Содержание к диссертации
Введение
1. Техническая характеристика силового электрооборудования установки печь-ковш 9
1.1. Технология и состав электрооборудования установки «печь-ковш» 9
1.1.1. Технические характеристики установки «печь-ковш» 9
1.1.2. Краткое описание технологического процесса 11
1.2. Характеристика силового электрооборудования 13
1.3. Устройство и техническая характеристика высоковольтного вакуумного выключателя 17
1.3.1. Общая характеристика вакуумных выключателей 17
1.3.2. Высоковольтный вакуумный выключатель УПК ККЦ 19
1.4. Математическое описание коммутационных .процессов в трансформаторе 23
1.5. Аналитический обзор существующих способов и устройств снижения бросков тока при включении силовых трехфазных трансформаторов. 27
1.5.1. Основные направления разработок 27
1.5.2. Способ детерминированного включения фаз по [65] 29
1.5.3. Способ детерминированного включения фаз с учетом распределения остаточных индукций 31
1.5.4. Способ одновременного включения фаз с контролем момента размыкания 35
1.6. Выводы и постановка задачи исследований 38
2. Исследование режимов коммутации высоковольтного вакуумного выключателя установки печь-ковш 41
2.1. Экспериментальные исследования переходных процессов при коммутации печного трансформатора 41
2.2. Разработка математической модели электрического контура печного трансформатора 45
2.3. Исследование режимов коммутации методами математического моделирования 50
Выводы 62
3. Разработка способов улучшения коммутации высоковольтного вакуумного выключателя при включении 64
3.1. Способ детерминированного (поэтапного) включения фаз трансформатора 65
3.2. Исследование способа поэтапного включения трансформатора на математической модели 69
3.2.1. Исследование двухфазного включения трансформатора 70
3.2.2. Включение третьей фазы , 71
3.2.3. Анализ при двухэтапном включении... 76
3.3. Способ одновременной коммутации фаз с контролем остаточных индукций 79
3.3.1. Постановка задачи 79
3.3.2. Описание способа 80
3.4. Функциональная схема устройства, реализующего способ коммутации с контролем остаточных индукций 83
Выводы 89
4. Исследование разработанных способов улучшения условий коммутации высоковольтного вакуумного выключателя 90
4.1. Силовая схема лабораторной установки 91
4.2. Система формирования управляющих импульсов тиристоров 96
4.2.1. Функциональная схема аппаратной части 96
4.2.2. Программное обеспечение системы управления 98
4.3. Результаты экспериментальных исследований 99
4.3.1. Переходные процессы при поэтапной коммутации 101
4.3.2. Сопоставление результатов : 109
4.4. Схема двухступенчатой коммутации трансформатора установки «печь-ковш» ККЦ 112
4.5. Математическое моделирование способа одновременной коммутации фаз трансформатора с контролем остаточных индукций 113
4.5.1. Описание усовершенствованной модели трансформатора 114
4.5.2. Результаты моделирования 118
Выводы 120
Заключение 122
Литература :... 125
Приложения 130
- Характеристика силового электрооборудования
- Экспериментальные исследования переходных процессов при коммутации печного трансформатора
- Способ детерминированного (поэтапного) включения фаз трансформатора
- Силовая схема лабораторной установки
Введение к работе
В последние десятилетия в мировой практике широкое распространение получил процесс внепечной обработки стали, названный LF (Ladie-Furnace) или «печь-ковш». В 2000 г. в кислородно-конвертерном цехе (ККЦ) ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат (ОАО «ММК») введена в эксплуатацию двухпозиционная установка «печь-ковш» (УПК) емкостью 375 т. Установка является самой мощной в России и позволяет ежегодно выпускать до 5,5 млн. т стали с заданными свойствами [1, 2].
Основным питающим электрическим устройством УПК является трехфазный трансформатор мощностью 45 МВА, первичная обмотка которого подключена к отдельному вводу высокого напряжения ПО кВ. Характерной особенностью работы трансформаторов, питающих дуговые сталеплавильные печи, являются частые подключения к питающей сети в режиме холостого хода. Это обусловлено технологическим режимом работы печи, в котором интервалы нахождения печи под током чередуются с интервалами, когда необходимо производить вспомогательные технологические операции и требуется отключать печной трансформатор. Количество включений зависит от многих факторов, таких как мощность печи и ее производительность, сортамент выплавляемой марки стали, от особенностей технологического режима конкретной плавки. Среднее число включений составляет 50-100 раз в сутки. Коммутация электропечного трансформатора осуществляется высоковольтным вакуумным выключателем (ВВ) [3].
Как известно, электропечной трансформатор обладает значительной нелинейной индуктивностью, зависящей от тока, кроме того, в контуре коммутации присутствуют элементы, сохраняющие электрический заряд - меж-витковые емкости обмоток трансформатора, емкости в составе ограничителей перенапряжения [4 - 8]. Включение трансформатора на холостой ход сопровождается переходным процессом, при котором магнитные индукции в стержнях трансформатора изменяются от остаточных значений, имевших место в отключенном состоянии, до установившихся значений, определяемых амплитудой мгновенных значений приложенных напряжений [9-11]. Как правило, указанный переходный процесс сопровождается броском намагни-
чивающего тока, что обусловлено насыщением магнитной цепи и соответственно непропорциональным увеличением намагничивающего тока при изменениях магнитной индукции [12]. Амплитуды фазных токов первичной обмотки ненагруженного трансформатора при включении достигают 2-5-кратных значений номинального тока. В случае повышения питающего напряжения на 10% номинального наблюдается значительное и непропорциональное возрастание тока включения на 50-70% [13].
Возникающие при включениях броски тока трансформатора приводят к значительным электродинамическим усилиям, возникающим в обмотках трансформатора и токоведущих частях, к перенапряжениям на обмотках, особенно при коммутациях во время медленно затухающего процесса включения [14-19]. Кроме того, броски тока трансформатора оказывают негативное влияние на смежные устройства - фильтры, тиристорно-реакторную группу и ухудшают их работу. В результате снижается срок службы сетевых и печных трансформаторов и самих вакуумных выключателей. Следует также отметить возникающие при этом сложности, связанные с настройкой и работой релейной защиты [20-25].
Улучшение условий коммутации вакуумного выключателя может осуществляться по двум направлениям: проведение технических мероприятий по разработке и внедрению устройств снижения бросков токов, использующих специальные алгоритмы замыкания полюсов, а также введение организационных мероприятий, позволяющих производить включение и отключение трансформатора без нагрузки (при поднятых электродах) и тем самым снижающих броски тока и коммутационные перенапряжения [26].
Работы по улучшению условий коммутации и повышению коммутационной износостойкости высоковольтных вакуумных выключателей в последние десятилетия проводятся рядом российских и зарубежных компаний. В числе наиболее значимых следует отметить разработки ВЭИ [27- 30], Новочеркасского политехнического института [31], Южно-Уральского государственного университета [32], ОАО «Самарский трансформатор» [33], Винницкого национального технического университета [34, 35], VAI FUCHS (Австрия) [1], Joslin (США) [3] и др.
Выполненный в диссертационной работе обзор существующих способов включения трансформаторов показал отсутствие способов, позволяющих снизить броски тока при включении трансформаторов, первичная обмотка которых соединена в «звезду» без нейтрального провода, а также способов с одновременным включением фаз при их предшествующем отключении в произвольный момент времени.
Целью диссертационной работы является повышение надежности силового электрооборудования установки «печь-ковш» за счет снижения бросков тока при включении ненагруженного печного трансформатора.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
Экспериментальные исследования и анализ режимов коммутации высоковольтного вакуумного выключателя установки «печь-ковш» с целью определения причин динамических бросков тока при включении ненагруженного трансформатора.
Разработка способов коммутации полюсов высоковольтного выключателя, обеспечивающих снижение бросков тока. Разработка технических решений, реализующих предложенные способы.
Разработка математической модели электрического контура печного трансформатора. Исследования условий коммутации высоковольтного выключателя при реализации существующего и разработанных способов управления.
Создание лабораторной установки, проведение экспериментальных исследований разработанных устройств и алгоритмов управления коммутационной аппаратурой.
Разработка рекомендаций по промышленному внедрению разработанных систем управления коммутацией. Оценка ожидаемой технико-экономической эффективности.
Содержание работы изложено в четырех главах:
В первой главе дана краткая характеристика технологического режима установки «печь-ковш» ККЦ ОАО «ММК», рассмотрены состав оборудования УПК, принципиальная схема силового электрооборудования. Приведены описание устройства и принципа действия вакуумного выключателя, а также
8 математическое описание переходных процессов, возникающих при включении трансформатора. Представлен аналитический обзор существующих способов и устройств снижения бросков тока при включении силовых трехфазных трансформаторов
Содержание второй главы посвящено исследованию коммутационных процессов при включении трансформатора УПК. Представлены результаты экспериментальных исследований, выполненных непосредственно в условиях цеха. Разработана математическая модель электрического контура печного трансформатора, выполнены исследования режимов коммутации при существующем принципе одновременного включения фаз трансформатора.
Третья глава посвящена разработке способов управления коммутацией полюсов вакуумного выключателя, обеспечивающих снижение бросков тока при включении электропечного трансформатора. Рассмотрены предложенный способ поэтапного включения фаз, а также разработанные способ и устройство одновременного включения фаз с контролем остаточных индукций.
В четвертой главе приведены результаты исследований разработанных способов коммутации, выполненных на специально созданной лабораторной установке, а также с помощью усовершенствованной математической модели трансформатора. Даны рекомендации по промышленному внедрению разработок в условиях ККЦ ОАО «ММК».
В заключении сделаны выводы по работе.
В приложении представлены текст разработанной программы по управлению коммутацией ключей на лабораторной установке, акт об использовании результатов работы и расчет экономической эффективности.
По содержанию диссертационной работы опубликовано шесть научных трудов, в том числе одна в рецензируемом издании. Полученные результаты докладывались и обсуждались на шести конференциях и семинарах различного уровня, в том числе - двух Международных.
Характеристика силового электрооборудования
В последние десятилетия в мировой практике широкое распространение получил процесс внепечной обработки стали, названный LF (Ladie-Furnace) или «печь-ковш». В 2000 г. в кислородно-конвертерном цехе (ККЦ) ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат (ОАО «ММК») введена в эксплуатацию двухпозиционная установка «печь-ковш» (УПК) емкостью 375 т. Установка является самой мощной в России и позволяет ежегодно выпускать до 5,5 млн. т стали с заданными свойствами [1, 2].
Основным питающим электрическим устройством УПК является трехфазный трансформатор мощностью 45 МВА, первичная обмотка которого подключена к отдельному вводу высокого напряжения ПО кВ. Характерной особенностью работы трансформаторов, питающих дуговые сталеплавильные печи, являются частые подключения к питающей сети в режиме холостого хода. Это обусловлено технологическим режимом работы печи, в котором интервалы нахождения печи под током чередуются с интервалами, когда необходимо производить вспомогательные технологические операции и требуется отключать печной трансформатор. Количество включений зависит от многих факторов, таких как мощность печи и ее производительность, сортамент выплавляемой марки стали, от особенностей технологического режима конкретной плавки. Среднее число включений составляет 50-100 раз в сутки. Коммутация электропечного трансформатора осуществляется высоковольтным вакуумным выключателем (ВВ) [3].
Как известно, электропечной трансформатор обладает значительной нелинейной индуктивностью, зависящей от тока, кроме того, в контуре коммутации присутствуют элементы, сохраняющие электрический заряд - меж-витковые емкости обмоток трансформатора, емкости в составе ограничителей перенапряжения [4 - 8]. Включение трансформатора на холостой ход сопровождается переходным процессом, при котором магнитные индукции в стержнях трансформатора изменяются от остаточных значений, имевших место в отключенном состоянии, до установившихся значений, определяемых амплитудой мгновенных значений приложенных напряжений [9-11]. Как правило, указанный переходный процесс сопровождается броском намагничивающего тока, что обусловлено насыщением магнитной цепи и соответственно непропорциональным увеличением намагничивающего тока при изменениях магнитной индукции [12]. Амплитуды фазных токов первичной обмотки ненагруженного трансформатора при включении достигают 2-5-кратных значений номинального тока. В случае повышения питающего напряжения на 10% номинального наблюдается значительное и непропорциональное возрастание тока включения на 50-70% [13].
Возникающие при включениях броски тока трансформатора приводят к значительным электродинамическим усилиям, возникающим в обмотках трансформатора и токоведущих частях, к перенапряжениям на обмотках, особенно при коммутациях во время медленно затухающего процесса включения [14-19]. Кроме того, броски тока трансформатора оказывают негативное влияние на смежные устройства - фильтры, тиристорно-реакторную группу и ухудшают их работу. В результате снижается срок службы сетевых и печных трансформаторов и самих вакуумных выключателей. Следует также отметить возникающие при этом сложности, связанные с настройкой и работой релейной защиты [20-25].
Улучшение условий коммутации вакуумного выключателя может осуществляться по двум направлениям: проведение технических мероприятий по разработке и внедрению устройств снижения бросков токов, использующих специальные алгоритмы замыкания полюсов, а также введение организационных мероприятий, позволяющих производить включение и отключение трансформатора без нагрузки (при поднятых электродах) и тем самым снижающих броски тока и коммутационные перенапряжения [26].
Работы по улучшению условий коммутации и повышению коммутационной износостойкости высоковольтных вакуумных выключателей в последние десятилетия проводятся рядом российских и зарубежных компаний. В числе наиболее значимых следует отметить разработки ВЭИ [27- 30], Новочеркасского политехнического института [31], Южно-Уральского государственного университета [32], ОАО «Самарский трансформатор» [33], Винницкого национального технического университета [34, 35], VAI FUCHS (Австрия) [1], Joslin (США) [3] и др. Выполненный в диссертационной работе обзор существующих способов включения трансформаторов показал отсутствие способов, позволяющих снизить броски тока при включении трансформаторов, первичная обмотка которых соединена в «звезду» без нейтрального провода, а также способов с одновременным включением фаз при их предшествующем отключении в произвольный момент времени.
Целью диссертационной работы является повышение надежности силового электрооборудования установки «печь-ковш» за счет снижения бросков тока при включении ненагруженного печного трансформатора.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи: 1. Экспериментальные исследования и анализ режимов коммутации высоковольтного вакуумного выключателя установки «печь-ковш» с целью определения причин динамических бросков тока при включении ненагруженного трансформатора. 2. Разработка способов коммутации полюсов высоковольтного выключателя, обеспечивающих снижение бросков тока. Разработка технических решений, реализующих предложенные способы. 3. Разработка математической модели электрического контура печного трансформатора. Исследования условий коммутации высоковольтного выключателя при реализации существующего и разработанных способов управления. 4. Создание лабораторной установки, проведение экспериментальных исследований разработанных устройств и алгоритмов управления коммутационной аппаратурой.
Экспериментальные исследования переходных процессов при коммутации печного трансформатора
Прежде чем приступить к разработке способов, обеспечивающих улучшение условий коммутации вакуумного выключателя, необходимо выполнить экспериментальные исследования динамического режима включения непосредственно на установке «печь ковш» ККЦ. Целью исследований является оценка бросков тока по фазам трансформатора при существующем способе синхронной коммутации. Для более подробного анализа влияния на броски тока начальной фазы (момента) коммутации необходимы исследования методами математического моделирования. С этой целью предварительно следует разработать математическую модель электромагнитного контура печного трансформатора. Окончательным итогом теоретических и экспериментальных исследований должна стать разработка общих принципов построения систем управления высоковольтным выключателем, обеспечивающих ограничение бросков тока при подключении фаз трансформатора.
Рассмотрению перечисленных вопросов посвящена вторая глава диссертации. На начальном этапе исследований проводилось осциллографирование фазных токов первичной обмотки печного трансформатора [69]. В качестве первичных датчиков использовались штатные датчики тока 300/5 А, установленные на высокой стороне трансформатора. Сигналы с этих датчиков подавались на делители напряжения 7,5 А/ 75 мВ и записывались с помощью регистратора электрических сигналов РЭС-3. Частота дискретизации на канал составляла 4 кГц. Характерные осциллограммы первичных токов по фазам А, В, С представлены на рис. 2.1. Случаи 1-6 соответствуют включению печного трансформатора без нагрузки. Случай 7 соответствует рабочему режиму транс-форматора. Анализ представленных и других аналогичных осциллограмм позволил выделить следующее: 1. Включение трансформатора без нагрузки сопровождается первоначальным броском тока, достигающим 500 А, длительностью 3-Ю периодов питающего напряжения и дальнейшим его спаданием, имеющим апериодический характер, продолжительность которого составляет 8-Ю с. Броски тока наблюдаются в двух фазах из трех: фазы В и С (случай 2), фазы А и С (случай 6). 2. Причиной первоначальных бросков тока является насыщение магнитной цепи трансформатора и, как следствие, уменьшение индуктивного сопротивления первичной обмотки. Амплитуда броска тока непостоянна и зависит от следующих факторов: момента замыкания полюсов вакуумного выключателя, распределения остаточных индукций в стержнях магнитопро-вода, ступени, на которой произошло включение. С увеличением приложенного напряжения, приходящегося на единицу числа витков первичной обмотки, амплитуда магнитного потока растет и, как следствие, повышается степень насыщения магнитопровода, что вызывает увеличение первичного тока. Проведенные эксперименты показали, что броски тока зависят от ступени, на которой происходит включение трансформатора. С ростом номера ступени происходит увеличение магнитного потока и амплитуды пускового тока. Также следует отметить, что в существующей системе момент включения вакуумного выключателя не синхронизирован по времени с питающим напряжением. При этом вероятность возникновения неблагоприятных моментов включения и связанных с ними бросков Тока велика. Таким образом, экспериментально подтверждена актуальность задачи разработки способов и устройства, обеспечивающих снижение вероятности возникновения чрезмерных бросков тока при включении ненагруженного печного трансформатора. Составлению математической модели электрического контура печного трансформатора, включающего источник питания, выключатель и первичную обмотку трансформатора, предшествует введение ряда допущений. При разработке модели трансформатора приняты следующие условия и допущения [70-72]: ? первичная обмотка трансформатора соединена в «звезду» без нейтрального провода; ? вторичная обмотка трансформатора отсоединена от нагрузки (рассмат-ривается включение трансформатора в режиме холостого хода), поэтому ее влияние не учитывается; ? в фазе трансформатора учитывается только активное сопротивление обмотки, индуктивным сопротивлением рассеивания пренебрегаем; ? взаимоиндукция между фазами трансформатора учитывается путем моделирования магнитной цепи трехфазного трансформатора; ? учитывается насыщение магнитной цепи путем моделирования кривой намагничивания стали сердечника трансформатора; ? не учитывается действие вихревых токов и явление гистерезиса; ? остаточными индукциями пренебрегаем. При моделировании источника питания трансформатора пренебрегаем его внутренним сопротивлением. Процесс включения/выключения трансформатора моделируется упрощенно, без учета горения электрической дуги между полюсами высоковольтного выключателя при его коммутациях. Во включенном состоянии выключатель рассматривается как провод, не обладающий активным сопротивлением, в выключенном состоянии фаза выключателя рассматривается как активное сопротивление, величина которого огранивает фазный ток на нулевом уровне.
Способ детерминированного (поэтапного) включения фаз трансформатора
Фаза включения определяет момент времени, от которого происходит нарастание магнитного потока. Примем отсчет фазы от момента перехода че 67 рез ноль кривой напряжения. Включение однофазного трансформатора с нулевой фазой приведет к тому, что за первую четверть периода магнитный поток нарастает до единицы, а за вторую четверть увеличивается до двойной амплитуды установившегося значения потока Фуст (рис. 3.2). Увеличение фазы включения приводит к снижению максимального значения потока, так при 30 амплитуда потока составляет 1,8 Фуст, а при 60 - 1,5 Фуст. Наименьшее значение амплитуды потока имеет место при фазе включения 90, в этом случае амплитудное значение равно установившемуся. Дальнейшее увеличение фазы включения приводит к росту амплитуды потока, но с отрицательным знаком.
Как отмечено в 1.4, связь между током первичной обмотки и магнитным потоком устанавливает кривая намагничивания. В силу насыщения стали магнитопровода даже незначительное увеличение магнитного потока выше номинального приводит к значительному броску тока включения трансформатора. Поэтому включение трансформатора следует производить в моменты времени, при которых амплитуда потока равна номинальному потоку.
На втором этапе включения трансформатора по предлагаемому способу происходит переход от двухфазного к трехфазному режиму питания путем подачи напряжения в третью фазу В. Поскольку в режиме двухфазного питания (рис. 3.1) магнитный поток в стержне фазы В равен нулю, то переход на трехфазный режим путем включения этой фазы следует осуществлять как для случая однофазного трансформатора, рассмотренного выше, т.е. фазу В следует включать в момент времени, когда ее фазное напряжение достигает максимума (рис. 3.3). В этом случае поток фазы В будет нарастать от нуля до амплитудного значения, равного Фуст, а изменение потоков фаз А и С будут осуществляться как для установившегося режима трехфазного питания. Такой плавный переход из режима двухфазного в режим трехфазного питания возможен в том случае, если конечные значения потоков фаз А и С двухфазного режима соответствуют требуемым начальным значениям потоков этих фаз для случая трехфазного питания.
Таким образом потоки фаз А и С двухфазного режима равны потокам этих фаз трехфазного режима при включении фазы В на максимуме ее фазного напряжения.
Согласно предложенному способу поэтапного включения трансформатора включение первых двух фаз следует производить при достижении максимума их линейного напряжения, т.е. с фазой включения 90, отсчитывае- мой относительно момента перехода линейного напряжения через ноль. Включение третьей фазы производится на максимуме фазного напряжения, т.е. с фазой включения 90, отсчитываемой относительно момента перехода через ноль фазного напряжения третьей фазы.
Целью проводимых исследований является оценка динамического тока включения трансформатора для различных фаз включения первых двух и третьей фазы и установление допустимых отклонений по фазе включения.
Исследования проводились на математической модели, структурная схема которой показана на рис. 2.3 [73]. График, устанавливающий зависимость между фазой включения первых двух фаз и амплитудой пускового тока трансформатора, представлен на рис. 3.4.
Анализ бросков тока при включении первых двух фаз показывает, что максимальная амплитуда тока достигает 6 кА, минимальная - около 100 А. В диапазоне изменения фазы включения от 60 до 120 и от 240 до 300 наблюдается относительно небольшое изменение амплитуды, величина которой не превышает 220 А. Максимум амплитуды имеет место при изменении фазы включения от 160 до 200 и от 340 до 20. В указанных диапазонах ток из 71 меняется от 5 кА до 6 кА. Сравнивая эти токи с токами включения при одновременном включении трех фаз (рис. 3.5), отметим, что при двухфазном включении амплитуда тока меньше чем при трехфазном, и связано это с пониженным в V 3 / 2 раз фазным напряжением.
Силовая схема лабораторной установки
Экспериментальная лабораторная установка позволяет исследовать переходные процессы включения исследуемого трансформатора в режиме холостого хода. Схема разработанной лабораторной установки представлена на рис. 4.1. Установка содержит следующие основные элементы: исследуемый трансформатор ТІ, источник регулируемого напряжения (ИРН) переменного тока, тиристорные ключи VS1 и VS2, датчики тока RS1-RS3, датчики напряжения RP1-RP3, трехфазный ключ QF. Назначение перечисленных элементов и особенности их включения поясняются ниже.
В качестве исследуемого трансформатора, был использован трансформатор типа ТСТ 6/0,208 мощностью 6 кВА с номинальным первичным / вторичным напряжением 380 / 220 В и номинальными токами 9,1 /15,7 А. Схема соединения трансформатора Y/Y-0 «звезда» - «звезда». Вторичная обмотка трансформатора разомкнута, поскольку исследования проводятся для режима холостого хода. Для обеспечения возможности регулирования напряжения, подаваемого на первичную обмотку, ее питание осуществляется не непосредственно от сети 380 В, а через источник регулируемого напряжения ИРН. Источник состоит из трех трансформаторов Т2, ТЗ и AT, соединенных по схеме «вольтодобавочного трансформатора». Трансформатор ТІ напряжением 380 / 220 В подключается к трехфазной сети 380 В и обеспечивает гальваническую развязку с сетью силовой части схемы. От его вторичной обмотки получают питание два трансформатора: автотрансформатор AT с напряжением 220 В и трансформатор ТЗ с напряжением 220 / 220 В. Вторичная обмотка трансформатора ТЗ включена согласно и последовательно с обмоткой автотрансформатора AT. В результате сложения фазных напряжений указанных обмоток напряжение, подаваемое на исследуемый трансформатор ТІ, можно регулировать в диапазоне: фазное от 0 до 254 В, линейное - от 0 до 440 В, соответственно. Коммутация тока фаз трансформатора обеспечивается с помощью ти-ристорных ключей VS1, VS2 или механического выключателя QF. Тиристор-ный ключ позволяет производить коммутацию в строго заданные моменты времени, связанные с фазой питающего напряжения. Механический выключатель позволяет внести фактор случайности в процесс коммутации, поскольку включение/отключение трансформатора с его помощью не будет связано с фазой питающего напряжения. При проведении конкретного эксперимента в работе задействован только одно из вышеперечисленных устройств коммутации, оставшийся ключ следует перевести в состояние «замкнуто».
Коммутацию переменного тока с использованием тиристорных полупроводниковых ключей можно осуществлять посредством встречно-параллельного включения тиристоров. Использование подобной схемы сопряжено с необходимостью формирования открывающих импульсов для каждого из тиристоров. Подобной трудности можно избежать, если осуществлять коммутацию на постоянном токе при условии, что его величина больше тока удержания тиристора. Указанный подход использован в схеме лабораторной установки (рис. 4.1). Переменный ток выпрямляется с помощью диодных мостов, образованных диодами VD1.1-VD1.4 и VD2.1-VD2.4. Коммутация полученного знакопостоянного тока осуществляется с помощью опто-тиристоров VS1 и VS2, включенных в диагонали постоянного тока диодных мостов. Тиристорные ключи в схеме лабораторной установки (рис. 4.1) установлены только в фазах А и В. Отсутствие ключа в фазе С, объясняется стремлением максимально упростить схему, а также принципиальной возможностью такого упрощения, связанной с тем что фазы исследуемого трансформатора соединены в звезду и при размыкании двух фаз ток в третей фазе протекать не будет.
Измерение токов и напряжений исследуемого трансформатора на лабораторной установке производилось с помощью, измерительного комплекса, состоящего из следующих основных элементов: датчиков тока и напряжения, установленных на первичной обмотке трансформатора, блока гальванической развязки и аналого-цифрового преобразователя.
Измерение переменных токов, как правило, принято осуществлять с помощью трансформаторов тока. Достоинство этих датчиков заключается в том, что своим конструктивным исполнением они обеспечивают гальваническую развязку силовой и измерительной цепей. Однако наличие ферромагнитного сердечника в таких устройствах приводит к значительному искажению величины измеряемого тока вследствие насыщения стали магнитопро-вода при протекании токов выше номинального. Сказанное подтверждается осциллограммой, приведенной на рис. 4.2. На ней зафиксированы мгновенные значения линейных токов (рис. 4.2, а, б, в) печного трансформатора мощностью 150 MB А при включении на холостой ход. Сигналы по току снимались со штатных трансформаторов тока, установленных на первичной обмотке трансформатора. Схема соединения обмоток - «треугольник», поэтому сумма линейных токов должна быть равна нулю. Однако обработка измеренных данных показывает, что сумма мгновенных значений сигналов трансформаторов тока (рис. 4.2, г) не равна нулю. Погрешность измерения достигает 70% от номинального тока.
Решение указанной проблемы было найдено при использовании в качестве датчиков тока шунтов RS1-RS3 (рис. 4.1,) установленных в цепи первичной обмотки исследуемого трансформатора. Опытным путем была выбрана величина номинального тока шунта. Она составила 40 А, что почти на порядок превышает величину номинального тока трансформатора. Именно при такой величине номинального тока шунта напряжение, снимаемое с его зажимов, не превышало номинального значения шунта (75 мВ) более чем в два раза.
