ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ Российский патент 2002 года по МПК H02M5/14 H01F30/14 

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

Известен преобразователь однофазного напряжения в многофазное /1/, в котором однофазным источником создаются магнитные потоки в разветвленной магнитной цепи, противодействующий магнитный поток возбуждается при помощи дополнительных вторичных обмоток, подключенных к конденсаторам. В результате взаимодействия основных и противодействующих магнитных потоков трехфазное напряжение индуктируется в основных вторичных обмотках. При этом угол фазового сдвига суммарного магнитного потока изменяют путем последовательно-встречного включения вторичных дополнительных обмоток разных трансформаторов и изменением емкости конденсаторов.

Недостатком данного преобразователя является сложность его реализации и пониженная надежность, вызванная использованием конденсаторов.

Известен также преобразователь однофазного напряжения в трехфазное /2/, принятый за прототип, в котором противодействующий магнитный поток в одном из стержней трехфазного магнитопровода возбуждается при помощи короткозамкнутой обмотки, благодаря чему в крайних стержнях трехстержневого трансформатора образуются магнитные потоки, сдвинутые между собой по фазе на 60^o, которые в среднем стержне геометрически вычитаются и образуют третий магнитный поток. Возбужденные результирующие магнитные потоки индуктируют в каждой из трех вторичных обмоток, находящихся на стержнях, электродвижущие силы, образующие трехфазную систему напряжений.

Присутствие короткозамкнутой обмотки в преобразователе приводит к дополнительному нагреву магнитопровода, что ухудшает его магнитные характеристики и является недостатком.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности создания трехфазной симметричной системы напряжений со стабильными во времени характеристиками.

Указанная задача решается тем, что в преобразователе однофазного напряжения в трехфазное, содержащем трехстержневой трансформатор с тремя вторичными обмотками, расположенными на каждом из стержней и соединенными между собой по схеме "звезда", и двумя первичными обмотками, расположенными на крайних стержнях и соединенными между собой последовательно-встречно и последовательно с выводом для подключения сети, крайние стержни выполнены из электротехнических сталей, для которых отношение удельного индуктивного магнитного сопротивления к удельному активному магнитному сопротивлению первого крайнего стержня и отношение удельного индуктивного магнитного сопротивления к удельному активному магнитному сопротивлению второго крайнего стержня связано выражением

где - удельные индуктивные магнитные сопротивления соответственно первого и второго крайнего стержней;
- удельные активные магнитные сопротивления соответственно первого и второго крайнего стержней.

Заявляемый преобразователь однофазного напряжения в трехфазное поясняется фигурой 1. На фигуре 2 приведена векторная диаграмма магнитодвижущих сил и магнитных потоков, поясняющая принцип работы преобразователя.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное содержит первичные намагничивающие обмотки 1, 2, расположенные на первом 3 и втором 4 крайнем стержне магнитопровода. На среднем стержне 5, как и на крайних стержнях 3, 4, размещены вторичные обмотки 6, 7, 8, соединенные между собой по схеме "звезда". Первичные обмотки включены между собой последовательно-встречно и последовательно с выводом 9 для подключения к однофазной сети.

Преобразователь работает следующим образом.

При протекании в первичных обмотках 1, 2 (фиг.1) переменного тока в крайних стержнях под действием соответствующих магнитодвижущих сил (МДС) возбуждаются два магнитных потока φ₁ и φ₂ (фиг.2). Фазовый сдвиг между МДС и возбужденным ею магнитным потоком определяется соотношением магнитных сопротивлений на участке магнитной цепи. Если крайние участки магнитной цепи имеют одинаковое сечение и одинаковую длину, то угол потерь можно определять через отношение удельных магнитных сопротивлений как (здесь в числителе индуктивное удельное магнитное сопротивление участка цепи, а в знаменателе активное удельное магнитное сопротивление). Так как у разных электротехнических сталей, из которых изготовлены крайние стержни, удельные магнитные сопротивления различны и подчиняются соотношению

то между МДС первой обмотки F₁ и соответствующим ему магнитным потоком φ₁ угол потерь в стали первого крайнего стержня будет отличаться от угла потерь между МДС F₂ и соответствующим магнитным потоком φ₂ второго крайнего стержня. Благодаря этому между магнитными потоками φ₁ и φ₂ в крайних стержнях преобразователя угол сдвига составит 60^o. В среднем стержне преобразователя возбуждается суммарный результирующий магнитный поток φ₃, который определится как:

Возбужденные магнитные потоки индуктируют во вторичных обмотках 6, 7, 8, размещенных на стержнях трансформатора, соответствующие ЭДС, которые по закону электромагнитной индукции будут равны по модулю и иметь следующие фазовые сдвиги:



Для симметричной последовательности и чередования фаз необходимо изменить на 180^o фазу ЭДС E₁. Эту операцию можно выполнить изменением маркировки зажимов начала и конца вторичной обмотки 6, расположенной на первом стержне 3 магнитопровода (фиг.1), или изменением направления намотки данной обмотки по отношению к двум другим вторичным обмоткам.

Использование указанного преобразователя позволяет эффективно использовать габарит трехфазного электродвигателя при питании его от однофазной сети.

Источники информации
1. Авторское свидетельство 665376, Н 02 М 5/14, 1979 г.

2. Патент Российской Федерации 2047262, Н 02 М 5/14, 1995 г.

Использование: для запуска и управления электроприводом переменного тока. Технических результат заключается в повышении надежности создания трехфазной симметричной системы напряжений со стабильными временными характеристиками. Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное содержит трехстержневой трансформатор с тремя вторичными обмотками, расположенными на каждом из стержней и соединенными между собой по схеме "звезда", и двумя первичными обмотками, расположенными между собой последовательно-встречно и последовательно с выводом для подключения сети, причем крайние стержни выполнены из электрических сталей, для которых отношение удельного индуктивного магнитного сопротивления к удельному активному магнитному сопротивлению первого крайнего стержня и отношение удельного индуктивного магнитного сопротивления к удельному активному магнитному сопротивлению второго крайнего стержня связаны определенным соотношением, так что угол сдвига между магнитными потоками в крайних стержнях равен 60^o. 2 ил.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий трехстержневой трансформатор с тремя вторичными обмотками, расположенными на каждом из стержней и соединенными между собой по схеме "звезда", и двумя первичными обмотками, расположенными на крайних стержнях и соединенными между собой последовательно-встречно и последовательно с выводом для подключения сети, отличающийся тем, что крайние стержни выполнены из электротехнических сталей, для которых отношение удельного индуктивного магнитного сопротивления к удельному активному магнитному сопротивлению первого крайнего стержня и отношение удельного индуктивного магнитного сопротивления к удельному активному магнитному сопротивлению второго крайнего стержня связаны выражением

где ρ_X1, ρ_X2 - удельные индуктивные магнитные сопротивления соответственно первого и второго крайних стержней;
ρ_R1, ρ_R2 - удельные активные магнитные сопротивления соответственно первого и второго крайних стержней.