Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано 9о вспомогательном электрообсфудовании в качестве источника питания. Цель изобретения - получение номинального выходного напряжения при пониженном входном напряжении, уменьшение энергозатрат, массогабаритных показателей и повышение надежности запуска электродвигателя,при использовании его в качестве нагрузки. Дополнительно введенный конденсатор 13 с помощью переключателей 14, 10 подключается параллельно резистивному элементу 12 и вторичной обмотке дифференциальнрго трансформатора 8 и к фазам А, С нагрузки. Первая первичная обмотка трансформатора 8 и его вторичная обмотка подключены к входному выводу 1, Резистивньй элемент 12 вьшолнен нелинейным. При понижении входного напряжения путем переключений переключателей 10, 14 осуществляются .с помощью автотрансформатора 4 и указанных выше элементов регулирование выходного напряжения до достижения последним номинального значения с одновременным уменьшением величины емкости конденсатора 13 и исключение прохождения пускового тока в фазу А нагрузки через первую первичную обмотку трансформатора 8. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л 4аь сл ел

союз советсних социАлисти есних

РЕСГ1УБЛИН

„„SU „„1450051 (51)4 Н 02 М 5/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный НОмитет

Гю изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГННТ СССР,(21) 4245737/24-07 . (22) 18. 05.87 (46) 07.01.89. Бюл. Р 1 (75) А.Ф. Березовский и В.Н. Бегунов (53) 621.3 14-25(088.8) (56) Адаменко А.И. и .др. Преобразование однофазного тока в-многофазный, Киев: Техника, 1971, с. 95.

Авторское свидетельство СССР

У 1115178, кл. Н 02 И 5/14, 1981. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕМФАЗНОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вспомогательном электрооборудовании в качестве источника питания. Цель изобретения " получение номинального выходного напряжения при пониженном входном напряжении, уменьшение энергозатрат, массогабаритных показателей и-повышение надежности запуска электродвигателя,при использовании его в качестве нагрузки. Дополнительно введенный конденсатор 13 с помощью переключателей 14, 10 подключается параллельно резнстивному элементу 12 и в1 оричной обмотке дифференциального трансформатора 8 и к фазам А, С нагрузки. Первая первичная обмотка трансформатора 8 и его вторичная обмотка подключены к входному выводу 1. Резистивный элемент

12 выполнен нелинейным. При понижении входного напряжения путем переключений переключателей 10, 14 осуществляются.с помощью автотрансформатора 4 и указанных выше элементов регулирование выходного напряжения до достижения последним номинального значения с одновременным уменьшением величины емкости конденсатора 13 и исключение прохождения пускового тока в фазу А нагрузки через первую первичную обмотку трансформатора 8, 2 3II ф-лы, 2 ил.

14 " 0051

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано например, при ремонте железной дороги или в качестве вспомогательного оборудования на электропоездах с питанием переменным током.

Цель изобретения — получение номинального выходного напряжения при пониженном входном напряжении, а также уменьшение энергозатрат, массогабаритных показателей и повьппение надежности запуска электродвигателя при использовании его в качестве нагрузки. 15

На фиг. 1 дана принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2— векторная диаграмма напряжений и токов при пониженном входном напряжении. 2О

Преобразователь (фиг, 1) содер жит входные выводы 1 и 2, из которых второй входной вывод .2 является об1 щим с вторым выходным выводом 3. Ав-! тотрансформатор 4, подсоединенный своим понижающим выводом к выводу 3, имеет промежуточный вывод 5 и поньппающий вывод 6. Между выводом 5 антотрансформатора и первым входным выводом 1 включена цепочка из последовательно соединениык конденсатора 7 и первой первичной обмотки дифференциального трансформатора 8. Первая . первичная обмотка одним выводом подключена к первому входному выводу l

Первый выходной вывод 9 через первый (режимный) переключатель 10 может быть подсоединен к одному из выводов первой первичной обмотки дифференци- 4О ального трансформатора 8. Повьппающий вывод 6 автотрансформатора и третий выходной вывод 11 соединены через вторую первичную обмотку трансформатора 8. К вторичной обмотке трансформатора 8 подключен резистор,2, а также дополнительный конденсатор

13 через второй (режимный) переключатель 14, причем общая точка соединения резистора 12 и конденсатора 13 подключена к входному выводу .1. Переключатель 14 может подключать свободный вывод конденсатора 13 или к вторичной обмотке дифференциального трансформатора 8, или в отключенное положение, или к выходному выводу 11.

К выходным выводам 3, 9 и 11 соответственно подключенЮ фазы В, А, С нагрузки 15.

Преобразователь работает следующим образом.

При объединении с помощью переключателя 10 входного нынода 1 с выходным выводом 9 и при нахождении переключателя 14 в промежуточном состоянии, т.е. без подключения конденсатора 13, происходит, как и в известном устройстве преобразование однофазного напряжения в трехфазное. При этом .фазы А и В нагрузки 15 большую часть энергии получают непосредственно от выводов 1 и 2, подсоединенных к питающей однофазной линии, Входная часть антотрансформатора 4 (межцу выводами 5 и 3) последовательно с конденсатором 7 также подключена к выводам 1 и 2, причем автотрансформатор передает нходную мощность в третью фазу нагрузки 15.

Ток нагрузки фазы С, проходя через

Обе первичные обмотки трансформатора

8, создает взаимно компенсирующиеся ампервитки, поэтому следует учитывать только ампервитки, вызванные током намагничивания антотрансформатора 4, который н нормальном режиме составляет 5-10Х от номинального тока. Поэтому в нормальном режиме напряжение на вторичной обмотке дифференциального трансформатора близко к нулю.

Преобразователь обеспечивает получение трехфазного симметричного тока н чагрузке (электродвигателе) только при одном выбранном значении нагрузки.

Когда напряжение на автотрансформаторе

4 повьппается сверх номинального, то из-за насыщения магнитопронода TQK намагничивания интенсивно нелинейно возрастает. При этом н дифференциальном трансформаторе 8 соответственно возрастают некомпенсированные ампервитки, повышается напряжение на вторичной обмотке, а также ток через рези" òîð 12.

Из-эа протекания повышенного тока через резистор 12 сдерживается повышение тока в первичной цепи и уменьшается повышение напряжения на антотрансформаторе 4, При случайном отключении нагрузки 15 от преобразователя дифференциальный трансформатор 8 с резистором 12 не могут устранить явление резонанса напряжений, но они уменьшают значительные перенапряжения и опасные перегревы, пока реле. напряжения (не показано), подключенное к вторичной обмотке трансформатора 8, отключает

14500 автоматический выключатель на входе преобраз ователя.

Когда переключатели 10 и 14 находятся в положениях, показанных на фиг. 1, то преобразователь при по5 ниженном входном напряжении обеспечивает номинальные выходные напряжения.

Для этих условий на фиг. 2 показана векторная диаграмма в предположении, что угол нагрузки „, при котором линейные трехфазные токи электродвигателя, используемого в качестве нагрузки, симметричны, равен 30, приа чем вектора токов отстают по фазе от векторов напряжений о фр, между соответствующим выводом электродвигателя и условной нейтральной точкой О в центре треугольника векторов напряжении U 8 B ) Пес у 11с4 ° 20

На фиг. 1 и 2 стрелками указано направление тока от предполагаемого высшего потенциала к низшему потенциалу ветви, направление стрелок напряжения (не показано) выбрано по стрел- 25 ке соответствующего тока, а на фиг. 2 у вектора каждого напряжения наконечник стрелки указывает какой потенциал принят более высоким (индекс высшего потенциала при обозначении напряжения 30 пишется первым). Ток I, проходящий через конденсатор 7, опережает на

90 напряжение U на этом конденсаторе. Ток I от вывода 6 автотрансформатора 4 а фазу С нагрузки (электродвигателя) 15 связан с током ? сле1 дующим уравнением ампервитков:

Чтобы обеспечение этой функции происходило при относительно малом модуле напряжения IJ << на первой первичной обмотке трансформатора 8, возможны два приема: резистор 12 выполнить нелинейным, например, путем подключечия параллельно ему варистора, у которого с увеличением напряжения сопротивление уменьшается; у трансформатора 8 суммарное число первичных дифференциальных ампервитков

AWВ4 выбрать немного отличающимся от нуля, соблюдая следующее неравенство: где W», W>< — витки между выводами

5 и 3 соответственно выводами 3 и 6 антотрансформатора;

AW — ампервитки намагничи45 вания автотрансформатора 4, которые в условиях нагрузки очень малые и потому приблизительно равны нулю.

Поскольку на схеме фиг. 1 в автотрансформаторе 4 токи I7 и I < направлены противоположно, то на векторной диаграмме фиг. 2 они совпадают по фазе. Обходя контур вывод 1 — первая

55 первичная обмотка трансформатора 8— конденсатор 7 — автотрансформатор 4— вывод 2 — †источн питания — вывод 1,. получим следующие уравнения для напряжений и токов (фиг. 1). где W>,, W>,— число витков первой и соответственно второй первичных обмоток трансформатора 8;

AW <> — суммарное число первичных дифференциальных ампервитков у трансформатора 8 (без учета реактивного тока Хр);

Z — приведенное к виткам

W, сопротивление всех цепей трансформатора 8 (резистор 12, конденсатор 13 и цепи намагничивания этого трансформатора).

Предположим, что для дифференциального трансформатора 8 выполнено идеальное условие AW> = О. В таких условиях напряжение U ä зависит лишь от тока IA. Если емкость конденсатора

13 выбрана так, что сопротивление конденсатора приблизительно в три раза меньше, чем сопротивление резистора 12, а ток намагничивания трансформатора 8 относительно мал, то получим векторную диаграмму на фиг.2, из которой видно, что каждый из равных модулей выходных напряжений U>>

U, U д больше, чем модуль входного напряжения U « . I KHM o5 o, преобразователь обеспечивает нормальную работу электродвигателя при пониженном напряжении на входе преобразователя.

1450051 6

Как видно из фиг. 2, векторная сумма токов Т, и 1, проходящих через первую первичную обмотку трансформатора 8 в режиме пониженного напряжения на входе преобразователя, оказывается меньше, чем один ток I

7 протекающий через ту же обмотку в 10 . режиме нормального напряжения на вхо де преобразователя (переключатель 10, .на фиг. 1 в другом положении).

Если в режиме пониженного напря. жения на входе преобразователя про" 15 . изойдет на его выходе случайное от-! ! ключение электродвигателя, то дифференциальный трансформатор вводит ! в первичную цепь не только приведен ное к первичным виткам сопротивление 20 резистора 12 и собственное сопротивление намагничивания, но еще параллельное сопротивление конденсатора 13.

При этом в местном контуре иэ упомянутых параллельных сопротивлений может возникнуть феррорезонанс тока, вследствие чего скачком увеличивается напряжение на местном контуре, уменьшая ток и перенапряжения при феррореэонансе .напряжений в общем ЗО контуре, состоящем из автотрансформатора 4, конденсатора 7 и дифференциального трансформатора 8 с его упомянутой нагрузкой. Таким образом, в этом режиме обеспечивается ограничение значительного перенапряжения и

:опасного Ileperpeaa при случайном возникновении феррорезонанса напряжений. При пониженном входном напряжении однофазной линии пуск ненагру- 40 женного трехфазного электродвигателя через данный преобразователь целесообразйо производить, выполнив следующую подготовку: переключатель

10 поставить в режим нормального 4б входного напряжения (в другое крайнее положение по сравнению с фиг.1); переключатель 14 поставить в положение, при котором конденсатор 13 оказывается включенным между входным выводом 1 и выходным выводом 11.

Первая рекомендация введена для того, чтобы большой пусковой ток в фазу А не проходил через первую первичную обмотку трансформатора 8, так как этот ток может вызвать срабатывание упомянутого реле максимального напряжения, подключенного к вторичной обмотке трансформатора 8 (не показано), с последующим отключением автомати ческого выключателя на входе преобразователя. Вторая рекомендация введена для облегчения запуска электродвигателя за счет использования конденсатора l3 который можно использовать с этой же целью и при нор мальном входном напряжении. При повышенном входном напряжении уменьшить выходные трехфазные напряжения можно, если с помощью переключателя 14 отключить свободный вывод конденсатора

13 и поставить переключатель 10 или как показано на фиг. 1, или в среднее положение °

Формула изобретения

1. Преобразователь однофазного нап" ряжения в трехфазное., содержащий два входных и три выходных вывода, из которых вторые входной и выходной выводы объединены в общий, автотрансформатор, понижающий вывод которого подключен к общему выводу, между его промежуточным выводом и первым входным выводом включена цепочка из последовательно соединенных конденсатора и первой первичной обмотки дифференциального трансформатора, а повьш ающий вывод автотрансформатора через вторую первичную обмотку дифференциального трансформатора соединен с третьим выходным выводом, причем параллельно вторичной обмотке дифференциального трансформатора включен реэистивный элемент, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью получения номинального выходного напряжения при пониженном входном напряжении, к первому входному выводу подключен свободный вывод первой первичной обмотки дифференциального трансформатора указанной цепочки и дополнительно введены два переключателя и дополнительный конденсатор, причем первая первичная обмотка дифференциального трансформатора выполнена с отпайкой, соединенной с одним из выводов первого переключателя, первый крайний вывод которого подключен к общей точке соединения конденсатора и первичной обмотки дифференциального трансформатора указанной цепочки, второй крайний вывод соединен с первым входным, а среднйй, постоянно используемый, вывод первого переключателя соединен с пер вым

50051

Составитель Л. Устинкина

Техред М.Дидьдс Корректор А. Обручар

Редактор А. Ворович

Заказ 6972/51 Тираж 6бб Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 выходным выводом, один вывод второго пер клнйателя подключен к одному из выводов резистивного элемента, его другой вывод — к одной из обкладок дополнительного конденсатора, другая обкладка которого, соединена с другим выводом резистивного элемента.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат и массогабаритных показателей, резистивный элемент выполнен нелинейным.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности запуска

5 электродвигателя при использовании его в качестве нагрузки, один вывод вторичной обмотки дифференциального трансформатора соединен с первым входным выводом, а второй переключатель снабжен дополнительным выводом, соединенным с третьим выходным выводом .