ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТРЕХ- И ОДНОФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ (ВАРИАНТЫ)

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТРЕХ- И ОДНОФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ (ВАРИАНТЫ)


RU (11) 2333563 (13) C1

(51) МПК
H01F 30/14 (2006.01)
H02M 5/14 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - действует 

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2007104522/09 
(22) Дата подачи заявки: 2007.02.07 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2007.02.07 
(45) Опубликовано: 2008.09.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2292625 C1, 27.01.2007. RU 2280911 C1, 10.03.2006. RU 2255411 C1, 27.06.2005. RU 2047262 С1, 27.10.1995. RU 2131639 C1, 10.06.1999. RU 2081498 C1, 10.06.1997. RU 2122255 C1, 20.11.1998. RU 2124245 C1, 27.12.1998. RU 2192088 С1, 27.10.2002. SU 335772 А, 25.05.1972. SU 89488 А, 19.08.1959. US 3527995 А, 08.09.1970. FR 2648612 А, 21.12.1990. 
(72) Автор(ы): Ермилов Михаил Александрович (RU); Куприянович Юрий Михайлович (RU); Ермилов Федор Михайлович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Ермилов Михаил Александрович (RU); Куприянович Юрий Михайлович (RU); Ермилов Федор Михайлович (RU) 
Адрес для переписки: 109652, Москва, ул. Люблинская, 171, кв.164, М.А. Ермилову 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТРЕХ- И ОДНОФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ (ВАРИАНТЫ)Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и предназначено для преобразования электрической энергии трех- и однофазных напряжений и токов. Технический результат состоит в повышении мощности при работе от трехфазной первичной сети с симметричной нагрузкой последней, расширении функциональных возможностей за счет увеличения вариантов конструктивных решений схем электропитания однофазных потребителей, а также симметричного электропитания трехфазных потребителей от однофазной первичной сети. Варианты устройств для преобразования электрической энергии обеспечивают сопряжение режимов работы трехфазных сетей и однофазных потребителей, при которых достаточно полно выполняются требования симметрии трехфазных напряжений и токов. Благодаря линейности характеристик входящих в состав преобразователей элементов, предлагаемым принципиальным электрическим схемам, составу элементов устройства и соотношению параметров элементов повышается качество электроэнергии в электрических сетях и у потребителей, то есть достигается нормативно необходимая электромагнитная совместимость источников и приемников электроэнергии между собой. Варианты устройств для обратимого преобразования электрической энергии трехфазных и однофазных напряжений и токов включают в себя однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов - емкостей и индуктивностей, и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы преобразователя. Контроль симметричного режима работы преобразователя и управление реактивными балластными элементами осуществляется измерением амплитуд однофазных токов и напряжений и угла сдвига фаз между ними и в зависимости от величины и знака отклонения измеренных величин воздействия на параметры реактивных балластных элементов. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 17 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и предназначено для взаимного обратимого преобразования электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные.

Цель изобретения - создание преобразовательных устройств для электропитания однофазных потребителей значительной мощности от трехфазной первичной сети с симметричной нагрузкой последней, расширение функциональных возможностей и вариантов конструктивных решений схем электропитания однофазных потребителей, а также создание преобразовательных устройств для симметричного электропитания трехфазных потребителей от однофазной первичной сети.

Известны трансформаторные преобразователи электрической энергии трехфазных синусоидальных напряжений и токов в двухфазные, содержащие пространственный трехстержневой магнитопровод с расположенными на нем трехфазной входной и двухфазной выходной обмотками [1], [2], [3].

Известны также трансформаторные преобразователи, осуществляющие взаимное обратимое преобразование электрической энергии трехфазных и однофазных синусоидальных напряжений и токов [4], в которых процесс преобразования происходит в два этапа: сначала трех- или однофазные напряжения и токи преобразуются в симметричную систему двухфазных напряжений и токов, одинаковых по модулю и сдвинутых по фазе на четверть периода, а затем последние преобразуются соответственно в однофазную, либо в трехфазную симметричную систему напряжений и токов, одинаковых по модулю и сдвинутых по фазе на треть периода.

Предлагаемое в качестве изобретения устройство для преобразования электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные обеспечивает сопряжение режимов работы трехфазной сети и однофазных потребителей, либо однофазной сети и трехфазных потребителей, при котором достаточно полно выполняются, прежде всего, требования симметрии трехфазных напряжений и токов. Благодаря линейности характеристик входящих в состав преобразователей элементов обеспечиваются высокие показатели качества электроэнергии в электрических сетях и у потребителей как однофазных, так и трехфазных напряжений и токов, то есть достигается нормативно необходимая электромагнитная совместимость источников и приемников электроэнергии между собой (например, требования ГОСТ 13109-97).

Это достигается благодаря предлагаемым принципиальным электрическим схемам, составу элементов устройства и соотношению их параметров.

Предлагаемое устройство для обратимого преобразования электрической энергии трехфазных и однофазный напряжений и токов включает в себя, в общем случае, однофазный трансформатор (или автотрансформатор), трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов (емкостей и индуктивностей) и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы преобразователя.

Функциональная блок-схема преобразователя приведена на фиг.1.

Главными функциональными элементами блок-схемы фиг.1 являются трехфазный 7 либо однофазный 2 источник электрической энергии, соответственно однофазный 8 либо трехфазный 1 приемник электрической энергии, блок 4 балластных «С»-элементов (конденсаторов), блок 3 балластных «L,С»-элементов (дросселей и конденсаторов) и блок 15 управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы преобразователя. Вспомогательными функциональными элементами блок-схемы фиг.1 являются трехфазный 6 и однофазный 5 трансформаторы. Блок 15 управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы преобразователя, в свою очередь, содержит внутри себя амплитудный детектор 9, фазовый дискриминатор 10, контроллер 11, исполнительное устройство 12, и датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения 13 и тока 14.

Блоки 3 и 4 балластных элементов совместно с источниками 2 или 7 и приемниками 1 или 8 образуют трехфазную электрическую цепь, соединенную «звездой» либо «треугольником». При этом, в общем случае, с целью дополнительного преобразования напряжения трехфазные приемник 1 либо источник 7 могут присоединяться к трехфазной цепи через трехфазный трансформатор 6, а однофазные приемник 8 либо источник 2 - через однофазный трансформатор 5. Электрические схемы функциональных элементов показаны на фиг.2:12.

Основой рабочего процесса преобразователя является процесс обмена электрической энергией между трех- или однофазным источником, с одной стороны, и одно- или трехфазным приемником, с другой. Один полный цикл преобразования происходит в течение одного периода напряжения. За это время электрическая энергия источника частично передается непосредственно приемнику и частично балластным реактивным элементам, запасается в последних в форме энергии электрического поля в конденсаторах и магнитного поля в индуктивностях и затем возвращается приемнику и источнику. Коэффициент полезного действия преобразователя, в основном, зависит от добротности балластных реактивных элементов и для практических значений добротности, превышающих десять, близок к единице.

Наиболее важной практической ценностью предлагаемого изобретения являются соотношения между величинами основных параметров приемника, источника и балластных реактивных элементов преобразователя, при которых выполняются требования симметрии трехфазных напряжений и токов. В предлагаемых далее устройствах преобразователей эти соотношения используются в основе алгоритмов управления реактивными балластными элементами и контроля симметричного режима работы преобразователя.

Особенности рабочего процесса в преобразователе зависят от его назначения и схемы соединения трехфазной цепи. Настоящее изобретение распространяется на четыре варианта технической реализации устройства преобразователя:

1) преобразователь трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью;

2) преобразователь однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью;

3) преобразователь трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «треугольником»;

4) преобразователь однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «треугольником».

Принципиальная электрическая схема преобразователя трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью приведена на фиг.13.

Из схемы фиг.13 следует, что преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные содержит, в общем случае, однофазный трансформатор 5 (или автотрансформатор), трехфазный трансформатор 6, два блока 3 и 4 балластных реактивных элементов (емкостей и индуктивностей). При этом первичная обмотка однофазного трансформатора 5 и оба блока 3 и 4 балластных реактивных элементов соединены между собой «звездой» с изолированной нейтралью и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному источнику, а вторичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному приемнику.

Схеме фиг.13 соответствует векторная диаграмма токов и напряжений, приведенная на фиг.14.

С учетом обозначений на схемах фиг.2, 3, 5, 11, 13 и векторной диаграмме фиг.14 условия симметрии фазных напряжений U Ф=UAN=BNe j120°=UCNe-j120° и токов IФ=IA=I вej120°=IC e-j120° трехфазного источника будут определяться уравнениями: UAn-U Bn=Zoej oIA-jXBn IB=UAN-U BN= 3UФеj30° и

UBn-UCn=jX BnIB-jXCnI C=UBN-UCN=-j 3UФ,

из которых следуют соотношения, определяющие закон управления реактивными сопротивлениями Х Bn и ХCn балластных элементов преобразователя в зависимости от изменения сопротивления Zo =Zoej o=UAn/IA =Ro+jXo однофазного приемника и его характера cos o=Ro/Z o:

ХBn=ko 2(Хо+R o/ 3)=ko 2Z o(sin o+(cos o)/ 3)=(2/ 3)kT 2Z ocos( o-60°) и

X Cn=ko 2(X o-Ro/ 3)=ko 2Z o(sin o-(cos о)/ 3)=-(2/ 3)kT 2Z ocos( o+60°);

здесь k o - коэффициент трансформации однофазного трансформатора.

Таким образом блок управления и контроля в зависимости от полного сопротивления Zo однофазного приемника и его характера cos o изменяет реактивные сопротивления балластных элементов так, что величины этих сопротивлений для первого ХBn и второго Х Cn балластного элемента равны соответственно сумме и разности приведенных к первичной обмотке однофазного трансформатора (умноженных на квадрат его коэффициента трансформации ko 2) реактивного сопротивления Х о однофазного приемника и активного сопротивления R o однофазного приемника, деленного на 3.

Принципиальная электрическая схема преобразователя однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью приведена на фиг.15. Из схемы фиг.15 следует, что преобразователь электрической энергии однофазных напряжений и токов в трехфазные, содержит, в общем случае, однофазный трансформатор 5 (или автотрансформатор), трехфазный трансформатор 6, два блока 3 и 4 балластных реактивных элементов (емкостей и индуктивностей). При этом вторичная обмотка однофазного трансформатора 5 и оба блока 3 и 4 балластных реактивных элементов соединены между собой «звездой» с изолированной нейтралью и через трехфазный трансформатор 6 присоединены к трехфазному приемнику 1, а первичная обмотка однофазного трансформатора 5 присоединена к однофазному источнику 2.

Схеме фиг.15 соответствует векторная диаграмма токов и напряжений, приведенная на фиг.14.

С учетом обозначений на схемах фиг.5, 6, 8, 9, 15 и векторной диаграмме фиг.14 условия симметрии фазных напряжений UФ =UAN=BNe j120°=UCNe-j120° и токов IФ=IA=I вej120°=IC e-j120° трехфазного приемника будут определяться уравнением: UBn-U Cn=jXBnIB-jX CnIC=UBN-U CN=-j 3UФ=-j 3Z IФ, из которого следуют соотношения, определяющие закон управления реактивными сопротивлениями Х Bn и ХCn балластных элементов преобразователя в зависимости от изменения сопротивления фазы трехфазного приемника и его характера cos T:

ХBn =kT 2(X +R 3)=kT 2Z (sin T+ 3cos T)=2kT 2Z cos( T-30°) и

X Cn=kT 2(X -R 3)=kT 2Z (sin T- 3cos T)=-2kT 2Z cos( T+30°).

здесь Z =3Z - полное сопротивление (импеданс) фазы трехфазного приемника, соединенного «звездой » или «треугольником »,

а kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора.

Таким образом блок управления и контроля в зависимости от полного сопротивления Z фазы трехфазного приемника и его характера cos T изменяет реактивные сопротивления балластных элементов так, что величины этих сопротивлений для первого ХBn и второго Х Cn балластного элементов равны соответственно сумме и разности приведенных к первичной обмотке трехфазного трансформатора (умноженных на квадрат его коэффициента трансформации kT 2) реактивного сопротивления X и умноженного на 3 активного сопротивления R фазы трехфазного приемника.

С другой стороны, если Zo=Zoe j =UAn/IA=Ro +jXo рассматривать в качестве входного сопротивления преобразователя относительно однофазного источника, то соотношения, определяющие закон управления реактивными сопротивлениями ХBn и ХCn балластных элементов преобразователя в зависимости от изменения величины и характера cos o=Ro/Z o этого сопротивления, будут такими же, как для преобразователя трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью

Х Bn=(Хо+Ro/ 3)/ko 2=Z o(sin o+(cos o)/ 3)/ko 2=(2/ 3)kT 2Z ocos( o-60°) и

X Cn=(Xo-Ro/ 3)ko 2=Z o(sin o-(cos о)/ 3)/ko 2=-(2/ 3)kT 2Z ocos( o+60°);

здесь k o - коэффициент трансформации однофазного трансформатора.

То есть блок управления и контроля в зависимости от величины Zo и характера cos о входного сопротивления преобразователя относительно однофазного источника изменяет реактивные сопротивления балластных элементов так, что величины этих сопротивлений для первого ХBn и второго Х Cn балластного элемента равны соответственно сумме и разности приведенных к вторичной обмотке однофазного трансформатора реактивного входного сопротивления Xo и деленного на 3 активного входного сопротивления преобразователя R o.

Принципиальная электрическая схема преобразователя трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «треугольником» приведена на фиг.16.

Преобразователь содержит, в общем случае, однофазный трансформатор (или автотрансформатор), трехфазный трансформатор, два блока 3 и 4 балластных реактивных элементов (емкостей и индуктивностей). При этом первичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «треугольником» и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному источнику, а вторичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному приемнику. На схеме фиг.16 с целью упрощения трехфазный и однофазный трансформаторы не показаны.

Схеме фиг.16 соответствует векторная диаграмма токов и напряжений, приведенная на фиг.17.

С учетом обозначений на схемах фиг.2, 4, 5, 12, 16 и на векторной диаграмме фиг.17 условия симметрии трехфазных линейных напряжений UЛ=UAB=U BCej120°=UCA e-j120° и токов IЛ =IA=Iвe j120°=ICe-j120° источника будут определяться уравнениями: IB =IBC-IAB=I Cej120°=(ICA -IBC)ej120° или , из которых следуют соотношения, определяющие закон управления реактивными проводимостями ВBC и ВCA балластных элементов преобразователя в зависимости от изменения проводимости однофазного приемника и его характера cos o=Go/Y Ф :

BBC=k o 2(Bo+G o/ 3)=ko 2Y o(sin o+(cos o)/ 3)=-(2/ 3)Yoko 2cos( o+60°) и

B CA=ko 2(B o+Go/ 3)=ko 2Y o(sin o+(cos o)/ 3)=(2/ 3)Yoko 2cos( o-60°);

здесь k o - коэффициент трансформации однофазного трансформатора.

Таким образом блок управления и контроля в зависимости от величины полной проводимости однофазного приемника Y o и ее характера cos o изменяет реактивные проводимости балластных элементов так, что величины этих проводимостей для первого ВBC и второго В CA балластных элементов равны соответственно приведенным к первичной обмотке однофазного трансформатора разности и сумме реактивной Во и деленной на 3 активной проводимости Go однофазного приемника.

Принципиальная электрическая схема преобразователя однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «треугольником» приведена на фиг.16.

Преобразователь содержит, в общем случае, однофазный трансформатор (или автотрансформатор), трехфазный трансформатор, два блока 3 и 4 балластных реактивных элементов (емкостей и индуктивностей). При этом вторичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «треугольником» и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному приемнику, а первичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному источнику. На схеме фиг.16 с целью упрощения трехфазный и однофазный трансформаторы не показаны.

Схеме фиг.16 соответствует векторная диаграмма токов и напряжений, приведенная на фиг.17.

С учетом обозначений на схемах фиг.5, 7, 8, 10, 16 и на векторной диаграмме фиг.17. условия симметрии трехфазных линейных напряжений UЛ=UAB=U BCej120°=UCA e-j120° и токов IЛ =IA=Iвe j120°=ICe-j120° приемника будут определяться уравнениями: и IA=Ic e-j120°=(ICA -IBC)e-j120° =(UлBCAe j30°+UлBBC -j30°)e-j120° , из которых следуют соотношения, определяющие закон управления реактивными проводимостями ВВС и В СА балластных элементов преобразователя в зависимости от изменения проводимости трехфазного приемника и ее характера cos т=G /Y :

BBC=k Т 2(B + 3G =kТ 2 Y (sin Т- 3cos т)=-2kT 2Y cos( T+30°) и

B CA=kT 2(B + 3G )=kT 2 Y (sin T+ 3cos T)=2kT 2Y cos( Т-30°);

здесь Y =3Y - полные проводимости фаз трехфазного приемника, соединенного «треугольником » или «звездой », kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора.

Таким образом блок управления и контроля в зависимости от величины полной проводимости Y фазы трехфазного приемника и ее характера cos T изменяет реактивные проводимости балластных элементов так, что величины этих проводимостей для первого ВBC и второго В CA балластного элемента равны соответственно приведенным к первичной обмотке трехфазного трансформатора разности и сумме реактивной В и умноженной на 3 активной G проводимости фазы трехфазного приемника.

С другой стороны, если рассматривать в качестве входной проводимости преобразователя относительно однофазного источника, то соотношения, определяющие закон управления реактивными проводимостями В ВС и ВCA балластных элементов в зависимости от изменения величины Yo и характера cos o=Go/Y o этой проводимости, будут такими же, как для преобразователя трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «треугольником»

BBC=k o 2(Bo+G o/ 3)=ko 2Y o(sin o-(cos o)/ 3)=-(2/ 3)ko 2Y ocos( o+60°) и

B CA=ko 2(B o+Go/ 3)=ko 2Y o(sin o+(cos o)/ 3)=(2/ 3)ko 2Y ocos( o-60°).

То есть блок управления и контроля в зависимости от величины Yo и характера cos o входной проводимости преобразователя относительно однофазного источника изменяет реактивные проводимости первого ВВС и второго В СА балластных элементов так, что величины этих проводимостей равны соответственно приведенным к вторичной обмотке однофазного трансформатора разности и сумме реактивной Во и деленной на 3 активной проводимости Go однофазного приемника.

При изменении режима работы преобразователя, например вследствие изменения величины и/или характера (cos ) нагрузки, выражающемся в изменении параметров Z o=Ro+jXo, Y o=Go-jBo или Z =R +jX , Y =G -jB , при фиксированных параметрах балластных элементов 3 и 4 происходит нарушение симметрии трехфазных токов I A, IB, IC. Сохранение симметричного режима работы преобразователя осуществляется с помощью блока 15 контроля симметричного режима работы преобразователя и управления реактивными балластными элементами 3 и 4.

Блок 15 контроля и управления (фиг.1) включает в себя датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения 13 и тока 14, фазовый дискриминатор 10, определяющий угол сдвига фаз между измеренными напряжениями и токами, амплитудный детектор 9, определяющий по величинам тех же измеренных напряжений и токов относительную, например в процентах относительно номинальной, полную мощность преобразователя, контроллер 11, формирующий в зависимости от сигналов фазового дискриминатора 10 и амплитудного детектора 9, соответствующих углу сдвига фаз (cos о) между напряжениями и токами и относительной мощности преобразователя (Zo или Yo), команды управления исполнительным устройством 12 и исполнительное устройство 12, изменяющее величины реактивных сопротивлений ХBn и Х Cn либо проводимостей ВBC и В CA балластных элементов 3 и 4 и коэффициент трансформации однофазного ko или трехфазного k T трансформаторов согласно приведенным выше алгоритмам, реализующим условия симметрии трехфазных напряжений и токов.

При этом ток однофазного приемника 8 либо источника 2 проходит через первичную обмотку трансформатора тока 14, первичная обмотка трансформатора напряжения 13 присоединена к напряжению однофазного приемника 8 либо источника 2, вторичные обмотки трансформаторов тока 14 и напряжения 13 подключены к измерительным входам фазового дискриминатора 10 и амплитудного детектора 9, выходы которых соединены с входом контроллера 11, выход которого соединен с входом исполнительного устройства 12, представляющего собой, например, блок реле, коммутирующий батарею конденсаторов и секции балластного дросселя.

Краткое описание фигур.

Фиг.1. Функциональная блок-схема преобразователя.

Фиг.2. Электрическая схема однофазного трансформатора с однофазным приемником.

Фиг.3. Блок преобразования трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «звездой».

Фиг.4. Блок преобразования трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «треугольником».

Фиг.5. Электрическая схема трехфазного трансформатора.

Фиг.6. Электрическая схема трехфазного приемника, соединенного «звездой».

Фиг.7. Электрическая схема трехфазного приемника, соединенного «треугольником».

Фиг.8. Электрическая схема однофазного трансформатора с однофазным источником.

Фиг.9. Блок преобразования однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «звездой».

Фиг.10. Блок преобразования однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «треугольником».

Фиг.11. Электрическая схема трехфазного источника, соединенного «звездой».

Фиг.12. Электрическая схема трехфазного источника, соединенного «треугольником».

Фиг.13. Принципиальная электрическая схема преобразователя трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью.

Фиг.14. Векторная диаграмма токов и напряжений для схемы фиг.13.

Фиг.15. Принципиальная электрическая схема преобразователя однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью,

Фиг.16. Принципиальная электрическая схема преобразователя однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «треугольником»

Фиг.17. Векторная диаграмма токов и напряжений для схемы фиг.16.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №598197, 11.10.1976, кл. Н02М514.

2. Патент Франции №2648612, 15.06.1989, кл. H01F 33/00.

3. Патент РФ №2255411, 05.02.2004, кл. Н02М 5/14, H01F 30/14.

4. Патент РФ №2280911, 30.09.2004, кл. Н02М 5/14, H01F 30/14.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные, содержащий однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов: емкостей и индуктивностей - и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя, отличающийся тем, что первичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «звездой» с изолированной нейтралью и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному источнику питания, а вторичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному приемнику, при этом блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя в зависимости от полного сопротивления Zo= Rо 2+X o 2 однофазного приемника и характера его cos о=Ro/Z o изменяет реактивные сопротивления балластных реактивных элементов так, что величины этих сопротивлений для первого Х Bn и второго ХCn балластного реактивного элемента равны соответственно сумме и разности приведенных к первичной обмотке однофазного трансформатора, то есть умноженных на квадрат его коэффициента трансформации ko 2 реактивного сопротивления Х о однофазного приемника и деленного на 3 активного сопротивления Ro однофазного приемника, то есть

XBn=k o 2(Xo+R o/ 3)=ko 2Z o(sin o+(cos o)/ 3) и

XCn=ko 2(Xo-R o/ 3)=ko 2Z o(sin o-(cos o)/ 3).

2. Преобразователь электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что блок управления реактивными балластными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя включает в себя датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения и тока, фазовый дискриминатор, определяющий угол сдвига фаз между измеренными напряжениями и токами, амплитудный детектор, определяющий по величинам тех же измеренных напряжений и токов относительную, например, в процентах относительно номинальной, полную мощность преобразователя, контроллер, формирующий в зависимости от сигналов фазового дискриминатора и амплитудного детектора, соответствующих углу сдвига фаз cos o между напряжениями и токами и относительной мощности Zo или Yo указанного преобразователя, команды управления исполнительным устройством и исполнительное устройство, изменяющее величины реактивных сопротивлений ХBn и Х Cn либо проводимостей ВBC и в CA балластных элементов и коэффициент трансформации однофазного ko или трехфазного kT трансформатора по алгоритмам, реализующим соотношения Х Bn=ko 2(X o+Ro/ 3)=ko 2Z o(sin o+(cos o)/ 3) и

XCn-=k o 2(Xo-R o/ 3)=ko 2Z o(sin o-(cos o)/ 3),

при этом шины однофазного тока проходят сквозь сердечник магнитопровода трансформатора тока, первичная обмотка трансформатора напряжения присоединена к напряжению однофазного приемника либо источника, вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения подключены к измерительным входам фазового дискриминатора и амплитудного детектора, выходы которых соединены с входом контроллера, выход которого соединен с входом исполнительного устройства, представляющего собой, например, блок реле, коммутирующий батарею конденсаторов и секции балластного дросселя.

3. Преобразователь электрической энергии однофазных напряжений и токов в трехфазные, содержащий однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов: емкостей и индуктивностей и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя, отличающийся тем, что вторичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «звездой» с изолированной нейтралью и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному приемнику, а первичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному источнику, при этом, блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы в зависимости от полного сопротивления фазы Z = R 2+X 2 трехфазного приемника и характера его cos T=R /Z изменяет реактивные сопротивления балластных реактивных элементов так, что величины этих сопротивлений для первого Х Bn и второго ХCn балластного реактивных элементов равны соответственно сумме и разности приведенных к первичной обмотке трехфазного трансформатора, то есть умноженных на квадрат его коэффициента трансформации kT 2, реактивного сопротивления Х Ф и умноженного на 3 активного сопротивления RФА фазы трехфазного приемника, то есть

ХBn =kT 2(X +R 3)=kT 2Z (sin T+ 3cos T) и

XCn =kT 2(X -R 3)=kT 2Z (sin T- 3cos T),

где Z =3Z - полное сопротивление, то есть импеданс фазы трехфазного приемника, соединенного «звездой » или «треугольником », a kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора.

4. Преобразователь электрической энергии по п.З, отличающийся тем, что блок управления реактивными балластными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя включает в себя датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения и тока, фазовый дискриминатор, определяющий угол сдвига фаз между измеренными напряжениями и токами, амплитудный детектор, определяющий по величинам тех же измеренных напряжений и токов относительную, например, в процентах относительно номинальной, полную мощность преобразователя, контроллер, формирующий в зависимости от сигналов фазового дискриминатора и амплитудного детектора, соответствующих углу сдвига фаз cos o между напряжениями и токами и относительной мощности Zo или Yo указанного преобразователя, команды управления исполнительным устройством и исполнительное устройство, изменяющее величины реактивных сопротивлений ХBn и Х Cn либо проводимостей ВBC и В CA балластных элементов и коэффициент трансформации однофазного ko или трехфазного kT трансформатора по алгоритмам, реализующим соотношения

ХBn=kT 2(X +R 3)=kT 2Z (sin T+ 3cos T) и

XCn =kT 2(X -R 3)=kT 2Z (sin T- 3cos T),

где Z =3Z - полное сопротивление, то есть импеданс фазы трехфазного приемника, соединенного «звездой » или «треугольником », a kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора,

при этом шины однофазного тока проходят сквозь сердечник магнитопровода трансформатора тока, первичная обмотка трансформатора напряжения присоединена к напряжению однофазного приемника либо источника, вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения подключены к измерительным входам фазового дискриминатора и амплитудного детектора, выходы которых соединены с входом контроллера, выход которого соединен с входом исполнительного устройства, представляющего собой, например, блок реле, коммутирующий батарею конденсаторов и секции балластного дросселя.

5. Преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные, содержащий однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов: емкостей и индуктивностей - и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя, отличающийся тем, что первичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «треугольником» и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному источнику питания, а вторичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному приемнику, при этом балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы в зависимости от полной проводимости однофазного приемника Yo= Go 2+B o 2 и характера ее cos o=Go/Y o изменяет реактивные проводимости балластных реактивных элементов так, что величины этих проводимостей для первого В BC и второго ВCA балластных реактивных элементов равны соответственно приведенным к первичной обмотке однофазного трансформатора разности и сумме реактивной В о и деленной на 3 активной проводимости Go однофазного приемника, то есть

BBC=k o 2(Bo-G o/ 3)=ko 2Y o(sin o-(cos o)/ 3) и

BCA=ko 2(Bo+G o/ 3)=ko 2Y o(sin o+(cos o)/ 3).

6. Преобразователь электрической энергии по п.5, отличающийся тем, что блок управления реактивными балластными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя включает в себя датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения и тока, фазовый дискриминатор, определяющий угол сдвига фаз между измеренными напряжениями и токами, амплитудный детектор, определяющий по величинам тех же измеренных напряжений и токов относительную, например, в процентах относительно номинальной, полную мощность преобразователя, контроллер, формирующий в зависимости от сигналов фазового дискриминатора и амплитудного детектора, соответствующих углу сдвига фаз cos o между напряжениями и токами и относительной мощности Zo или Yo указанного преобразователя, команды управления исполнительным устройством и исполнительное устройство, изменяющее величины реактивных сопротивлений ХBn и Х Cn либо проводимостей ВBC и B CA балластных элементов и коэффициент трансформации однофазного ko или трехфазного kT трансформатора по алгоритмам, реализующим соотношения

BBC=ko 2(Bo-Go/ 3)=ko 2Y o(sin o-(cos o)/ 3) и

BCA=ko 2(Bo+G o/ 3)=ko 2Y o(sin o+(cos o)/ 3),

при этом шины однофазного тока проходят сквозь сердечник магнитопровода трансформатора тока, первичная обмотка трансформатора напряжения присоединена к напряжению однофазного приемника либо источника, вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения подключены к измерительным входам фазового дискриминатора и амплитудного детектора, выходы которых соединены с входом контроллера, выход которого соединен с входом исполнительного устройства, представляющего собой, например, блок реле, коммутирующий батарею конденсаторов и секции балластного дросселя.

7. Преобразователь электрической энергии однофазных напряжений и токов в трехфазные, содержащий однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов: емкостей и индуктивностей, и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя, отличающийся тем, что вторичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «треугольником» и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному приемнику, а первичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному источнику, при этом балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы в зависимости от величины полной проводимости фазы трехфазного приемника Y = G 2+В 2 и характера ее cos T=G /Y изменяет реактивные проводимости балластных реактивных элементов так, что величины этих проводимостей для первого В BC и второго BCA балластного реактивного элемента равны соответственно приведенным к первичной обмотке трехфазного трансформатора разности и сумме реактивной В и умноженной на 3 активной G проводимости фазы трехфазного приемника, то есть

BBC=kT 2(B - 3G )=kT 2 Y (sin T- 3cos T) и

BCA =kT 2(B + 3G )=kT 2 Y (sin T+ 3cos T),

здесь Y =3Y - полные проводимости фаз трехфазного приемника, соединенного «треугольником » или «звездой ,», a kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора.

8. Преобразователь электрической энергии по п.7, отличающийся тем, что блок управления реактивными балластными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя включает в себя датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения и тока, фазовый дискриминатор, определяющий угол сдвига фаз между измеренными напряжениями и токами, амплитудный детектор, определяющий по величинам тех же измеренных напряжений и токов относительную, например, в процентах относительно номинальной, полную мощность преобразователя, контроллер, формирующий в зависимости от сигналов фазового дискриминатора и амплитудного детектора, соответствующих углу сдвига фаз cos o между напряжениями и токами и относительной мощности Zo или Yo указанного преобразователя, команды управления исполнительным устройством и исполнительное устройство, изменяющее величины реактивных сопротивлений ХBn и Х Cn либо проводимостей ВВС и В СА балластных элементов и коэффициент трансформации однофазного ko или трехфазного kT трансформатора по алгоритмам, реализующим соотношения

BBC=kT 2(B - 3G )=kT 2 Y (sin T- 3cos T) и

BCA =kT 2(B + 3G )=kT 2 Y (sin T+ 3cos T),

где Y =3Y - полные проводимости фаз трехфазного приемника, соединенного «треугольником » или «звездой », a kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора,

при этом шины однофазного тока проходят сквозь сердечник магнитопровода трансформатора тока, первичная обмотка трансформатора напряжения присоединена к напряжению однофазного приемника либо источника, вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения подключены к измерительным входам фазового дискриминатора и амплитудного детектора, выходы которых соединены с входом контроллера, выход которого соединен с входом исполнительного устройства, представляющего собой, например, блок реле, коммутирующий батарею конденсаторов и секции балластного дросселя.





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