ТРАНСФОРМАТОР ИНВЕРТОРА

ТРАНСФОРМАТОР ИНВЕРТОРА


RU (11) 2192065 (13) C1

(51) 7 H01F30/12, H01F30/16 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001126950/09 
(22) Дата подачи заявки: 2001.10.08 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.10.08 
(45) Опубликовано: 2002.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: БЕДФОРД Б. и др. Теория автономных инверторов. - М.: Энергия, 1969, с. 199,203. SU 57985 А, 30.09.1940. SU 146862 А, 13.04.1962. GB 2047485 А, 26.11.1980. 
(71) Заявитель(и): Военная академия ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого 
(72) Автор(ы): Кириллов Н.П.; Матвеев С.С.; Березов В.В.; Рулев А.С. 
(73) Патентообладатель(и): Военная академия ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого 
Адрес для переписки: 103074, Москва, Китайгородский пр-д, 9/5, Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого 

(54) ТРАНСФОРМАТОР ИНВЕРТОРА 

Трансформатор инвертора относится к области преобразовательной техники и может быть использован в электроприводах переменного тока. Трансформатор инвертора содержит n трехфазных первичных обмоток и составной магнитопровод, имеющий внешний сердечник, набранный из листов электротехнической стали с пазами, в которых уложены первичные обмотки по заданному правилу, и соосный ему внутренний сердечник, набранный из листов той же стали с пазами, в которых размещены витки вторичной трехфазной обмотки, выполненный по типу точных якорных обмоток с укороченным на заданную величину и заданным законом распределения числа витков в катушках катушечной группы. При наличии напряжения в первичных трехфазных обмотках в них будут протекать токи, под действием которых в составном магнитопроводе, содержащем внешний сердечник и внутренний сердечник, создается вращающееся магнитное поле, основной магнитный поток которого будет пересекать витки вторичной трехфазной обмотки и наводить ЭДС заданной величины, при этом нежелательные высшие гармоники фильтруются за счет конструкции обмотки, поэтому выходное напряжение трансформатора инвертора будет иметь квазисинусоидальную форму при рациональной массе, объеме, стоимости и потерях мощности, что является техническим результатом. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах электроснабжения различного назначения.

Известен трансформатор инвертора, состоящий из двух базовых модулей, выполненных по мостовой трехфазной схеме, при этом первичные обмотки трехфазных трансформаторов подключены к силовым трехфазным полупроводниковым коммутаторам, выходные напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на угол /6, а вторичные обмотки соединены таким образом, чтобы амплитуда любой высшей гармоники в кривой выходного напряжения не превышала 7...10% амплитуды основной гармоники [1]. Указанный трансформатор инвертора прост по конструкции, характеризуется сравнительно высокими энергетическими показателями: масса, объем, КПД, однако форма выходного напряжения инвертора при этом имеет вид ступенчатой синусоиды, что ограничивает область использования как трансформатора, так и самого инвертора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является трансформатор инвертора, содержащий четыре трехфазных трансформатора, первичные обмотки которых подключены к соответствующим трехфазным коммутаторам, выходные напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на угол /12, а вторичные обмотки соединены таким образом, чтобы амплитуда любой высшей гармоники в кривой выходного напряжения инвертора не превышала 4...5% амплитуды основной гармоники [2]. Данный трансформатор инвертора образует 24-фазную схему соединений, в выходном напряжении которой самая низшая из всех высших гармоник является двадцать третья, т.е. форма выходного напряжения инвертора является квазисинусоидальной, при этом для дальнейшего улучшения формы выходного напряжения используются фильтры [2]. Основными недостатками рассматриваемого трансформатора инвертора являются: сложность электрической схемы, большая масса составного магнитопровода, имеющего четыре отдельных трехфазных трансформатора и выходной трехфазный фильтр, а также сравнительно большие потери мощности в стали.

Задачей изобретения является создание трансформатора инвертора, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в уменьшении массы, объема и потерь в стали трансформатора инвертора при синусоидальной форме выходного напряжения.

Этот технический результат в трансформаторе инвертора, содержащем n трехфазных первичных обмоток, составной магнитопровод и трехфазную вторичную обмотку, достигается тем, что указанный магнитопровод выполнен тороидальным, имеет внешний сердечник, набранный из листов электротехнической стали с пазами, в которых уложены первичные обмотки по правилу: любая четная обмотка сдвинута относительно предшествующей нечетной обмотки на угол

= 2P/z (1)

где z=2pmq - число пазов внешнего сердечника;

р - число пар полюсов;

m - число фаз;

q - число пазов на полюс и фазу,

и соосный ему внутренний сердечник, набранный из листов той же стали с пазами, а вторичная обмотка выполнена по типу точных якорных обмоток с фазной зоной 120o, укороченным шагом y = 2/3, где - полюсное деление внутреннего сердечника и распределением числа витков в катушках катушечной группы согласно закону

Wi = W1cos(|i|+/6)/cos/6, (2)

где W1- число витков в первой катушке;

Wi - число витков в i-й катушке;

i - угол сдвига оси i-й катушки от средины фазной зоны, при этом упомянутые витки размещены в пазах внутреннего сердечника.

Сравнительный анализ показал, что заявленное изобретение отличается компактной формой составного магнитопровода (два тороидальных соосных сердечника вместо четырех П-образных сердечников) и фильтрующими свойствами вторичной обмотки, что позволяет получить требуемый технический результат.

Требуемый технический результат достигается вновь введенной совокупностью существенных признаков, которая в известной патентной и научно-технической литературе не обнаружена на дату подачи заявки, что говорит об "изобретательском уровне решения".

На фиг. 1 изображена схема трансформатора инвертора. На фиг.2 показаны векторы фазных напряжений фазы А каждой из первичных обмоток и вектор напряжения фазы А вторичной обмотки. На фиг.1 введены обозначения: 1 - первичные трехфазные обмотки при n=4, 2 - внешний сердечник, 3 - внутренний сердечник, 4 - трехфазная вторичная обмотка.

В статическом состоянии трансформатор инвертора содержит четыре трехфазных первичных обмотки 1, уложенных в пазы внешнего сердечника 2, набранного из листов электротехнической стали по правилу: любая четная обмотка сдвинута относительно предшествующей нечетной на угол, определяемый по формуле (1), и соосный ему внутренний сердечник 3, набранный из листов той же стали с пазами, в которых размещены витки вторичной трехфазной обмотки 4, выполненный по типу точных якорных обмоток с фазной зоной 120o, укороченным шагом y = 2/3, где - полюсное деление внутреннего сердечника 3 и распределением числа витков в катушках катушечной группы согласно закону, описываемому выражением (2). Внешний сердечник 2 и внутренний сердечник 3 по своей конструкции идентичны статорам прямой и обращенной формы электрических машин переменного тока, а воздушный зазор между ними постоянен и выбирается из условий тугой посадки. Предлагаемая конструкция составного магнитопровода позволяет производить электрическое и магнитное суммирование входных напряжений практически с любым числом первичных обмоток, т.е. при n=4, =15o; при n=8, =7,5o; при n= 16, =3,75o и т.д., оттуда следует, что увеличение числа первичных трехфазных обмоток 1 приводит только к росту числа пазов внешнего сердечника 2. Применение вторичной трехфазной обмотки 4, построенной по типу точных якорных обмоток, позволит получить синусоидальное напряжение в инверторе без применения фильтров. Эффект от применения описанной конструкции составного магнитопровода можно определить на основе первой теоремы подобия, по которой для схемы, показанной на фиг.1, имеет

G2/G1= V2/V1= C2/C1=P2/P1=31/431,6%,

где G2, V2, C2, P2 - масса, объем, стоимость и потери мощности при четырех трехфазных трансформаторах в инверторе;

G1, V1, C1, P1 - масса, объем, стоимость и потери мощности в предлагаемом составном магнитопроводе.

Трансформатор инвертора работает следующим образом.

При наличии напряжения в первичных трехфазных обмотках 1 по ним протекают соответствующие токи, под действием которых в сердечниках 2 и 3 создается вращающееся магнитное поле. Основной магнитный поток указанного поля пересекает витки вторичной трехфазной обмотки 4 и наводит в ней электродвижущую силу, величина которой равна

E2=4,44fW2ФK02,

где f - частота входного напряжения первичных обмоток 1;

W2 - число витков вторичной обмотки 4;

Ф - основной магнитный поток, образованный полем сердечников 2 и 3;

К02 - обмоточный коэффициент вторичной трехфазной обмотки 4, который равен для любой гармоники v



где N- число лучей звезды пазовых ЭДС;

- угол между соседними лучами;

k=l,2,...,.

При четырех первичных трехфазных обмотках 1 у трансформатора инвертора будет создана кривая выходного напряжения, в которой присутствуют 23, 25, 35 и 37 гармоники, однако наличие описанных фильтрующих свойств вторичной трехфазной обмотки 4 предопределит их нейтрализацию без фильтра, поэтому выходное напряжение трансформатора инвертора будет квазисинусоидальным в широком диапазоне изменения тока нагрузки.

Источники информации

1. Высокочастотные транзисторные преобразователи. Под ред. Э.М. Ромаша. М.: Радио и связь, 1988, с.270, рис. 7.18.

2. Б. Бедфорд, Р. Хофт. Теория автономных инверторов. М.: Энергия, 1969, с. 199, рис. 6.18 и рис. 6.22, с. 203)и 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Трансформатор инвертора, содержащий п трехфазных первичных обмоток, составной магнитопровод и трехфазную вторичную обмотку, отличающийся тем, что указанный магнитопровод выполнен тороидальным, имеющим внешний сердечник, набранный из листов электротехнической стали с пазами, в которых уложены первичные обмотки по правилу: любая четная первичная обмотка сдвинута относительно предшествующей нечетной обмотки на угол = 2P/z, где z = 2pmq - число пазов внешнего сердечника; р - число пар полюсов; m - число фаз; q - число пазов внешнего сердечника, на полюс и фазу, и соосный ему внутренний сердечник, набранный из листов той же стали с пазами, а вторичная обмотка выполнена по типу якорных обмоток с фазной зоной 120o, укороченным шагом y = 2/3, где - полюсное деление внутреннего сердечника, и распределением числа витков в катушках катушечной группы согласно закону

Wi = W1cos(|i|+/6)/cos/6,

где W1 - число витков в первой катушке;

Wi - число витков в i-ой катушке;

i - угол сдвига оси i-ой катушки от середины фазной зоны,

при этом указанные витки размещены в пазах внутреннего сердечника.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru