Двенадцатифазный понижающий автотрансформаторный преобразователь числа фаз

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока и состоит из понижающего автотрансформатора, имеющего три катушки (1, 2 и 3) первичной обмотки и шесть соединенных между собой узлами A, B, C, D, E, F катушек (4, 5, 6, 7, 8, 9) вторичных обмоток, имеющих каждая по две отпайки (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21) от витков. Каждая катушка (4,5,6,7,8,9) вторичной обмотки является стороной шестиугольника, преобразующего симметричную трехфазную систему напряжений в симметричную шестифазную. Отпайки (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 ,21) от витков катушек (4, 5, 6, 7, 8, 9) вторичной обмотки представляют собой выходы напряжений двенадцатифазной системы напряжений. Технический результат - сокращение расхода активных материалов при замене трехфазного трансформатора трехфазным автотрансформатором за счет сокращения числа витков первичной обмотки, кроме того уменьшение потерь. 2 ил.

Референт Головинова И.В.

 

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании выпрямителей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока для повышения быстродействия станков, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог, в электрометаллургической и химической промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока в питающей их трехфазной сети.

Из уровня техники известны трансформаторные преобразователи трехфазного переменного напряжения в многофазное напряжение. Для этого трехфазный трансформатор снабжен дополнительной группой вторичных обмоток. Группы вторичных обмоток соединены с разноименными фазами дополнительных вторичных обмоток по схеме «зигзаг» (В.Казаков. Источники питания. Многофазные силовые трансформаторы-преобразователи и выпрямители. Силовая электроника №4, 2006, с.7-15).

Недостатком таких устройств является большое число вторичных обмоток, что значительно усложняет конструкцию преобразователя, технологию его изготовления, приводит к перерасходу материалов и увеличению его стоимости.

Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является преобразователь числа фаз, используемый для получения многофазного напряжения, состоящий из трех однофазных трансформаторов, содержащих каждый по одной первичной обмотке и требующий несколько групп вторичных обмоток. Преобразователь числа фаз требует для своей реализации трехфазную сеть, три однофазных трансформатора с тремя первичными обмотками, подключенными к трехфазной сети, и тринадцать вторичных обмоток, создающих двенадцать выходов двенадцатифазной системы напряжений (Ворфоломеев Г.Н. и др. Обзор схемных решений преобразователей числа фаз на трансформаторах. Совершенствование технических средств электрического транспорта. Сборник научных трудов. Выпуск 2. Новосибирск, 2001 г., с.78-96).

Недостатком известного устройства является тот факт, что групповой трехфазный трансформатор уступает трехфазному трехстержневому автотрансформатору по своим весогабаритным показателям, а также известный преобразователь имеет большое число вторичных обмоток с различными параметрами, что значительно усложняет конструкцию преобразователя, технологию его изготовления и приводит к перерасходу материалов и увеличению его стоимости. Кроме того, иногда бывает необходимо иметь узел с нулевым потенциалом и на стороне двенадцатифазного напряжения, а в трансформаторном варианте узел с нулевым потенциалом на стороне двенадцатифазного напряжения нужно специально создавать.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание такой архитектуры преобразователя, которая при незначительных различиях по величине во входном и выходном напряжении преобразователя позволит сократить расход активных материалов при замене трехфазного трансформатора автотрансформатором, что в итоге позволит сократить расход активных материалов, за счет чего улучшатся массогабаритные показатели преобразователя, уменьшится его стоимость и потери энергии в нем, а также появится возможность использовать ноль сети на стороне двенадцатифазной системы напряжения.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в двенадцатифазном понижающем автотрансформаторном преобразователе числа фаз, представляющем собой трехфазный автотрансформатор, состоящий из трех катушек первичной обмотки, подключенных к трехфазной сети, и шести катушек вторичной обмотки, соединенных узлами по схеме шестиугольника, с двенадцатью выходами симметричного двенадцатифазного напряжения, согласно изобретению, каждая катушка первичной обмотки своим концом подсоединена к одной из фаз сети, а началом - к узлу шестиугольника таким образом, что каждый из этих трех узлов представляет собой комплект из трех катушек, одной катушки первичной обмотки и двух катушек вторичных обмоток, расположенных на разных стержнях магнитной цепи, принадлежащих различным фазам.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 представлена схема двенадцатифазного автотрансформаторного преобразователя числа фаз с пониженным фазным напряжением на выходе преобразователя по сравнению с фазным напряжением на входе автотрансформатора,

- на фиг.2 изображена векторная диаграмма потенциалов на вторичных обмотках этого преобразователя.

Двенадцатифазный понижающий автотрансформаторный преобразователь числа фаз состоит из трехфазного автотрансформатора, имеющего три катушки 1, 2 и 3 первичной обмотки и шесть катушек 4, 5, 6, 7, 8 и 9 вторичных обмоток. Шесть соединенных между собой катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичной обмотки имеют отпайки 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 от витков. Катушка 1 первичной обмотки первой фазы - своим началом подсоединена к узлу В, в котором соединяются катушки 6 и 8 вторичных обмоток второй фазы и третьей фазы. Катушка 2 первичной обмотки второй фазы своим началом подсоединена к узлу D, в котором соединяются катушки 9 и 5 вторичных обмоток третьей фазы и первой фазы. Катушка 3 первичной обмотки третьей фазы своим началом подсоединена к узлу F, в котором соединяются катушки 4 и 7 вторичных обмоток первой фазы и второй фазы. Начало катушки 4 вторичной обмотки соединено с началом катушки 8 вторичной обмотки, образуя узел А, конец катушки 8 вторичной обмотки соединен с концом катушки 6 вторичной обмотки, образуя узел В, начало катушки 6 вторичной обмотки соединено с началом катушки 5 вторичной обмотки, образуя узел С, конец катушки 5 вторичной обмотки соединен с концом катушки 9 вторичной обмотки, образуя узел D, начало катушки 9 вторичной обмотки соединено с началом катушки 7 вторичной обмотки, образуя узел Е, конец катушки 7 вторичной обмотки соединен с концом катушки 4 вторичной обмотки, образуя узел F, и замыкая контур катушек вторичных обмоток, образующих шестиугольник A, B, C, D, E, F. Каждая катушка 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичной обмотки автотрансформатора является стороной шестиугольника A, B, C, D, E, F, преобразующего симметричную трехфазную систему напряжений в симметричную шестифазную систему напряжений. Напряжение двенадцатифазной системы напряжений зависит от величины напряжения шестифазной системы и связано с ним соотношением: U12=U6 Cos30°/Cosl5°=0,897 U6, что следует из рассмотрения прямоугольных треугольников - (0-С-22) и (0-е-22) на фиг.2: (0-22) - U6 Cos30°=U12 Cos15° (A).

Определим теперь положение отпаек 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 от витков катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичных обмоток на примере катушки 5 вторичной обмотки. Для этого воспользуемся векторной диаграммой (фиг.2), приняв число витков катушки 5 вторичной обмотки пропорциональным длине вектора напряжения на катушке 5. Примем длину вектора напряжения на фазе шестифазного многоугольника за единицу. Отпайки 12 и 13 от витков катушки 5 вторичной обмотки делят ее число витков в отношении, определяемом отношением отрезков (С-е), (e-f) и (f-D). Отрезок (С-е)=(f-D)=U6Sin30° - U12Sinl5°. Выражая U12 через U6 из соотношения (А) после преобразований, получаем: (С-е)=0,5 U6 (1-Ctg30°Tgl5°), а учитывая, что 30°=90°--60° и Ctg30°=Tg60°, получаем следующее отношение чисел витков, от которых выполняются отпайки: (0,5-Tg60°Tgl5°):(Tg60°Tgl5°):(0,5-Tg60°Tgl5°)=0,268: 0,464: 0,268.

Работа двенадцатифазного понижающего автотрансформаторного преобразователя числа фаз осуществляется следующим образом.

При подключении трехфазного автотрансформатора к трехфазной сети в стержнях магнитной цепи автотрансформатора возникают три магнитных потока, сдвинутых по фазе друг относительно друга на третью часть периода или в градусном измерении на 120. Выполнение вторичной обмотки для каждой фазы в виде двух катушек на стержне каждой фазы позволяет получить два вторичных напряжения с противоположной полярностью (со сдвигом на 180°). Таким образом, при трех напряжениях сети, сдвинутых по фазе на 120°, получаются шесть вторичных напряжений, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 60°. При соединении шести катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичных обмоток так, как описано выше, получается шестиугольник A, B, C, D, E, F с симметричной шестифазной системой напряжений на катушках 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичной обмотки.

Проведенный анализ показал, что на витках катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичной обмотки, образующих шестиугольник A, B, C, D, E, F, можно найти двенадцать точек a, b, c, d, e, f, g, h, k, l, m, n, потенциалы которых равны по величине, но отличаются по фазе на одну двенадцатую часть периода, что в градусном измерении равно 30°, и получить двенадцатифазную симметричную систему напряжений a, b, c, d, e, f, g, h, k, l, m, n.

Схема соединения обмоток понижающего автотрансформатора представлена на фиг.1. Число витков катушки первичной обмотки может быть представлено длиной отрезка (В-1) на векторной диаграмме на фиг.2 и может быть определено по разности напряжений (Uc-U6). В трансформаторном варианте преобразователя число витков первичной обмотки каждой фазы будет пропорционально величине действующего значения напряжения фазы сети Uc при том же токе в обмотке, т.к. действующие напряжения фаз Uc1,Uc2,U3] одинаковы и равны Uc. Следовательно, в рассматриваемом варианте автотрансформатора число витков катушки первичной обмотки уменьшается в (1- U6/Uc) раз. При Uc=U6 катушки первичной обмотки не требуются и к фазам сети 1,2, и 3 подключаются вершины В, D и F шестиугольника.

При Uc больше U6 берут понижающий автотрансформатор. Принято считать, что при коэффициенте трансформации к=Uc/U6, лежащем в пределах 1<к<2, если допустима электрическая связь между первичной и вторичной цепями, автотрансформатор предпочтительней трансформатора.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, позволяет сократить расход активных материалов при замене трехфазного трансформатора автотрансформатором. В итоге улучшаются массогабаритные показатели преобразователя и уменьшается его стоимость.

Анализ заявленного технического решения на соответствие требованиям условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном изобретении, соединены отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования при создании регулируемых электроприводов постоянного тока;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Двенадцатифазный понижающий автотрансформаторный преобразователь числа фаз, представляющий собой трехфазный автотрансформатор, состоящий из трех катушек первичной обмотки, подключенных к трехфазной сети, и шести катушек вторичной обмотки, соединенных узлами по схеме шестиугольника, с двенадцатью выходами симметричного двенадцатифазного напряжения, отличающийся тем, что каждая катушка первичной обмотки своим концом подсоединена к одной из фаз сети, а началом - к одному из трех узлов шестиугольника таким образом, что каждый из этих трех узлов представляет собой комплект из трех катушек: одной катушки первичной обмотки и двух катушек вторичных обмоток, расположенных на разных стержнях магнитной цепи и принадлежащих различным фазам.



 

Похожие патенты:

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве устройства симметрирования напряжений кабеля при обрыве любой его фазы. Технический результат заключается в повышении быстродействия устройства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в многофазных полупроводниковых преобразователях, в частности в выпрямителях, инверторах и преобразователях частоты.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании выпрямителей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока для станков для повышения их быстродействия.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании выпрямителей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока.

Изобретение относится к электроэнергетике а именно к высоковольтным линиям электропередач. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока для станков, а также на преобразовательных подстанциях.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для создания стабилизированных трансформаторов с вращающимся магнитным полем. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение той же частоты с равномерной и произвольной по величине нагрузкой фаз питающей сети, с целью применения, например, для электрификации железных дорог на переменном токе, электропитания осветительных сетей, однофазных нагрузок различного характера и назначения.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам для передачи энергии переменным током, а именно к высоковольтным электропередачам. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям переменного тока в переменный с изменением числа фаз, и может быть использовано для питания устройств информационно-измерительных систем, в том числе студийной аудиоаппаратуры, а также локальных компьютерных сетей.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока и преобразовательных подстанций для питания электрифицированных железных дорог, в электрометаллургической и химической промышленности. Техническим результатом является сокращение расхода активных материалов, улучшение весогабаритных показателей преобразователя, упрощение технологии его изготовления, уменьшение потерь и стоимости. В двенадцатипульсном понижающем автотрансформаторном преобразователе две катушки вторичной обмотки каждой фазы на стержне каждой фазы обеспечивают два вторичных напряжения с противоположной полярностью (со сдвигом на 180°). При трех напряжениях сети, сдвинутых по фазе на 120°, получают шесть вторичных напряжений, сдвинутых по фазе на 60°. При соединении шести катушек (4-9) вторичных обмоток так, как указано в материалах заявки, получают «шестиугольник» с симметричной шестифазной системой напряжений на указанных катушках вторичной обмотки. На витках указанных катушек вторичных обмоток можно найти двенадцать точек, потенциалы которых равны по величине, но отличаются по фазе на одну двенадцатую часть периода (на 30°), и получить двенадцатифазную симметричную систему напряжений. Подключение к выходам двенадцатифазной системы напряжений вентилей (10-21) обеспечивает двенадцатипульсное выпрямленное напряжение. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в четыре раза содержит трехфазный трансформатор с искусственной нулевой точкой в первичной обмотке и двумя вторичными обмотками с одинаковым уровнем выходного напряжения. К вторичным обмоткам трансформатора подключены четыре дросселя насыщения, каждый с двумя секциями обмоток, которые соединены по мостовой схеме. Одни диагонали моста подсоединены к вторичным обмоткам трансформатора, а вторые - объединены, и к ним подсоединена активно-индуктивная нагрузка. Одна из секций обмоток каждого дросселя насыщения и нагрузка зашунтированы однополупериодными ключами, причем шунтирующие ключи и ключ нагрузки связаны между собой и с блоком управления ключами. Технический результат - повышение коэффициента мощности. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в восемь раз выполнен на базе восьми двухобмоточных дросселей насыщения, соединенных по мостовой схеме, которые подключены одной диагональю к двум четырехпроводным сетям, сдвинутым между собой на угол α=±/4, а второй диагональю - к двухобмоточным трансформаторам. Вторичные обмотки трансформаторов соединены согласно-параллельно и с нагрузкой, а первичные обмотки зашунтированы однополупериодными ключами, которые связаны через блок управления с однополу-периодными ключами, установленными параллельно одной обмотке каждого дросселя насыщения. Блок управления выполнен на основе широтно-импульсного модулятора. Регулирование выходного напряжения увосьмеренной частоты осуществляется симметрично середине каждого периода напряжения сети, решая поставленную задачу и получая технический результат: повышение энергетических показателей - коэффициента мощности и кпд, снижение массы и габаритов, обеспечивая независимость диапазона регулирования от характера и параметров нагрузки. 2 ил.

Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты относится к преобразовательной технике и может быть использован в качестве статического регулируемого источника питания электротехнологических установок. Задачей изобретения является повышение коэффициента мощности, обеспечение независимости диапазона регулирования от характера нагрузки, снижение массы и габаритов. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты содержит в каждой фазе трехфазной сети (17, 18, 19) последовательно соединенные обмотку дросселя насыщения (1, 2. 3) и первичную обмотку трансформатора (9), параллельно которым установлены однополупериодные регулирующий (4, 5, 6) и нулевой (13, 14, 15) ключи, при этом вторичные обмотки трансформатора (10, 11, 12) соединены в открытый треугольник, подключенный к однофазной нагрузке (16). Блок управления (7) выполнен на базе широтно-импульсного модулятора, сигналы управления с которого поданы на встречно соединенные упомянутые ключи. Регулирование выходного напряжения осуществляется симметрично середине каждого полупериода напряжения сети, решая поставленную задачу и обеспечивая технический результат: повышение энергетических показателей - коэффициента мощности и КПД, снижение массы и габаритов, обеспечивая независимость диапазона регулирования от характера параметров нагрузки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности задания требуемого времени восстановления напряжения. Для этого заявленное устройство содержит клеммы кабеля А, В, С, три реле постоянного тока контроля фаз, каждое из которых содержит источник питания, составленный из однофазного двухобмоточного трансформатора, однофазного мостового выпрямителя, емкостного фильтра и электромагнита постоянного тока, содержащего последовательно соединенные добавочный резистор и обмотку, размещенную на сердечнике, причем указанный резистор шунтирован конденсатором, при этом каждое реле снабжено одним размыкающим и замыкающими контактами, которые управляют тиристорными ключами с тремя фазовосстанавливающими конденсаторами и тремя фазосдвигающими дросселями, и три выходные клеммы. Первичные обмотки указанных трансформаторов включены на линейные напряжения соответствующих фаз, а вторичные обмотки включены в диагонали собственных выпрямителей. Положительные выводы выпрямителей соединены с положительными выводами емкостных фильтров, шунтирующего конденсатора и добавочного резистора, а отрицательные выводы - с отрицательными выводами емкостных фильтров и свободными выводами обмоток электромагнитов. Тиристорные ключи с фазовосстанавливающими конденсаторами включены параллельно названным трансформаторам, а тиристорные ключи с фазосдвигающими дросселями включены последовательно между клеммами кабеля и соответствующими выходными клеммами. Все тиристорные ключи идентичны и каждый из них содержит три параллельные цепи: первая и третья цепь образованы тиристорами прямого и обратного включения, а вторая цепь образована последовательно соединенными диодом прямого включения, контактной группой, резистором и диодом обратного включения, причем контактная группа тиристорных ключей содержит последовательно соединенные замыкающий контакт отстающей фазы и размыкающий контакт собственной фазы, контактная группа второй цепи шунтирующих тиристорных ключей образована замыкающим контактом отстающей фазы. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в многокаскадных высоковольтных преобразователях частоты, фазы которых состоят из группы последовательно соединенных силовых преобразовательных ячеек. Технический результат - уменьшение колебаний электроэнергии, потребляемой преобразователем из сети при изменениях его нагрузки. В каждой фазе преобразователя частоты последовательно соединены однофазные ячейки (1-5), входы которых подключены к вторичным обмоткам многообмоточного силового трансформатора (6). Каждая однофазная ячейка содержит управляемый выпрямитель (7), инвертор (8) напряжения с широтно-импульсной модуляцией и блок управления (12). Выход инвертора (8) шунтирован первым коммутатором (9). В каждой фазе преобразователя часть однофазных ячеек снабжена накопителем электроэнергии (10), который через второй коммутатор (11) подключен к выходу выпрямителя (7). Блок управления (12) каждой однофазной ячейки, снабженной накопителем (10), выполнен с возможностью перевода этой ячейки в режим накопления энергии и в режим выдачи накопленной энергии. В первом из этих режимов выпрямитель (7) и коммутаторы (9) и (11) включены, а инвертор (8) выключен. Во втором режиме выпрямитель (7) и коммутатор (9) выключены, коммутатор (11) включен, инвертор (8) включен и работает. 2 ил.
Наверх