СПОСОБ РЕВЕРСИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОДНОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ Российский патент 1998 года по МПК H01F30/14 H02M5/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания трехфазных электродвигателей от однофазной электросети.

Известен способ преобразования однофазного напряжения в многофазное, на основе которого реализовано устройство [1]. По данному способу однофазным источником создают магнитные потоки в первичных обмотках трансформаторов, возбуждают противодействующий магнитный поток с помощью вторичных дополнительных обмоток, подключенных к конденсаторам, суммируют основной и противодействующий магнитные потоки в магнитопроводах трансформатора и снимают индуктируемые многофазные напряжения с основных обмоток трансформаторов. При этом угол фазового сдвига суммарного магнитного потока изменяют путем последовательно-встречного включения вторичных дополнительных обмоток разных трансформаторов и изменения емкости конденсаторов.

Недостатком данного способа являются сложность его реализации и отсутствие возможности реверсирования частоты вращения электродвигателя.

Известен также способ преобразования однофазного напряжения в трехфазное, принятый за прототип, основанный на возбуждении в крайних стержнях трехстержневого трансформатора двух магнитных потоков, сдвинутых между собой по фазе на 120^o, и суммировании в среднем стержне упомянутых потоков, которые индуктируют в каждой из трех вторичных обмоток электродвижущие силы, образующие трехфазную систему напряжений.

По данному способу реализовано устройство [2], содержащее трехстержневой трансформатор с двумя первичными и тремя вторичными обмотками, соединенными по схеме звезда, при этом первичные обмотки размещены на крайних стержнях трансформатора, а одна из них зашунтирована конденсатором.

Недостатком указанного способа являются несимметричная последовательность чередования фаз и отсутствие возможности реверсирования электродвигателя.

Задачей настоящего изобретения является получение симметричной системы чередования фаз как прямой, так и обратной последовательности.

Она решается в способе тем, что в крайних стержнях трехстержневого трансформатора возбуждаются два магнитных потока от однофазного источника питания, сдвинутых между собой по фазе на 120 электрических градусов, которые геометрически суммируются в среднем стержне, каждый магнитный поток индуктирует электродвижущие силы во вторичных обмотках, размещенных на трех стержнях, при этом для обратной последовательности чередования фаз индуктируемых электродвижущих сил (ЭДС) дополнительно изменяют на 180^o по отношению к двум вторичным электродвижущим силам фазу третьей вторичной ЭДС, которая индуктируется суммарным магнитным потоком в среднем стержне, а для прямой последовательности чередования фаз индуктируемых ЭДС добиваются фазового сдвига между магнитными потоками крайних стержней в 60^o, образуют встречное направление указанных потоков в среднем стержне и изменяют на 180^o по отношению к двум вторичным ЭДС фазу той вторичной электродвижущей силы, которая индуктируется опережающим во времени магнитным потоком, возбужденном в крайнем стержне от однофазного источника.

Предлагаемый способ поясняется векторными диаграммами прямой и обратной последовательности чередования фаз ЭДС, показанными на фиг. 1 и 2 соответственно.

На фиг. 1 построена векторная диаграмма возбуждаемых в трехстержневом магнитопроводе магнитных потоков и индуктируемых ими ЭДС для прямой последовательности чередования фаз, а на фигуре 2 изображены аналогичные величины для обратной последовательности чередования фаз.

Способ осуществляется следующим образом.

При помощи фазоповоротного элемента по первичным обмоткам, распложенным на крайних стержнях трехстержневого магнитопровода, в первичных обмотках от однофазного источника питания формируются токи, равные по модулю и сдвинутые между собой на 120 электрических градусов. Каждый ток в крайних стержнях трехстержневого трансформатора возбуждает соответствующие магнитные потоки Ф₁ и Ф₃, которые в среднем стержне геометрически суммируются. Для удобства функционального анализа индексы при магнитных потоках соответствуют условным номерам стержней магнитопровода. Во втором (среднем) стержне возбуждается суммарный результирующий магнитный поток Ф₂, который определяется как

Возбужденные магнитные потоки индуктируют во вторичных обмотках, размещенных на стержнях упомянутого трансформатора, соответствующие ЭДС, которые по закону электромагнитной индукции в общем виде равны

В соответствии с принятой маркировкой ЭДС будут равны по модулю и иметь следующие фазовые сдвиги (фиг. 2):

Для обратной последовательности чередования фаз изменяют на 180^o фазу ЭДС Е₂ (фиг. 2). Технически эту операцию можно выполнить простым изменением маркировки зажимов начала и конца вторичной обмотки, расположенной на втором (среднем) стержне магнитопровода, по отношению к направлению намотки двух других вторичных обмоток.

При получении прямой последовательности чередования фаз в первичных обмотках формируются токи, равные по модулю и сдвинутые между собой на 60 электрических градусов. Каждый ток в крайних стержнях трехстержневого трансформатора возбуждает соответствующие магнитные потоки Ф₁ и Ф₃, которые в среднем стержне направлены навстречу друг другу. Во втором (среднем) стержне возбуждается суммарный результирующий магнитный поток Ф₂, который определяется как

Возбужденные магнитные потоки индуктируют во вторичных обмотках, размещенных на стержнях трансформатора, соответствующие ЭДС, которые будут равны по модулю и иметь следующие фазовые сдвиги (фиг. 1):

Для прямой последовательности чередования фаз изменяют на 180^o фазу ЭДС Е₁ (фиг. 1). Эту операцию можно выполнить аналогичным изменением маркировки зажимов начала и конца вторичной обмотки, но расположенной уже на первом стержне магнитопровода.

Осуществление способа возможно при помощи простых устройств, например трехстержневого магнитопровода с двумя первичными обмотками, расположенными на крайних стержнях, и тремя вторичными обмотками, находящимися на каждом стержне. Для формирования фазового сдвига между первичными токами может быть применен фазосдвигающий элемент, состоящий из C-L или R-L электрических цепей.

Использование указанного способа реверсивного преобразования однофазного напряжения в трехфазное позволяет эффективно использовать габарит трехфазных электродвигателей при их питании от однофазного источника и осуществить реверсивное управление работой электродвигателя от одного преобразователя.

Источники информации
1. Авт. св. SU 665376, H 02 M 5/14, 1979.

2. Авт. св. SU 1683147, H 02 M 5/14, G 05 F 3/08, 1991 - прототип.

Использование: для электропитания трехфазных электродвигателей от однофазной сети. Способ основан на получении прямой и обратной последовательности чередования фаз напряжений за счет формирования магнитных потоков, одинаковых по величине и смещенных на 120 эл. град. относительное друг друга. Эти магнитные потоки формируют в крайних стержнях трехстержневого трансформатора, суммируют их в среднем стержне. Образованная трехфазная система магнитных потоков индуктирует электродвижущие силы во вторичных обмотках, расположенных на каждом из трех стержней. Причем для обратной последовательности чередования фаз индуктируемых электродвижущих сил дополнительно изменяют на 180 эл.град. по отношению к двум вторичным электродвижущим силам фазу третьей вторичной электродвижущей силы, которая индуктируется суммарным магнитным потоком в среднем стержне. Для прямой последовательности чередования фаз индуктируемых электродвижущих сил добиваются фазового сдвига между магнитными потоками крайних стержней в 60 эл. град, образуют встречное направление указанных потоков в среднем стержне и изменяют на 180 эл. град. по отношению к двум вторичным электродвижущим силам фазу той вторичной электродвижущей силы, которая индуктируется опережающим во времени магнитным потоком, возбужденным в крайнем стержне от однофазного источника. Технический результат заключается в получении симметричной последовательности чередования фаз, как прямой, так и обратной. 2 ил.

Способ реверсивного преобразования однофазного напряжения в трехфазную систему напряжений, основанный на возбуждении в крайних стержнях трехстержневого трансформатора двух магнитных потоков, равных по модулю и сдвинутых между собой по фазе на 120 эл.град., которые в среднем стержне суммируются, последующем индуктировании образованной трехфазной системой магнитных потоков электродвижущихся сил во вторичных обмотках, расположенных на каждом из трех стержней, отличающийся тем, что для обратной последовательности чередования фаз индуктируемых электродвижущихся сил дополнительно изменяют на 180 эл.град. по отношению к двум вторичным электродвижущим силам фазу третьей вторичной электродвижущейся силы, которая индуктируется суммарным магнитным потоком в среднем стержне, а для прямой последовательности чередования фаз индуктируемых электродвижущихся сил добиваются фазового сдвига между магнитными потоками крайних стержней в 60 эл.град. образуют встречное направление указанных потоков в среднем стержне и изменяют на 180 эл.град. по отношению к двум вторичным электродвижущимся силам фазу той вторичной электродвижущей силы, которая индуктируется опережающим во времени магнитным потоком, возбужденным в крайнем стержне от однофазного источника.