, как это обычно бывает у всех автотрансформаторов, и подаются на первичные обмотки отдельных трансформаторов, включенных в регулируемую линию последовательно своими вторичными обмотками.

Действует все как обычно: токи первичных обмоток создают магнитные потоки в магнитопроводах понижающих трансформаторов, во вторичных обмотках наводятся ЭДС, которые последовательно складываются или вычитаются (в зависимости от фазировки подключения) с напряжениями основной сети в каждой из фаз.

В итоге напряжение на выходе регулируемой сети, в результате такого включения, изменяется на 5-10% в зависимости от того, в каком положении находится на данный момент переключатель. Сам переключатель сделан таким образом, что при переключении между контактами даже под нагрузкой разрыва цепей первичных обмоток последовательных (вольтодобавочных) трансформаторов не происходит.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Что такое вольтодобавка? И зачем она нужна?

В общем случае вольтодобавка — это электрическая или электронная схема (устройство), включаемая последовательно с нагрузкой и создающая свое напряжение, которое добавляется к напряжению основного источника питания, когда оно падает, или вычитается из него, когда оно возрастает в процессе эксплуатации. Чаще всего применяется в сварочных аппаратах и в радиотехнике. Словом, своеобразный стабилизатор напряжения для больших токов и напряжений.

Линейные регуляторы напряжения. Вольтодобавочный трансформатор

Вольтодобавочным трансформатором (ВДТ) называется устройство, состоящее из двух трансформаторов: последовательного, первичная обмотка которого включается в рассечку линии, и специального регулировочного трансформатора или автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации. Регулировочный автотрансформатор питается от обмотки низшего напряжения силового трансформатора.

Линейным регулятором называется трехфазное вольтодобавочное устройство, которое работает по автотрансформаторной схеме.

2. Назначение

Вольтодобавочные трансформаторы (линейные регуляторы) применяются для регулирования напряжения в отдельных линиях или в группе линий. Их применяют, например, для улучшения работы сетей, в которых используются трансформаторы без регулирования под нагрузкой. Линейные регуляторы позволяют создать в сети дополнительную ЭДС, которая складывается с вектором напряжения сети и изменяет его. На рис. 1 показано схематическое изображение вольтодобавочного трансформатора (линейного регулятора).

Рисунок 1 – Схемное изображение линейного регулятора

Установка вольтодобавочного трансформатора позволяет выравнивать напряжение в электросети; устранять несимметрию напряжения на определенном участке цепи; снижать опасные последствия отгорания нулевого проводника

3. Принцип работы

Вольтодобавочные трансформаторы имеют одну обмотку, включенную последовательно с линией, в которой регулируется напряжение. Эта обмотка питается от регулировочного (питающего) трансформатора, а первичная обмотка последнего – от сети или постороннего источника тока. В зависимости от схемы соединения обмоток вольтодобавочные трансформаторы могут создавать добавочную ЭДС, сдвинутую по фазе относительно основного напряжения или совпадающую с ним. На рис. 2 изображена принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора.

Рисунок 2 – Принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора

1. основной трансформатор
2. последовательный трансформатор
3. регулировочный трансформатор

4. Схема и конструкция

Более детальная схема линейного регулятора, иллюстрирующая также принцип переключения контактов, представлена на рис. 3.
На ней показаны регулировочный трансформатор 1 и последовательный трансформатор 2. Первичная обмотка 3 регулировочного трансформатора является питающей. Она может быть включена и на фазное А – 0 и на линейное напряжение (А – В, А – С). Вторичная обмотка 4 регулировочного трансформатора имеет такое же переключающее устройство 5 как и транс-форматор с РПН.

Один конец первичной обмотки 6 последовательного трансформатора присоединен к средней точке вторичной обмотки регулировочного трансформатора. Другой к переключающему устройству. Вторичная обмотка 7 последовательного трансформатора соединена последовательно с обмоткой силового трансформатора. Добавочная ЭДС в обмотке 7 складывается с ЭДС силового трансформатора и изменяет ее.

Рисунок 3 – Принцип работы вольтодобавочного трансформатора

На рис. 4 показана трехфазная схема включения в сеть вольтодобавочного трансформатора.

Рисунок 4 – Схема включения вольтодобавочного трансформатора в сеть

Линейные регуляторы работают по автотрансформаторной схеме и представляют собой маслонаполненную конструкцию, имеющую шесть линейных выводов для включения регулятора в рассечку линии в любой ее точке. Схема включения линейного регулятора показана на рис. 5.

1. Обмотка возбуждения высшего напряжения
2. Обмотка питания цепей управления
3. Вольтодобавочная обмотка
4. Подвижный контакт переключателя
5. Вспомогательный контакт переключателя с активным токоограничивающим сопротивлением
6. Неподвижные контакты

Рисунок 5 – Схема включения линейного регулятора

5. Диапазон регулирования

ЭДС, создаваемая линейным регулятором зависит:

• от величины питающего напряжения;
• от фазы питающего напряжения;
• от коэффициента трансформации линейного регулятора.

Включая первичную обмотку питающего трансформатора в разные фазы сети, можно получить разные напряжения на выходе регулятора. В линейном регуляторе выполняется пофазное регулирование. Различают продольное, поперечное и продольно-поперечное регулирование.

При продольном регулировании добавочная ЭДС линейного регулятора ∆Е совпадает по фазе с фазными напряжениями сети. Такой вид регулирования называют также регулирование по модулю.

При поперечном регулировании ЭДС силового трансформатора и добавочная ЭДС оказываются сдвинутыми на 90º. Такое сдвиг можно получить, если, например, для регулирования напряжения в фазе А, обмотку питающего трансформатора включить на линейное напряжение В-С. При этом результирующая ЭДС обмотки силового трансформатора и вторичной обмотки последовательного трансформатора изменяется по фазе. Поэтому такой вид регулирования называют также регулированием по фазе.
Продольно-поперечное регулирование позволяет регулировать исходное напряжение как по модулю, так и по фазе. Его можно выполнить для регулирования напряжения в фазе А при включении первичной обмотки питающего трансформатора на линейное напряжение А-В. Вектор добавочной ЭДС при этом будет направлен вдоль линейных напряжений.

Векторные диаграммы изображающие разные виды регулирования показаны на рис. 6.

Рисунок 6 – Регулирование напряжения с помощью линейного регулятора: а) продольное; б) поперечное; в) продольно поперечное.

Линейные регуляторы с продольным регулированием позволяют регулировать напряжения на проблемном участке протяженной сети или при отсутствии на трансформаторе устройства РПН.

Линейные регуляторы с поперечным или продольно-поперечным регулированием выполняют более узкие функции. С их помощью улучшаются условия работы неоднородных замкнутых сетей.

6. Технические характеристики

В настоящее время термин «вольтодобавочный трансформатор» сохранился только за серией специальных регулировочных трансформаторов типа ВРТДНУ, предназначенных для включения в нейтраль автотрансформаторов старых типов, не имеющих РПН в нейтрали или на стороне среднего напряжения. Указанная серия автотрансформаторов выпускается на мощность 120-750 МВА. Регулирование напряжение в радиальных линиях осуществляют при помощи линейных регуляторов типа ЛТМ: ЛТМН, ЛТДН.

7. Применение

Линейные регуляторы могут устанавливаться на отходящих линиях и последовательно с силовым трансформатором. При установке линейного регулятора на отходящих линиях силовой трансформатор выполняет стабилизацию напряжения на шинах подстанции на среднем уровне. Диапазон регулирования в этом случае может быть снижен, что позволяет существенно снизить мощность линейного регулятора, однако требуется установка нескольких регуляторов.

На рис. 7 а) показано схематичное изображение линейного регулятора при включении его последовательно обмотке силового трансформатора, на рис. 7 б) показано включение линейного регулятора на отходящих линиях электропередач.

Рисунок 7 – Включение линейного регулятора в сеть: а) последовательно обмотке силового трансформатора; б) на отходящих линиях электропередач

Линейные регуляторы, которые включаются последовательно в линию, обеспечивают регулирование напряжения в пределах ±10-15 %. Широкое применение линейные регуляторы находят на подстанциях с автотрансформаторами. На стороне СН регулирование напряжения обеспечивается встроенным в автотрансформатор устройством РПН, а на стороне НН устанавливается линейный регулятор, снабженный автоматическим регулированием напряжения.