Устройство для нагрузки источника электрической энергии Советский патент 1990 года по МПК H02J3/06 

CPUl,1

Изобретение касается устройств преобразовательной техники, связывающих две сети переменного тока млн сети переменного и постоянного тока, и может быть ис- пользоаано при испытаниях первичных 5 тепловых двигателей, приводящих во вращение генератор переменного и постоянного тока, а также при заводских или сдаточных испытаниях автономных генерирующих устройств (например, судовых).10

Цель изобретения - уменьшение массы и стоимости устройства,

На фиг. 1 изображена предлагаемая конструкция трансформаторов с совмещённой магнитной системой; на фиг. 2 - схема 15 соЕзмещенной обмотки одного трансформатора, выполняющей роль трехфазной первичной обмотки и многофазной вторичной обмотки: на фиг,.3 - схема внешних соединений предлагаемого устройства.20

На фиг. 1 изображена конструкция трансформаторов с совмещенной магнитной системой, содержащая магнитную систему (аналогичную магнитной системе обычной заторможенной асинхронной ма- 25 шины) со статором 1, в пазах 2 которого уло- жены трехфазные первичнь| е и многофазные вторичные обмотки двух трансформаторов, причем числа пар полюсов обмоток обоих трансформаторов отли- 30 чаются друг от друга в четное число раз, число фаз вторичных обмоток является нечетным числом больше трех, а ротор 3 выполнен заторможенным, гладким, без пазов.35

На фиг, 2 изображена совмещенная обмотка 4 одного трансформатора, общее число секций которой без остатка делится на три и на число фаз вторичной обмотки, секции совмещенной обмотки 4 соединены в 40 многоугольник, имеющий через первое равное число секций трехфазные выводы первичной обмотки, а через другое равное число секций - многофазные выводы 8-16 вторичной обмотки, Число фаз вторичной 45 обмотки является нечетным и находится в пределах от 5 до 49. Очевидно, что первичную и вторичную обмотки трансформатора можно выполнить и раздельно, без электрической связи между ними,50

На фиг. 3 изображена схема внешних соединений предлагаемого устройства, содержащая трансформатор 17 с совмещенной магнитной системой (трансформатор 17 содержит трехфазные выводы 5-7 первич- 55 ной обмотки м многофазные выводы 8-16 вторичной обмотки первого трансформатора и аналогичные трехфазные выводы 18-20 первичной обмотки и многофазные выводы 21-29 вторичной второго трансформатора), источник 30 электрической .энергии переменного тока, из которого энергия может передаваться в сеть 31 переменного тока, управляемый многофазный мостовой выпрямитель 32 и многофазный мостовой ведомый сетью инвертор 33.

Трансформатор с совмещенной магнитной системой (фиг. 1 и фиг. 2) работает следующим образом.

Конструктивно совмещенная магАит- ная система трансформаторов выполнена в форме заторможенной асинхронной машины со статором 1, пазами 2 (в которых уложены первичные и вторичные обмотки первого и второго трансформаторов) и гладким без пазов неподвижным ротором 3, играющим роль магнито про вода.

Первичная и вторичная обмотки одного трансформатора уложены в одних и тех же пазах, чтобы полезно использовать часть потоков рассеяния (для увеличения магнитной связи между обмотками), а также с целью исключения возникновения электро- магнитного момента на роторе.

Ротор выполнен гладким, без пазов для упрощения технологии его изготовления.

Обмотки трансформаторов выполнены аналогично первичной обмотке асинхронной машины, причем числа пар полюсов обмоток обоих трансформаторов отличаются друг от друга в четное число раз, а число фаз вторичных обмоток является нечетным числом, большим трех. Первичная и вторичная обмотки одного трансформатора могут б ыть выполнены раздельно и совмещенными (по схеме автотрансформатора).

Отличие в четное число раз чисел пар полюсов обмоток трансформаторов позволяет использовать одну и ту же магнитную систему, что уменьшает общий вес трансформаторов. Трансформаторы в атом случае магнитно не связаны, так как на длине полюсного деления трансформатора с-меньшим числом пар полюсов укладывается четное число полуволн магнитного поля другого трансформатора, соответственно для трансформатора с большим числом пар полюсов магнитное поле другого трансформатора под северным и южным полюсами имеет одинаковый знак. В результате магнитное поле одного трансформатора не вызывает появление ЗДС в обмотках другого трансформатора.

Для дальнейшего уменьшения массы и стоимости устройства первичная и вторичная обмотки каждого трансформатора объединены в одну совмещенную обмотку 4 одного трансформатора (фиг. 2), Совмещенная обмотка 4 содержит общее число секций, которое без остатка делится на три и на

число фаз вторичной обмотки, равное та. Делается это для того.чтобы иметь возможность выполнить симметричными выводы первичной трехфазной и вторичной та фазной обмоток (т2 3). На фиг. 2 показано, что совмещенная обмотка 4 через первое равное число секций содержит трехфазные выводы 5-7 первичной обмотки, а через другое равное число секций - многофазные выводы 8-16 вторичной обмотки трансформатора. Применение совмещенных обмоток позволяет получить экономию массы медного обмоточного провода примерно на 50%.

Для совмещенной обмотки 4 трансформатора невозможно изменять коэффициент трансформации между первичной и вторичной обмотками одного трансформатора. Однако при испытании наиболее распространенного источника энергии (переменного тока) согласование напряжений возможно изменением угла отпирания ведомого сетью инвертора.

Устройство для нагрузки источника электрической энергии (фиг. 3) работает следующим образом.;

Электрическая энергия поребляется от источника 30 электрической энергии переменного тока и через выводы 8-16 первого трансформатора поступает на управляемый многофазный мостовой выпрямитель 32, который через ведомый сетью инвертор 33, второй трансформатор с многофазными выводами 21-29 и трехфазными выводами 18- 20 передает электрическую энергию в сеть 31 переменного тока.

Регулирование коэффициента мощности потребляемого от источника 30 энергии переменного тока осуществляют изменением угла отпирания тиристоров управляемого выпрямителя 32, так как коэффициент мощности выпрямителя при пренебрежении углом коммутации вентилей равен

cos 1 cos а .

Регулирование величины передаваемого тока осуществляют изменением угла отпирания тиристоров ведомого сетью инвертора 33. Схемы управления тиристорами управляемого выпрямителя и ведомого сетью инвертора являются типовыми.

В случае, ({огда источником электрической энергии является генератор постоянного тока, то первый трансформатор и управляемый выпрямитель 32 не используют. В этом случае генератор питает постоянным током ведомый сетью инвертор 33, который через второй трансформатор пере

дает электрическую энергию в сеть 31 переменного тока.

Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что первый и второй транс- 5 форматоры выполнены с совмещенной магнитной системой (фиг. 1).

Число т2 фаз вторичных обмоток трансформаторов принято нечетным числом для увеличения числа md пульсаций напряже- 10 ния цепи постоянного тока за период. При нечетном тч величина md 2m2, а при четном т2 значение md m2.

Частота гармоник выпрямленного тока равна 15 fd(K)mdfiKd,

где fi - частота питающей сети;

Kd - 1,2,3,... - порядок гармоники выпрямленного тока.

Частота гармоник потребляемого из се- 20 ти тока равна

fi(K) (Kmd ±1)fi,,

где К - 1,2,3,... - порядок гармоник потребляемого из сети переменного тока.

Например, при числе фаз вторичной.об- 25 мотки трансформатора и мостового выпрямителя (или инвертора), paвнo л т2 5, частота пульсаций цепи выпрямленного тока при fi 50 Гц равна fo(K) Kd 500 Гц,

30 а частота гармоник потребляемого из сети тока равна

fi(K) (K 500+ 50) Гц. Если принять т2 49, то соответственно fd(K) Kd 4900 Гц; f 1{к) (К . 4900 4- 35 +50) Гц.

Следовательно, диапазон изменения т2 от 5 до 49 обеспечивает практически целесообразный спектр подавления высших гармоник со стороны постоянного и пере- 0 менного токов.

Таким образом, с увеличением числа фаз вторичных обмоток (и соответственно чисел фаз мостового выпрямителя и мостового ведомого сетью инвертора) увеличива- 5 ется порядок гармоник на сторонах постоянного и переменного токов выпрямителя и ведомого сетью инвертора, что уменьшает габариты, массу и стоимость сог ответствующих фильтров. 0

Преимуществом предлагаемого устрой- . ства (по сравнению с известным, который одновременно является и базовым объектом) является уменьшение его массы и сто- 5 иМости (за счет объединения магнитных систем трансформаторов, уменьшения массы и стоимости фильтров и повышения порядка генерируемых гармоник напряжения и тока).

Формула изобретения

1. Устройство для нагрузки источника электрическо энергии, содержащее первый трансформатор с первичной трехфаз- ной обмоткой, подключенной к входным выводам переменного тока.и вторичной обмоткой, подключенной к диагоналям переменного тока мостового выпрямителя, который своими выводами постоянного то- ка подключен к выводам постоянного тока мостового инвертора, второй трансформатор с первичной трехфазной обмоткой, подключенной к выходным выводам переменного тока, и вторничной обмоткой, под- ключенной к диагоналям переменного тока мостового инвертора, отличающееся тем, что, с целью уменьшения массы и стоимости устройства, магнитная система обоих трансформаторов является совмещенной и выполнена в форме заторможенной асинхронной машины с гладким без лазов неподвижным ротором, в пазах статора которой уложены трехфазные первичные и многофазные вторичные обмотки обоих трансформаторов, причем числа пар полю- сов обмоток обоих трансформаторов отличаются друг от друга в четное число раз и число фаз вторичных обмоток является нечетным числом больше трех, первичная и вторичная обмотки каждого трансформатора выполнены совмещенными, для чегъ общее число секций совмещенной обмотки без остатка делится на три и на число фаз вторичной обмотки, секции совмещенной обмотки соединены в многоугольник, имеющий через первое равное число секций трехфазные выводы первичной обмотки и через другое равное число секций многофазные выводы вторичной обмотки трансформатора.

2. Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что число фаз вторичной обмотки находится в пределах от 5 до 49.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательным устройствам, связывающим две сети переменного тока или сети переменного и постоянного тока. Целью изобретения является уменьшение массы и стоимости устройства. Предложена конструкция трансформаторов (первый и второй) с совмещенной магнитной системой, содержащая магнитную систему, аналогичную магнитной системе обычной заторможенной асинхронной машины со статором 1, в пазах 2 которого уложены трехфазные первичные и многофазные вторичные обмотки двух трансформаторов, причем числа пар полюсов обмоток обоих трансформаторов отличаются друг от друга в четное число раз и число фаз вторичных обмоток является нечетным числом больше трех. Ротор 3 выполнен заторможенным, гладким без пазов. Электрическая энергия потребляется от источника переменного тока и через выводы первого трансформатора поступает на управляемый многофазный выпрямитель, который через инвертор, ведомый сетью, второй трансформатор передает электрическую энергию в другую сеть переменного тока. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

(OutZ

Фиг.З