ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ


RU (11) 2255411 (13) C1

(51) 7 H02M5/14, H01F30/14 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - действует 

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2004103068/09 
(22) Дата подачи заявки: 2004.02.05 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.02.05 
(45) Опубликовано: 2005.06.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 598197 А, 15.03.1978. RU 2131639 C1, 10.06.1999. RU 2181512 C1, 20.04.2002. SU 317151 А, 07.10.1971. US 3527995 A, 08.09.1970. 
(72) Автор(ы): Ермилов М.А. (RU); Куприянович Ю.М. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Ермилов Михаил Александрович (RU); Куприянович Юрий Михайлович (RU) 
Адрес для переписки: 109652, Москва, ул. Люблинская, 171, кв.164, М.А. Ермилову 

(54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Использование: в электротехнических и электроэнергетических системах, установках и оборудовании. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Двухфазная обмотка трансформаторного преобразователя состоит из нескольких последовательно соединенных групп, число которых равно числу ступеней регулирования, каждая группа, в свою очередь, состоит из шести секций, числа витков которых связаны соотношением ( в котором параметр К может варьироваться в пределах Три первых и три остальных секции в каждой группе образуют две полугруппы, являющиеся элементами фаз двухфазной обмотки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к трансформаторостроению и предназначено для обратимого взаимного преобразования электрической энергии трех- и двухфазных напряжений и токов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и вариантов конструктивных решений.

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].

Недостатками таких преобразователей являются невозможность регулирования выходного напряжения, а также строго фиксированное соотношение чисел витков секций двухфазной обмотки: в [1] оно составляет cos15°:cos45°:cos75°, а в [2] - 

Предлагаемый в качестве изобретения трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные обеспечивает полное сопряжение параметров симметричных режимов трехфазной и двухфазной сетей, при которых удовлетворяются все требования симметрии независимо от мощности сети и потребителей. При этом возможно значительное варьирование чисел витков секций двухфазной обмотки, а также регулирование напряжения путем переключения ее секций.

Это достигается благодаря тому, что в трансформаторном преобразователе, состоящем из, по меньшей мере, трех сердечников (например, А, В, С) одинакового поперечного сечения стержневого или группового типа, трехфазной обмотки, состоящей из, по меньшей мере, трех одинаковых с числом витков Wт фаз (например, А, В, С), расположенных на соответствующих сердечниках магнитопровода, соединенных между собой в звезду или треугольник и присоединенных к трехфазной сети, и двухфазной обмотки, присоединенной к двухфазной сети, двухфазная обмотка выполнена состоящей из нескольких последовательно соединенных групп (например, 1,2,3, n...N), число которых равно числу N ступеней регулирования, каждая группа, в свою очередь, состоит из, в общем случае, шести секций: двух (например, W ad и Waq), размещенных на сердечнике А, двух (например, Wbd и Wbq), размещенных на сердечнике В, и двух (например, Wed и Wcq), размещенных на сердечнике С, секции Wad и Wbd соединены последовательно согласно между собой и последовательно встречно с секцией Wed и образуют полугруппу первой фазы D двухфазной обмотки, секции Wbq и Wcq соединены последовательно согласно между собой и последовательно встречно с секцией Waq и образуют полугруппу второй фазы Q двухфазной обмотки, при этом в любой группе из шести секций (например, “n”-й) числа витков секций должны относиться между собой как



причем отношение K=Wcq/Waq может варьироваться произвольно в пределах



Трансформаторный преобразователь может быть выполнен, в этом заключается одно из существенных его достоинств, на базе стандартного выпускаемого электротехнической промышленностью трехфазного трансформатора любого типа (группового, стержневого, броневого, бронестержневого и др.). Трехфазная обмотка также стандартная и состоит из трех одинаковых с числом витков W m фаз, которые расположены на трех различных сердечниках магнитопровода и могут быть соединены в звезду или треугольник. 

Электрическая схема трансформаторного преобразователя (для примера на базе трехстержневого магнитопровода) приведена на фиг.1. Как следует из схемы фиг.1, двухфазная обмотка состоит, в общем случае, из 6N секций, благодаря чему становится возможным одновременно удовлетворить всем требованиям симметричных режимов трехфазной и двухфазной система электроснабжения и обеспечить возможность симметричного регулирования выходного двухфазного напряжения.

Необходимыми и достаточными условиями симметричных режимов работы трехфазной и двухфазной систем являются:

для трехфазной системы:

- равенство напряжений (UA , UB, UC), токов [IA, IB, IC) и намагничивающих сил (FA , FB, Fc) обмоток всех фаз по величине; 

- временной фазовый сдвиг между любой парой векторов напряжений, токов и намагничивающих сил на 1/3 периода (120°);

для двухфазной системы:

- равенство напряжений (UD , UQ), токов (ID, IQ) и намагничивающих сил (FD, FQ) обмоток всех фаз по величине;

- временной фазовый сдвиг между любой парой векторов напряжений, токов и намагничивающих сил на 1/4 периода (90°);

совместно для обеих систем, исходя из общей магнитной цепи:

- сумма намагничивающих сил секций, расположенных на каждом отдельном сердечнике магнитопровода, должна быть одинаковой и равной намагничивающей силе холостого хода любой из фаз.

Две первых группы условий отражают то, что все электрические величины (напряжения, токи и намагничивающие силы) как в трехфазной, так и в двухфазной системе состоят только из симметричных составляющих прямой последовательности чередования фаз. Третья группа условий соответствует отсутствию в токах, намагничивающих силах и магнитных потоках трехфазной и двухфазной систем их нулевых составляющих.

Принцип работы трансформаторного преобразователя может быть пояснен следующим образом.

Под действием симметричных трехфазных напряжений UA, U B, UC в трехфазной обмотке возникают симметричные трехфазные токи IA, IB, IC, а в стержнях магнитопровода - симметричная система намагничивающих сил FA=IAWm, FB=I BWm, FC=ICWm и соответствующих им магнитных потоков ФА, Фв, Фс. Магнитные потоки индуцируют в двухфазной обмотке шесть напряжений Uad, Ubd, U cd, Uaq, Ubq, Ucq соответственно в секциях Wad, wbd, Wcd, W aq, Wbq, Wcq. С учетом схемы соединения секций (фиг.1) в фазах двухфазной обмотки возникают напряжения UD=Uad+U bd- 2Ucd и UQ=-Uaq+U bq+ 2Ucq. Здесь =e -j120° и 2=ej120° - операторы поворота векторов напряжений на -(+)120°. При этом соотношение чисел витков секций и соответствующих им напряжений должно обеспечивать условия симметрии в двухфазной системе: UD=jUQ. 

При подключении к напряжениям UD и UQ симметричного двухфазного приемника в двухфазной обмотке возникают токи ID и IQ, образующие симметричную систему двухфазных токов ID=jIQ. Под действием этих токов в сердечниках магнитопровода возникают намагничивающие силы: Fa=IDWad+IQ Waq, Fb=IDWbd+I QWbq, Fc=-IDWcd +IQWcq. При этом условие симметричного режима работы магнитной цепи трансформаторного преобразователя, то есть отсутствие намагничивающих сил и потоков нулевой последовательности чередования фаз, можно представить как: Fa=Р b=a2Fc.

В итоге вся совокупность условий симметричного режима работы трансформаторного преобразователя может быть сведена к следующей системе уравнений:



Поскольку в полученной системе уравнений из шести параметров независимыми являются только четыре, то, приняв любой из в W ad, Wbd, Wcd, Waq, W bq, Wcq за базовый (например, Waq =1(100%)), a любой другой выразив в долях от базового (например, Wcq=K Waq), можно получить соотношение для всех шести параметров 

При этом область практически реализуемых значений параметра К находится в пределах а коэффициент трансформации, представляющий собой отношение фазных напряжений холостого хода двухфазной и трехфазной обмоток, равен В частности, при К=0,268 и К=0,5 имеют место варианты известных из [1], [2] соотношений параметров: 0,268:0,732:1:1:0,732:0,268 (КД/Т-=1,55Waq/WT) и 0:0,866:0,866:1:0,5:0,5 (КД/Т=1,5Waq/WT) (одна группа двухфазной обмотки состоит из пяти секций). Двухфазная обмотка, в общем случае, может состоять из любого количества групп, состоящих, в свою очередь, из двух полугрупп по три секции в каждой. Полугруппы соединены между собой последовательно, как показано на схеме фиг.1. Крайние выводы первых полугрупп двухфазной обмотки соединены с фазами D и Q двухфазной сети, а точки соединения последующих полугрупп между собой, включая крайние выводы последних (например, N-х) полугрупп, через N-позиционный трехполюсный переключатель соединяются с нулевой точкой О двухфазной сети. Таким образом, изменяя положение переключателя и, следовательно, число групп, включенных между выводами фаз D и Q и нулевой точкой О, можно ступенчато регулировать фазные напряжения двухфазной сети. При этом, если числа витков секций во всех группах двухфазной обмотки будут удовлетворять указанному выше соотношению, то напряжения двухфазной сети на всех уровнях будут оставаться симметричными. 

Наконец, следует отметить, что, поскольку трансформаторный преобразователь по устройству и принципу действия полностью аналогичен обычному трансформатору, то он является обратимым пребразователем и может работать при любом направлении электрической энергии между трехфазной и двухфазной системами электроснабжения и электропотребления. 

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №598197, 11.10.1976, кл. Н 02 М 514.

2. Патент Франции №2648612, 15.06.1989, кл. Н 01 F 33/00.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Трансформаторный преобразователь трехфазного напряжения и тока в двухфазное, содержащий магнитопровод, состоящий из, по меньшей мере, трех сердечников А, В, С одинакового поперечного сечения, трехфазную обмотку, состоящую из, по меньшей мере, трех одинаковых с числом витков Wt фаз А, В, С, расположенных на соответствующих сердечниках магнитопровода, соединенных между собой в звезду или треугольник и присоединенных к трехфазной сети, и двухфазную обмотку, присоединенную к двухфазной сети, отличающийся тем, что двухфазная обмотка выполнена состоящей из нескольких последовательно соединенных групп 1, 2, 3, n...N, число которых равно числу N ступеней регулирования, каждая группа, в свою очередь, состоит из, по меньшей мере, шести секций: двух Wad и Waq, размещенных на сердечнике А, двух Wbd и Wbq, размещенных на сердечнике В, и двух Wcd и Wcq, размещенных на сердечнике С, секции Wad и Wbd соединены последовательно согласно между собой и последовательно встречно с секцией W cd и образуют полугруппу первой фазы D двухфазной обмотки, секции Wbq и Wcq соединены последовательно согласно между собой и последовательно встречно с секцией W aq и образуют полугруппу второй фазы Q двухфазной обмотки, при этом в любой группе из шести секций числа витков секций должны относиться между собой как



причем K=Wcq/Waq может варьироваться произвольно в пределах



2. Трансформаторный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что крайние выводы первых полугрупп двухфазной обмотки соединены с фазами D и Q двухфазной сети, а точки соединения последующих полугрупп между собой, включая крайние выводы последних полугрупп, через N-позиционный трехполюсный переключатель соединяются с нулевой точкой двухфазной сети.





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