Трансформаторный преобразователь числа фаз с вращающимся магнитным полем Советский патент 1980 года по МПК H02K47/30 H02M5/32 

1

Изобретение относится к области электрификации сельского хозяйства, железнодорожного транспорта и других отраслей народного хозяйства. Оно предназначено для симметрирования однофазных нагрузок (сварочные тран-; сформаторы, индукционные печи, коммунально-бытовая нагрузка и др.) и для питания трехфазных электродвигателей и других электроустановок от однофазных электрических сетей при работе в -режиме преобразования однофазного тока в трехфазный.

Известны преобразователи числа фаз с вращающимся магнитным полем, выполненные в трехфазных синхронных генераторов, приводимых во вра1чение от посторонних электродвигателей, концы двух фаз обмото : статоров которых соединены в общую , к образовавшимся таким образом двум зажимам обмоток статора подключен однофазный источник напряжения (однофазная нагрузка) , а. к йачалам трех фаз этих обмоток подсоединена трехфазная нагрузка (трехфазный иctoчник напряжения), используемые в различных областях электротехники 1.

Известны также трансформаторные преобразователи числа фаз с вращающимся магнитным полем, выполненные в виде асинхронного двигателя с

5 заторможенным ротором .

Для поддержания симметрии токов в трехфазной цепи при изменении величины нагрузки и ее коэффициента мощности, в этих преобразователях

10 необходимо изменять угол поворота обмотки ротора относительно обмотки статора или изменять величину емкости и индуктивности, включенных в цепь обмотки ротора при неподвиж 5 ном роторе. Симметрирование токов трехфазной цепи изменением угла поворота ротора значительно усложняет конструкцию преобразователя при автоматизации процесса симметрирова2Й ния, не позволяет существенно умень шить воздушный зазор и улучшить его технико-экономические показатели. Симметрирование же токов трехфазной цепи путем применения регулируемых

25 конденсаторных батарей и дросселей приводит к значительному увеличению суг-адарной установленной мощности преобразователя.

Целью настоящего изобретения яв30 ляетс упрощение конструкции п еобразователя и повышение надежности его работы.

Указанная цель достигается тем, что в известном трансформаторном ирГеобразователе числа фаз с вращающимся магнитным полем, выполненном. . в виде трехфазного асинхронного днигатёля с фазным заторможенным ротором, к выходным зажимам обмоток статора которого включена нагрузка, а вхрдные зажимы обмоток статора.и ротора подключены к сети, для автома-

тического симметрирования однофазной нагрузки (однофазного источника напряжения) последовательно с обмоткой ротора включен управляемый

выпрямитель-инвертор,15

На фиг.1 изобра ена схема трансформаторного преобразователя трехфазного тока в однофазный; на фиг.2схема преобразователя однофазного „ тока в трехфазный; на фиг.З - зависи- мости величины напряжения и его на- чальной фазы, подводимого к обмоткам ротора, от тока нагрузки для схемы. -

Трансформаторный преобразователь 25 числа фаз с вращающимся магнитным полем (фиг.1 и фиг.2) содержит статор с трехфазной обмоткой 1, к концам которой подключена нагрузка 2, и ротор с трехфазной обмоткой 3. Об- 30 мотка ротора, соединенная звездой. Подключается через выпрямитель 4 и инвертор.5 к трехфазной (фиг.1) или однофазной (фиг.2) сети. Начала обмотки статора подключаются к сети. 35

Преобразователь трехфазного тока в однофазный (фиг.1) работает в режиме симмётрирующего устройства следующим образом. К началам А,В,С, i обмотки статора 1 подводится от сети 40 трехфазная система напряжений, например , прямой последовательности. К обмотке ротора 3 подводится от инвертора 5 система напряжений обратной последовательности. Вращаю-, 45 щимсЯ магнитным Полем ротора индуктируется в обмотке статора ЭДС по величине равной фазному напряжению сети. При этом на концах обмотки статора ,,2 создается одно- 50 фазное напряжение, равное устроенному значению фазного напряжения сети. Если же обмотку фазы А статора включить наоборот, т.е. так, чтобы зажимы поменялись местами, то однофазное напряжение по величине будет равно фазному напряжению сети .

Для поддержании симметрии системы токов в трехфазной сети при -Изменении величины и характера однофаз- . (О ной нагрузки с помощью управляемого выпрямителя-инвертора автоматически регулируется фаза Чр и величина на прягКения р на зажимах обмотки ротора. Характер изменения Нр и Up от то- 65

ка нагрузки JH при cos-p 1,6 и 0,866 редставлен на графике (фиг.З).

Принцип работы преобразователя однофазного тока в трехфазный (фиг.2) заключается в следующем. Известно, что однофазное напряжение и можно представить в виде суммы симметричнцх составляющих напряжений прямой 0, и обратной uj последовательностей) каждая из которых по величине равна 1/3 от U .. Если вращающимся магнитным полем ротора скомпенсировать codтaвляюIДyю напр яжения, например, обратной последова тельности, то на зажимах А,В,С, обмотки статора образуется симметричная трехфазная система напряжений прямой последовательности.

Для автоматического поддержания симметрии напряжений на выходе преобразователя с изменением однофазного напряжения и и Создания трехфазной системы напряжений на зажимах обмотки ротора служит управляемый выпрямитель-инвертор. В схеме (фиг.2) с помощью выпрямителя-инвертора регyлиpVeтcя напряжение на зажимах обмотки ротора Цр только по величине ри неизменной его начальной фазе Ч .

Мощность из сети к нагрузке переается только электрическим путем, т.е. через статор. Поэтому мощность ротора, определяемая токами намагничивания и потерями в нем, незначительна - не превышает 10% от номинальной мощности преобразователя. В связи с этим мощность выпрямителя-инвертора тоже мала, и поэтому искаженный характер кривых токов в цепи ротора не оказывает существенного влияния на сеть. В этом одно из преимуществ трансформаторного преобразователя перед тиристорными реобразователями числа фаз.

Применение управляемого выпрямителя-инвертора в трансформаторном преобразователе числа фаз с вращащимся магнитным полем для автоматического регулирования величины напряжения и его ф«зы на зажимах , обмотки ротора, по мощности не превышающей 10% от номинальной Мощности преобразователя, позволяет упростить конструкцию и повысить надежность работы преобразователя, так как в этом случае исключается необходимость поворота ротора при регулировании симметрии, токов трехфазной сети, в этом преобразователе не требуются регулируемые симметрирующие элементы - конденсаторная батарея и дроссель, что позволяет уменьшить габариты, массу и стоимость преобразователя.

В связи с тем, что в преобразователе отпадает необходимость поворора ротора, воздушный зазор в нем может быть выполнен минимальв1ым, а

это приведет к снижению реактивной мощности намагничивания и рассеяния и повышению коэффициента мощности и КПД преобразователя.

Формула изобретения

Трансформаторный преобразователь числа фаз с вращающимся магнитным полем, выполненный, в виде трехфазного асинхронного двигателя с фазным заторможенным ротором, к выходным зажимам обмоток статора которого включена нагрузка, а входные зажимы

обмоток статора и ротора подключены к сети, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции преобразователя и повьшения надежности его работы, последовательно с обмоткой ротора включен управляемый выпрямитель-инвертор.

Источники информации, принятые во йнимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 280633, кл. Н 02 М 5/аО, 1969.,

2.Милях А. Н, и др. Схемы симметрирования однофазных перегрузок в трехфазных цепях. Киев. Наукова думка, 1973, с. 125-130.

f a

и

ts

Iff

n

itgгв19

17

9ui.s