ИНДУКЦИОННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ И АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ ГДЛЯ ПЛАВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА
Для регулирования напряжения в сетях могут применяться так называемые индукционные регуляторы (или потенциал-регуляторы).
За рубежом (ГДР, США) в распределительных сетях индукционные регуляторы небольших размеров применяют для автоматического регулирования напряжения на вводе в дома и устанавливают на опоре рядом с домами.
Индукционные регуляторы имеют довольно широкие возможности. Они могут поддерживать напряжение у потребителя постоянным при колебаниях напряжения питающей сети в пределах ±(10-15) %; способны регулировать напряжение у потребителя при постоянном напряжении питающей сети (в этом случае напряжение у потребителей может быть любым в пределах от значения близкого к нулю до максимального); могут трансформировать высокое напряжение в низкое, и наоборот, с одновременным регулированием напряжения.
Индукционный регулятор представляет собой асинхронный электродвигатель с заторможенным фазным ротором. С помощью специальной червячной передачи ротор может быть плавно повернут на любой угол, что вызывает плавное изменение вторичного напряжения. Обмотка статора индукционного регулятора включается в сеть последовательно с потребителем. Концы обмотки ротора замкнуты, а начала подключены к сети параллельно обмотке статора (рис. 10, а).
Рис. 10. Индукционный регулятор: а) схема включения обмоток; б) векторная диаграмма э. д. с. и напряжений.
Так как обмотка статора магнитно связана с полем ротора, то при включении индукционного регулятора в обеих обмотках наводятся э.д.с. E1 и Е2, совпадающие по фазе; э.д.с. ротора E1 всегда направлена навстречу напряжению сети, а э.д.с. Е2, наводимая в обмотке статора, складывается с этим напряжением, так что в общем случае
(27)
Как видно из векторной диаграммы (рис. 10, б), при повороте ротора на некоторый угол α относительно оси обмотки статора соответственно меняется и угол э.д.с. Е2 относительно напряжения U1. При сложении с напряжением U1 или вычитании из него э.д.с. Е2 создает в основных положениях ротора напряжения, равные Uмакс или Uмин.
Таким образом, управляя приводом регулятора дистанционно (с помощью электродвигателя) или вручную, можно плавно менять напряжение на выходе.
Наша промышленность выпускает индукционные регуляторы малой мощности типа ТПР (трехфазные) и ОПР (однофазные), а также мощные регуляторы типа МА-195.
Регуляторы ТРП и ОПР имеют мощность от 3 до 14,5 кВА и рассчитаны на первичное напряжение 127 -4-220 в. При повороте ротора на 180° вторичное напряжение может быть изменено от 25 до 400 в.
Регуляторы МА-195 однофазного исполнения имеют мощность от 65 до 380 кВА и рассчитаны на напряжение 380-500 в. Мощность трехфазных регуляторов от 100 до 570 кВА с напряжением 380-500 в и 400-520 кВА с напряжением 3-6 кВА.
Индукционные регуляторы, рассчитанные на включение в сеть высокого напряжения, как правило, имеют трансформаторную связь между обмотками. Остальные регуляторы имеют автотрансформаторную связь.
Несмотря на главное преимущество регуляторов — плавность регулирования, — они обладают существенными недостатками, мешающими их широкому распространению и использованию в сельских электрических сетях. К таким недостаткам, в первую очередь, относятся высокая стоимость, большое потребление реактивной мощности, образование сдвига фаз между напряжением сети и регулируемым напряжением. Кроме того, изоляция обмоток статора и ротора в пазах ограничивает создание регуляторов с напряжением обмоток более 20 кВ.
В последнее время в качестве регуляторов и стабилизаторов переменного тока стали вновь применяться разработанные ранее автотрансформаторы с подвижными силовыми обмотками, которые могут быть широко использованы в распределительных сетях, в электросварочных и других аппаратах, а также при лабораторных исследованиях. Применение этих регуляторов и стабилизаторов объясняется сравнительной простотой их устройства.
Принцип регулирования вторичного тока в таких устройствах основан на принудительном или автоматическом изменении электромагнитной связи между первичными и вторичными обмотками.
В регуляторах изменение вторичного тока происходит при принудительном перемещении подвижной обмотки. В электродинамических стабилизаторах вторичный ток поддерживается постоянным при колебании напряжения первичной сети, а также при изменениях сопротивления нагрузки путем свободного автоматического перемещения специальной силовой обмотки. Перемещение происходит под действием электродинамических сил отталкивания, возникающих между неподвижной обмоткой и уравновешенной специальным грузом подвижной обмоткой. При наименьшем напряжении расстояние между обмотками минимальное, что соответствует наименьшему рассеянию. При наибольшем значении первичного напряжения это расстояние максимальное, рассеяние наибольшее, а следовательно, и наибольшее падение напряжения.
Рис. 11. Схемы трансформаторов с подвижными обмотками:
а) автотрансформатор с подвижной силовой обмоткой; б) автотрансформатор с подвижной короткозамкнуто катушкой.
Свободная высота стержня в стабилизаторе, по которому перемещается подвижная обмотка, определяется диапазоном изменения первичного напряжения.
На рис. 11, а показан разработанный в Горьковском политехническом институте им. Жданова регулируемый автотрансформатор со специальной схемой присоединения подвижной силовой обмотки. Подвижная обмотка является добавочной обмоткой во вторичной цепи и соединена с другими обмотками.
Автотрансформатор, может быть, выполнен однофазным или трехфазным с цилиндрическими или дисковыми обмотками. Для однофазного можно использовать обычный,
но несколько удлиненный броневой сердечник, для трехфазного автотрансформатора применяется специальный трехфазный сердечник.
Для регулирования напряжения в лабораториях и поддержания напряжения при технологических процессах, требующих определенного уровня напряжения, применяются автотрансформаторы с подвижной короткозамкнутой катушкой (рис 11, б).
Московским трансформаторным заводом выпускаются однофазные автотрансформаторы типа АОСК, АОМК
и трехфазные АТСК, АТМК. Эти автотрансформаторы могут быть выполнены и как регуляторы для изменения в широких пределах вторичного напряжения при сохранении подведенного первичного напряжения постоянным.
Регулирование напряжения осуществляется перемещением короткозамкнутой катушки, расположенной концентрически по отношению к катушкам основной обмотки. Вытесняя собою магнитный поток, катушка К перераспределяет его между катушками Б и В. Стабилизаторы, выполненные по этой схеме, поддерживают вторичное напряжение на уровне 230 и 400 в при изменениях подведенного напряжения в пределах от +10 до -15%.
Автотрансформаторы для регулирования напряжения изменяют вторичное напряжение в пределах от 0 до 400 в при постоянном подведенном первичном напряжении 220 или 380 в.
Несмотря на способность плавно регулировать величину напряжения и тока описанные автотрансформаторы широкого распространения в сельских электрических сетях не получили. Это объясняется большими потерями напряжения в них, значительной величиной тока холостого хода и значительным расходом активных материалов на изготовление (отсюда и большой вес), а также ограничением в применении по мощности и напряжению.
