Трансформаторы с бесконтактными РПН весьма надежны в работе, удобны в эксплуатации, облегчают автоматизацию регулирования напряжения и позволяют получить требуемые внешние характеристики агрегата. Однако с увеличением диапазона регулирования возрастают массы, размеры и стоимость таких регулирующих устройств. Поэтому в ряде случаев целесообразно применять комбинированное, т. е. плавно-ступенчатое, регулирование под нагрузкой. Комбинированное РПН обеспечивает плавное регулирование напряжения в широких пределах и имеет достаточно хорошие технико-экономические показатели. Сущность способа заключается в одновременном использовании переключающего устройства, осуществляющего ступенчатое переключение ответвления регулировочной обмотки. и УпР или тиристоров (см. рис. 1.20, а, в), рассчитанных на напряжение регулировочной ступени и позволяющих плавно регулировать напряжение внутри каждой ступени. Такое РПН может осуществляться и по схеме рис. 1.28. Управляемые реакторы включены в анодные цепи Последовательно с вентилями и позволяют плавно регулировать напряжение внутри каждой ступени. В пределах каждой ступени эта схема по принципу действия эквивалентна обычной трехфазной мостовой схеме преобразования с использованием управляемых вентилей.
Комбинированное регулирование применяется в параметрических источниках тока (ПИТ), обеспечивающих с высокой степенью точности стабилизации выпрямленного тока нагрузки при емкостном характере коэффициента мощности или при его значении, равном единице. Принципиальные схемы нерегулируемых однофазного и трехфазного ПИТ. применяемых для питания электропечей, приведены на рис. 1.31. Трехфазный источник образуется из трех однофазных ПИТ, питающих общую нагрузку через выпрямитель. Особенности параметрических источников подробно описаны в литературе. Отметим лишь, что схемы приобретают свойства источника тока, если для цепи из емкости С и индуктивности L выполняется условие резонанса. Помимо стабилизации источник тока должен также обеспечивать регулирование тока нагрузки электропечей в диапазоне 10 —100%. На рис. 1.32 приведены внешние характеристики ПИТ при ступенчатом изменении коэффициента трансформации трансформатора. Как видно из этих характеристик, на каждой ступени регулирования ток нагрузки остается во всем рабочем диапазоне изменения сопротивления нагрузки от режима КЗ (точка а) до номинальной нагрузки (точка б). Увеличение сопротивления нагрузки свыше номинального вызывает уменьшение тока нагрузки и возрастание напряжения на ней.
Рис. 1.31. Принципиальные схемы ПИТ: а — однофазного; б — трехфазного
Рис. 1.32. Внешние характеристики ПИТ со ступенчатым регулированием
Точка а соответствует режиму XX. являющегося для такого источника аварийным и возникающего при обрыве цепи в ветви нагрузки или исчезновении напряжения в одной из фаз питающей сети. Напряжение XX тем меньше, чем меньше коэффициент трансформации трансформатора. Для обеспечения требуемого технологического режима плавки регулировочное устройство РПН должно выполняться с большим числом ступеней регулирования. Указанным требованиям наиболее полно соответствуют комбинированные способы регулирования.
Рис. 1.33. Принципиальная схема ПИТ с комбинированным регулированием
Ступенчатое регулирование обеспечивается изменением коэффициента трансформации устройствами РПН, а плавное регулирование тока нагрузки может быть осуществлено в пределах одной-двух ступеней следующими способами: а) за счет схемы плавного изменения индуктивности L', соединенной последовательно с СО трансформатора и имеющей магнитную связь с индуктивностью L в фазе В (рис. 1.33); б) с помощью двух УпР, включенных в регулировочные ответвления сетевой обмотки (см. рис. 1.29, а); в) посредством тиристорного регулятора-переключателя в цепи СО трансформатора (см. рис. 1.29, б); г) дополнительным низковольтным ПИТ с плавно-регулируемой индуктивностью, включаемым параллельно высоковольтному ПИТ на стороне постоянного тока.
Рис. 1.34. Поочередное переключение ответвлений РО в схеме пофазного регулирования
Низковольтный ПИТ рассчитывается на диапазон регулирования тока в пределах двух соседних регулировочных ступеней основного ПИТ, снабженного устройством ступенчатого РПН; д) дополнительным низковольтным ПИТ с плавным регулированием двумя УпР или тиристорами, включаемыми также параллельно основному ПИТ с устройством ступенчатого РПН.
Анализ и технико-экономическое сравнение перечисленных выше способов регулирования показывают, что одним из наиболее рациональных методов плавного регулирования гока в пределах одной-двух ступеней является использование вспомогательного низковольтного управляемого источника тока. С точки зрения технико-экономических показателей рациональна также схема комбинированного регулирования с помощью устройства РПН и плавного регулирования в пределах регулировочной ступени двумя УпР или тиристорными переключателями, включаемыми в соседние отводы регулировочной обмотки. Как указывалось выше, режим XX для ПИТ является аварийным и сопровождается значительными перенапряжениями на резонансных элементах схемы. Вследствие этого необходимо предусматривать специальную защиту трансформатора от перенапряжений.
Пофазное РПН
В некоторых случаях необходимо регулировать напряжение ступенями 1 —1,5% номинального. При глубине регулирования 50% такое регулирование можно было бы осуществить ступенчатым изменением числа витков, если принять 40 — 50 регулировочных ответвлений РО и контактов переключающего устройства. Очевидно, что трансформатор не может быть выполнен таким образом, так как увеличение числа ответвлений и контактов переключающего устройства резко усложняет конструкцию и увеличивает размеры не только устройства, но и трансформатора, а также ухудшает технико-экономические показатели.
Уменьшения напряжения ступени регулирования до 1,3% при ограниченном количестве ответвлений можно добиться пофазным регулированием, позволяющим снизить напряжение ступени примерно в 3 раза при 14 ответвлениях регулировочной обмотки. Для пофазного регулирования используется схема АВС, осуществляющая поочередное переключение ответвлений фаз РО трехфазного трансформатора (рис. 1.34). Сначала переключается одна фаза, например А, затем другая — В и далее — третья С. Если положение переключающих устройств на всех фазах, при котором число включенных витков в фазах СО одинаково, назвать симметричным, то при фазном регулировании осуществляется поочередный переход подвижных контактов переключателя с одного симметричного на другое
соседнее симметричное положение. Такой переход называют циклом переключения. Схема переключения фаз АВС неизменна во всех циклах на всем диапазоне регулирования. На рис. 1.34 показаны положения подвижных контактов в одном цикле при увеличении числа витков. Положения переключающего устройства в цикле переключения, при которых числа включенных витков в фазах не одинаковы, называются несимметричными. Из рисунка видно, что в одном из несимметричных положений число витков одной фазы А больше числа витков в каждой из двух других фаз, в другом несимметричном положении в одной из фаз С число витков меньше числа витков в каждой из двух других фаз. Несимметрия чисел витков характеризуется коэффициентом несимметрии kн=wф/wб, где wф— число витков одной из фаз, отличающееся от равных между собой чисел витков двух других фаз, называемых базовыми, — wб. В симметричном положении коэффициент несимметрии kн=1, в несимметричных при wф>wб kн>1, а при wφ<wб kн<1.
При неравных числах витков фаз СО и симметричном напряжении питающей сети в трансформаторе несколько искажаются магнитные потоки, напряжение, токи по амплитуде и фазе. В схеме соединения СО в треугольник появляются поток и ток нулевой последовательности, влияние которых может быть снижено встраиванием в части ВО индуктивных устройств, а также выравниванием тепловых нагрузок всех фаз обмоток в процессе эксплуатации. Эти способы обоснованы на изменении направления тока нулевой последовательности в процессе регулирования за счет чередования перераспределения нагрузок по фазам обмоток. В трансформаторах для двенадцатифазной схемы преобразования с соединением СО в треугольник экономически целесообразно использовать пофазное регулирование напряжения с коэффициентом несимметрии 0,9—1,1. В этом случае нет необходимости принимать меры для подавления тока нулевой последовательности в обмотках, соединенных в треугольник.
