ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ Российский патент 1997 года по МПК H02M5/14 H01F30/14 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для создания трехфазных источников питания, предназначенных для управления электродвигателями переменного тока от однофазной сети.

Известен однофазно-трехфазный преобразователь напряжения /1/, в котором однофазным источником возбуждают магнитные потоки в первичных обмотках трансформаторов, затем создают противодействующий магнитный поток при помощи дополнительных вторичных обмоток и подключенных к ним конденсаторов, после чего суммируют основной и противодействующий магнитные потоки и снижают трехфазное напряжение с основных вторичных обмоток трансформаторов. При этом угол фазового сдвига между рабочими потоками изменяют путем последовательно-встречного включения вторичных дополнительных обмоток разных трансформаторов и изменением величины емкости конденсаторов.

Недостатком данного преобразователя является относительная сложность его реализации, нестабильность сдвига фазных напряжений под нагрузкой и большие массогабаритные показатели.

Известен также преобразователь однофазного тока в трехфазный /2/, содержащий два замкнутых магнитных сердечника, на каждом из которых размещено по две обмотки. Первичная цепь образована последовательным соединением двух обмоток каждого из магнитопроводов, а вторичная цепь образована последовательным соединением двух оставшихся обмоток через однофазный источник и общей точкой между первичными обмотками.

Наличие гальванической связи между входной и выходной цепью ухудшает стабильность фазовых соотношений в трехфазной цепи тока при изменении нагрузки.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей с одновременным увеличением стабильности фазовых сдвигов между выходными напряжениями.

Указанный технический результат достигается тем, что магнитные потоки сдвигаются при помощи фазоповоротного элемента, включенного между однофазным источником питания и одной из первичных обмоток.

Сопоставительный анализ предлагаемого преобразователя с прототипом показывает, что являемое техническое решение отличается от известного приемами изменения угла сдвига фаз между магнитными потоками. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому устройству соответствие критерию "существенные отличия".

Заявляемый преобразователь однофазного напряжения в трехфазное поясняется фигурой 1. На фигуре 2 приведена электрическая схема замещения первичной цепи, для которой на фигуре 3 построена векторная диаграмма токов, а на фигуре 4 показаны векторные диаграммы магнитных потоков и электродвижущихся сил (ЭДС), поясняющие принцип работы преобразователя.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное содержит два замкнутых магнитных сердечника 1, 2, на которых размещены первичные обмотки 3, 4 и вторичные обмотки 5, 6 и 7. Обмотка 7 охватывает одновременно оба магнитных сердечника. Первичная обмотка 3 соединена с однофазным источником питания через фазоповоротный элемент 8, а обмотка 4 непосредственно.

Преобразователь работает следующим образом.

При подключении первичных обмоток 3, 4 к однофазному источнику напряжения по ветвям электрической цепи (фиг. 2) начнут протекать токи I1, I2. Так как обмотки находятся на ферромагнитных сердечниках, то преобладающим будет индуктивное сопротивление. В соответствии с векторной диаграммой фиг. 3 в ветви с фазоповоротным элементом ток I1 имеет две составляющие: активную I1a и реактивную I1p, а в ветви без фазоповоротного элемента только одну реактивную I2. При разности токов и фазовом сдвиге между токами в 60 электрических градусов, соотношение индуктивных сопротивлений ωL₁:ωL₂= 2:1 ( ω - угловая частота), а активного сопротивления фазоповоротного элемента и последовательной обмотки Каждый из токов I1, I2 возбуждает в сердечниках 1 и 2 свои магнитные потоки Ф1 и Ф2 (фиг. 4), которые между собой будут сдвинуты на 60 градусов. В сердечниках, охваченных общей обмоткой 7, возникает результирующий магнитный поток Ф3, как геометрическая разность магнитных потоков Ф1 и Ф2. Магнитные потоки Ф1, Ф2 и Ф3 индуктируют в обмотках 5, 6, 7 соответствующие ЭДС Е1, Е2 и Е3 (фиг. 4). Для получения фазового сдвига ЭДС Е1, Е2 и Е3 в 120 град. достаточно изменить направление намотки витков вторичной обмотки 6 по отношению направления намотки в обмотках 5 и 7 или поменять местами конец с началом обмотки 6.

С увеличением нагрузки в трехфазной цепи уменьшается индуктивное сопротивление первичных обмоток. Поэтому необходимо для поддержания симметрии выходных напряжений уменьшить активное сопротивление фазоповоротного элемента 8, значение которого равно r₁= ωL₁/tgΦ (фиг. 3). Технически уменьшение активного сопротивления можно выполнить путем шунтирования части сопротивления.

При симметрии магнитных потоков Ф1, Ф2 и Ф3 число витков во вторичных обмотках 5, 6, 7 будет одинаковым. А так как трехфазный электродвигатель является симметричным потребителем, то симметрия фазных напряжений будет сохраняться под нагрузкой.

Таким образом, предложенное устройство обладает большей стабильностью фазовых сдвигов вторичных напряжений под нагрузкой.

Использование: изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для создания трехфазных источников питания. Сущность изобретения: преобразователь однофазного напряжения в трехфазное позволяет при помощи электромагнитного статического элемента с пятью обмотками получать от однофазной сети три симметричных выходных напряжения. В первичную цепь для этого дополнительно включен фазоповоротный элемент, осуществляющий фазовый сдвиг первичных токов на 60 электрических градусов. 4 ил.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий фазоповоротный элемент, два магнитных сердечника, на каждом из которых размещено по одной первичной и одной вторичной обмотке, третью вторичную обмотку, охватывающую оба магнитных сердечника, отличающийся тем, что фазоповоротный элемент выполнен в виде секционного активного сопротивления, часть которого с увеличением нагрузки шунтируется, и включен между источником однофазного напряжения и первичной обмоткой, у которой индуктивное сопротивление в 2 раза больше, чем у второй первичной обмотки, подключенной к источнику однофазного напряжения непосредственно, кроме этого, соотношение между активным и индуктивным сопротивлениями неразветвленной электрической ветви с фазоповоротным элементом выполненного как р