Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Преобразователи однофазного напряжения в трехфазное CAVR.ru

Рассказать в:
В своем доме, гараже, на даче... в различных устройствах очень часто приходится применять сравнительно дорогой электродвигатель. Но так как в сети фаза и ноль, то и элект­родвигатель должен быть однофазным. С другой стороны, у людей осталось немалое количество трехфазных электродви­гателей со старых времен...                                Преобразователи однофазного напряжения в трехфазное Радиолюбители, электрики дав­но научились включать трехфаз­ные электродвигатели в однофаз­ную сеть, но вот беда - при этом электродвигатель теряет 50% но­минальной мощности на валу, да и такое включение трехфазных электродвигателей большой мощ­ности и высокооборотистых иног­да проблематично. А что, если трехфазный электродвигатель рас­считан на частоту питающей сети 400 Гц?  Выход один - конструирование преобразователей однофазного на­пряжения в трехфазное. Этому воп­росу я посвятил немало времени. Сначала в [1] я спроектировал трех­фазный инвертор тока, в системе управления силовой частью которо­го применил кольцевой счетчик с коэффициентом деления частоты 6. Но вся беда в том, что в обычном кольцевом счетчике сбои, вызван­ные лишними или недостающими кодовыми единицами в кольце вследствие воздействия импульса помехи не самоустранимы. В [2] я решил эту проблему, раз­работав кольцевой счетчик с авто­матической коррекцией исходного состояния, при этом, естественно, усложнив и так не очень-то простую систему управления силовой час­тью трехфазного инвертора тока. Затем в [3] я спроектировал обыч­ные цифровые счетчики с произволь­ным коэффициентом пересчета и на базе этих счетчиков разработал очень простую систему управления силовой частью трехфазного преобразовате­ля напряжения. Принципиальная схема этой системы управления изображена на рис. 1, а временные диаграммы напряжений в ее харак­терных точках показаны на рис. 2.
               Генератор прямоугольных им­пульсов с частотой следования им­пульсов 300 Гц, которая подстраи­вается подбором сопротивления резистора R1, построен на логичес­ких элементах DD1.1 и DD1.2. На микросхемах DD2 и DD3 со­бран цифровой счетчик с коэффи­циентом деления частоты 6. Прин­цип работы счетчика с коэффици­ентом пересчета 6 поясняют вре­менные диаграммы напряжений в характерных точках, показанные на рис. 2. Предположим, счетчик DD3 находится в нулевом состоя­нии. В этом случае на выходе Q1 счетчика присутствует уровень лог.1, на всех остальных выходах - уровень лог.0. На логических эле­ментах ИЛИ-НЕ DD2.3, DD2.4 пост­роен RS-триггер. Итак, в исходном состоянии на выводе 1 DD2.3 уровень лог.0, на выводе 13 DD2.4 - уровень лог.1, на выходе RS-триггера (вывод 11 DD2.4) и, соответственно, на вхо­де R счетчика DD3 - уровень лог.0, разрешающий работу данного счетчика. Положительным фронтом перво­го тактового импульса уровень лог.1 исчезает с выхода счетчика Q0 и по­является на выходе Q1. На выводе 1 DD2.3 по-прежнему уровень лог.0, на выводе 13 DD2.4 - также уро­вень лог.О, следовательно, на вы­воде 11 DD2.4 и, соответственно, на входе R счетчика DD3 по-прежнему остается уровень лог.О. По истечении действия первого тактового импульса состояние RS- триггера не меняется (на выходе Q0 по-прежнему уровень лог.О и, соответственно, уровень лог.О ос­тается и на выводе 1 DD2.3, и на выводе 13 DD2.4 данного тригге­ра). Такое правильное "безобра­зие" будет продолжаться до прихо­да положительного фронта седьмо­го тактового импульса. Приход дан­ного импульса обеспечит появле­ние уровня лог.1 на выходе Q6 счетчика DD1 и, соответственно,на выводе 1 DD2.3. Это приведет к тому, что на входе R счетчика DD3 появится уровень лог.1, счетчик обнулится, на выходе Q0 появится уровень лог.1, что практически мгновенно обеспечит снятие уров­ня лог.1 со входа R счетчика DD3, счетчик начнет считать тактовые импульсы по вышеописанному ал­горитму. Таким образом, на микросхемах DD2, DD3 организован счетчик им­пульсов с коэффициентом пере­счета 6. На диодах VD6, VD7 и резисто­ре R3 реализована логическая схе­ма "ИЛИ". Счетчик DD3 устанавли­вается в исходное ("нулевое") со­стояние по приходу каждого шес­того положительного импульса мультивибратора,построенного на логических элементах DD1.1, DD1.2 (с выхода Q6 счетчика DD3) или при включении в сеть источни­ка питания системы управления за счет появления на минусовой об­кладке конденсатора С5 уровня лог.1 при его зарядке через резис­тор R3. Формирование необходимых им­пульсов Uy1...Uy6 для управления тринисторами силовой части трех­фазного инвертора тока производится логическими элементами DD1.3, DD1.4, DD4.1.. .DD4.4 и транзисторны­ми каскадами на VT2.. .VT7. Схема стабилизированного ис­точника питания +12 В в коммен­тариях не нуждается. Печатная плата системы управ­ления тринисторами силовой час­ти трехфазного инвертора тока вы­полнена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита и изображена на рис. 3.    
Ну а теперь о самом сложном - силовой части трех­фазного инвертора тока. Схема силовой части преобразователя показана на рис. 4 (трехфазный инвертор тока). Из-за большой индуктивности сглаживающего дросселя Ld ток инвертора Id можно считать идеаль­но сглаженным. Положительным импульсом Uy1 ...Uy6 открываются тиристоры VS1 ...VS6. Конденсаторы Ск- коммутирующие. Они служат для создания запираю­щего напряжения на тиристорах. Формулы для расчета трехфазного мостового ин­вертора тока: Выходное фазное напряжение: иф = Е nTp/2,34cos(3, где: (3 = (1,4...2)dKp; бкр = 360°Квыкл; бкр - угол вос­становления запирающих свойств тиристора; f - вы­ходная частота инвертора; 1выкл - паспортное время выключения тиристоров; птр - коэффициент транс­формации трансформатора. Максимальное напряжение на конденсаторе Ск: Uc макс. = 1,4Е. Емкость фазового конденсатора: Ск = 1н п
2
тр (tgd coscpH + sin(pH)/uh 27tf. Значение угла (3 выбирается из условия получения необходимого выходного напряжения Uh, где фн -угол сдвига фаз между Uh и Ih: срн = arctg (2jd Lh/Rh). Индуктивность на входе Ld: Ld > E[1-cos(|3+7i/6)]coscp/72fPH cos(3, если [ктг/б; Ld > Е2sin2(3/144f Рн cos2(3, если (3>я/6. Среднее значение тока, потребляемого от источ­ника питания: ld=ph/Ud. Максимальное прямое и обратное напряжения на тиристоре: ипр.макс = 1,41ил; иобр.макс. = 1,41 ил sin(3. Среднее, максимальное и действу­ющее значения токов, проходящих че­рез тиристоры: Ivcp = Id/3 = Рн/ЗЕ; |умакс = Id; lv = Id/1,41. Активные Рн и реактивные Qh мощности, потребляемые инвертором (суммарные и фазные): Ри = Рн = ЗРи.ф = ЗРн.ф = Pd = Е Ld; (Эй = ЗОи.ф = ЗРи.ф tg(3; Qh = ЗОн.ф = ЗРн.ф tgcpH; Qc = Qh+Qh = ЗОс.ф, где Рн, Ри.ф, (Эй, Ои.ф - сум­марные и фазные активные и реактивные мощности нагруз­ки; Qc и Ос.ф - суммарная и фазная реактивная мощность конденсаторов Ск. Чтобы получить положительную полуволну линей­ного напряжения Ua6, необходимо, чтобы были откры­ты тиристоры VS1 и VS4 (рис. 4), чтобы получить от­рицательную полуволну - VS2 и VS3. Чтобы получить положительную полуволну линей­ного напряжения U6c, необходимо, чтобы были откры­ты тиристоры VS3 и VS6, чтобы получить отрицатель­ную полуволну - VS4 и VS5. Чтобы получить полуволну линейного напряжения Uac, необходимо, чтобы были открыты тиристоры VS2 и VS5, чтобы получить отрицательную полуволну - VS1 и VS6. Получение необходимых импульсов управления ти­ристорами обеспечивается системой управления, схе­ма которой показана на рис. 1. Силовая часть преобразователя постоянного на­пряжения в трехфазное переменное, изображенная на рис. 5а, выгодно отличается от силовой части, изоб­раженной на рис. 4, отсутствием трехфазного транс­форматора. Данная силовая часть представляет со­бой трехфазный мостовой параллельный инвертор тока. Во входной цепи инвертора включен дроссель Ld, индуктивность которого велика (в пределе Ld = благодаря чему входной ток id идеально сглажен, а ток через тиристоры имеет прямоугольную форму (рис. 56). Порядок работы тиристоров в схеме: VS1, VS4; VS1, VS6; VS3, VS6; VS3.VS2; VS5, VS2; VS5, VS4; VS1, VS4... Каждый тиристор (например, VS1) рабо­тает 60° в паре с одним (VS4), а 60° - в паре с другим (VS6), то есть одновременно работают два тиристора: один в анодной и один в катодной группах. Коммута­ция в схеме осуществляется с помощью коммутирую­щих конденсаторов С1 ...СЗ, соединенных в треуголь­ник (как показано на рис. 5а) или в звезду.На рис. 6 показана схема автотрансформатора для сило­вой части трехфазного преоб­разователя напряжения, со­бранного из трех силовых трансформаторов ТС-270 (те­левизоров УЛПЦТ).
 Для изго­товления автотрансформатора Т1 из трех трансформаторов ТС-270 необходимо удалить все вторичные обмотки и экранирующую фольгу этих трансформаторов, оста­вив первичную обмотку. Первичная обмотка трансфор­матора ТС-270 содержит 318 витков (2x270) эмалиро­ванного провода диаметром 0,91 мм. Необходимо на­мотать на каждый из трех трансформаторов 2 обмот­ки по 82 витка проводом ПЭЛ или ПЭВ диаметром 1,5 мм. После изготовления трансформаторов необходи­мо подключить параллельно их первичные обмотки и подать на них напряжение сети. Если фазировка об­моток (начало - конец) не совпадает, необходимо по­менять местами концы первичной обмотки одного из трансформаторов. Вторичные обмотки изготовленных трансформато­ров необходимо соединить последовательно, также со­блюдая фазировку обмоток. Необходимое напряжение Uвых автотрансформато­ра выбирается переключателем SA1. В качестве пере­ключателя SA1 можно использовать обычный четырех- секционный галетныи переключатель, все соответству­ющие контакты секций которого запараллелены. Литература 1.   Маньковский А.Н. Преобразо­ватель напряжения аккумулятора в трехфазное напряжение 380 В. - Электрик, №7, 2001 г. 2.   Маньковский А.Н. О включе­нии электродвигателей в однофаз­ную сеть. - Электрик, №1, 2004 г. 3.   Маньковский А.Н. Счетчики с произвольным коэффициентом де­ления. - Радиосхема, №2, 2007 г. Александр Маньковский пос. Шевченко Донецкой обл.
Раздел: [Схемы]
Сохрани статью в:
Оставь свой комментарий или вопрос:

www.cavr.ru

преобразователь трехфазного переменного напряжения - патент РФ 2416866

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение той же частоты с равномерной и произвольной по величине нагрузкой фаз питающей сети, с целью применения, например, для электрификации железных дорог на переменном токе, электропитания осветительных сетей, однофазных нагрузок различного характера и назначения. Преобразователь трехфазного переменного напряжения содержит источник трехфазного переменного напряжения, например трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом, выходные выводы, кроме того, содержит два уравнительных реактора со средним выводом обмотки каждого, крайние выводы одной обмотки которых подключены к выводу вторичной фазной обмотки источника и к его нулевому выводу, крайние выводы другой обмотки - к выводам других вторичных фазных обмоток источника, а средние выводы обеих обмоток - к выходным выводам. Технический результат заключается в том, что питание всех однофазных нагрузок осуществляется от одной и той же пары клемм преобразователя. При этом величина результирующего однофазного напряжения равна фазному напряжению источника трехфазного переменного напряжения, например фазному напряжению соединенной в «звезду» вторичной обмотки трехфазного трансформатора произвольной конструкции. Исключается потребность в содержании на подстанции дополнительно второго трехфазного трансформатора, т.к. установленный трехфазный трансформатор, без изменения его принципиальной схемы, может обеспечить питание не только основного однофазного, но и вспомогательного трехфазного оборудования. Кроме того, схема преобразователя исключает необходимость подбора по мощности однофазных нагрузок при их подключении к фазным обмоткам трехфазного трансформатора. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2416866

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение той же частоты с равномерной и произвольной по величине нагрузкой фаз питающей сети, с целью применения, например, для электрификации железных дорог на переменном токе, электропитания осветительных сетей, однофазных нагрузок различного характера и назначения.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в двухфазное (схема Скотта), содержащий два однофазных трансформатора, первичная обмотка первого из которых подключена одним выводом к среднему выводу первичной обмотки второго, а свободные выводы обеих обмоток подключены к фазным входным выводам, вторичные обмотки (см. К.А.Круг. Основы электротехники. Т.2. 1932 г., стр.338, фиг.335).

Эта схема, в случае последовательного подключения вторичных обмоток к общей нагрузке, обеспечивает преобразование трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение. Однако, т.к., независимо от соотношения чисел витков обмоток, алгебраическая сумма токов в равных по числу витков частях первичной обмотки второго трансформатора равна току первичной обмотки первого трансформатора, то эти трансформаторы нагружают фазы питающей сети неодинаково. Применение в таком виде схемы Скотта, например, на подстанциях электрифицированных железных дорог при мощности нагрузки, соизмеримой с мощностью однофазных трансформаторов, может привести к «перекосу» фаз питающей сети. Кроме того, ввиду необходимости питания низким трехфазным напряжением и иных потребителей, эта схема не исключает потребность в содержании на подстанции дополнительно трехфазного трансформатора.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в неодинаковом распределении первичных токов между фазами трехфазной питающей сети.

Известен симметрирующий тяговый трансформатор (см. патент № 2374715, кл. H01F 30/14, H02J 3/26, 2008), содержащий трехстержневой магнитопровод, симметричную трехфазную первичную обмотку и трехфазную вторичную обмотку. Вторичная обмотка соединена по схеме трехлучевого зигзага, каждый луч которого состоит из двух соединенных последовательно одинаковых обмоток, расположенных на разных стержнях магнитопровода. Каждая из обмоток у одного из лучей имеет напряжение в 2,5-3,0 раз меньше, чем у каждой из обмоток в двух других лучах. Трансформатор является преобразователем трехфазного напряжения в симметричное двухфазное напряжение с углом сдвига фаз между векторами напряжения, близким к 90°.

Недостатком преобразователя является искажение питающего напряжения при неодинаковой нагрузке левого и правого «путей», питающихся каждый от одного из сдвинутых друг относительно друга на 90° напряжений соответственно между одним из больших и укороченным лучами «зигзага». Схема преобразователя не обеспечивает преобразование трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение с одинаковой нагрузкой фаз питающей сети. Кроме того, ввиду необходимости питания на подстанции низким трехфазным напряжением и иных потребителей, эта схема не исключает потребность в содержании дополнительно второго трехфазного трансформатора.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что преобразователь предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения в двухфазное, а не в однофазное переменное напряжение.

Широко известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение, содержащий понижающий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом и подключена к выходным выводам (см. Л.Н.Баптиданов и В.И.Тарасов. Электрооборудование станций и подстанций. T.1, 1960, стр.370, рис.23-1).

Недостатком этого преобразователя, изготовленного на базе одной из наиболее распространенных схем соединения обмоток силовых трансформаторов станций и подстанций, является невозможность получения однофазного переменного напряжения с одинаковой нагрузкой фаз трехфазной питающей сети.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что преобразователь предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения в трехфазное, а не в однофазное переменное напряжение.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в преобразовании трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение той же частоты при одинаковой нагрузке фаз питающей сети и использовании распространенного источника трехфазного переменного напряжения, например, 2-х обмоточного трехфазного трансформатора, каждая обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом или трехфазного генератора.

Эта задача решается тем, что преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий источник трехфазного переменного напряжения, например трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом, выходные выводы, содержит два уравнительных реактора со средним выводом обмотки каждого, крайние выводы одной обмотки которых подключены к выводу вторичной фазной обмотки источника и к его нулевому выводу, крайние выводы другой обмотки - к выводам других вторичных фазных обмоток источника, а средние выводы обеих обмоток - к выходным выводам.

Технический результат, достигаемый в предлагаемом, заключается в том, что неодинаковая нагрузка левого и правого «путей» (см. патент № 2374715) не приводит к искажению питающего напряжения, т.к. питание каждой нагрузки осуществляется от одной и той же пары клемм преобразователя. При этом величина результирующего однофазного напряжения равна фазному напряжению источника трехфазного переменного напряжения, например фазному напряжению соединенной в «звезду» вторичной обмотки трехфазного трансформатора произвольной конструкции. Дополнительный технический результат заключается в том, что исключается необходимость подбора по мощности однофазных потребителей для равномерного распределения нагрузки, подключаемой между каждой фазой и общим нулевым выводом источника трехфазного переменного напряжения.

Из сформулированного выше условия решаемой задачи следует, что сумма вторичных фазных токов такого источника трехфазного переменного напряжения не может быть равна нулю, т.к. обратное противоречит постановке задачи. Следовательно, нулевой провод должен быть загружен определенной долей результирующего тока. Вместе с тем наличие нулевого провода вовсе не означает, что по нему должен циркулировать ток нулевой последовательности, т.к. его генерация не свойственна однофазным цепям. Таким образом, нулевой провод должен служить возможности равного распределения результирующего тока между этим проводом и фазными обмотками, т.е. возможности деления результирующего тока на четыре равные части, три из которых приходятся каждая на одну фазную обмотку.

На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение.

Преобразователь содержит источник трехфазного переменного напряжения, выполненный на трехфазном трансформаторе 1, первичные (вторичные) фазные обмотки 2, 3, 4 (5, 6, 7) которого соединены в «звезду» с нулевым выводом и подключены концами (началами) к фазным входным (выходным) выводам А, В, С (а, b, с), а общей точкой начал (концов) - к нулевому входному (выходному) выводу 0 (0). Кроме того, преобразователь содержит преобразующую группу 8 из двух уравнительных реакторов 9 и 10, причем импеданс уравнительного реактора 10 в раз больше, чем импеданс уравнительного реактора 9. Крайние выводы обмотки уравнительного реактора 9 (10) подключены к фазному и нулевому выходному выводу а и 0 (фазным выходным выводам b и с). Средняя точка уравнительного реактора 9 (10) подключена к выходному выводу 11 (12). Между выходными выводами 11,12 включена нагрузка 13. Величина импеданса уравнительного реактора, как известно, зависит не только от числа витков обмотки, но и от сечения его магнитопровода. Поэтому минимально необходимую величину импеданса можно получить не только при одинаковом числе витков обмоток уравнительных реакторов, но и одинаковом сечении магнитопроводов, если эта величина не меньше наибольшего из необходимых значений.

К обмотке уравнительного реактора 9 (10) прикладывается фазное (линейное) напряжение между выходными выводами а и 0 (b и с) трехфазного трансформатора 1. Величина напряжения U 11-0 (U12-0) между выходным выводом 11 (12) уравнительного реактора 9 (10) и общей точкой 0 концов вторичных фазных обмоток 5, 6, 7 трансформатора 1, в связи с автотрансформаторным эффектом, равна половине фазного напряжения обмотки 5 (половине суммы фазных напряжений обмоток 6 и 7). Поэтому величина результирующего напряжения Uрез. между выходными выводами 11 и 12 равна фазному напряжению Uф «звезды» вторичных обмоток, причем вектор этого напряжения совпадает по фазе с вектором фазного напряжения обмотки 5.

Uрез.=0,5·Uф +0,5·Uф=Uф .

Результирующий переменный ток в соответствующий полупериод течет по нагрузке 13, разветвляется на две равные части, одна (другая) из которых течет от конца к началу (от начала к концу) одной (другой) части обмотки уравнительного реактора 10 и далее от начала к концу обмотки 6 (7) трансформатора 1, суммируясь в общей точке концов этих обмоток. Далее результирующий переменный ток вновь разветвляется на две равные части, одна (другая) из которых течет от конца к началу обмотки 5 (по вторичному нулевому проводу) трансформатора 1, затем от конца к началу (от начала к концу) одной (другой) части обмотки уравнительного реактора 9, вновь суммируясь на выходном выводе 11. В следующий полупериод результирующий переменный ток течет по тем же цепям в обратном направлении. Вследствие трансформаторного эффекта токи в первичных фазных обмотках 2, 3, 4 и первичном нулевом проводе трансформатора 1 также равны друг другу.

Учитывая особенность формирования результирующего однофазного напряжения Uрез. и несимметричность 3-стержневого магнитопровода трехфазного трансформатора, предпочтительно обмотку соответствующего из уравнительных реакторов подключить к выводам фазных обмоток трансформатора, размещенных на его крайних стержнях.

Схема преобразователя исключает необходимость в содержании на подстанции двух трехфазных трансформаторов, в том числе специального, т.к. установленный на подстанции основной трехфазный трансформатор, без изменения его принципиальной схемы, может обеспечить питание не только основного однофазного, но и вспомогательного трехфазного оборудования. Однако предлагаемое преобразование, в сравнении с тремя однофазными нагрузками, приводит при той же потребляемой мощности к уменьшению на треть мощности, выделяемой на одной общей однофазной нагрузке, а при той же мощности выделяемой на выходе - к увеличению на треть мощности трехфазного трансформатора. Вместе с тем, если мощность трехфазного трансформатора значительно превышает мощность потребителя однофазного переменного напряжения, то для указанного преобразования необходимо и достаточно только два уравнительных реактора: один мощностью 0,5, а другой - 0,866 от мощности, выделяемой на однофазной нагрузке. При этом потребляемая трехфазным трансформатором мощность составляет 1,5 от мощности, выделяемой на однофазной нагрузке. Основным фактором, определяющим эффективность преобразователя, является отсутствие необходимости подбора по мощности однофазных нагрузок при их подключении к фазным обмоткам трехфазного трансформатора.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий источник трехфазного переменного напряжения, например трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом, выходные выводы, отличающийся тем, что содержит два уравнительных реактора со средним выводом обмотки каждого, крайние выводы одной обмотки которых подключены к выводу вторичной фазной обмотки источника и к его нулевому выводу, крайние выводы другой обмотки - к выводам других вторичных фазных обмоток источника, а средние выводы обеих обмоток - к выходным выводам.

www.freepatent.ru

78. Трехфазный автономный инвертор.

Автономный инвертор – это преобразователь постоянного тока в однофазный или многофазный переменный ток, частота которого определяется системой управления, а величина и форма выходного напряжения зависит от характера и параметров нагрузки. В отличие от зависимого инвертора, частота которого определяется частотой сети, на выходе автономного инвертора получают переменный ток любой частоты, а напряжение плавно изменяется от нуля до максимально допустимого значения.

Коммутация тока в инверторах при использовании тиристоров производится независимо от процессов во внешних электрических цепях, благодаря наличию дополнительных коммутирующих устройств внутри самого преобразователя. Автономные инверторы классифицируются в зависимости от способа принудительной коммутации тока, схемы инвертора, параметров источника питания и нагрузки. По характеру обмена энергией между источником питания и нагрузкой автономные инверторы подразделяются на автономные инверторы напряжения (АИН), тока (АИТ) и автономные резонансные инверторы (АИР).

Характерной особенностью автономного инвертора напряжения является то, что он получает питание от источника напряжения, на входе АИН включается конденсатор большой емкости. Вторая особенность АИН заключается в использовании в качестве ключей полностью управляемых вентилей, зашунтированных диодами обратного тока. АИН формирует в нагрузке напряжение прямоугольной формы, а форма тока определяется характером нагрузки. АИН находит большое применение в преобразовательной технике, его иначе называют универсальным модулем преобразования электроэнергии. На его основе выполняются регуляторы переменного напряжения, непосредственные преобразователи частоты, активные фильтры напряжения и тока, компенсаторы реактивной мощности.

Характерными признаками автономного инвертора тока является питание от источника тока. Тогда в цепь источника включается дроссель большой индуктивности. В простейших резонансных инверторах нагрузка, состоящая из последовательно включенного с катушкой индуктивности конденсатора, подключается к источнику с помощью основного тиристора. Затем вспомогательный тиристор коммутирует основной, при этом ток через нагрузку течет в противоположном направлении.

В зависимости от числа коммутаций тока различают инверторы с одно – и двухступенчатой коммутацией. При одноступенчатой коммутации ток нагрузки сразу переходит на вступающий в работу тиристор, при двухступенчатой коммутации нагрузка сначала переключается во вспомогательную цепь, а затем в основную. При использовании однооперационных тиристоров схемы дополняются специальными узлами принудительной коммутации. В автономных инверторах на тиристорах полная коммутация с переключением тока с одной ветви схемы на другую выполняется в несколько этапов. Сначала происходит уменьшение прямого тока в одном из тиристоров до нуля, затем задержка приложения прямого напряжения на нем до полного восстановления запирающей способности и далее нарастание прямого тока во втором тиристоре.

Как и выпрямители, автономные инверторы в зависимости от числа фаз подразделяют на однофазные и многофазные. В настоящее время в системе электроснабжения железных дорог переменного тока и метрополитенов используется асинхронный тяговый электропривод, одним из основных элементов которого является мостовой автономный инвертор.

Силовая часть трехфазного автономного инвертора напряжения содержит шесть транзисторных ключей VT1–VT6 с шестью диодами обратного тока VD1–VD6, образующих мосто­вую схему и присоединенных параллельно к источнику питания. Упрощенная схема трехфазного мостового АИН с использованием IGBT-транзисторов изображена на рис. 8.1.

Как известно, по способу построения силовой цепи инверторы подразделяются на инверторы с постоянной и переменной структурой силовой цепи. В схемах с постоянной структурой управляющие сигналы подаются всегда одновременно на три силовых транзистора, что обуславливает неизменность структуры силовой цепи. В схемах с переменной структурой число транзисторов, на которые подаются управляющие сигналы, может быть меньше трех.

Длительность переключения транзисторных ключей и, следовательно, частота выходного напряжения определяется системой управления. На интервале одного периода выходного напряжения транзисторы анодной и катодной групп могут переключаться однократно и многократно. При однократном переключении транзисторы могут находиться в открытом состоянии в течение 120, 150 или 180° эл. Простейшим способом управления транзисторными ключами VT1–VT6 инвертора, обеспечивающим неизменность структуры силовой цепи, является способ с a = 180° эл. Простейшими способами управления транзисторами, при которых изменяется структура силовой цепи инвертора, являются способы с a = 120° и a = 150° эл. При этих способах управления в схеме выходного каскада образуются ветви, замыкающиеся только через диоды обратного моста. Структура выходной цепи такого инвертора будет зависеть от направления тока в этих ветвях. В свою очередь момент изменения тока в той или иной ветви схемы зависит от характера нагрузки. Поэтому форма выходного напряжения при a = 120° также будет зависеть от характера нагрузки. При a = 120° структура силовой цепи остается неизменной, если cosφн ≤ 0,55. Форма напряжения на нагрузке в этом случае аналогична форме при a = 180°. Общим недостатком этих способов является необходимость применения управляемых вентилей. Нагрузка трехфазного АИН включается либо по схеме звезды, либо по схеме треугольника. Эффективное значение фазного напряжения при соединении нагрузки звездой определяется по формуле

; где – напряжение источника питания.

Соответственно эффективное значение линейного напряжения равно

(8.2)

Форма тока выходной цепи зависит от характера нагрузки. При активно-индуктивной нагрузке она представляет собой ломанную кривую, состоящую из четырех экспонент на участке, равном половине периода. Эффективное значение тока нагрузки определяется путем интегрирования характерных участков кривой тока.

При соединении нагрузки звездой действующее значение тока равно; где коэффициентобратно пропорционален постоянной времени, а параметр. Выражение (8.3) справедливо для промежутка времени.

Требуемую форму тока нагрузки, в том числе и синусоидальную, можно получить путем многократного включения и отключения управляемых вентилей на интервале одного периода. При этом плавно изменяется эффективное значение напряжения на нагрузке.

Для регулирования выходного напряжения с помощью инвертора наибольшее применение находит широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с формированием огибающей в виде прямоугольника, трапеции или синусоиды. Прямоугольную модуляцию иначе называют широтно-импульсным регулированием (ШИР). Широтно-импульсное регулирование напряжения на выходе инвертора на основной частоте осуществляется изменением относительной продолжительности включения нагрузки в цепь источника питания. Находит применение ШИР, когда в паузе между импульсами запираются два силовых транзистора одной группы. Тогда при открытых транзисторах VT1, VT2, VT3 для создания паузы в напряжении на нагрузке запираются VT1 и VT3. Алгоритм одиночного переключения способен формировать паузу в выходном напряжении инвертора при любых значениях постоянной времени

При алгоритме группового переключения создается пауза в напряжении на нагрузке, если к моменту запирания двух транзисторов группы ток изменит знак. Это явление может быть при небольших значениях постоянных времени нагрузки. Если значение велико и к рассматриваемому моменту ток не изменит знака, то паузу в выходном напряжении сформировать не удастся. При ШИР на основной частоте гармонический состав выходного напряжения и тока резко ухудшается в области малых напряжений и частот. Для исключения этого нежелательного явления используется широтно-импульсное регулирование на несущей частоте. Наибольшее снижение содержания высших гармоник достигается при широтно-импульсной модуляции по синусоидальному закону. При этом в схеме управления формируется опорное напряжение треугольной формы, которое сравнивается с модулирующей кривой синусоидальной формы. Длительность импульса выходного напряжения определяется точками пересечения этих кривых.

studfile.net

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное

Подробности
Категория: Источники питания

     Сегодня в быту находят широкое применение различные устройства, для питания которых требуется трехфазное напряжение. Но бытовая сеть, как правило, однофазная. Поэтому возникает потребность преобразовать однофазное напряжение в трехфазное. Авторы предлагают один из вариантов такого преобразователя.
  Известны различные преобразователи однофазного напряжения в трехфазное. В [1] описан аппарат, выполненный на основе асинхронного трехфазного двигателя, как и любая электрическая машина обратимого: генератор может служить двигателем, и наоборот. Недостатки такого преобразователя — значительный "перекос" фаз, а также то, что мощность двигателя-преобразователя должна быть больше, чем питаемого от него электрооборудования.
  Управляемый полупроводниковый инвертор для питания трехфазного двигателя предложен в [2]. Его недостаток заключен в применении регулируемого автотрансформатора для изменения выходного трехфазного напряжения. Но некоторые его узлы (устройства управления выходными ключами, питаемые бутстрепным способом) очень хорошо работают и поэтому использованы и в разработанном нами устройстве.
  Источник питания трехфазного электродвигателя от однофазной сети с регулировкой частоты вращения рассмотрен в [3]. Но для питания "верхних" и "нижних" транзисторов его выходных ключей требуются отдельные источники напряжения. Сами ключи выполнены на биполярных транзисторах, имеющих большое внутреннее сопротивление в режиме насыщения.
  Предлагаемый преобразователь однофазного напряжения в трехфазное лишен недостатков устройств, описанных в [2] и [3]. Его общая схема представлена на рис. 1. Выходы формирователя трехфазных импульсных последовательностей А1 соединены с входами трех одинаковых мощных коммутаторов А2.1, А2.2 и А2.3, к выходам которых и подключают трехфазную нагрузку.

  Коммутаторы питаются выпрямленным с помощью диодного моста VD1 напряжением однофазной сети 220 В. Конденсаторы С2 и СЗ — сглаживающие. К сети подключен и "электронный трансформатор" для питания галогенных ламп U1 — преобразователь сетевого напряжения в импульсное амплитудой 15В и частотой 45 кГц. Его выходное напряжение выпрямляет мост из высокочастотных выпрямительных диодов VD2—VD5. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, которым питаются электродвигатели М1—МЗ вентиляторов, обдувающих теплоотвод, на котором размещены мощные транзисторы коммутаторов А2.1—А2.3. Вентиляторы — типоразмера 80x80 мм от компьютера.
  Напряжением 12 В с выхода интегрального стабилизатора DA1 питают формирователь А1 и маломощные узлы коммутаторов А2.1—А2.3. Примененная в качестве DA1 микросхема KIA7812AP1505 отличается тем, что имеет изолированный корпус. Это позволяет крепить ее непосредственно на шасси устройства, используя его в качестве теплоотвода.
  Схема формирователя А1 изображена на рис. 2. Генератор тактовых импульсов собран на таймере DA1 КР1006ВИ1 по схеме мультивибратора. Их частоту регулируют переменным резистором R1.1, а одновременно установленный с ним на одной оси переменный резистор R1.2 изменяет скважность импульсов. С повышением частоты длительность импульсов на выходе задающего генератора должна уменьшаться.

  Тактовые импульсы поступают на вход счетчика DD2, на выходах которого поочередно на один период повторения импульсов устанавливается высокий уровень напряжения. Поскольку уровень на входе СР счетчика низкий, изменение его состояния происходит по нарастающим перепадам импульсов на входе CN. С появлением высокого уровня на выходе 6 (выводе 5) и соединенном с ним входе R счетчик немедленно возвращается в состояние с высоким уровнем на выходе 0 (вывод 3), после чего цикл повторяется.
  Импульсы с выходов счетчика DD2 с помощью микросхемы DD3 преобразуются в три последовательности импульсов длительностью три такта, повторяющихся с периодом шесть тактов. Последовательности взаимно сдвинуты во времени на треть периода (два такта). Элементами микросхемы DD4 эти последовательности инвертируют, а с помощью D-триггеров микросхемы DD6 задерживают относительно исходных. Для этого на вход С микросхемы DD6 поданы тактовые импульсы, причем изменение состояния триггеров происходит по их спадам. В результате импульсы на выходах микросхемы DD6 задержаны относительно входных на длительность тактового импульса.
  Из полученных описанным образом двенадцати импульсных последовательностей элементы микросхем DD1.1—DD1.4, DD5.1, DD5.2 формируют импульсы управления коммутаторами А2.1—А2.3.
  Коммутаторы выполнены по схеме, заимствованной из [2] и показанной на рис. 3. Выходные полевые транзисторы прототипа заменены на более мощные IGBT IRG4BC40U (остаточное напряжение — 1,7 В при токе 40 А) с демпфирующими диодами FR607. Все IGBT установлены через изолирующие прокладки на общем теплоотводе, обдуваемом вентиляторами (см. рис. 1). Размеры теплоотвода — 260x90 мм.

  На двусторонней печатной плате, изображенной на рис. 4, размещены, как показано на рис. 5, все элементы узлов А1, А2.1—А2.3, за исключением сдвоенного переменного резистора, IGBT и демпфирующих диодов. Обозначения элементов узлов А2.1—А2.3 на плате снабжены цифровыми префиксами, соответствующими номеру узла.

  При указанных на схеме номиналах элементов тактового генератора частота формируемого трехфазного напряжения регулируется сдвоенным переменным резистором R1 от 31 до 52 Гц, а коэффициент заполнения соответственно от 66 до 92 %. Последнее позволяет избежать чрезмерного увеличения тока в обмотках электродвигателя при пониженной частоте питающего напряжения. Интервал регулирования частоты может быть сдвинут вверх уменьшением емкости конденсатора С1 в тактовом генераторе.


  Для двигателя на номинальную частоту 50 Гц повышать частоту питающего напряжения выше 100 Гц не стоит. При этом частота вращения ротора приблизится к 6000 мин ', что опасно для подшипников. Если использовать преобразователь для питания строительных и сельскохозяйственных механизмов, двигатели которых рассчитаны на напряжение 36 В при частоте 200...400 Гц, то на диодный мост VD1 (см. рис. 1) нужно подать напряжение 36 В 50 Гц, а частоту тактового генератора в узле А1 соответственно увеличить.

ЛИТЕРАТУРА
1. Клейменов В. Электродвигатель— преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. — Радио, 2002, № 1,с. 28, 29.
2. Мурадханян Э. Управляемый инвертор для питания трехфазного двигателя. — Радио, 2004, № 12, с. 28, 29.
3. Нарыжный В. Источник питания трехфазного электродвигателя от однофазной сети с регулировкой частоты вращения. — Радио, 2003, № 12, с. 35—37.

В. КАЛАШНИК, Н. ЧЕРЕМИСИНОВА, г. Воронеж
Радио №3, 2009

Добавить комментарий

radiofanatic.ru

Трехфазный преобразователь постоянно-переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике. Цель изобретения - улучшение качества преобразования электрической энергии путем снижения искажений выпрямленного и сетевого тока. При однофазных мостах на тиристорах 1...6, 7...12, 13...18 подключены к трехфазному блоку 19 импульсно фазового управления. В полюса мостов включены реакторы 20...25. Фазы мостов через реакторы 26...34 соединены с фазами сети. Три двухфазных блока 35...37 управления подключены к тиристорам трех фаз преобразователя. Входы блоков импульсно-фазового управления через блоки 38,39 нелинейности соединены с выходом блока уставки 40. Мосты преобразователя при сигнале блока уставки, обеспечивающем выходное напряжение в диапазоне 0...66%, от максимального переводятся в двухфазный режим, причем в разных мостах работают разные пары фаз, а блоки нелинейности компенсируют изменения коэффициента передачи мостов, что обеспечивает снижение искажений в сети при низкой реактивной мощности, потребляемой преобразователем. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 5у Н 02 M 7/00

ГОСУДАРСТ8ЕКНЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4200702/24-07 (22) 25.02.87 (46) 07.10.89. Бюл. У 37 (71) Московское отделение Научноисследовательского института постоянного тока (72) Н.И.Джус (53) 621.316.727(088;8) (56) Авторское свидетельство СССР

1l 1376193, кл. H 02 M 7/00, 1986. (54) ТРЕХФАЗНЪ|И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ постоянно-пеРеменного токА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике. Цель изобретения — улучшение качества преобразования электрической энергии путем снижения искажений выпрямленного и сетевого тока. При однофазных мостах на тиристорах 1 — 6, 7 — 12, 13 — 18 подключены к трехфазному бло„„SU„„1513590 А1

2 ку 19 импульсного фазового управления. В полюса мостов включены реакторы 20 — 25. Фазы мостов через реакторы 26 — 34 соединены с фазами сети.

Три двухфазных блока 35 — 37 управления подключены к тиристорам трех фаз преобразователя. Входы блоков импульсно-фазового управления через блоки 38,39 нелинейности соединены с выходом блока уставки 40. Мосты преобразователя при сигнале блока ус тавки, обеспечивающем выходное напря— жение в диапазоне 0 — 667, от максимального переводятся в двухфазный режим, причем в разных мостах работают разные пары фаз, а блоки нелинейности компенсируют изменения коэффициента передачи мостов, что обеспечивает снюкИние искажений в.сети при низкой реактивной мощности, потребляемой преобразователем. 1 ил.

3 1513590

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике.

Целью изобретения является улучшение качества преобразования электрической энергии путем снижения искажений выпрямленного и сетевого тока.

На чертеже приведена схема пре- 10 образователя.

Предлагаемый преобразователь содержит три трехфазных тиристорных. моста, содержащих тиристоры 1 — 6, 7 — 12, 13 — 18 соответственно. По 15 одной разной фазе этих мостов входами подключено к трехфазному блоку 19 импульсно-фазового управления. В полюса мостов включены сглаживающие реакторы 20 — 25. Фазы мостов соеди- 20 нен с сетью через токоограничивающие реакторы 26 — 28, 29 — 31 32 — 34 соответственно. По две фазы мостов соединены управляющими входами с выходами двухфазных блоков 35 — 37 импульсно-фазового управления, входы которьгх подключены к блоку 38 нелинейности. Вход блока 1 9 соединен с выходом блока 39 нелинейности. Блоки 38 и 39 нелинейности соединены с 30 выходом блока 40 уставки.

Преобразователь работает следующжч образом.

Блок 40 уставки .подает сигнал задания выходного напряжения на бло-! ки 38 и 39 нелинейности. При больших сигналах задания, соответствующих модулю выходного напряжения преобразователя (66% ((U>

37 вырабатывают импульсы управления, фаза которых во всех фазах преобразователя одинакова и изменяется соответственно сигналу задания в диапазо- г5 не от 48,6 до 0 . При сигнале задания, соответствующем модулю выходного напряжения U (66%., блок 19 нелинейности устанавливает на своем выходе сигнал, соответствующий углу управления (близкий 180 ) или обеспечивающий снятие импульсов управления, На остальные две фазы каждого моста блоками 35 — 37 под действием сигнала блока 38 нелинейности формируются импульсы управления с фазой, изменяо ющейся в диапазоне от 0 до 90 и дао лее до 180 при переходе в инверторный режим, Хотя каждый мост при низких выходных напряжениях работает в несимметричном режиме (работают только две фазы), что обеспечивает низкий уровень потребления реактивной мощности, однако вся система из трех мостов потребления от сети симметричный ток и в нагрузки передается ток с минимумом пульсаций.

При этом для управления фазами, откгпочаемыми при низких выходных напряжениях преобразователя, возможно использования общего стандартного трехфазного блока импульсно-фазового управления, что упрощает устройство.

Применение предлагаемого технического позволяет снизить уровень искажений в питающей сети, снизить пульсации тока в нагрузке, чем повысить качество работы преобразователя.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Трехфазный преобразователь постоянно-переменного тока, содержащий трехфазный тиристорный мост, выводы переменного тока которого через реакторы предназначены для подключения к питающей сети, а выводы постоянного тока через другие реакторы— к нагрузке, блок уставки, выходом соединенный с входами первого и второго блоков нелинейности, основной двухфазный и дополнительный блоки импульсно-фазового управления, входы которых подклочены к выходам соответственно первого и второго блоков нелинейности, а выходы подключены к тиристорам соответствующих фаз тиристорного моста, первый блок нелинейности с характеристикой, обеспечивающей при изменении входного сигнала от нуля до уровня, соответствующего выходному напряженио, большему

66% от максимально возможного передачу сигнала без изменения, а при дальнейшем увеличении входного сигнала первый блок нелинейности преобразования входного сигнала в выходной, меньший входного на постоянную величину входного сигнала, достигнутую перед дальнейшим увеличением входного сигнала, второй блок нелинейности с характеристикой, обеспечивающей передачу сигнала без изменения в случае, аналогичном первому блоку нелинейности и дальнейшее формирование на своем выходе максимально допустимого сигнала управления, о т—

Составитель С. Лузанов

Техред J1.0ëèéíûê Корректор N. Иаксимишинеп

Редактор Н. Бобкова

Заказ 6096/55 Тираж 648 Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-ЗS, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

5 l51 личающийс я тем, что, с целью повьппения качества преобразования электрической энергии путем снижения искажений выпрямленного и сетевого тока, он снабжен двумя дополнительными трехфазными тиристорными мостами, аналогичными вьппеукаэанному с соответствующими реакторами, двумя дополнительными двухфазными блоками импульсно-фазового управления, а дополнительный блок импульсно-фазового управления выполнен трехфазным, причем два дополнительных двухфазных

3590 6 тиристорных моста через соответствующие реакторы предназначены для подключения к питающей сети и нагрузке, 5 выходы дополнительного блока импульсно-фазового управления подключены к управляющим входам тиристоров разных мостов разных фаз, выходы двух дополнительных двухфазных блоков импульсно-фазового управления подключены к управляющим входам остальных тиристоров двух соответствующих дополнительных трехфазных тиристорных мостов.

   

findpatent.ru

Преобразователи однофазного напряжения в трехфазное - Источники питания (прочие полезные конструкции) - Источники питания

В своем доме, гараже, на даче... в различных устройствах очень часто приходится применять сравнительно дорогой электродвигатель. Но так как в сети фаза и ноль, то и элект­родвигатель должен быть однофазным. С другой стороны, у людей осталось немалое количество трехфазных электродви­гателей со старых времен...

                               Преобразователи однофазного напряжения в трехфазное

Радиолюбители, электрики дав­но научились включать трехфаз­ные электродвигатели в однофаз­ную сеть, но вот беда - при этом электродвигатель теряет 50% но­минальной мощности на валу, да и такое включение трехфазных электродвигателей большой мощ­ности и высокооборотистых иног­да проблематично. А что, если трехфазный электродвигатель рас­считан на частоту питающей сети 400 Гц? 

Выход один - конструирование преобразователей однофазного на­пряжения в трехфазное. Этому воп­росу я посвятил немало времени. Сначала в [1] я спроектировал трех­фазный инвертор тока, в системе управления силовой частью которо­го применил кольцевой счетчик с коэффициентом деления частоты 6. Но вся беда в том, что в обычном кольцевом счетчике сбои, вызван­ные лишними или недостающими кодовыми единицами в кольце вследствие воздействия импульса помехи не самоустранимы.

В [2] я решил эту проблему, раз­работав кольцевой счетчик с авто­матической коррекцией исходного состояния, при этом, естественно, усложнив и так не очень-то простую систему управления силовой час­тью трехфазного инвертора тока.

Затем в [3] я спроектировал обыч­ные цифровые счетчики с произволь­ным коэффициентом пересчета и на базе этих счетчиков разработал очень простую систему управления силовой частью трехфазного преобразовате­ля напряжения. Принципиальная схема этой системы управления изображена на рис. 1, а временные диаграммы напряжений в ее харак­терных точках показаны на рис. 2.

               

Генератор прямоугольных им­пульсов с частотой следования им­пульсов 300 Гц, которая подстраи­вается подбором сопротивления резистора R1, построен на логичес­ких элементах DD1.1 и DD1.2.

На микросхемах DD2 и DD3 со­бран цифровой счетчик с коэффи­циентом деления частоты 6. Прин­цип работы счетчика с коэффици­ентом пересчета 6 поясняют вре­менные диаграммы напряжений в характерных точках, показанные на рис. 2. Предположим, счетчик DD3 находится в нулевом состоя­нии. В этом случае на выходе Q1 счетчика присутствует уровень лог.1, на всех остальных выходах - уровень лог.0. На логических эле­ментах ИЛИ-НЕ DD2.3, DD2.4 пост­роен RS-триггер.

Итак, в исходном состоянии на выводе 1 DD2.3 уровень лог.0, на выводе 13 DD2.4 - уровень лог.1, на выходе RS-триггера (вывод 11 DD2.4) и, соответственно, на вхо­де R счетчика DD3 - уровень лог.0, разрешающий работу данного счетчика.

Положительным фронтом перво­го тактового импульса уровень лог.1 исчезает с выхода счетчика Q0 и по­является на выходе Q1. На выводе 1 DD2.3 по-прежнему уровень лог.0, на выводе 13 DD2.4 - также уро­вень лог.О, следовательно, на вы­воде 11 DD2.4 и, соответственно, на входе R счетчика DD3 по-прежнему остается уровень лог.О.

По истечении действия первого тактового импульса состояние RS- триггера не меняется (на выходе Q0 по-прежнему уровень лог.О и, соответственно, уровень лог.О ос­тается и на выводе 1 DD2.3, и на выводе 13 DD2.4 данного тригге­ра). Такое правильное "безобра­зие" будет продолжаться до прихо­да положительного фронта седьмо­го тактового импульса. Приход дан­ного импульса обеспечит появле­ние уровня лог.1 на выходе Q6 счетчика DD1 и, соответственно,на выводе 1 DD2.3. Это приведет к тому, что на входе R счетчика DD3 появится уровень лог.1, счетчик обнулится, на выходе Q0 появится уровень лог.1, что практически мгновенно обеспечит снятие уров­ня лог.1 со входа R счетчика DD3, счетчик начнет считать тактовые импульсы по вышеописанному ал­горитму.

Таким образом, на микросхемах DD2, DD3 организован счетчик им­пульсов с коэффициентом пере­счета 6.

На диодах VD6, VD7 и резисто­ре R3 реализована логическая схе­ма "ИЛИ". Счетчик DD3 устанавли­вается в исходное ("нулевое") со­стояние по приходу каждого шес­того положительного импульса мультивибратора,построенного на логических элементах DD1.1, DD1.2 (с выхода Q6 счетчика DD3) или при включении в сеть источни­ка питания системы управления за счет появления на минусовой об­кладке конденсатора С5 уровня лог.1 при его зарядке через резис­тор R3.

Формирование необходимых им­пульсов Uy1...Uy6 для управления тринисторами силовой части трех­фазного инвертора тока производится логическими элементами DD1.3, DD1.4, DD4.1.. .DD4.4 и транзисторны­ми каскадами на VT2.. .VT7.

Схема стабилизированного ис­точника питания +12 В в коммен­тариях не нуждается.

Печатная плата системы управ­ления тринисторами силовой час­ти трехфазного инвертора тока вы­полнена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита и изображена на рис. 3.

   

Ну а теперь о самом сложном - силовой части трех­фазного инвертора тока.

Схема силовой части преобразователя показана на рис. 4 (трехфазный инвертор тока).

Из-за большой индуктивности сглаживающего дросселя Ld ток инвертора Id можно считать идеаль­но сглаженным. Положительным импульсом Uy1 ...Uy6 открываются тиристоры VS1 ...VS6. Конденсаторы Ск- коммутирующие. Они служат для создания запираю­щего напряжения на тиристорах.

Формулы для расчета трехфазного мостового ин­вертора тока:

Выходное фазное напряжение: иф = Е nTp/2,34cos(3, где: (3 = (1,4...2)dKp; бкр = 360°Квыкл; бкр - угол вос­становления запирающих свойств тиристора; f - вы­ходная частота инвертора; 1выкл - паспортное время выключения тиристоров; птр - коэффициент транс­формации трансформатора.

Максимальное напряжение на конденсаторе Ск: Uc макс. = 1,4Е.

Емкость фазового конденсатора: Ск = 1н п2тр (tgd coscpH + sin(pH)/uh 27tf. Значение угла (3 выбирается из условия получения необходимого выходного напряжения Uh, где фн -угол сдвига фаз между Uh и Ih: срн = arctg (2jd Lh/Rh). Индуктивность на входе Ld: Ld > E[1-cos(|3+7i/6)]coscp/72fPH cos(3, если [ктг/б; Ld > Е2sin2(3/144f Рн cos2(3, если (3>я/6. Среднее значение тока, потребляемого от источ­ника питания: ld=ph/Ud.

Максимальное прямое и обратное напряжения на тиристоре: ипр.макс = 1,41ил;

иобр.макс. = 1,41 ил sin(3.

Среднее, максимальное и действу­ющее значения токов, проходящих че­рез тиристоры: Ivcp = Id/3 = Рн/ЗЕ; |умакс = Id; lv = Id/1,41.

Активные Рн и реактивные Qh мощности, потребляемые инвертором (суммарные и фазные):

Ри = Рн = ЗРи.ф = ЗРн.ф = Pd = Е Ld;

(Эй = ЗОи.ф = ЗРи.ф tg(3;

Qh = ЗОн.ф = ЗРн.ф tgcpH;

Qc = Qh+Qh = ЗОс.ф, где Рн, Ри.ф, (Эй, Ои.ф - сум­марные и фазные активные и реактивные мощности нагруз­ки; Qc и Ос.ф - суммарная и фазная реактивная мощность конденсаторов Ск.

Чтобы получить положительную полуволну линей­ного напряжения Ua6, необходимо, чтобы были откры­ты тиристоры VS1 и VS4 (рис. 4), чтобы получить от­рицательную полуволну - VS2 и VS3.

Чтобы получить положительную полуволну линей­ного напряжения U6c, необходимо, чтобы были откры­ты тиристоры VS3 и VS6, чтобы получить отрицатель­ную полуволну - VS4 и VS5.

Чтобы получить полуволну линейного напряжения Uac, необходимо, чтобы были открыты тиристоры VS2 и VS5, чтобы получить отрицательную полуволну - VS1 и VS6.

Получение необходимых импульсов управления ти­ристорами обеспечивается системой управления, схе­ма которой показана на рис. 1.

Силовая часть преобразователя постоянного на­пряжения в трехфазное переменное, изображенная на рис. 5а, выгодно отличается от силовой части, изоб­раженной на рис. 4, отсутствием трехфазного транс­форматора. Данная силовая часть представляет со­бой трехфазный мостовой параллельный инвертор тока. Во входной цепи инвертора включен дроссель Ld, индуктивность которого велика (в пределе Ld = благодаря чему входной ток id идеально сглажен, а ток через тиристоры имеет прямоугольную форму (рис. 56). Порядок работы тиристоров в схеме: VS1, VS4; VS1, VS6; VS3, VS6; VS3.VS2; VS5, VS2; VS5, VS4; VS1, VS4... Каждый тиристор (например, VS1) рабо­тает 60° в паре с одним (VS4), а 60° - в паре с другим (VS6), то есть одновременно работают два тиристора: один в анодной и один в катодной группах. Коммута­ция в схеме осуществляется с помощью коммутирую­щих конденсаторов С1 ...СЗ, соединенных в треуголь­ник (как показано на рис. 5а) или в звезду.

На рис. 6 показана схема автотрансформатора для сило­вой части трехфазного преоб­разователя напряжения, со­бранного из трех силовых трансформаторов ТС-270 (те­левизоров УЛПЦТ).

 Для изго­товления автотрансформатора Т1 из трех трансформаторов ТС-270 необходимо удалить все вторичные обмотки и экранирующую фольгу этих трансформаторов, оста­вив первичную обмотку. Первичная обмотка трансфор­матора ТС-270 содержит 318 витков (2x270) эмалиро­ванного провода диаметром 0,91 мм. Необходимо на­мотать на каждый из трех трансформаторов 2 обмот­ки по 82 витка проводом ПЭЛ или ПЭВ диаметром 1,5 мм. После изготовления трансформаторов необходи­мо подключить параллельно их первичные обмотки и подать на них напряжение сети. Если фазировка об­моток (начало - конец) не совпадает, необходимо по­менять местами концы первичной обмотки одного из трансформаторов.

Вторичные обмотки изготовленных трансформато­ров необходимо соединить последовательно, также со­блюдая фазировку обмоток.

Необходимое напряжение Uвых автотрансформато­ра выбирается переключателем SA1. В качестве пере­ключателя SA1 можно использовать обычный четырех- секционный галетныи переключатель, все соответству­ющие контакты секций которого запараллелены.

Литература

1.   Маньковский А.Н. Преобразо­ватель напряжения аккумулятора в трехфазное напряжение 380 В. - Электрик, №7, 2001 г.

2.   Маньковский А.Н. О включе­нии электродвигателей в однофаз­ную сеть. - Электрик, №1, 2004 г.

3.   Маньковский А.Н. Счетчики с произвольным коэффициентом де­ления. - Радиосхема, №2, 2007 г.

Александр Маньковский

пос. Шевченко Донецкой обл.

cxema.my1.ru

Преобразователь трехфазного переменного напряжения

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение той же частоты с равномерной и произвольной по величине нагрузкой фаз питающей сети, с целью применения, например, для электрификации железных дорог на переменном токе, электропитания осветительных сетей, однофазных нагрузок различного характера и назначения. Преобразователь трехфазного переменного напряжения содержит источник трехфазного переменного напряжения, например трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом, выходные выводы, кроме того, содержит два уравнительных реактора со средним выводом обмотки каждого, крайние выводы одной обмотки которых подключены к выводу вторичной фазной обмотки источника и к его нулевому выводу, крайние выводы другой обмотки - к выводам других вторичных фазных обмоток источника, а средние выводы обеих обмоток - к выходным выводам. Технический результат заключается в том, что питание всех однофазных нагрузок осуществляется от одной и той же пары клемм преобразователя. При этом величина результирующего однофазного напряжения равна фазному напряжению источника трехфазного переменного напряжения, например фазному напряжению соединенной в «звезду» вторичной обмотки трехфазного трансформатора произвольной конструкции. Исключается потребность в содержании на подстанции дополнительно второго трехфазного трансформатора, т.к. установленный трехфазный трансформатор, без изменения его принципиальной схемы, может обеспечить питание не только основного однофазного, но и вспомогательного трехфазного оборудования. Кроме того, схема преобразователя исключает необходимость подбора по мощности однофазных нагрузок при их подключении к фазным обмоткам трехфазного трансформатора. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение той же частоты с равномерной и произвольной по величине нагрузкой фаз питающей сети, с целью применения, например, для электрификации железных дорог на переменном токе, электропитания осветительных сетей, однофазных нагрузок различного характера и назначения.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в двухфазное (схема Скотта), содержащий два однофазных трансформатора, первичная обмотка первого из которых подключена одним выводом к среднему выводу первичной обмотки второго, а свободные выводы обеих обмоток подключены к фазным входным выводам, вторичные обмотки (см. К.А.Круг. Основы электротехники. Т.2. 1932 г., стр.338, фиг.335).

Эта схема, в случае последовательного подключения вторичных обмоток к общей нагрузке, обеспечивает преобразование трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение. Однако, т.к., независимо от соотношения чисел витков обмоток, алгебраическая сумма токов в равных по числу витков частях первичной обмотки второго трансформатора равна току первичной обмотки первого трансформатора, то эти трансформаторы нагружают фазы питающей сети неодинаково. Применение в таком виде схемы Скотта, например, на подстанциях электрифицированных железных дорог при мощности нагрузки, соизмеримой с мощностью однофазных трансформаторов, может привести к «перекосу» фаз питающей сети. Кроме того, ввиду необходимости питания низким трехфазным напряжением и иных потребителей, эта схема не исключает потребность в содержании на подстанции дополнительно трехфазного трансформатора.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в неодинаковом распределении первичных токов между фазами трехфазной питающей сети.

Известен симметрирующий тяговый трансформатор (см. патент №2374715, кл. H01F 30/14, H02J 3/26, 2008), содержащий трехстержневой магнитопровод, симметричную трехфазную первичную обмотку и трехфазную вторичную обмотку. Вторичная обмотка соединена по схеме трехлучевого зигзага, каждый луч которого состоит из двух соединенных последовательно одинаковых обмоток, расположенных на разных стержнях магнитопровода. Каждая из обмоток у одного из лучей имеет напряжение в 2,5-3,0 раз меньше, чем у каждой из обмоток в двух других лучах. Трансформатор является преобразователем трехфазного напряжения в симметричное двухфазное напряжение с углом сдвига фаз между векторами напряжения, близким к 90°.

Недостатком преобразователя является искажение питающего напряжения при неодинаковой нагрузке левого и правого «путей», питающихся каждый от одного из сдвинутых друг относительно друга на 90° напряжений соответственно между одним из больших и укороченным лучами «зигзага». Схема преобразователя не обеспечивает преобразование трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение с одинаковой нагрузкой фаз питающей сети. Кроме того, ввиду необходимости питания на подстанции низким трехфазным напряжением и иных потребителей, эта схема не исключает потребность в содержании дополнительно второго трехфазного трансформатора.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что преобразователь предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения в двухфазное, а не в однофазное переменное напряжение.

Широко известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение, содержащий понижающий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом и подключена к выходным выводам (см. Л.Н.Баптиданов и В.И.Тарасов. Электрооборудование станций и подстанций. T.1, 1960, стр.370, рис.23-1).

Недостатком этого преобразователя, изготовленного на базе одной из наиболее распространенных схем соединения обмоток силовых трансформаторов станций и подстанций, является невозможность получения однофазного переменного напряжения с одинаковой нагрузкой фаз трехфазной питающей сети.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что преобразователь предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения в трехфазное, а не в однофазное переменное напряжение.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в преобразовании трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение той же частоты при одинаковой нагрузке фаз питающей сети и использовании распространенного источника трехфазного переменного напряжения, например, 2-х обмоточного трехфазного трансформатора, каждая обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом или трехфазного генератора.

Эта задача решается тем, что преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий источник трехфазного переменного напряжения, например трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом, выходные выводы, содержит два уравнительных реактора со средним выводом обмотки каждого, крайние выводы одной обмотки которых подключены к выводу вторичной фазной обмотки источника и к его нулевому выводу, крайние выводы другой обмотки - к выводам других вторичных фазных обмоток источника, а средние выводы обеих обмоток - к выходным выводам.

Технический результат, достигаемый в предлагаемом, заключается в том, что неодинаковая нагрузка левого и правого «путей» (см. патент №2374715) не приводит к искажению питающего напряжения, т.к. питание каждой нагрузки осуществляется от одной и той же пары клемм преобразователя. При этом величина результирующего однофазного напряжения равна фазному напряжению источника трехфазного переменного напряжения, например фазному напряжению соединенной в «звезду» вторичной обмотки трехфазного трансформатора произвольной конструкции. Дополнительный технический результат заключается в том, что исключается необходимость подбора по мощности однофазных потребителей для равномерного распределения нагрузки, подключаемой между каждой фазой и общим нулевым выводом источника трехфазного переменного напряжения.

Из сформулированного выше условия решаемой задачи следует, что сумма вторичных фазных токов такого источника трехфазного переменного напряжения не может быть равна нулю, т.к. обратное противоречит постановке задачи. Следовательно, нулевой провод должен быть загружен определенной долей результирующего тока. Вместе с тем наличие нулевого провода вовсе не означает, что по нему должен циркулировать ток нулевой последовательности, т.к. его генерация не свойственна однофазным цепям. Таким образом, нулевой провод должен служить возможности равного распределения результирующего тока между этим проводом и фазными обмотками, т.е. возможности деления результирующего тока на четыре равные части, три из которых приходятся каждая на одну фазную обмотку.

На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение.

Преобразователь содержит источник трехфазного переменного напряжения, выполненный на трехфазном трансформаторе 1, первичные (вторичные) фазные обмотки 2, 3, 4 (5, 6, 7) которого соединены в «звезду» с нулевым выводом и подключены концами (началами) к фазным входным (выходным) выводам А, В, С (а, b, с), а общей точкой начал (концов) - к нулевому входному (выходному) выводу 0 (0). Кроме того, преобразователь содержит преобразующую группу 8 из двух уравнительных реакторов 9 и 10, причем импеданс уравнительного реактора 10 в раз больше, чем импеданс уравнительного реактора 9. Крайние выводы обмотки уравнительного реактора 9 (10) подключены к фазному и нулевому выходному выводу а и 0 (фазным выходным выводам b и с). Средняя точка уравнительного реактора 9 (10) подключена к выходному выводу 11 (12). Между выходными выводами 11,12 включена нагрузка 13. Величина импеданса уравнительного реактора, как известно, зависит не только от числа витков обмотки, но и от сечения его магнитопровода. Поэтому минимально необходимую величину импеданса можно получить не только при одинаковом числе витков обмоток уравнительных реакторов, но и одинаковом сечении магнитопроводов, если эта величина не меньше наибольшего из необходимых значений.

К обмотке уравнительного реактора 9 (10) прикладывается фазное (линейное) напряжение между выходными выводами а и 0 (b и с) трехфазного трансформатора 1. Величина напряжения U11-0 (U12-0) между выходным выводом 11 (12) уравнительного реактора 9 (10) и общей точкой 0 концов вторичных фазных обмоток 5, 6, 7 трансформатора 1, в связи с автотрансформаторным эффектом, равна половине фазного напряжения обмотки 5 (половине суммы фазных напряжений обмоток 6 и 7). Поэтому величина результирующего напряжения Uрез. между выходными выводами 11 и 12 равна фазному напряжению Uф «звезды» вторичных обмоток, причем вектор этого напряжения совпадает по фазе с вектором фазного напряжения обмотки 5.

Uрез.=0,5·Uф+0,5·Uф=Uф .

Результирующий переменный ток в соответствующий полупериод течет по нагрузке 13, разветвляется на две равные части, одна (другая) из которых течет от конца к началу (от начала к концу) одной (другой) части обмотки уравнительного реактора 10 и далее от начала к концу обмотки 6 (7) трансформатора 1, суммируясь в общей точке концов этих обмоток. Далее результирующий переменный ток вновь разветвляется на две равные части, одна (другая) из которых течет от конца к началу обмотки 5 (по вторичному нулевому проводу) трансформатора 1, затем от конца к началу (от начала к концу) одной (другой) части обмотки уравнительного реактора 9, вновь суммируясь на выходном выводе 11. В следующий полупериод результирующий переменный ток течет по тем же цепям в обратном направлении. Вследствие трансформаторного эффекта токи в первичных фазных обмотках 2, 3, 4 и первичном нулевом проводе трансформатора 1 также равны друг другу.

Учитывая особенность формирования результирующего однофазного напряжения Uрез. и несимметричность 3-стержневого магнитопровода трехфазного трансформатора, предпочтительно обмотку соответствующего из уравнительных реакторов подключить к выводам фазных обмоток трансформатора, размещенных на его крайних стержнях.

Схема преобразователя исключает необходимость в содержании на подстанции двух трехфазных трансформаторов, в том числе специального, т.к. установленный на подстанции основной трехфазный трансформатор, без изменения его принципиальной схемы, может обеспечить питание не только основного однофазного, но и вспомогательного трехфазного оборудования. Однако предлагаемое преобразование, в сравнении с тремя однофазными нагрузками, приводит при той же потребляемой мощности к уменьшению на треть мощности, выделяемой на одной общей однофазной нагрузке, а при той же мощности выделяемой на выходе - к увеличению на треть мощности трехфазного трансформатора. Вместе с тем, если мощность трехфазного трансформатора значительно превышает мощность потребителя однофазного переменного напряжения, то для указанного преобразования необходимо и достаточно только два уравнительных реактора: один мощностью 0,5, а другой - 0,866 от мощности, выделяемой на однофазной нагрузке. При этом потребляемая трехфазным трансформатором мощность составляет 1,5 от мощности, выделяемой на однофазной нагрузке. Основным фактором, определяющим эффективность преобразователя, является отсутствие необходимости подбора по мощности однофазных нагрузок при их подключении к фазным обмоткам трехфазного трансформатора.

Преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий источник трехфазного переменного напряжения, например трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом, выходные выводы, отличающийся тем, что содержит два уравнительных реактора со средним выводом обмотки каждого, крайние выводы одной обмотки которых подключены к выводу вторичной фазной обмотки источника и к его нулевому выводу, крайние выводы другой обмотки - к выводам других вторичных фазных обмоток источника, а средние выводы обеих обмоток - к выходным выводам.

findpatent.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о