Где и зашто користимо трансформаторе који мењају фазе?

Diode Tutorial & How to build an AC to DC power supply (Јануар 2019).

Anonim

Основни принцип примене

Због претежно индуктивног карактера електроенергетског система, активни проток снаге између извора и оптерећења мора бити постигнут са фазним заостанком између терминала. Трансформатори који померају фазе су пожељно средство за постизање овог циља.

Где и зашто користимо трансформаторе који мењају фазе (фотографија кредит: БТВ Атланта)

Двије главне конфигурације су од посебног интереса:

  1. Проток снаге између преносних система који раде паралелно, ако један систем укључује ПСТ и
  2. Када једна далековода која укључује ПСТ повезује два иначе независна система напајања.

Ово је заправо посебан случај првог, али је данас важније за међусобно повезивање великих система . За слиједеће разматрање, претпоставља се да је охмски отпор Р мали у поређењу са реактансом Кс и стога је занемарен.

Ситуација - Једна практична основна ситуација је да је локација на којој је потребна енергија (страна терета) повезана са изворном страном кроз два система који не морају нужно имати исти називни ниво напона.

Погледајте Слику 1 испод.

Слика 1 - Паралелни системи

Без икаквих додатних мера, струје И 1 и И 2 би се дистрибуирале сразмерно односу импедансе система,

И 1 = И × Кс 2 / (Кс 1 + Кс 2 )
И 2 = И × Кс 1 / (Кс 1 + Кс 2 )

и нема сумње да ће систем 2 узети само мали део оптерећења због додатних импеданција два трансформатора у тој грани.

Ако се протока струје у систему 2 повећа, потребно је увести додатни напон ΔВ за компензацију повећаног напона у систему 2.

Под претпоставком да активна снага треба да се испоручи на страни терета и узимајући у обзир индуктивни карактер система, овај напон мора имати 90-фазни заостатак у односу на напон од линије до земље (В Л ) .

У принципу, извор ΔВ може бити инсталиран у сваком од два система. На слици 2 приказани су дијаграми напона обе опције. Слика 2а одговара слици 1 са ПСТ инсталираним у систему 2, систем са већом импеданцијом. Додатни напон смањује пад напона у систему 2 у односу на систем 1.

Напон на страни излаза или оптерећења ПСТ В Л * води напон на улазној или изворној страни ВС. По дефиницији, ово се зове напредни фазни угао. Ако су ПСТ инсталирани у систему 1 (Слика 2б), додатни напон ће повећати пад напона на систем 2.

У овом случају, напон на страни оптерећења В Л * заузима изворни спољни напон В С, а то је дефинисано као угао фазе ретардирања. Као што се види из дијаграма, напредни фазни угао минимизира укупни угао између извора и оптерећења.

Слика 2 - Дијаграм напона без оптерећења паралелних система

Друга важна примена је коришћење ПСТ-а за контролу протока снаге између двије велике независне мреже (Слика 3). Напредни фазни угао је потребан да би се постигао ток активне снаге од система 1 до система 2.

Слика 3 - Повезивање два система

Типови трансформатора трансформације фазе

Општи аспекти

Општи принцип за добијање фазног помака базиран је на повезивању сегмента једне фазе са другом фазом. Да би се добио 90º додатни напон ΔВ, употреба делова повезаних намотаја нуди најједноставније решење.

Слика 4 приказује могући аранжман и користи се за увођење неколико основних дефиниција. Секундарни намотај фазе В 2 - В 3 је подељен на две половине и повезан је серијско са фазом В 1 . Дизајнирањем овог намотаја као регулационог навоја и коришћењем измјеничних уређаја за пуњење (ОЛТЦ), ΔВ и угао измјене фазе могу се мењати под оптерећењем.

Фазорски дијаграм је исцртан за услове без оптерећења, тј. Без обзира на пад напона у уређају. Такође треба напоменути да струје у две половине серије намотаја нису у фази.

Ово се разликује од нормалних енергетских трансформатора и има посљедице у односу на унутрашње поље празног поља.

Слика 4 - Једноструки симетрични ПСТ - Пхасе-Схифтинг Трансформер

В С1 = В 10 + (ΔВ 1/2)

В Л1 = В 10 - (ΔВ 1/2)

ΔВ 1 = В С1Л1

Из фазор дијаграма (слика 4б) следи (В С1 = В Л1 = В):

В 0 = В × цос (α / 2)

ΔВ = В × 2 × син (α / 2)

В Δ = В × цос (α / 2) × √3

и са И С = И Л = И, део струје који се пренесе на узбудљив љуштење постаје:

И Δ = ( ΔВ / В Δ ) × И × цос (α / 2) = И × (2 / √3) × син (α / 2)

Пропусна моћ се може рачунати од

П СИС = 3 × В × И

и номинална снага дизајна, која одређује величину ПСТ-а, постаје

П Т = 3 × ΔВ × И = П СИС × 2 × син (α / 2)

Трећа врста снаге (П Δ ) је снага која се преноси у секундарни склоп. Ова моћ је другачија од ПТ, јер део примарне струје компензује се између два дела серије која се окреће.

У двожјерњим дизајном (Једначина ΔВ 1 = В С1Л1 ), ова снага одређује и неопходну могућност прекидања ОЛТЦ-а.

П Δ = В Δ × И Δ = 1/3 × П СИС × син (α)

Поред преносне снаге, важан је и угао фазе померања.

Угаони замак од 20 ° значи да ПСТ мора бити дизајниран за 34.8% пропусне снаге, а угао од 40 ° би захтијевао 68.4%. У том погледу, треба узети у обзир да је ефективни угао промјене фазе под оптерећењем мањи од угла промјене фазе без оптерећења.

У оптималном случају када је фактор снаге оптерећења близу 1, импеданса ПСТ од 15% би смањила угао промјене фазног оптерећења за 8, 58.

У пракси могућа су различита решења за дизајнирање ПСТ-а. Главни фактори који утичу на избор су:

  1. Пропусна снага и потреба за угаоном фазом померања
  2. Напон
  3. Могућност кратког споја повезаних система
  4. Ограничења испоруке
  5. Убаците спецификацију перформанси измјеничног уређаја

Осим тога, могућа је улога произвођача у погледу врсте трансформатора (језгре или шкољке) или типа намотаја и других карактеристика дизајна.

У зависности од рејтинга, користе се појединачни или двожични дизајни. Двожилни дизајн може захтевати дизајн са једном резервоаром или двотактним резервоаром.

Једноструки дизајн

Симетрични услови се добијају са дизајном који је приказан на слици 4а. На слици 5а и Слика 5б приказани су општи дијаграми везе са више детаља регулационог кола .

Предност једноличног дизајна је једноставност и економичност. Али постоје и бројне мане.

Недостаци - ОЛТЦ-ови су повезани са системом и директно изложени свим пренапонима и путем грешака . Напон по кораку ОЛТЦ и струји одређени су спецификацијом и не дозвољавају увек оптималан економски избор ОЛТЦ-а. Импеданса кратког споја ПСТ варира између максималне и нуле.

Стога се не може планирати да ће ПСТ допринијети ограничењу токова грешака у систему.

Предност симетричног дизајна (слика 5а) је да је угао фазе померања једини параметар који утиче на проток снаге. За дизајн су потребне две једнофазне ОЛТЦ-ове (за ниске рејтинге, уместо тога може се користити један двофазни ОЛТЦ) по фазној или двострукој фази ОЛТЦ-а.

Слика 5 - (а) Једноструки симетрични ПСТ (б) Једноструки несиметрични ПСТ

Слика 5б приказује несиметрично решење. Користи се само половина регулационих намотаја. Број потребних ОЛТЦ-ова је смањен, али однос између напона напона и оптерећења се мења са углом померања фазе и додатно утиче на проток снаге.

Решење које се често користи за трансформаторе који међусобно повезују два система је приказан на слици 6.

Намотавање навоја регулационог трансформатора може се прикључити на другу фазу, узрокујући промену напона између регулисаног намотаја и осталих намотаја уређаја.

Слика 6 - Регулација трансформатора са ефектом ПСТ

Регулисано намотавање је нормално повезано са изворном страном, али је могуће и индиректно регулисање оптерећења. Промена од нормалног регулационог стања трансформатора до стања фазе је могућа у средњој позицији ОЛТЦ-а без потребе за искључивањем уређаја.

Друго решење симетричног ПСТ-а, делта-хексагоналног трансформатора фазе, приказано је на слици 7.

Слика 7 - Делта-хексагонални ПСТ

Двоструки дизајн

Најчешће коришћено коло за двожилни дизајн приказано је на слици 8 испод. Ова конфигурација се састоји од серијске јединице и главне јединице. За мање оцене и ниже напоне, двоструки ПСТ-ови могу бити уграђени у један резервоар, а већи рејтинги и високонапонске ПСТ-ови захтевају дизајн са два резервоара.

Предност двожјерног дизајна је флексибилност у одабиру напона корака и струје регулационог намотаја . Оне се могу оптимизовати у складу са напонским и струјним оценама ОЛТЦ-а.

С обзиром да ОЛТЦ имају ограничене тренутне рејтинге и степене напона по фази, као и ограничени преклопни капацитет, они су главне ограничавајуће карактеристике за максимални могући рејтинг ПСТ-ова. Више од једног ОЛТЦ-а по фази можда ће морати да се искористи за веома велике оцјене.

Слика 8 - Двоструки ПСТ

До одређеног рејтинга се могу користити триполне ОЛТЦ. За веће оцене, три једнополна ОЛТЦ су неопходне. Ниво изолације ОЛТЦ-а је независан од напона система и може бити низак. Импеданса кратког споја је збир импедансе главних и серијских трансформатора.

Пошто је импеданција јединице серије константна и независна од фазног угла, јединица се може пројектовати тако да буде самозаштита, а варијација импедансе са угао промене фазе може се одржати мало када импеданција главне јединице је остао низак.

Куадратуре Боостер Трансформерс

Квадратни појачавачи трансформатора су комбинација регулационих снага или ауто-трансформатора са трансформатором који мења фазу. ПСТ, који може бити један или два језгра, испоручује се са регулисане стране енергетског трансформатора (слика 9).

Слика 10 - Дијаграм повезивања са поједностављеним кважурним појачавачем

Овим методом, излазни напон се може подесити у четверокватрантном односу (магнитуде и фази).

Референца // Приручник за електроенергетску технику Леонарда Л. Григсбија (купити хардцопи из Амазона)

Повезани електрични водичи и чланци

СЕАРЦХ: Чланци, софтвер и водичи