Регулирование напряжения на вторичной стороне трансформатора

Вторичное напряжение трансформатора можно регулировать, изменяя число витков его вторичной обмотки.

а) однофазная мостовая схема выпрямления

Этот способ широко применяют на всех электропоездах и электровозах переменного тока. Для этой цели вторичную обмотку разбивают на ступени а, б, в, к выводам которых А, Б, В с помощью соответствующих переключателей 1, 2, 3, 4, 5, 6 через переходной реактор могут присоединяться вентили выпрямителя. Присоединяя вентили к тому или иному выводу трансформатора, можно изменять число включенных во вторичную обмотку витков, то есть напряжение U₂, подводимое к преобразователю. Следовательно, будет изменяться и выпрямленное напряжение U_d, подаваемое на тяговые машины через сглаживающие фильтры в цепь выпрямленного тока; регулирование напряжения при этом получается ступенчатым.

Подключение преобразователя к различным выводам вторичной обмотки трансформатора должно происходить без разрыва тока нагрузки и без короткого замыкания секций обмотки.

Если в процессе регулирования при переключении от вывода А к выводу Б сначала включить переключатель 1, а затем включить переключатель 3, то в момент перехода произойдет разрыв тока в цепи нагрузки. При работе ЭПС это привело бы к прекращению тяги и резким толчкам поезда.

Если включить переключатель 3 до выключения переключателя 1, то находящаяся между ними секция б обмотк4и трансформатора будет замкнута накоротко и индуцируемая в ней ЭДС создаст большой ток короткого замыкания I_к. во избежание этого при переключении ступеней трансформатора используют переходный реактор. Его включают между смежными выводами обмотки, и в процессе регулирования замыкают переключатель 3 до отключения переключателя 1. В момент, когда замкнуты оба переключателя, индуктивное сопротивление реактора ограничивает ток в цепи, расположенной между ними.

Переходный реактор также используется для получения более плавного изменения напряжения на выпрямителе при сравнительно небольшом числе выводов трансформатора. Для этого к каждому выводу отмотки присоединяют по два переключателя. Четные и нечетные переключатели соединяют соответственно с двумя общими шинами, между которыми включают переходный реактор.

Регулирование напряжения в такой схеме осуществляют следующим образом. При замыкании переключателей 1 и 2 к преобразователю подается напряжение с первой секции а трансформатора, при этом ток нагрузки делится поровну между обеими половинами обмотки реактора. Затем отключают переключатель 1, после чего замыкают переключатель 3, в результате чего реактор подключается к секции б трансформатора. При таком включении реактор выполняет роль автотрансформатора и делит напряжение секции б пополам, напряжение на преобразователе составит 1,5U_с. Затем отключают переключатель 2 и замыкают переключатель 4, на преобразователь в этом случае подается суммарное напряжение секций а и б. аналогично напряжение преобразователя можно повысить до 2,5U_с и 3U_с. Такой способ позволяет получить число ступеней изменения напряжения вдвое большее, чем число выводов трансформатора.

Нормально при работе преобразователя должны быть замкнуты два переключателя, подключающие переходный ре6актор к одному из выводов трансформатора. Положения, при которых реактор подключается к двум различным выводам трансформатора, являются промежуточными, и продолжительная работа на них не предусматривается, так как при этом через реактор протекает не только ток нагрузки преобразователя, но и ток, возникающий в результате замыкания соответствующей секции трансформатора (обычно эти положения используют в качестве пусковых ступеней). Переходные положения, при которых ток протекает только по одной из половин обмотки реактора, можно использовать кратковременно, так как при этом сильно возрастает индуктивное сопротивление реактора, что приводит к увеличению падения напряжения в нем и на преобразователь подается пониженное напряжение.

б) однофазная нулевая схема выпрямления

На ЭПС переменного тока с преобразователями, включенными по схеме с нулевым выводом, необходимо осуществлять переключение выводов его трансформатора в обеих его фазах.

е преобразователя должны быть змкнуты два переключателя, подключающие переходный ре6актор к одному из выводов трансформ

Увеличение напряжения, подаваемого на вентили, достигается отключением переключателей 1 и 2, 3 и 4 и так далее и замыканием переключателей 5 и 6, 7 и 8 и так далее. Когда трансформатор имеет достаточно большое число выводов и напряжение U_с, действующее в каждой секции, невелико, допускается некоторое неравенство напряжений в двух фазах вторичной обмотки. При этом становится возможным не производить включение и отключение соответствующих переключателей одновременно в обеих фазах (например, 1 и 3, 2 и 4), а выполнять их последовательно и поочередно, то есть осуществлять несимметричное регулирование напряжения по полупериодам. Это позволяет увеличить примерно в два раза число ступеней регулирования напряжения на потребителе без увеличения числа выводов трансформатора.

При подключении преобразователя к выводам А1 и А2 среднее значение выпрямленного напряжения будет равно U_d1.

При подключении его к выводам А1 и Б2 в каждый полупериод на вентили подается от трансформатора переменное напряжение с различной амплитудой U_max1 и U_max2.Выпрямленное напряжение приобретает форму полусинусоидальных импульсов с различными максимальными значениями, которые чередуются через каждый полупериод, а среднее значение выпрямленного напряжения U_d2 больше, чем U_d1.

При подключении преобразователя к выводам Б1 и Б2 импульсы выпрямленного напряжения снова будут иметь одинаковую амплитуду, большую, чем U_max1 и среднее значение U_d3 будет больше U_d2.

С целью дальнейшего увеличения числа ступеней изменения напряжения на электровозах и электропоездах переменного тока вторичную обмотку трансформатора разделяют на регулируемую и нерегулируемую части. Эти части в процессе регулирования напряжения включают согласованно или встречно, что позволяет дважды использовать одни и те же переключатели для получения различных ступеней. В результате применения переходных реакторов и встречно-согласованного включения полуобмоток трансформатора число ступеней регулирования увеличивается в четыре раза относительно числа секций трансформатора.

Рассмотренные способы переключения выпрямителя с одного вывода трансформатора, на другой требуют применения довольно громоздкого переходного реактора и переключателей, рассчитанных на замыкание больших токов.

Регулирование можно осуществлять без этих недостатков при использовании схемы так называемого вентильного перехода.

в) схема вентильного перехода

В этой схеме последовательно с переключателями 1, 2 и 3 и так далее выводов трансформатора включены вентили VD1, VD2, VD3 и так далее, которые при переключении преобразователя с секции а на секцию б вторичной обмотки трансформатора позволяют осуществлять замыкание переключателя 2 до отключения переключателя 1.

При одновременном включении обоих переключателей секция б замыкается накоротко, но вентили VD1 и VD2 предотвращают возникновение тока короткого замыкания. Переключатель 1 в том случае отключается без разрыва тока нагрузки, так как электрическая цепь выпрямителя замкнута через переключатель 2. то же происходит при переключении выпрямителя с секции б на секцию в и так далее. Во время обратных переходов, когда сначала замыкается переключатель 1, а затем размыкает переключатель 2, последний разрывает ток, но при более легких условиях, так как дуга горит в нем только в продолжение одного полупериода. Если же контакты переключателя 2 размыкаются в бестоковый полупериод для данного плеча, то дуга вообще не возникает. Это существенно улучшает условия работы переключателей и позволяет выполнить их более простыми и компактными.

В отличие от схемы с переходным реактором схема вентильного перехода не позволяет получить промежуточных ступеней изменения напряжения, так как при регулировании напряжения очередные секции трансформатора вводятся сразу же в цепь потребителя, необходимое число ступеней достигается другими способами. На электровозах с выпрямителями, включенными по схеме с нулевым выводом это обеспечивается поочередным переключением выводов в различных фазах, а при мостовой схеме – поочередной подачей различного напряжения на вентили, включенные в смежные плечи моста.

На ЭПС переменного тока с полупроводниковыми выпрямителями в качестве переходных вентилей может быть использована часть вентилей главной выпрямительной установки.