Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное Советский патент 1989 года по МПК H02M5/14 

Изобретение относится к электроехнике и может быть использовано напримерJ при ремонте железной дороги или в качестве вспомогательного оборудования на электропоездах с питанием переменным током.

Цель изобретения - получение номинального выходного напряжения при пониженном входном напряжении, а также уменьшение энергозатрат, массога- баритных показателей и повышение надежности запуска электродвигателя при использовании его в качестве нагрузки.

На фиг. 1 дана принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - векторная диаграмма напряжений и токов при пониженном входном напряжении.

Преобразователь (фиг. 1) содер- жит входные выводы 1 и 2, из которых второй входной вывод .2 является общим с вторым выходным выводом 3, Автотрансформатор 4, подсоединенный своим понижающим выводом к выводу 3, имеет промажуточньй вьгоод 5 и повьша- ющий вывод 6. Между выводом 5 автотрансформатора и первьв«1 входным выводом 1 включена цепочка из последовательно соединенньж конденсатора 7 и первой первичной обмотки дифференциального трансформатора 8. Первая первичная обмотка одним выводом подключена к первому входному выводу 1 , Первый выходной вывод 9 через первый (режимный) переключатель 10 может быть подсоединен к одному из выводов первой первичной обмотки дифференциального трансформатора 8, Повьпиающий вывод 6 автотрансформатора и третий выходной вывод 11 соединены через вторую первичную обмотку трансформатора 8. К вторичной обмотке трансформатора 8 подключен резистор 12, а также дополни тельный конденсатор 13 через второй (режимный) переключатель 14, причем общая точка соединения резистора 12 и конденсатора 13 подключена к входному вьшоду 1. Переключатель 14 может подключать свободный вывод конденсатора 13 или к вторичной обмотке дифференциального трансформатора 8, или в отключенное положение, или к выходному выводу 11 К выходным выводам 3, 9 и 11 соответственно подключен фазы В, А, С нагрузки 15.

Преобразователь работает следую- цим образом.

При объединении с помощью переключателя 10 входного вывода 1 с выходным выводом 9 и при нахождении переключателя 14 в промежуточном состоянии, т.е. без подключения конденсатора 13, происходит, как и в известном устройстве преобразование однофазного напряжения в трехфазное. При этом .фазы А и В нагрузки 15 большую часть энергии получают непосредственно от выводов 1 и 2, подсоединенных

к питающей однофазной линии. Входная часть автотрансформатора 4 (между выводами 5 и 3) последовательно с конденсатором 7 также подключена к . выводам 1 и 2, причем автотрансформатор передает входную мощность в третью фазу нагрузки 15.

Ток нагрузки фазы С проходя через обе первичные обмотки трансформатора 8, создает взаимно компенсирующиеся

ампервитки, поэтому следует учитывать только ампервитки, вызванные током намагничивания автотрансформатора 4, который в нормальном режиме составляет 5-10% от номинального тока. Поэтому в нормальном режиме напряжение на вторичной обмотке дифференциального трансформатора близко к нулю.

5

Преобразователь обеспечивает получение трехфазного симметричного тока в нагрузке (электродвигателе) только при одном выбранном значении нагрузки. Когда напряжение на автотрансформаторе 4 повышается сверх номинального, то

из-за насыщения магнитопровода ток намагничивания интенсивно нелинейно возрастает. При этом в дифференциальном трансформаторе 8 соответственно возрастают некомпенсированные ампервитки,

с повьппается напряжение на вторичной обмотке, а также ток через резистор 12. Из-за протекания повьппенного тока через резистор 12 сдерживается повьшение тока в первичной цепи и уменьшается повьппение напряжения на автотрансформаторе 4. При случайном отключении нагрузки 15 от преобразователя дифференциальный трансформатор В с резистором 12 не могут устранить явление резонанса напряжений, но они уменьшают значительные перенапряжения и опасные перегревы, пока реле, напряжения (не показано),, подключенное к вторичной обмотке трансформатора 8, отключает

0

14

автоматический выключатель на входе преобразователя.

Когда переключатели 10 и 14 находятся в положениях, показанных на фиг. 1, то преобразователь при пониженном входном напряжении обеспечивает номинаяьные выходные напряжения. Для этих условий на фиг. 2 показана векторная диаграмма в предположении, что угол нагрузки 1/пс котором линейные трехфазные токи электродвигателя, используемого в качестве нагрузки, симметричны, равен 30, причем вектора токов отстают по фазе от векторов напряжений Ugg, U., между соответствующим выводом электродвигателя и условной нейтральной точкой О в центре треугольника векторов

напряжений , Ugc, Uc/t-

На фиг. 1 и 2 стрелками указано направление тока от предполагаемого высшего потенциала к низшему потенциалу ветви, направление стрелок напряжения (не показано) выбрано по стрел- ке соответствующего тока, а на фиг. 2 у вектора каждого напряжения наконечник стрелки указывает какой потенциал принят более высоким (индекс-высшего потенциала при обозначении напряжения пишется nepBbw). Ток 1,, проходящий через конденсатор 7, опережает на 90° напряжение йд на этом конденсаторе. Ток i (, от вывода 6 автотрансформатора 4 в фазу С нагрузки (электро- двигателя) 15 связан с током 1 следующим уравнением ампервитков:

,,- Wjjt - Aw.o; .

где W;,, Wj - витки между выводами 5 и 3 соответственно выводами 3 и 6 автотрансформатора;AWj - ампервитки намагничивания автотрансформатора 4, которые в условиях нагрузки очень малые и потому приблизительно равны нулю. Поскольку на схеме фиг. 1 в автотрансформаторе 4 токи 1 и 1 направлены противоположно, то на векторной диаграмме фиг. 2 они совпадают по фазе . Обходя контур вывод J - первая первичная обмотка трансформатора 8 - конденсатор 7 - автотрансформатор 4 - вывод 2. - источник питания - вывод 1,

5 1

получим следующие уравнения лля напряжений и токов (фиг. 1).

Ut. ид5 г - 71 0; и,и,„;

i, (i.A + - i Wgfe/w.); i-,w. - i,Wo. AW,

-I «1

«В

Q 5

0

5 о 5

0

0

5

5

где W ., ffc число витков первой и соответственно второй первичных обмоток трансформатора 8;

AW jj - суммарное число первичных дифференциальных ампервитков у трансформатора 8 (без учета реактивного тока Ip); Z,, - приведенное к виткам

- о

W..сопротивление всех

л

цепей трансформатора 8 (резистор 12, конденсатор 13 и цепи намагничивания этого трансформатора) ,

Предположим, что для дифференциального трансформатора 8 выполнено идеальное условие AWgj 0. В таких условиях напряжение U,д зависит лишь от тока 1д. Если емкость конденсатора 13 выбрана так, что сопротивление конденсатора приблизительно в три раза меньше, чем сопротивление резистора 12, а ток намагничивания трансформатора 8 относительно мал, то получим векторную диаграмму на фиг.2, из которой видно, что каждый из равных модулей выходных напряжений и JC больше, чем модуль входного напряжения U-j Таким образом, преобразователь обеспечивает нормальную работу электродвигателя при пониженном напряжении на входе преобразователя .

1

Чтобы обеспечение этой функции происходило при относительно малом модуле напряжения U ,дна первой первичной обмотке трансформатора В, возможны два приема: резистор 12 вьтол- нить нелинейным, например, путем подключения параллельно ему варистора, у которого с увеличением напряжения сопротивление уменьшается; у трансформатора 8 суммарное число первичных дифференциальных ампервитков AWn. выбрать немного отличающимся от нуля, соблюдая следующее неравенство:

liiWj.hli.w

81

Как видно из фиг. 2, векторная сумма токов I и 1д, проходящих че- рез первую первичную обмотку трансформатора 8 в режиме пониженного напряжения на входе преобразователя, оказывается меньше, чем один ток 1 , протекающий через ту же обмотку в режиме нормального напряжения на входе преобразователя (переключатель 10 на фиг. 1 в другом положении).

Если в режиме пониженного напряжения на входе преобразователя про- изойдет на его выходе случайное отключение электродвигателя, то дифференциальный трансформатор вводит в первичную цепь не только приведенное к первичным виткам conpoTHBjfeHHe резистора 12 и собственное сопротивление намагничивания, но еще параллельное сопротивление конденсатора 13 При этом в местном контуре из упомя - нутых параллельных сопротивлений мо- жет возникнуть феррорезонанс тока, вследствие чего скачком увеличивается напряжение на местном контуре, уменьшая ток и перенапряжения при феррорезонансе напряжений в общем контуре, состоящем из автотрансформатора 4, конденсатора 7 и дифференциального трансформатора 8 с его упомянутой нагрузкой. Таким образом, в этом режиме обеспечивается ограниче- ние значительного перенапряжения и : опасного перегрева при случайном возникновении феррорезонанса напряжений. При пониженном входном напряжении однофазной линии пуск ненагру- женного трехфазного электродвигателя через данный преобразователь целесообразно производить, выполнив следующую подготовку; переключатель 10 поставить в режим нормального входного напряжения (в другое край- неб положение по сравнению с фиг.1); переключатель 14 поставить в положение, при котором конденсатор 13 оказывается включенным между вход- ным выводом 1 и выходным выводом 11.

Первая рекомендация введена для того, чтобы большой пусковой ток в фазу А не проходил через первую первичн обмотку трансформатора 8, так как этот ток может вызвать срабатывание упомянутого реле максимального напряжения, подключенного к вторичной обмотке трансформатора 8 (не показано)

с последующим отключением автоматического выключателя на входе преобразователя. Вторая рекомендация введена для облегчения запуска электродвигателя за счет использования конденсатора 13, который можно использовать с этой же целью и при нор мальном входном напряжении, При повышенном входном напряжении уменьшить выходные трехфазные напряжения можно если с помощью переключателя 14 отключить свободный вывод конденсатора 13 и поставить переключатель 10 или как показано на-фиг. 1, или в среднее положение.

Формула изобретения

1. Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное., содержащий два входных и три выходных вывода, из которых вторые лходной и выходной выводы объединены в общий, автотрансформатор, понижающий вывод которого подключен к общему выводу, между его промежуточным выводом и первым входным выводом включена цепочка из последовательно соединенных конденсатора и первой первичной обмотки дифференциального трансформатора, а повышающий вывод автотрансформатора через вторую первичную обмотку дифференциального трансформатора соединен с третьим выходным выводом, причем параллельно вторичной обмотке дифференциального трансформатора включен резистивный элемент, отличающийся тем, что, с целью получения номинального выходного напряжения при пониженном входном напряжении, к первому входному выводу подключен свободный вывод первой первичной обмотки дифференциального трансформатора указанной цепочки и дополнительно введены два переключателя и дополнительный конденсатор, причем первая первичная обмотка дифференциального трансформатора выполнена с отпайкой, соединенной с одним из выводов первого переключателя, первый крайний вывод которого подключен к общей точке соединения конденсатора и первичной обмотки дифференциального трансформатора указанной цепочки, второй крайний вывод соединен с первым входным, а средний постоянно используемый, вывод первого переключателя соединен с первым

выходным выводом, один вывод второго пер клш ателя подключен к одному из выводов резистивного элемента, его другой вывод - к одной из обкладок дополнительного конденсатора, другая обкладка KOTOporq. соединена с другим выводом резистивного элемента.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с це- лью уменьшения энергозатрат и массо- габаритных показателей, резистивный элемент выполнен нелинейным.

0051

Q

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности запуска электродвигателя при использовании его в качестве нагрузки, один вывод вторичной обмотки дифференциального трансформатора соединен с первым входным выводом, а второй переключатель снабжен дополнительным выводом, сое- диненньм с третьим выходным выводом .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано 9о вспомогательном электрообсфудова- нии в качестве источника питания. Цель изобретения - получение номинального выходного напряжения при пониженном входном напряжении, уменьшение энергозатрат, массогабаритных показателей и повышение надежности запуска электродвигателя,при использовании его в качестве нагрузки. Дополнительно введенный конденсатор 13 с помощью переключателей 14, 10 подключается параллельно резистивному элементу 12 и вторичной обмотке диф- ференциальнрго трансформатора 8 и к фазам А, С нагрузки. Первая первичная обмотка трансформатора 8 и его вторичная обмотка подключены к входному выводу 1, Резистивньй элемент 12 вьшолнен нелинейным. При понижении входного напряжения путем переключений переключателей 10, 14 осуществляются .с помощью автотрансформатора 4 и указанных выше элементов регулирование выходного напряжения до достижения последним номинального значения с одновременным уменьшением величины емкости конденсатора 13 и исключение прохождения пускового тока в фазу А нагрузки через первую первичную обмотку трансформатора 8. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л 4аь сл ел