Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное

(51)4 Н 02 М 5/1 ТЕНИ ПИСАНИ егунов еоб о огофа 95. СССР 1981ГОсудАРстВенный НОмитетГю изОБРетениям и ОтнРытиямПРИ ГННТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(56) Адаменко А.И. и,др. Прванне однофазного тока в.мнный, Киев: Техника, 1971, сАвторское свидетельствоУ 115178, кл, Н 02 И 5/14,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГОНАПРЯЖЕНИЯ В ТР 1 йФАЗНОЕ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использованово вспомогательном электрооборудовании в качестве источника питания.Цель изобретения " получение номинального выходного напряжения при по"ниженном входном напряжении, уменьшение энергозатрат, массогабаритныхпоказателей и повышение надежностизапуска электродвигателя,при исполь,80145005 зовании его в качестве нагрузки. До"полнительно введенный конденсатор 13с помощью переключателей 14, 10 под"ключается параллельно резистнвномуэлементу 12 и вторичной обмотке дифференциальнрго трансформатора 8 икфазам А, С нагрузки. Первая первичная обмотка трансформатора 8 и еговторичная обмотка подключены к входному выводу 1. Резистивный элемент12 выполнен нелинейным. При понижении входного напряжения путем переключений переключателей 10, 14 осуществляются.с помощью автотрансформатора 4 и указанных выше элементоврегулирование выходного напряжениядо достижения последним номинальногозначения с одновременным уменьшениемвеличины емкости конденсатора 13 иисключение прохождения пускового тока в фазу А нагрузки через первуюпервичную обмотку трансформатора 8,2 з,п. фф-лы, 2 ил,Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано например, 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, массогабаритных показателей и повьппение надежности запуска электродвигателя при использовании его в качестве нагрузки. 15На Фиг. 1 дана принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - векторная диаграмма напряжений и токов при пониженном входном напряжении. 2 О Преобразователь (фиг, 1) содержит входные выводы 1 и 2, из которых второй входной вывод .2 является общим с вторым выходным выводом 3. Ав тотрансформатор 4, подсоединенный своим понижающим выводом к выводу 3, имеет промежуточный вывод 5 и повьппающий вывод 6. Между выводом 5 анто- трансформатора и первым входным выводом 1 включена цепочка из последовательно соединенных 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. Повьппающий 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 дополнительный конденсатор 13 через второй (режимный) переключатель 14, причем общая точка соединения резистора 12 и конденсатора 13 подключена к входному выводу .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 подключенв фазы В, А, С нагрузки 15. Преобразователь работает следующим 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 (межцу 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 5-107. от номинального тока. Поэтому в нормальном режиме напряжение на вторичной обмотке дифференциального трансформатора близко к нулю. Преобразователь обеспечивает получение трехфазного симметричного тока в чагрузке (электродвигателе) только при одном выбранном значении нагрузки. Когда напряжение на автотрансформаторе 4 повьппается сверх номинального, то из-за насыщения магнитопровода ток намагничивания интенсивно нелинейно возрастает. При этом в дифференциальном трансформаторе 8 соответственно возрастают некомпенсированные ампервитки, повышается напряжение на вторичной обмотке, а также ток через резистор 12. Из-эа протекания повышенного тока через резистор 12 сдерживается повышение тока в первичной цепи и уменьшается повышение напряжения на автотрансформаторе 4, При случайном отключении нагрузки 15 от преобразователя дифференциальный трансформатор 8 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, отключает14500 автоматический выключатель на входе преобраз ователя.Когда переключатели 1 О и 14 находятся в положениях, показанных на Фиг. 1, то преобразователь при по 5 ниженном входном напряжении обеспечивает номинальные выходные напряжения. Для этих условий на фиг. 2 показана векторная диаграмма в предположении, что угол нагрузки Ц при котором линейные трехфазные токи электродвигателя, используемого в качестве нагрузки, симметричны, равен 30 , приа чем вектора токов отстают по Фазе от векторов напряжений Уд 0, У Вц, Бд, между соответствующим выводом электродвигателя и условной нейтральной точкой О в центре треугольника векторов напряжений О В ВО всО с 420На 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 ЗО пишется первым)Ток 1 , проходящий через конденсатор 7, опережает на 90 напряжение 0 л 5 на этом конденсаторе. Ток 1 6 от вывода 6 автотрансформатора 4 в фазу С нагрузки (электродвигателя) 15 связан с током 1 сле 2 дующим уравнением ампервитков: Чтобы обеспечение этой Функции пооисходило при относительно малом модуле напряжения Цна первой первичной обмотке трансформатора 8, возможны два приема: резистор 12 выполнить нелинейным, например, путем подключечия параллельно ему варистора, у которого с увеличением напряжения сопротивление уменьшается; у трансформатора 8 суммарное число первичных дифференциальных ампервитков АИВ выбрать немного отличающимся от нуля, соблюдая следующее неравенство: где У 5, И 56 - витки между выводами5 и 3 соответственновыводами 3 и 6 антотрансформатора;АМ - ампервитки намагничи 45вания автотрансформатора 4, которые в условиях нагрузки оченьмалые и потому приблизительно равны нулю,Поскольку на схеме Фиг, 1 в авто- трансформаторе 4 токи 17 и 1 6 направлены противоположно, то на векторной диаграмме Фиг. 2 они совпадают по фазе, Обходя контур вывод 1 - первая55 первичная обмотка трансформатора 8 - конденсатор 7 - автотрансформатор 4 - вывод 2 - источник питания - вывод 1,получим следующие уравнения для напряжений и токов (фиг. 1). 1 д А 5 52 11Яо 4 т 6 В 6 )-В1 МВ, - 1 И = АИВ,где ЧВ УВ, - число витков первой исоответственно второйпервичных обмоток трансформатора 8;АМ ВВ - суммарное число первичных дифференциальныхампервитков у трансформатора 8 (без учетареактивного тока 1 р);Е - приведенное к виткамМВ, сопротивление всехцепей трансформатора 8(резистор 12, конденсатор 13 и цепи намагничивания этого трансФорматора),Предположим, что для дифференциального трансформатора 8 выполненоидеальное условие АИ В = О. В такихусловиях напряжение П,д зависит лишьот тока 1 А. Если емкость конденсатора13 выбрана так, что сопротивлениеконденсатора приблизительно в трираза меньше, чем сопротивление резистора 12, а ток намагничивания трансФорматора 8 относительно мал, тополучим векторную диаграмму на фиг.2,из которой видно, что каждый из равных модулей выходных напряжений 0 рВ,Б, 0больше, чем модуль входногонапряжения О, . Таким образом, преобразователь обеспечивает нормальнуюработу электродвигателя при пониженном напряжении на входе преобразователя.15111 ф 671.рЧ,(в 14500 З 1 6 Как видно из фиг. 2, векторная сумма токов 1, и 1, проходящих через первую первичную обмотку трансформатора 8 в режиме пониженного напряжения на входе преобразователя, оказывается меньше, чем один ток 17 ф протекающий через ту же обмотку в 10 режиме нормального напряжения на вхо-де преобразователя (переключатель 10 , на фиг. 1 в другом положении).Если в режиме пониженного напряжения на входе преобразователя про" 15изойдет на его выходе случайное от ключение электродвигателя, то дифференциальный трансформатор вводит в первичную цепь не только приведен ное к первичным виткам сопротивление 20резистора 12 и собственное сопротивление намагничивания, но еще параллельное сопротивление конденсатора 13. При этом в местном контуре иэ упомянутых параллельных сопротивлений может возникнуть феррорезонанс тока, вследствие чего скачком увеличивается напряжение на местном контуре, уменьшая ток и перенапряжения при феррореэонансе напряжений в общем ЗО контуре, состоящем из автотрансформатора 4, конденсатора 7 и дифференциального трансформатора 8 с его упомянутой нагрузкой. Таким образом, в этом режиме обеспечивается ограничение значительного перенапряжения и :опасного перегрева при случайном возникновении феррорезонанса напряжений. При пониженном входном напряжении однофазной линии пуск ненагру женного трехфазного электродвигателя через данный преобразователь целесообразйо производить, выполнив следующую подготовку: переключатель10 поставить в режим нормального 4 Б входного напряжения (в другое крайнее положение по сравнению с Фиг.1); переключатель 14 поставить в положение, при котором конденсатор 13оказывается включенным между входным выводом 1 и выходным выводом 11.Первая рекомендация введена длятого, чтобы большой пусковой ток в фазу А не проходил через первую первичнуюобмотку 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 рекомендациявведена для облегчения запуска электродвигателя за счет использованияконденсатора 13, который можно использовать с этой же целью и при нормальном входном напряжении. При повышенном входном напряжении уменьшитьвыходные трехфазные напряжения можно,если с помощью переключателя 14 отключить свободный вывод конденсатора13 и поставить переключатель 10 иликак показано на фиг. 1, или в среднее положениеФормула изобретения 1. Преобразователь однофазного нап" ряжения в трехфазное.,содержащий два входных и три выходных вывода, из которых вторые входной 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 повьшающий вывод автотрансформатора чер е з вторую первичную обмо тку дифференциального трансформатора соединен с третьим выходным выводом, причем параллельно вторичной обмотке дифференциального трансформатора включен реэистивный элемент, о т л и ч а ю щ и й с я 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 среднйй, постоянно используемый, вывод первого переключателя соединен с пер вым50051 Составитель Л. УстинкинаТехред М.Дидык Корректор А, Обруча Редактор орович Заказ 6972/51 Тираж ббВБИЛИ Государственного комитета113035, Москва, Ж одписное открытиям при Г д. 4/5 по изобретениям -35, Раушская н оизеодственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 выходным выводом, один вывод второго пер клнйателя подключен к одному из выводов резистивного элемента, его другой вывод - к одной из обкладок дополнительного конденсатора, другая обкладка которого, соединена с другим выводом резистивного элемента.2. Преобразователь по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения энергозатрат и массо- габаритных показателей, резистивный элемент выполнен нелинейным,83. Преобразователь по пл. 1 и 2,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения надежности запуска 5электродвигателя при использованииего в качестве нагрузки, один выводвторичной обмотки дифференциальноготрансформатора соединен с первым входным выводом, а второй переключательснабжен дополнительным выводом, соединенным с третьим выходным выводом.