БЕЗРАЗРЫВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКОВ В ГИДРОЭНЕРГЕТИКЕ

Maqolada gidroenergetika va elektrenergetikasidagi obyektlarda foydalanish uchun biztaklif qilgan keng proflli katta o‘zgarmas tokninguzluksiz magnit modulyatsion transformatorining xususiyatlari ko‘rsatilgan. Tashqi magnit maydonlarning taklif qilingan buzilmaydigan konvertoriga oqimlar bilan yonma­yon joylashganshinalardan ta‘sir natijalari keltirilgan

DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.15044765

БЕЗРАЗРЫВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКОВ В ГИДРОЭНЕРГЕТИКЕ д.т.н., профессор кафедры Анатолий ПЛАХТИЕВ «Электротехника и мехатроника» национального исследовательского университета «ТИИИМСХ» к.т.н., соискатель кафедры Гайратжон ГАЗИЕВ «Электротехника и мехатроника» национального исследовательского университета «ТИИИМСХ» к.т.н., соискатель кафедры Нигора АКБАРОВА «Электротехника и мехатроника» национального исследовательского университета «ТИИИМСХ» докторант кафедры «Электротехника Одил ДАНИЕРОВ и мехатроника» национального исследовательского университета «ТИИИМСХ»

Аннотация: В статье показаны особенности предложенного нами широкопрофильного магнитомодуляционного безразрывного преобразователя больших постоянных токов для использования на объектах в гидроэнергетике и электроэнергетике. Приведены результаты влияния на предложенный безразрывный преобразователь внешних магнитных полей от рядом расположенных шин с токами.

Ключевые слова: безразрывный преобразователь токов, постоянный и переменный ток, магнитомодуляционный преобразователь, синхронный

GIDROENERGETIKADA O‘ZGARMAS TOK KONVERTORLARI

Anatoliy PLAXTIYEV “TIQXMMI” Milliy tadqiqot universiteti, “Elektrotexnika va mexatronika” kafedrasi t.f.d., professori G‘ayratjon G‘OZIYEV “TIQXMMI” Milliy tadqiqot universiteti, “Elektrotexnika va mexatronika” kafedrasi, t.f.n., mustaqil tadqiqotchi Nigora AKBAROVA “TIQXMMI” Milliy tadqiqot universiteti, “Elektrotexnika va mexatronika” kafedrasi, t.f.n., mustaqil tadqiqotchi Odil DANIYOROV “TIQXMMI” Milliy tadqiqot universiteti, Elektrotexnika va mexatronika kafedrasi doktoranti

CONTINUOUS CURRENT CONVERTERS IN HYDROPOWER

Anatoliy PLAKHTIEV Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of «Electrical Engineering and Mechatronics» of the National Research University «TIIME» Gayratjon GAZIEV Candidate of Technical Sciences, Applicant of the Department of «Electrical Engineering and Mechatronics» of the National Research University «TIIME»

Nigora AKBAROVA Candidate of Technical Sciences, Applicant of the Department of «Electrical Engineering and Mechatronics» of the National Research University «TIIME» Odil DANIYOROV Doctoral student of the Department of «Electrical Engineering and Mechatronics» of the National Research University «TIIME»

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 72 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024

Annotatsiya: Maqolada gidroenergetika va elektr energetikasidagi obyektlarda foydalanish uchun biz taklif qilgan keng profilli katta o‘zgarmas tokning uzluksiz magnit modulyatsion transformatori­ ning xususiyatlari ko‘rsatilgan. Tashqi magnit may­ donlarning taklif qilingan buzilmaydigan kon­ vertoriga oqimlar bilan yonma-yon joylashgan shinalardan ta’sir natijalari keltirilgan.

Kalit so‘zlar: o‘zgarmas tok konvertori, o‘zgarmas va o‘zgaruvchan toklar, magnit modulyatsiya konvertori, sinxron generator, yopiq magnit o‘tkazgich.

Annotation: The article shows the features of our proposed wide-profile magnetic modulating continuous converter of high direct currents for use at facilities in the hydropower and electric power industry. The results of the influence of external magnetic fields from nearby busbars with currents on the proposed non-discontinuous converter are presented.

Keywords: continuous current converter, direct and alternating currents, magnetic modulating converter, synchronous generator, closed magnetic circuit.

На крупных гидроэнергостанциях широко применяются мощные синхронные электрогенераторы. В их работе применяются большие по величине постоянные токи (БПТ), значения которых нужно контролировать. Обычно на практике БПТ контролируют с помощью шунтов. Контроль БПТ с помощью шунтов имеет серьезные недостатки, к которым относятся: относительно большая рассеиваемая мощность на шунте; наличие гальванической связи средства измерений с цепью контролируемого тока; необходимость разрыва цепи контролируемого тока для включения шунта; сложность монтажа шунта в шину с током; появление дополнительных погрешностей вследствие нагрева меры с контролируемым током; большие габариты и массы шунтов и их высокая стоимость [1,2]. С целью устранения отмеченных недостатков на практике для контроля БПТ применяют стационарные или переносные безразрывные преобразователи постоянных токов (БППТ) [3,4]. На практике сейчас известны такие БППТ [6,8,9], но они имеют недостатки и, в частности, узкий диапазон контролируемых токов, низкую чувствительность, большие габариты и массы [7]. В настоящее время для безразрывного контроля БПТ наиболее широко применяют магнитомодуляционные безразрывные преобразователи постоянных токов (МБППТ). Однако существующие МБППТ имеют те же недостатки, которые приведены выше [10]. Поэтому производство эффективных МБППТ, свободных от указанных недостатков, является важным и одной из целей настоящей работы. Нами разработаны и исследованы эффективные МБППТ, широко применяемые на практике и имеющие ряд достоинств – способность определять большие по величине как постоянные, так и переменные токи с низкой погрешностью измерения и высокой чувствительностью, имея при этом небольшие размеры и несложное устройство [7]. Рассмотрим предложенный нами МБППТ, показанный на рис. 1, и влияние на разработанный преобразователь внешних магнитных полей от токов в рядом расположенных шинах и в отдельной шине. Безразрывный преобразователь выполнен на базе МБППТ [11]. Он содержит замкнутый магнитопровод, состоящий из ферромагнитных элементов 1 и 2 с продольными и поперечными зазорами между ними. Для свободного обхвата шины 5 с преобразуемым постоянным током магнитопровод выполнен разъемным. Ферромагнитные элементы 2 образуют подвижное кольцо, которое можно поворачивать вокруг собственной

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

оси. Ферромагнитные элементы 1 образуют неподвижное кольцо. Каждый ферромагнитный элемент имеет по два сквозных отверстия, через которые намотаны модулирующие обмотки 3. На каждом ферромагнитном элементе между сквозными отверстиями намотана измерительная обмотка 4. Все измерительные обмотки соединены между собой последовательно и замкнуты на измерительный прибор (не показан на рис.1), а модулирующие обмотки соединены также последовательно и подключены к стабильному источнику переменного тока. Смещение на фиксированное расстояние подвижного кольца приводит к изменению продольных зазоров между ферромагнитными элементами подвижного и неподвижного колец. Это приводит к изменению общего магнитного сопротивления на пути рабочего магнитного потока и к изменению чувствительности в целом МБППТ, что делает устройство многопредельным. Последовательное соединение между собой модулирующих обмоток 3 при наличии в них переменного тока и расположение измерительных обмоток 4 в промежутках между сквозными отверстиями в ферромагнитных элементах 1 и 2 позволяют осуществлять продольную модуляцию магнитного сопротивления разъемного замкнутого магнитопровода на пути рабочего магнитного потока, созданного контролируемым постоянным током, и наводить в измерительных обмотках 4 ЭДС, зависящую от преобразуемого постоянного тока. Разработанный МБППТ при отсутствии переменного тока в модулирующей обмотке 3 может контролировать и переменный ток. При контроле БПТ разъемным магнитопроводом МБППТ охватывают шину 5. За счет ампервитков модуляции магнитопровод находится в насыщенном состоянии в течение каждого полупериода питающего напряжения. При этом проницаемость магнитопровода для продольного поля, созданного контролируемым током, резко уменьшается. В момент, когда ток модуляции проходит через нулевое значение, проницаемость магнитопровода возрастает до начального значения. Таким образом, при стабильности ампервитков модуляции в измерительной обмотке будет индуцироваться ЭДС, зависящая от контролируемого тока Iк.

Рис.1. Безразрывный магнитомодуляционный ферромагнитный преобразователь больших постоянных токов.

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 74 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024

Рассмотрим влияние на предложенный безразрывный преоб­ разователь токов в рядом расположенных шинах, протекающих в них согласно или встречно, и в одной шине. В начале исследуем влияние на безразрывный преобразователь токов в рядом расположенных шинах. Замкнутое кольцо МБППТ пусть будет расположено по середине пары токопроводов с токами I1 и I2 (рис. 2). Токи в токопроводах пусть протекают согласно и от нас. При этом примем направление этих токов согласно от нас. В этом случае выражения напряженностей магнитных полей от токов в этих токопроводах в точке Л замкнутого кольца МБППТ без магнитопровода в нем запишутся в виде

; (2) а для их касательных составляющих выражения (1) и (2) перепишутся в следующем виде

. (4) Далее получим аналитическое распределение касательной состав­ ляющей

Рис.2. Расположение замкнутого кольца МБППТ по середине пары токопроводов с токами I1 и I2.

напряженностей этих полей вдоль замкнутого кольца МБППТ без магнитопровода в нем, выражая α 1 , α 2 и τ 1 , τ 2 через центральный угол ϕ , в следующем виде

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

Если токи I1 и I2 , протекающие рядом с МБППТ расположенных шинах, текут в согласном направлении, то в выражении (5) ставят минус, а если во встречном направлении, то ставят плюс. Графики функций (5) при K I = 1 и при K d 1 = K d 2 = K d = 1,5; 2,0; 2,5 показаны при согласном течении токов I1 и I2 на рис. 3, а при их встречном течении показаны на рис. 4.

Рис.3. Изменения магнитных полей в замкнутом кольце МБППТ от одинаковых по величине токов в двух рядом расположенных токопроводах при согласном течении в них токов.

Рис.4. Изменения магнитных полей в замкнутом кольце МБППТ от одинаковых по величине токов в двух рядом расположенных токопроводах при встречном течении в них токов.

Значение касательной составляющей напряженности магнитного поля в замкнутом кольце МБППТ от тока в рядом расположенном токопроводе при K I = 0 и разных K d 1 определим из (5) в виде

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 76 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024

Здесь I1 – контролируемый ток; Dср – диаметр разъемного магнитопровода МБППТ. Изменения магнитных полей в этом случае, построенные при разных значениях K d 1 , показаны на рис.5.

Рис.5. Изменения магнитных полей в замкнутом кольце МБППТ от тока в рядом расположенном токопроводе при разных K d 1

Выводы. Разработаны эффективные с расширенными функциональными возможностями магнитомодуляционные безразрывные преобразователи постоянных токов для различных объектов в гидроэнергетике для безразрывного преобразования постоянных и переменных токов с относительно высокой и приемлемой точностью.

При увеличении расстояний между токопроводами с токами, а также от токопроводов до середины замкнутого кольца безразрывного преобразователя магнитные поля в его замкнутом кольце при согласном и встречном направлениях токов в токопроводах по величине уменьшаются.

При встречном направлении токов в токопроводах магнитное поле в замкнутом кольце безразрывного преобразователя от рядом расположенных токопроводов с токами изменяется больше, чем при согласном их направлении.

При воздействии магнитного поля соседнего токопровода с током магнитное поле в замкнутом кольце безразрывного преобразователя по величине увеличивается с уменьшением расстояния между шиной и центром безразрывного токопреобразователя.

Разработанные безразрывные токопреобразователи предназначены для использования в гидроэнергетике, а также и в химической промышленности, на транспорте, прокатных станах, в буровых установках, в науке и технике.

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER