ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ Советский патент 1968 года по МПК H02M5/14 

Известен преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, выполненный на основе трансформатора со средней точкой, подключенной к одной из фаз нагрузки через конденсатор.

Особенность предлагаемого преобразователя заключается в том, что последовательно с конденсатором со стороны нагрузки подсоединен симметричный тиристор, а точка их соединения подключена через дополнительные симметричные тиристоры к питающей сети.

Такое выполнение преобразователя позволяет улучшить симметрию выходных токов и напряжений.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема описываемого преобразователя: на фиг. 2 - кривые на отдельных элементах преобразователя и на зажимах нагрузки при работе устройства в качестве преобразователя однофазного напряжения в трехфазное напряжение; на фиг. 3 - кривые напряжений и токов при работе преобразователя в режиме симметрирующего устройства.

Преобразователь в режиме расщепителя работает следующим образом. К однофазной сети АВ подключен однофазный трансформатор 1, к средней точке которого присоединяется конденсатор 2, заряжаемый от обмотки трансформатора путем открытия симметричных вентилей 3 или 4 в момент времени t₁ (фиг. 2).

Максимальное напряжение, до которого заряжается конденсатор 2, определяется числом витков обмотки 5, ее индуктивностью и индуктивностью дросселя 6, углом открытия вентиля 3 (α₁) относительно момента прохождения сетевого напряжения через «0». В момент прохождения зарядного тока через «0» вследствие того, что конденсатор 2 зарядился, вентиль 3 выключается. В момент времени t₂ открывается вентиль 7, и конденсатор 2 оказывается подключенным к третьему выводу трехфазной нагрузки, к которой приложено напряжение конденсатора 2, U_ст которого при бесконечно большой емкости конденсатора относительно нагрузки имеет прямоугольную форму, а в действительности при индуктивном характере нагрузки ограничено сверху кривой, близкой к косинусоиде (фиг. 2, а). Выходное напряжение U_oc≈U_ст·cosω(t-t₂) в интервале t₂≤t≤π+t₁, где ω - определяется L и K нагрузки и емкостью конденсатора 2.

Дроссель 6 необходим только лишь для снижения в момент включения вентиля 3 до безопасной для его целостности величины. С увеличением нагрузки на выходе устройства (L и R нагрузки уменьшается) уменьшается ω. Для сохранения величины амплитуды первой гармонической выходного напряжения U_ос необходимо увеличивать α₁ и сокращать угол α₂ в пределе до величины α₂-α₁≥α₀ угла, определяемого временем, необходимым для перезаряда конденсатора 2 Выключение вентиля 3 перед включением вентиля 7 не обязательно, так как вентиль 3 всегда выключится сам за счет отставания напряжения на конденсаторе 2 от напряжения сети.

Путем сложения мгновенных значений напряжений получаем U_АО+U_ОС=U_АС U_ОВ+U_ОС=U_ВС (фиг. 2, б, в).

Таким образом, для поддержания симметрии первых гармонических выходных трехфазных напряжений при изменении трехфазной нагрузки нужно изменять угол включения управляемых вентилей 7 и 3, что может быть достигнуто использованием известных схем включения и управления вентилями.

Для реверсивных схем расщепителей должен быть предусмотрен вентиль 4. В этом случае реверсирование питающегося от устройства привода на асинхронных двигателях осуществляется переключением в цепи управления вентилями 3 и 4 так, что в те же моменты α₁+πn включается вместо вентиля 3 вентиль 4 и напряжение на конденсаторе, равное по модулю отмеченным ранее значениям, меняет свой знак на обратный. Вследствие этого напряжение U_АС будет равно по форме, но обратно по знаку напряжению U_СВ, a U_СВ равно U_АС′, что соответствует обратному следованию фаз.

Если надобность в реверсивном преобразователе отпадает, то вентиль 4 и обмотка 8 не нужны, и в преобразователе используются только два симметричных управляемых вентиля 3 и 7.

Работа преобразователя в качестве симметрирующего устройства происходит также при поочередном открытии вентилей 3 и 7. В этом случае питание к преобразователю подводится от трехфазной сети на клеммы А, В, С, а к клеммам А и В подключается однофазная нагрузка. В этом случае между точками О и С прикладывается напряжение U_ОС, сдвинутое относительно фазы АВ на угол 90° эл. Открывая вентиль 7 в моменты можно зарядить конденсатор 2 до амплитудного значения или более напряжения U_ОС. Путем открытия вентиля 3 (или 7, но в этом случае необходимо, чтобы напряжение на однофазной нагрузке отставало, а не опережало напряжение U_ОС) в момент конденсатор 2 разряжается на нагрузку и однофазную сеть через однофазный трансформатор 1. Соблюдая определенное чередование фаз при включении устройства необходимость в вентиле 4 отпадает. Кривая однофазного напряжения, напряжения на конденсаторе 2 и моменты разряда конденсатора 2 на нагруженную фазу показаны на фиг. 3. Конденсатор 2 подключается к обмотке 5 трансформатора 1, полярность напряжения на которой совпадает с полярностью подключаемого конца конденсатора 2, а мгновенное значение напряжения ниже, чем напряжение на конденсаторе 2. Конденсатор 2 разряжается на трансформатор 1, а через него на нагрузку и фазную обмотку генератора, разгружая тем самым нагруженную однофазной нагрузкой фазу (фиг. 3, б). Так как для зарядки конденсатора 2 использовалась энергия напряжения, сдвинутого на 90° эл. относительно напряжения нагруженной фазы, то, таким образом, выравнивается загрузка трехфазной сети при питании от нее однофазной нагрузки. Это перераспределение нагрузки по фазам, как легко заметить, регулируется путем изменения моментов подачи отпирающих импульсов на вентили 3 и 7 и может быть доведено до равенства действующих значений токов по фазам. При использовании известных схем управления вентилями оно может осуществляться автоматически, поддерживая равенство эффективных значений токов с любой необходимой точностью.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, выполненный на основе трансформатора со средней точкой, подключенной к одной из фаз нагрузки через конденсатор, отличающийся тем, что, с целью улучшения симметрии выходных токов и напряжений, последовательно с указанным конденсаторам со стороны нагрузки подсоединен симметричный тиристор, а точка их соединения подключена через дополнительные симметричные тиристоры к питающей сети.