ТРЕХФАЗНО-МНОГОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧИСЛА ФАЗ Российский патент 2024 года по МПК H02M5/14 

Настоящее изобретение относится к области электротехники, более конкретно к специальным трансформаторам, предназначенным для преобразования количества фаз. Предлагаемый трехфазно-многофазный трансформаторный преобразователь числа фаз может быть использован в системах многофазной передачи электроэнергии, в структуре преобразовательных устройств (инверторов и выпрямителей), для электроснабжения многофазных электрических машин, а также других многофазных устройств.

Известен многофазный трансформатор с тороидальным магнитопроводом, состоящим из нескольких частей, на торцах среднего магнитопровода выполнены пазы, в которые уложены обмотки, при этом боковые магнитопроводы выполнены без пазов (патент на изобретение РФ №2115186, МПК Н02М 5/14) [1]. Недостаток такого устройства в том, что при использовании магнитопровода тороидальной формы вращающийся магнитный поток проходит через участки магнитной цепи с большим магнитным сопротивлением, что приводит к увеличению тока намагничивания и потерь мощности.

Известен двенадцатифазный трансформаторный преобразователь числа фаз, представляющий собой трехфазный трансформатор, состоящий из трех катушек первичной обмотки и шести катушек вторичной обмотки с отпайками и двенадцатью выходами симметричного двенадцатифазного напряжения (патент на изобретение РФ №2520558, МПК Н02М 5/14) [2]. К недостаткам такого устройства можно отнести сложную схему соединений выводов катушек и их отпаек для формирования многофазной вторичной обмотки, а также возможность получения только двенадцатифазного напряжения на выводах вторичной обмотки.

Известен многофазный трансформаторный преобразователь числа фаз, представляющий собой трехфазный трансформатор, состоящий из трех катушек первичной обмотки и девяти катушек вторичной обмотки с отпайками и двенадцатью выходами симметричного многофазного напряжения (патент на полезную модель РФ №143244, МПК Н02М 5/14) [3]. К недостаткам такого устройства можно отнести сложную схему соединений выводов катушек и их отпаек для формирования многофазной вторичной обмотки, что увеличивает расход провода на изготовление соединений и ухудшает массогабаритные показатели устройства.

Наиболее близким по технической сущности является трансформаторный преобразователь числа фаз, рассмотренный в [4]. Это устройство принято за прототип (стр. 28, рис. 3.1) [4].

Трансформаторный преобразователь числа фаз реализован с использованием трехстержневого ферромагнитного сердечника, первичная трехфазная обмотка состоит из трех катушек, размещенных по одной на разных стержнях сердечника, у вторичной многофазной обмотки каждая фаза состоит из трех последовательно соединенных между собой катушек, размещенных по одной на разных стержнях трехстержневого сердечника.

У такого трансформаторного преобразователя числа фаз на каждом стержне необходимо разместить m+1 катушек с различным количеством витков (m - число фаз вторичной обмотки), что усложняет изготовление устройства, охлаждение его активной части. Также сложнее обеспечить одинаковые индуктивные сопротивления фаз вторичной обмотки, так как магнитный поток поля рассеивания сцепляется с неполными и разными числами витков большого количества катушек, формирующих фазы вторичной многофазной обмотки.

Цель изобретения - упрощение технологии изготовления, уменьшение несимметрии сопротивлений фазных обмоток трехфазно-многофазного трансформаторного преобразователя числа фаз.

Технический результат, достигаемый изобретением, - упрощение технологии изготовления, уменьшение несимметрии электрических сопротивлений фазных обмоток трехфазно-многофазного трансформаторного преобразователя.

Технический результат достигается тем, что на каждом стержне многостержневого сердечника трансформаторного преобразователя числа фаз не зависимо от количества фаз вторичной обмотки размещается по четыре катушки (три катушки для трехфазной первичной обмотки и одна для многофазной вторичной обмотки), что упрощает технологию изготовления устройства. Каждая из трех фаз первичной обмотки состоит из нескольких последовательно соединенных катушек, по одной размещенных на разных стержнях сердечника. Общее количество витков трех катушек первичной обмотки, размещенных на одном стержне сердечника, равны между собой, также одинаковое общее количество витков катушек каждой фазы первичной обмотки. Это позволяет уменьшить несимметрию электрических сопротивлений обмоток устройства. Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен многостержневой ферромагнитный сердечник трансформаторного преобразователя числа фаз, на каждом стержне размещены по четыре катушки, три из которых являются частью первичной трехфазной обмотки, четвертая - вторичной многофазной обмотки. Каждая фаза первичной обмотки состоит из последовательно соединенных между собой катушек, размещенных по одной на каждом стержне многостержневого ферромагнитного сердечника (см. фиг. 1). Катушки первичной обмотки изготавливаются с различным направлением намотки для обеспечения необходимой МДС катушек на каждом стержне с заданным значением начальной фазы.

На фиг. 2 изображена векторная диаграмма, поясняющая формирование многофазной (в качестве примера пятифазной) симметричной системы МДС в стержнях сердечника устройства. Направление намотки катушек первичной обмотки, у которых МДС с разными знаками (см. фиг. 2), должно быть различным.

Работа предлагаемого трансформаторного преобразователя числа фаз

Выводы А, В, С первичной обмотки подключаются к трехфазной сети. Переменный ток, протекающий по катушкам каждой фазы первичной обмотки, создает переменные МДС. Количество витков каждой катушки первичной трехфазной обмотки рассчитывается таким образом, чтобы геометрическая сумма МДС трех катушек первичной обмотки на каждом стержне сердечника обеспечивала МДС с заданной начальной фазой. Начальные фазы суммарных значений МДС катушек первичной обмотки размещенных на соседних стержнях отличаются на угол 2π/m (m>3). В каждом стержне многостержневого ферромагнитного сердечника возникает переменный магнитный поток с заданной начальной фазой, который наводит в катушках вторичной обмотки многофазную симметричную систему ЭДС. Это позволяет обеспечить многофазную симметричную систему напряжений на выводах Ph₁ - Ph_m вторичной обмотки.

Достоинство предлагаемого устройства состоит в том, что оно позволяет упростить изготовление и размещение катушек трансформатора на стержнях, так как общее количество витков трех катушек первичной обмотки на каждом стержне одинаковое, а также отсутствует необходимость формировать одну или несколько отпаек каждой катушки и обеспечивать соединение катушек в различные сложные схемы.

Трансформаторный преобразователь числа фаз с предложенной конструкцией активной части позволяет обеспечить многофазную симметричную систему напряжений с любым количеством фаз вторичной обмотки, большим трех.

Источники информации

1. Пат. RU(11) 2115186 (13) С1 МПК Н02М 5/14. Многофазный трансформатор / В.А. Атрощенко, Н.А. Сингаевский, Б.X. Гайтов и др. - №96117232/09; Заявл. 26.08.1996; Опубл. 10.07.1998. Бюл. №18.

2. Пат. RU(11) 2520558 (13) С2 МПК Н02М 5/14. Двенадцатифазный трансформаторный преобразователь числа фаз / С.Н. Григорьев, В.А. Сучков, Ю.И. Солуянов. - №2012130809/07; Заявл. 19.07.2012; Опубл. 27.06.2014. Бюл. №18.

3. Пат. RU(11) 143244 (13) U1 МПК Н02М 5/14. Многофазный трансформаторный преобразователь числа фаз / Ю.В. Рахманова, Л.Э. Рогинская, А.С. Горбунов, П.В. Шилов. - №2014108411/07; Заявл. 04.03.2014; Опубл. 20.07.2014. Бюл. №20.

4. Закарюкин, В.П. Моделирование многофазных линий электропередачи: монография / В.П. Закарюкин, А В. Крюков. - Иркутск: ИрГУПС, 2014. - 168 с.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к трансформаторным преобразователям числа фаз, которые позволяют обеспечить преобразование трехфазной системы напряжений и токов в многофазную систему напряжений и токов. Предлагаемый трехфазно-многофазный трансформаторный преобразователь числа фаз может быть использован в системах многофазной передачи электроэнергии, в структуре преобразовательных устройств (инверторов и выпрямителей), для электроснабжения многофазных электрических машин, а также других многофазных устройств. Цель изобретения - упрощение технологии изготовления, уменьшение несимметрии сопротивлений фазных обмоток трехфазно-многофазного трансформаторного преобразователя числа фаз. Технический результат, достигаемый изобретением, - упрощение технологии изготовления, уменьшение несимметрии электрических сопротивлений фазных обмоток специального трансформатора. Технический результат достигается тем, что на каждом стержне многостержневого сердечника трансформаторного преобразователя числа фаз независимо от количества фаз вторичной обмотки размещается по четыре катушки (три катушки для трехфазной первичной обмотки и одна для многофазной вторичной обмотки), что упрощает технологию изготовления устройства. Каждая из трех фаз первичной обмотки состоит из нескольких последовательно соединенных катушек, по одной размещенных на разных стержнях сердечника. Общее количество витков трех катушек первичной обмотки, размещенных на одном стержне сердечника, равны между собой, также одинаковое общее количество витков катушек каждой фазы первичной обмотки. Это позволяет уменьшить несимметрию электрических сопротивлений обмоток устройства. Трансформаторный преобразователь числа фаз с предложенной конструкцией активной части позволяет обеспечить многофазную симметричную систему напряжений с любым количеством фаз вторичной обмотки, большим трех. 2 ил.

Трехфазно-многофазный трансформаторный преобразователь числа фаз, состоящий из сердечника, первичной трехфазной обмотки и вторичной многофазной обмотки, отличающийся тем, что сердечник выполнен многостержневым, количество стержней которого равно числу фаз многофазной вторичной обмотки m (m>3), катушки вторичной многофазной обмотки размещены по одной на каждом стержне многостержневого сердечника, каждая фаза первичной трехфазной обмотки состоит из последовательно соединенных между собой катушек, размещенных по одной на каждом из стержней многостержневого сердечника, катушки первичной трехфазной обмотки выполнены с различным количеством витков и направлением намотки, обеспечивая фазовый сдвиг суммарных значений МДС катушек первичной обмотки, размещенных на соседних стержнях на угол 2π/m, при этом общее количество витков трех катушек первичной обмотки на каждом из стержней одинаково.