Трехфазный трансформатор

Полезная модель относится к области трансформаторостроения и может быть использована в военных и промышленных объектах техники, где для решения задач электроснабжения необходимы трансформаторы.

Задачей модели является получение минимальных потерь энергии в трехфазном трансформаторе и обеспечение постоянного коэффициента трансформации в диапазоне расчетной мощности.

Введением в Тр отрицательной обратной связи (ООС) достигается противофазность токов в первичной и во вторичной обмотках. Вследствие чего происходит линейный отбор электрической энергии из первичной обмотки во вторичную, потери в трансформаторе в этом случае минимизируются.

Проведенные экспериментальные исследования на реальных образцах трансформаторов общего и военного назначения показали практически полное совпадение с результатами теоретических исследований, к.п.д. таких Тр, работающих на постоянную активную нагрузку, приближается к 0,95-0,97.

Изобретение относится к области трансформаторостроения и может быть использовано в различных электротехнических системах, в основе которых в качестве преобразователей переменного тока (напряжения) применяются трехфазные трансформаторы (Тр).

Целью предлагаемой полезной модели является - улучшение технических характеристик трехфазного трансформатора при максимально упрощенных его электрических связях во вторичной обмотке.

Известно, что главный недостаток существующих трансформаторов состоит в том, что токи в первичной и во вторичных обмотках не находятся в противофазе, ибо ток во вторичной обмотке зависит как от величины, так и от характера нагрузки. Вследствие чего перенос энергии из первичной обмотки во вторичную связан с большими потерями в стали магнитопровода Тр. Для устранения этого недостатка предложено несколько схем, на которые получены патенты 56064,2324992,76159.

Ближайшими прототипами предлагаемой модели являются - Линейный трансформатор (Патент 56064), Трансформатор (Патент 2324992). Однако авторы считают, что указанную схему можно упростить, сохранив при этом все ее достоинства.

На фиг.1 изображена схема трехфазного Тр с отрицательной обратной связью (ООС). В предлагаемой модели ООС реализуется во вторичной обмотке в каждой из фаз с помощью диодов VD1=VD2=VD, конденсаторов С₁=С₂=С и балластного сопротивления R _б.

Нагрузкой Тр является активное сопротивление R_н.

Диоды в ветви электрически соединяются последовательно, образуя при этом среднюю точку, которая соединяется с одним из выводов нагрузки R_н, второй вывод нагрузки - электрически связывается со свободным выводом вторичной обмотки Тр.

Противоположные выводы диодов замыкаются двумя последовательно включенными конденсаторами (С₁ и С ₂) и параллельно подключенным к обоим конденсаторам балластным сопротивлением R_б. Соединения конденсаторов между собой подключены к средней точке вторичной обмотки.

Известно, что при активной нагрузке вторичной обмотки Тр ток во вторичной обмотке смещается от противофазности к току в первичной обмотке на угол меньший 180°, т.е. на угол 180° - , где Задачей ООС является - обеспечить задержку на °.

Принцип работы ООС состоит в следующем.

При указанной мгновенной полярности сигнала (фиг.1) во вторичной обмотке оба конденсатора будут заряжаться, но зарядка конденсатора С₂, из-за балластного сопротивления R _б, будет происходить с некоторой задержкой по времени по отношению к конденсатору С_1. Диод VD2 будет закрыт до тех пор, пока амплитуда напряжения во вторичной обмотке не станет меньше напряжения на конденсаторе С₂. Принимая во внимание, что напряжение на конденсаторе отстает от тока на радиан, то это означает, что при R_б=0, диоды обеспечивают задержку на величину а при R_б0 где ₀ определяется значениями емкостей (С) и балластного сопротивления.

Уравнения, описывающие процессы в предлагаемой схеме, в форме Фурье имеют вид

где - комплексы напряжений и токов;

М - коэффициент взаимной индукции.

Нетрудно показать, что, обеспечив значение вещественной части, стоящей в квадратных скобках последнего выражения, равной пулю, то таким образом можно достаточно просто достичь противофазности токов в первичной и во вторичной обмотках Тр. Например, при R_б=0 и соотношение между токами где N₁, N₂ - число витков в первичной и вторичной обмотках соответственно.

Проведенные экспериментальные исследования на трехфазных Тр, используемых в бытовой и военной технике, полностью подтвердили справедливость результатов теоретических исследований.

Трехфазный трансформатор с отрицательной обратной связью, повышающей его коэффициент полезного действия, содержащий трехфазный трансформатор, каждая из его фаз содержит диодную ветвь, в которую последовательно и согласовано включено два диода, емкостную ветвь, состоящую из двух последовательно соединенных полярных одинаковых конденсаторов, и балластного сопротивления, отличающийся тем, что диодные, емкостные ветви и балластное сопротивление в каждой фазе электрически параллельно связываются между собой, средние точки диодных ветвей (точка между диодами) электрически связываются с одним из выводов резистивных нагрузок, вторые выводы нагрузок соединяются с началом вторичных обмоток, общая точка вторичных обмоток электрически связывается со средними точками емкостных ветвей (точка между встречно включенными конденсаторами).