ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТРЕХ- И ОДНОФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТРЕХ- И ОДНОФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ


RU (11) 2292625 (13) C1

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

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

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

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.01.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005124462/09 
(22) Дата подачи заявки: 2005.08.02 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.08.02 
(45) Опубликовано: 2007.01.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2255411 C1, 27.06.2005. RU 2181512 C1, 20.04.2002. SU 598197 A1, 15.03.1978. SU 335772 A1, 01.01.1972. FR 2648612, 21.12.1990. 
(72) Имя изобретателя: Ермилов Михаил Александрович (RU); Куприянович Юрий Михайлович (RU); Куприянович Александр Юрьевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Ермилов Михаил Александрович (RU); Куприянович Юрий Михайлович (RU); Куприянович Александр Юрьевич (RU) 
(98) Адрес для переписки: 109652, Москва, ул. Люблинская, 171, кв.164, М.А. Ермилову 

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

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в создании преобразовательных устройств для электропитания однофазных потребителей значительной мощности от трехфазной первичной сети с симметричным нагружением последней. Это достигается благодаря тому, что процесс преобразования происходит в два этапа так, что сначала с помощью трансформаторного преобразователя производится преобразование трехфазных напряжений и токов в двухфазные, одинаковые по модулю и сдвинутые по фазе на четверть периода, а затем с помощью включенных в цепь двухфазной обмотки трансформаторного преобразователя балластных реактивных элементов (конденсаторов и дросселей) - преобразование двухфазных напряжений и токов в напряжение и ток однофазного приемника. При этом указываются требуемые по условиям симметрии обмоточные параметры трансформаторного преобразователя, а также соотношения параметров балластных реактивных элементов. Контроль симметричного режима работы преобразователя и управление реактивными балластными элементами осуществляется путем измерения амплитуд двухфазных токов и угла сдвига фаз между ними и в зависимости от величины и знака отклонения этого угла от четверти периода воздействия на величины реактивных сопротивлений балластных элементов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению и преобразовательной технике, и предназначено для 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.

Предлагаемое в качестве изобретения устройство для преобразования электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные обеспечивает сопряжение режимов работы трехфазной сети и однофазных потребителей, при котором достаточно полно выполняются, прежде всего, требования симметрии трехфазных напряжений и токов. При этом возможно значительное варьирование чисел витков секций обмоток, а также регулирование напряжения путем переключения секций. Более того, 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 предлагаемой схеме преобразования электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные, в которой используются трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные, содержащий, по меньшей мере, трехфазную обмотку, с одной стороны, и двухфазную, с другой, блок балластных реактивных элементов (конденсаторов и дросселей), датчики двухфазного тока и блок контроля симметричного режима работы преобразователя и управления реактивными балластными элементами, отличающейся тем, что одна из фаз двухфазной обмотки соединена последовательно с первым балластным элементом и последовательно встречно с второй фазой двухфазной обмотки и вторым балластным элементом, параллельно которым присоединены последовательно соединенные между собой однофазный приемник и третий балластный элемент, при этом блок контроля и управления в зависимости от величины и характера (cos ) однофазного приемника изменяет величины реактивных сопротивлений балластных элементов так, что разность реактивных сопротивлений первого и второго балластных элементов вдвое больше активного сопротивления однофазного приемника, а реактивное сопротивление третьего балластного элемента в сумме с реактивным сопротивлением однофазного приемника равно нулю.

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].

В основе устройства предлагаемых преобразователей используются аналогичные указанным выше трансформаторные преобразователи [1], [2], [3] электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные, трехфазная обмотка которых присоединена к трехфазной сети или трехфазному приемнику, реактивные балластные элементы и блок контроля симметричного режима работы преобразователя и управления реактивными балластными элементами, при этом реактивные балластные элементы включены между двухфазной обмоткой трансформаторного преобразователя [1], [2], [3] и однофазным приемником или однофазной сетью и образуют блок преобразования двухфазных напряжений и токов в однофазные, а блок контроля симметричного режима работы преобразователя и управления реактивными балластными элементами включает в себя трансформаторы тока в качестве датчиков двухфазных токов, фазовый дискриминатор, измеряющий разность амплитуд двухфазных токов и отклонение угла сдвига фаз между ними от четверти периода, и исполнительное устройство, изменяющее величины реактивных сопротивлений балластных элементов, при этом шины двухфазных токов проходят сквозь сердечники магнитопроводов трансформаторов тока, вторичные обмотки трансформаторов тока подключены к измерительным входам фазового дискриминатора, выход которого соединен с входом исполнительного устройства.

Функциональная блок-схема преобразователя электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные приведена на фиг.1. Рабочий процесс в преобразователе происходит следующим образом.

Этап преобразования трехфазных напряжений и токов в двухфазные производится в блоке 1 с соответствующим названием, который по устройству и принципу действия совпадает с известным трансформаторным преобразователем [3]. В результате симметричные трехфазные напряжения и токи IА, I В, IС симметричного трехфазного источника 2 преобразуются в симметричные двухфазные напряжения U Q и UD=jUQ и токи IQ и ID=jI Q.

Этап преобразования двухфазных напряжений и токов в однофазные происходит в блоке 3 с соответствующим названием, электрическая схема которого приведена на фиг.2.

Так, в блоке 3 согласно схеме фиг.2 к одной из фаз 10 двухфазной обмотки (например, Dd) трансформаторного преобразователя 1 последовательно подключены первый балластный элемент 12 (например, Х БD) и последовательно встречно вторая фаза 11 (например, Qq) двухфазной обмотки и второй балластный элемент 13 (например, ХБQ), параллельно которым присоединены последовательно соединенные однофазный приемник 14 (например, ZН=RН+jX Н) электрической энергии и третий балластный элемент 15 (например, ХБН). На схеме фиг.2 двухфазные обмотки 10 и 11 трансформаторного преобразователя 1 характеризуются напряжениями U и jU холостого хода и сопротивлениями, равными их входным комплексным сопротивлениям (короткого замыкания) Z К=RК+jXК при замкнутой накоротко трехфазной обмотке, однофазный приемник 14 - комплексным сопротивлением ZH=R H+jXH, а балластные элементы 12, 13 и 15 - их реактивными сопротивлениями (например, X БD, ХБQ и ХБН ).

Условие симметрии двухфазных токов I D=jIQ и IН=I D+jIQ=IQ(1+j) с учетом уравнений Кирхгофа: jU=(RK+j(X К+XБD))(jID )+(RH+j(XH+X БН)(1+j)IQ и U=(R K+j(ХК+ХБQ))I Q+(RН+j(XН+X БН))(1+j)IQ реализуется при параметрах балластных элементов, равных: ХБD-X БQ=2RН, ХБН +ХН=0.

При этом, если первый балластный элемент отсутствует ХБD=0, то второй балластный элемент является емкостью, реактивное сопротивление которого равно удвоенному активному сопротивлению однофазного приемника RH.

Если же отсутствует второй балластный элемент XБQ=0, то первый балластный элемент является индуктивностью, реактивное сопротивление Х БD которой равно удвоенному активному сопротивлению однофазного приемника RH.

При изменении режима работы преобразователя, например, вследствие изменения величины и(или) характера (cos ) нагрузки, выражающемся в изменении параметров Z H=RH+jXН, и при фиксированных параметрах ХБD, X БQ и ХБН балластных элементов 12, 13 и 15 происходит нарушение симметрии двухфазных I Q и ID и, как следствие, трехфазных IА, IВ, I С токов. Сохранение симметричного режима работы преобразователя осуществляется с помощью блока 5 контроля симметричного режима работы преобразователя и управления реактивными балластными элементами 12, 13 и 15. Блок 5 контроля и управления (фиг.1) работает следующим образом. Напряжения с вторичных обмоток трансформаторов тока 6 и 7 (ТТD и ТТQ), отражающие информацию о величине и фазе двухфазных токов I Q и ID, поступают на измерительные входы фазового дискриминатора 8, который формирует сигнал, пропорциональный разности величин и отклонению угла сдвига фаз между токами I Q и ID от четверти периода. Этот сигнал поступает на вход исполнительного устройства 9, которое изменяет параметры ХБD, X БQ и ХБН балластных элементов 12, 13 и 15 в соответствии с указанными выше условиями симметрии двухфазных токов.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №598 197, 11.10.1976, кл. Н 02 М 514.

2. Патент Франции №2 648 612, 15.06.1989, кл. H 01 F 33/00.

3. Патент РФ №2255411, 05.02.2004, кл. Н 02 М 5/14, H 01 F 30/14.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные, содержащий трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные, реактивные балластные элементы и блок контроля симметричного режима работы преобразователя и управления реактивными балластными элементами, отличающийся тем, что одна из фаз двухфазной обмотки трансформаторного преобразователя электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные соединена последовательно с первым балластным элементом XБD и последовательно встречно с второй фазой двухфазной обмотки и вторым балластным элементом XБQ, параллельно которым присоединены последовательно соединенные между собой однофазный приемник Z H и третий балластный элемент ХБН , при этом блок контроля и управления в зависимости от величины и характера (cos ) однофазного приемника изменяет величины реактивных сопротивлений балластных элементов так, что разность реактивных сопротивлений первого и второго балластных элементов вдвое больше активного сопротивления однофазного приемника RH, а реактивное сопротивление третьего балластного элемента X БН в сумме с реактивным сопротивлением Х H однофазного приемника равно нулю:

X БD-XБQ=2 RH ХБН+ХН=0.

2. Трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные по п.1, отличающийся тем, что первый балластный элемент отсутствует, а второй балластный элемент является емкостью, реактивное сопротивление Х БQ которой равно удвоенному активному сопротивлению однофазного приемника RH.

3. Трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные по п.1, отличающийся тем, что второй балластный элемент отсутствует, а первый балластный элемент является индуктивностью, реактивное сопротивление XБD которой равно удвоенному активному сопротивлению однофазного приемника R H.