Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное Советский патент 1988 года по МПК H02M5/14 

д;

ю

К)

1

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в качестве вспомогательного оборудования с питанием переменным током и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1115178.

Цель изобретения - уменьшение суммарной установленной мощности, а также улучшение формы выходного на- пряжения путем уменьшение несимметри и модулей выходных токов, возникающих при работе в режиме холостого хода электродвигателя, используемого в качестве нагрузки.

На фиг.1 дана принципиальная схема преобразователя5 на фиг.2 - принципиальная схема блок - реле с тор - можением.

Преобразователь (фиг.1) имеет входные выводы 1 и 2, которые являются с соответствующими 1 и вторыми 2 выходными выводами. Автотрансформатор 3, подсоединенный своим понижающим выводом к выводу 2 Вход - выход, имеет ближайший промежуточный вывод 4 и повышающий вывод 5. Между выводом 4 автотрансформатора и выводом 1 (Вход-выход). подключена батарея конденсаторов 6, а к -повышающему выводу 5 подсоединен третий выходной вывод 7 для соответствующей фазы нагрузки 8. Дифферен- тщальный трансформатор 9 имеет две .первичные обмотки, подсоединенные с одинаковой полярностью: одна между выводами 4 и батареей конденсаторов 6, а другая - между выводами 5 авто- Трансформатора 3 и выводом 7 для подключения третьей фазы нагрузки 8. К вторичной, обмотке трансформатора 9 подсоединен резистор 10.

Кроме того, на входе преобразователя включены две фазы автоматического выключателя 11, у которого расце- питель третьей фазы имеет многовит- ковую обмотку 12, подключенную через резистор 13 к вторичной обмотке дифференциального трансформатора 9, к которой также подключен тормозной вход блок - ре.пе 14, рабочий вход которого соединен с трансформатором 15 тока. Выходной размыкающий ключ 16, принадлежащий блок - реле 14, подсоединен последовательно с частью конденсаторов 6. Конденсатор 17 не отводится к предлагаемому устройству и потому его по;т,соединение показано пунктиром. Подсоединение кон

с Q

5

0

5

денсатора 17 для совместной работы с предлагаемым устройством целесообразно во многих частных случаях, например, когда у электродвигателя, используемого в качестёе нагрузки, угол сопротивления нагрузки, при которой желательна полная симметрия токов, равен Cpg 45 Если же упомянутый угол сопротивления нагрузки выбрать, например, 30° , то совместная работа предлагаемого устройства с конденсатором 17 не является целесообразной. Через вы -; ходной замыкающий ключ 18, принадлежащий блок - реле 12, резистор 19 подсоединен между понижающим выводом 2 и повышающим выводом 5 автотрансформатора 3.

Блок - реле 14 может содержать (фиг.2) диодно-резисторрйш вьшря- митель 20, схема которого вьтолне- на так, что его вход можно подсоединить к вторичной обмотке трансформа тора 15 тока или (при других пара-, метрах элементов непосредственно в разрыв провода без трансформатора тока.

Блок - реле 14 содержит также выпрямитель 21, вход которого подсоединен к вторичной обмотке дифференциального трансформатора 9, а к выходу через резистор 22 подсоединена тормозная обмотка токового (электромагнитного или поляризованного) реле 23. Рабочая обмотка реле 23 подключена к выходу выпрямителя причем параллельно каждой из обмоток реле 23 подсоединены органичивающие полупроводниковые стабилитроны 24 и 25. Размыкающий контакт 26 у реле 23 подключен в цепи обмотки 27 промежуточного реле (или контактора) переменного тока, у которого контакты 16 и 18 (фиг. 1) являются выходными ключами блок - реле 14.

Преобразователь работает следующим образом.

Фазы Г и 2 нагрузки 8 преобладающую часть энергии получают непосредственно от выводов 1 и 2 питающей однофазной линии. Входная часть автотрансформатора 3 (между выводами 2 и 4) последовательно с конденсатором 6 также подсоединена к выводам 1 и 2 однофаз ной линии, причем автотрансформатор передает входную мощность в третью фазу нагрузки. Ток нагрузки третьей фазы в первичных обмотках дифференциального трансформатора 9 создает взаимно компенсирующиеся ампер-витки и следует учитывать только ампер-витки, вызванные током намагничивания автотрансформатора 3, который в Нормальном режиме составляют 5-10% от номинального тока; поэтому в нормальном режиме по сравнению с ненормальным характерным режимом можно пренебречь падением напряжения на вторичной обмотке трансформатора 9

Дополнительный ток в третью фазу поступает непосредственно от вывода 1 через конденсатор 17, включенньй по известной схеме в том случае, ког .да полную симметрию трех токов нагруки .желательно иметь, например, при угле нагрузки((.„ 45°.

Ненормальный характерный режим может возникнуть при случайном отключении нагрузки - электродвигателя (или только его третьей фазы) от преобразователя, вход которого оста- ется подключенным к однофазной линии При этом в цепях: конденсаторы - авттрансформатор - однофазная линия начинается феррорезонанс напряжений, вызывающий электрические перенапряже ния, а также перегрев в частях пре- образователя.В предлагаемом преобразо вателе феррорезонанс уменьшается из- за того, что при таких условиях ток в третьей фазе отсутствует, ампер- витки в дифференциальном трансформаторе 9 не скомпенсированы и резистор 10 оказывается включенным в цепь фер рорезонанса уменьшая ток и перенапряжения в преобразователе. При всех исполнениях предлагаемого преобразователя быстро срабатывает дополнитв - льно введенный трехфазный автомати- неский выключатель, включающий элек- тромагнит с многовитковой обмоткой Из - за наличия выключателя 11 мож но взять менее установленную мощное- ть у дифференциального трансформа:то- ра 9 и у резистора 10. Кроме того, повышается надежность, поскольку при обрыве в цепи резистора 10 во многих случаях может быть целой цепь выключателя 11, который вызывает, отключение автомата на входе преобразователя.

В нормальном режиме предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

Когда нагрузка трехфазного электродвигателя близка к номинальной, то коэффициент симметрии токов близок к единице (0,81-0,93). В этих условиях при повышении однофазного напряжения с 220 до 240 В, т.е. на 9%, на вторичной обмотке дифферециального трансформатора 9 происходит увеличение напряжения U. с 2 до 24 В, т.е. значительно интенсивнее .

С уменьшение нагрузки симметрия TOKOS электродвигателя уменьшается. При этом рост однофазного напряжения с 220 до 240 В увеличивает напряжение и, , соответственно , с 16 до 34 В. В режиме холостого хода электродвигателя отклонение от симметрии токов наиболее значителное, в одног или в двух Лазах ток превышает номинальный, а среднеквадратичный ток, характеризуюи ий средний нагрев обмоток двигателя, приближается к номиналbHONry.

Когда установленная мощность авттрансформатора 3 приблизительно соответствует мощности ковденсатора 6, переход от малой нагрузки к холо тому ходу не вызывает заметного повышения напряжения на вторичной обмотке дифференциального трансформатора 9. По когда установленная мощность автотрансформатора относи- тельно больше (в четыре раза), то напряжение U,(при 220-240 В на однофазной линии) составляет 25-62В Относительно мощным автотрансформа- тор 3 может оказаться в условиях, когда преобразователь однофазного напряжения в трехфазное предназначается для работы с электродвигателями разных мощностей при одном и том же автотрансформаторе, но при изменяемой емкости конденсаторов 6 и 17. При уменьшении нагрузки электродвигателя от номинальной до холостого хода ток на входе предлагаемого преобразователя уменьшается от 100 до 50% номинального, а относительное малое напряжение . вторичной обмотке дифференциального трансформа тора 9 увеличивается з 1,5 - 2,5 раза (при соответствующей и при четырехкратной установленной мощности автотрансформатора 3 относительно используемой емкости 6),

С целью уменьшения несимметрии и модулей токов преобразователя в

режиме холостого хода электродвигателя целесообразно производить переключение схем преобразователя, отключая часть емкости конденсаторов и/или подсоединяя дополнительный резистор 19 параллельно максималь - Ному числу витков автотрансформато ра 3, Отключение части конденсаторов 6 является более экономичным, да

ёт значительное уменьшение токов при Холостом ходе электродвигателя, но требует разрыва ключом 16 относительно большого тока подсоединение дополнительного маломощного резистора 19 является менее экономичным, вызывает незначительное уменьшение упомянутых токов, но требует включения 1КЛЮЧОМ 18 относительно малого тока. : Для переключения в преобразовате- де при наступлении режима холостого сода в электродвигателе дополнительно вводится блок - реле 14 с торможением от напр5шения U, на вторичной обмотке дифферен1щального транс- форматора 9, причем рабочий сигнал иа блок - реле 14 поступает от входа преобразователя, например, через трансформатор тока 15.

В частном случае блок - реле 14 может быть выполнено по фиг.2, Блок- реле 14 на фиг.2. работает следующим образом.

Параметры двухобмоточного токового реле 23 выбираются так, чтобы в режиме номинальной нагрузки тормоз- ;ные ампер-витки, вызванные в реле мапряжением Uq на вторичной обмот- 1ке .дифференциа1гьного трансформатора 9, составляли, например, 25% от рабочих ампер- вйтков, вызванных в реле током IK, поступающим на вход преобразователя, т.е. суммарные ампер-витки должны составить 75% от рабочих номинальных ампер-квитков, которые принимаются за базовые расче ные.При наступлении режима холостого хода электродвигателя: рабочие ампер- витки уменьшаются до 50% от базовых,то мрзные ампер-витки, увеличившись, например, в 1,5 раза, составляют

37,5% от базовых, а суммарные ампер- витки равны 12,5% от базовых,

Таким образом, из - за тормозных ампе.р-«итков, предусмотренных в пред Лагаемом устройстве, суммарные ампервитки при наступлении режима холостого хода уменьшаются в 6 раз, тогда как без тормозных ампер-витков рабочие ампер-витки уменьшаются всего в 2 раза, т.е. у реле 23 при наличии тормозной обмотки с выбранным подсоединением значительно повьш1ается точность отображения мощности изме- няш1ейся нагрузки у электродвигателя. 1Согда электродвигатель из нор мального режима переходит в режим холостого хода, токовое реле 23 возвращается в несработанное положение, замыкается его размыкающий контакт 26 и вызывает срабатывание промежуточного реле (контактора) 27, которое своим размыкающим контактом 16 отключает часть конденсаторов 6, а замыкающим контактом 18 подключает резистор 19. После состоявшегося такого переключения в преобразователе уменьшается напряжение Ug, но при этом токовое реле 23 не должно сработать; данное условие достига - ется выбором коэффициента возврата у реле 23, а также выбором соотношения сопротивлений у отключенной ,час ти конденсаторор. и у дополнительно подключенного резистора 19.

Отношение ограниченных напряжений на обмотках реле 24, создаваемых полупроводниковыми стабилитронами 24 и 25, должно быть таким, чтобы при упомянутом характерном ненормальном режиме, когда случайно отключился электродвигатель или его третья

фаза при включенном преобразователе, ограниченные тормозные ампер-витки были больше, чем ограниченные рабочие ампер-витки,но так,чтобы токово реле 23 не могло сработать. Если такое условие трудно выполнить, применяя электромагнитное реле, то в качестве элемента 23 берут поляризованное реле. Тогда при упомянутом ненормальном режиме реле 23, выйдя из сработанного состояния, замыкает свой размыкаю1ций контакт 26, вследствие чего срабатывает промежуточное реле (контактор) 27, отключив контактом 16 часть конденсаторов и подключив контактом 18 резистор 19. Следовательно, блок-реле 14 по фиг.2 не только уменьшает несимметриш и модул токов при холостом ходе электродвигателя, но также повьшает надежность, отключая часть конденсаторов и включая резистор 19 в упомянутом характерном ненормальном режиме.

Таким образом, предлагаемый преобразователь при всех исполнениях за

счет действия выключателя 11 позволяет уменьшить установленную мощность дифференциального трансформатора 9, а также повышает надежность в харак- терном ненормальном режиме, а за счет действия блок-реле 14 уменьшаются несимметри);} и модули токов электродвигателя в режиме холостого хода. За счет установки ограничивающих стабилитронов в блок-реле 14 дополнительно повышается надежность в характерном ненормальном режиме.

Формула изобретен и я

Преобразователь однофазного напряжения -в трехфазное по авт.св. №1115178, о т л и ча ющ ийся

тем, что, с целью уменьшения суммар- ной установленной мощности, а также улучшения формы выходного напряжения путем уменьшения несимметрии и модулей выходных токов, возни аюш 1х при

работе в режиме холостого хода элек- 25 образуя цепочку, через которую соеди- тродвигателя, используемого в качест- нены повышающий и понижающий выводы ве нагрузки, дополнительно введены автотрансформатора.

5

0

трансформатор тока, включенньй посл е- довательно в одну из входных цепей питания преобразователя, и трехфазный автоматический выключатель, обмотки двух фаз которого включены соответственно, в первую и вторую входные цепи питания, а многовитковая обмотка его третьей фазы через первый дополнительно введенный резистор включена параллельно вторичной обмотке дифференциального трансформатора, к выходу трансформатора тока подключен рабочий вход -дополнительно введенного блок- реле с торможением, тормозной вход которого подключен к вторичной обмотке дифференциального трансформатора, причем конденсатор выполнен в виде параллельно соединенных батарей, .- часть из которых соединена через выходной размыкающий ключ блок-реле, выходной замыкающий ключ которого . соединен последовательно с вторым дополнительно введенным резистором.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вспомогательного оборудования с питанием переменным током. Цель изобретения - уменьшение суммарной установленной мощности, а также улучшение формы выходного напряжения путем уменьшения несимметрии и модулей выходных токов, возникающих при работе в режиме холостого хода электродвигателя, используемого в качестве нагрузки. В режиме холостого хода при случайном отключении электродвигателя срабатывает дополнительно введенный трехфазный автоматический выключатель 11, включающий электромагнит с многовитковой обмоткой 12, подключенной через резистор 13 к вторичной обмотке дифференциального трансформатора 9. При обрыве в цепи, резистора 10 цеп1 выключателя 11 не обрывается, что обеспечивает отключение преобрат зователя от сети. В режиме холостого тока с помощью дополнительно введенного блок-реле 14 осуществляется отключение части конденсаторов 6. Переход от малой нагрузки к холостому ходу не вызывает заметного повышения напряжения на вторичной обмотке дифференциального трансформатора, а отключение части конденсаторов 6 при . холостом ходе электродвигателя при- . водит к значительному уменьшению токов, 2 ил. сл

Фиг. г