Изменение напряжения но заданному закону осуществляется с помощью регулируемых трансформаторов и автотрансформаторов, различных устройств, позволяющих раздельно или совместно изменять величину и знак добавляемого напряжения, специальных схем с использованием нерегулируемых и регулируемых полупроводниковых выпрямителей. Так как преобразовательный трансформатор может иметь несколько вентильных обмоток на большие токи, переключающие и рейдирующие устройства в подавляющем большинстве случаев на стороне сетевой обмотки. В устройствах, позволяющих раздельно или совместно изменять величину и знак добавляемого напряжения, peгулирование напряжения осуществляется вольтодобавочными трансформаторами и автотрансформаторами со ступенчатым, плавным и комбинированным РПН. Регулирование напряжения может также осуществляться с помощью управляемых тиристорных преобразователей, а в схемах с неуправляемыми полупроводниковыми выпрямителями с помощью управляемых реакторов, включаемых последовательно с полупроводниковыми вентилями.
Ступенчатое регулирование напряжения под нагрузкой даёт возможность регулирования напряжения без перерыва питания и отключения обмоток от сети, что позволяет также автоматизировать процесс регулирования. По ГОСТ 16772—77 регулирование под нагрузкой предусматривается для трансформаторов с междуфазным напряжением 6 и 10 кВ при мощности сетевой обмотки 800 кВ • А и более, 20 и 35 кВ — при 4000 кВ • А и более, 110 кВ — при 10 000 кВ • А и более и 220 кВ — при мощности сетевой обмотки 16 000 кВ-А и более. Во многих установках регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) осуществляется автотрансформаторами, включенными перед трансформаторами. Это значительно увеличивает мощность трансформаторного оборудования в преобразовательных установках. Более экономным является применение регулирования непосредственно на трансформаторе. Анализ показал, что для мостовой схемы выпрямления и схемы две обратные звезды с уравнительными реакторами при глубине ре1улирования до 50%, типовая мощность трансформатора с встроенным РПН меньше суммы типовых мощностей регулировочного автотрансформатора и трансформатора без РПН. В трансформаторах с напряжением 6 и 10 кВ встроенное РПН выгоднее при мостовой схеме выпрямления до глубины регулирования 68 %, а для схемы две обратные звезды с уравнительным реактором — до 73%.
В отечественных преобразовательных трансформаторах применяют в основном переключающие устройства быстродействующие с токоофаничивающим резистором (РНТА).
В таких производствах, как электролиз алюминия, необходимо производить 25—80 переключений в сутки, при электролизе меди и магния — 25—50. а цинка — до 50—100. Поэтому требования к условиям работы с РПН во многих преобразовательных трансформа юрах значительно жестче, чем для трансформаторов общего назначения. Поэтому в настоящее время они изготавливаются с устройствами для ступенчатого РПН, допускающими не менее одного миллиона переключений механизмов устройства и его контактов, не разрывающих ток, а также не менее 80—100 тысяч переключения контактов устройств РПН, разрывающих ток. В переключающих устройствах типа РНТА, удовлетворяющих перечисленным требованиям, для разрыва электрической дуги применяются контакторы с вакуумными дуговыми камерами (ВДК), эти устройства выполняются погруженными в масло и устанавливаются непосредственно в баках трансформаторов.
Глубина регулирования напряжения в электролизных производствах как цветной металлургии, так и в химической промышленности до 80—85 % номинального выпрямленного напряжения осуществляется в преобразовательных трансформаторах в основном применением глубоко встроенного РПН непосредственно в сетевой обмотке преобразовательного трансформатора. Использование переключающею устройства с 12 или 24 ступенями обеспечивает диапазон регулирования напряжения 50% от номинального с величиной ступени (в близких к номинальному режиму положениях) около 4,5—5%. При этом, как правило, применяется схема с «грубой» ступенью, как схема, обеспечивающая по сравнению со схемой с реверсом более высокий КПД в положениях, близких к номинальному.
Для электролизных установок в отдельных случаях применяется также схема с двумя «грубыми» ступенями, позволяющая снизить величину напряжения ступени до 2 % от номинального при сохранении общей глубины регулирования. Это достигается путем уменьшения числа витков в ступени при сохранении общего количества регулировочных витков за счет второй «грубой» ступени регулирования, включаемой в схему без нагрузки с помощью дополнительного переключателя диапазонов. Однако, обладая преимуществами в обеспечении достаточно малой величины напряжения ступени при относительно небольших дополнительных затратах она несколько усложняет эксплуатацию, в частности в режимах пуска, так как имеет 6 диапазонов.
Глубина регулирования напряжения в ряде типов трансформаторов увеличивается (до 80—85 %) переключением сетевой обмотки с треугольника на звезду или параллельно-последовательным переключением её частей.
Преобразовательные трансформаторы со ступенчатым РПН имеют высокие КПД и коэффициент мощности. Однако, например, на электрифицированном на постоянном токе железнодорожном транспорте и в электрометаллургии, где требуется очень большое число переключений при автоматическом регулировании, а также для установок, где технология требует плавного регулирования напряжения, используются трансформаторы с плавным бесконтактным РПН. Такие трансформаторные устройства повышают надежность работы установок, сокращают эксплуатационные расходы и облегчают автоматизацию производственных процессов.
Трансформаторы с бесконтактным 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 применяют 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 управляемых реакторов или тиристоров, рассчитанных на напряжение регулировочной ступени и позволяющих плавно регулировать напряжение внутри каждой ступени.
В некоторых случаях необходимо регулировать напряжение ступенями 1 — 1,5 % от номинального напряжения. 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. Такое большое число 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 при ограниченном количестве ответвлений можно достичь пофазным регулированием, позволяющим снизить напряжение ступени примерно в три раза. Для пофазного регулирования используется схема ABC, осуществляющая поочередное переключение ответвлений фаз трехфазного трансформатора. Сначала переключается одна, например, фаза 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 пофазном регулировании осуществляется поочередный переход подвижных контактов переключателя с одного симметричного на другое симметричное положение. Такой переход называют циклом переключения. Схема переключения фаз ABC неизменна во всех циклах на всем диапазоне регулирования. Положения переключающего устройства в цикле переключения, при которых числа включенных витков в фазах неодинаковы, называют несимметричными.
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 встраиванием тепловых нагрузок всех фаз обмоток в процессе эксплуатации. В трансформаторах для 12-фазной 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 подавлением тока нулевой последовательности в обмотках, соединенных в треугольник.