Трифазний автотрансформаторний фазозсувний пристрій

1. Трифазний автотрансформаторний фазозсувний пристрій з одним вводом і одним виводом для кожної з фаз, що забезпечує електричний кут зсуву a між векторами вхідної і вихідної напруги, що має тристрижневий магнітопровід і обмотки, що намотані з одним напрямком гвинтової лінії, який відрізняється тим, що обмотки трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою розташовані тільки на двох крайніх стрижнях, причому на кожному з крайніх стрижнів магнітопроводу розташовано більше двох обмоток, частина з яких має меншу, а частина - більшу кількість витків, і співвідношення цих кількостей витків дорівнює sin( a /2)/sin(60°- a /2). 2. Трифазний автотрансформаторний фазозсувний пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що на кожному з двох крайніх стрижнів магнітопроводу три фазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою розташовані по три обмотки - дві менші з меншою кількістю витків і одна більша з більшою кількістю витків, причому дві менші обмотки мають кількість витків відповідно в sin( a /2)/sin(60°- a /2) разів меншу кількості витків третьої більшої обмотки, а обмотки фаз на стрижнях магнітопроводу з'єднуються так, що кінець першої меншої обмотки на першому крайньому стрижні з'єднується з першим вводом схеми, початок першої меншої обмотки на першому крайньому стрижні з'єднується з кінцем більшої обмотки на другому крайньому стрижні і з першим виводом схеми, початок більшої обмотки на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем другої меншої обмотки на другому крайньому стрижні, а також з кінцем більшої обмотки на першому крайньому стрижні і з початком другої меншої обмотки на першому крайньому стрижні, початок другої меншої обмотки на другому крайньому стрижні з'єдну 2 (19) 1 3 35715 4 гому крайньому стрижні і з кінцем другої меншої обмотки на другому крайньому стрижні, кінець другої меншої обмотки на першому крайньому стрижні з'єднується з початком другої більшої обмотки на другому крайньому стрижні і з третім виводом схеми, кінець другої більшої обмотки на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої меншої обмотки на першому крайньому стрижні і з першим вводом схеми. 4. Трифазний автотрансформаторний фазозсувний пристрій за пп. 1-3, який відрізняється тим, що на кожному з двох крайніх стрижнів магнітопроводу трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою розташовані по чотири обмотки - дві менші з меншою кількістю витків і дві більші з більшою кількістю витків, причому дві менші обмотки мають кількість витків відповідно в sin( a /2)/sin(60°- a /2) разів меншу кількості витків відповідно двох більших обмоток, а обмотки фаз на стрижнях магнітопроводу з'єднуються так, що початок першої меншої обмотки на першому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої більшої обмотки на першому крайньому стрижні і з першим виводом схеми, початок першої більшої обмотки на першому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої більшої обмотки на другому крайньому стрижні, початок першої більшої обмотки на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої меншої обмотки на другому крайньому стрижні і з другим вводом схеми, початок першої меншої обмотки на другому крайньому стрижні з'єднується з початком другої більшої обмотки на першому крайньому стрижні і з другим виводом схеми, кінець другої більшої обмотки на першому крайньому стрижні з'єднується з початком другої меншої обмотки на першому крайньому стрижні і з третім вводом схеми, кінець другої меншої обмотки на першому крайньому стрижні з'єднується з початком другої меншої обмотки на другому крайньому стрижні, кінець другої меншої обмотки на другому крайньому стрижні з'єднується з початком другої більшої обмотки на другому крайньому стрижні і з третім виводом схеми, кінець другої більшої обмотки на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої меншої обмотки на першому крайньому стрижні і з першим вводом схеми. Корисна модель відноситься до електротехніки, електромеханіки та перетворюючої техніки і може використовуватись в трифазних електричних мережах без нульового проводу для зсуву фаз, в пристроях пригнічення вищих гармонік струму при роботі 12-пульсних схем випрямлячів і покращення якості струму в трифазних мережах живлення з рівномірним розподілом нелінійних навантажень. На сучасному рівні техніки відомий трифазний трьохобмотковий трансформатор із з'єднанням обмоток зірка/зірка/трикутник [Размадзе Ш.М. Преобразовательные схемы и системы. - М: Высшая школа, 1967. - 527с.]. Кожна з двох вторинних обмоток трансформатора під'єднується до одного з двох випрямлячів, які зібрані за схемою Ларіонова і підключені як 12-пульсна паралельна вентильна схема. При цьому пригнічуються гармоніки з порядковими номерами 5, 7, 17, 19 і т.д. (гармоніки кратні 3 в таких схемах відсутні). Не пригнічуються гармоніки 11, 13, 23, 25 і т.д. Відома конструкція трифазно-двофазного трансформатора з двома первинними і двома вторинними обмотками для двох фаз у якому первинні обмотки з'єднані за схемою "відкритий трикутник" [Деклараційний патент UA 69594 А, МПК7 H01F27/24. Трифазно-двофазний трансформатор]. Трансформатор, на відміну від попередньої класичної конструкції, має один тристрижневий магнітопровід, що складається з двох однакових підковоподібних частин і центрального стрижня, який розміщується між торцями стрижнів двох підково подібних частин стрічкового стрижневого навитого розрізного магнітопроводу. Найбільш близьким до трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою, що заявляється, і прийнятий як прототип, є трифазний автотрансформатор-ний фазозсувний пристрій з одним вводом і одним виводом для кожної з фаз, що забезпечує електричний кут зсуву a=30° між векторами вхідної і вихідної напруги і має тристрижневий магнітопровід, на двох крайніх і одному центральному стрижнях якого розташовані по дві обмотки, що намотані з одним напрямком гвинтової лінії [Paice D.A. Power Electronic Converter Harmonics. Multipulse methods for clean power. - NY: IEEE PRESS, 1995. - 202p.]. Одна менша обмотка має кількість витків в sin(a/2)/sin(60°-a/2) меншу кількості витків другої більшої обмотки. Обмотки фаз з'єднуються таким чином, що початок меншої обмотки на першому крайньому стрижні з'єднується з початком більшої обмотки на центральному стрижні і з першим виводом схеми. Кінець більшої обмотки на центральному стрижні з'єднується з кінцем меншої обмотки на другому крайньому стрижні і з другим вводом схеми. Початок меншої обмотки на другому крайньому стрижні з'єднується з початком більшої обмотки на першому крайньому стрижня і з другим виводом схеми. Кінець більшої обмотки на першому крайньому стрижні з'єднується з кінцем меншої обмотки на центральному стрижні і з третім вводом схеми. Початок меншої обмотки на центральному стрижні з'єдну 5 35715 ється з початком більшої обмотки на другому крайньому стрижні і з третім виводом схеми. Кінець більшої обмотки на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем меншої обмотки на першому крайньому стрижні і з першим вводом схеми. Векторна діаграма електричної напруги обмоток пристрою утворює симетричну гексагональну схему з'єднання векторів. Одна з вершин гексагону кожної фази є вводом схеми, а друга вершина кожної фази є виводом схеми. В літературі такий пристрій називають "гексагоном". До такого пристрою можна підключати 12-пульсні паралельні вентильні схеми для пригнічувати гармоніки струму з номерами 5, 7, 17, 19 і т.д. та для пригнічення цих гармонік в рівномірно розподілених навантаженнях три фазних електричних кіл. В основу корисної моделі поставлено задачу по створенню нової конструкції трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою з тристрижневим магніто-проводом, з одним вводом і одним виводом для кожної з фаз, що забезпечить електричний кут зсуву a між векторами вхідної і вихідної напруги шляхом розміщення обмоток на крайніх стрижнях магнітопроводу, з вільним центральним стрижнем. Конструкція повинна забезпечити покращенні масогабаритні і технікоекономічні характеристики пристрою, у порівнянні з прототипом. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому трифазному автотрансформаторному фазозсувному пристрою з одним вводом і одним виводом для кожної з фаз, що забезпечує електричний кут зсуву a між векторами вхідної і вихідної напруги, має тристрижневий магнітопровід і обмотки, що намотані з одним напрямком гвинтової лінії, згідно з корисною моделлю обмотки трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою розташовані тільки на двох крайніх стрижнях, причому на кожному з крайніх стрижнів магнітопроводу розташовано більше двох обмоток, частина з яких має меншу, а частина - більшу кількість витків і співвідношення цих кількостей витків дорівнює sin(a/2)/sin(60°-a/2). В іншій конкретній формі виконання на кожному з двох крайніх стрижнях магнітопроводу трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою розташовані по три обмотки - дві менші з меншою кількістю витків і одна більша з більшою кількістю витків, причому дві менші обмотки мають кількість витків відповідно в sin(a/2)/sin(60°-a/2) раз меншу кількості витків третьої більшої обмотки. Або на кожному з двох крайніх стрижнях магнітопроводу трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою розташовані по чотири обмотки - дві менші з меншою кількістю витків і дві більші з більшою кількістю витків, причому дві менші обмотки мають кількість витків відповідно в sin(a/2)/sin(60°-a/2) раз меншу кількості витків відповідно двох більших обмоток. Технічним результатом застосування корисної моделі є суттєве покращення технології виготовлення трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою, зменшення маси магнітної системи і обмоток, поліпшення умов охолодження і, 6 як наслідок, покращення його масогабаритних і техніко-економічних показників. Суть корисної моделі полягає в тому, що з однієї трифазної напруги мережі живлення, за допомогою трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою, утворюються дві однакові трифазні напруги, зсунуті між собою на електричний кут a, що задається, а усі фазні напруги однакові між собою і в кожній парі трифазної напруги зсунуті між собою на 120 електричних градусів. На відміну від прототипу в пристрою, що розглядається, котушки з обмотками розміщуються на двох крайніх стрижнях магнітопроводу, а третій центральний стрижень залишається вільним, за рахунок чого зменшуються витрати обмоткового матеріалу і маса пристрою. В результаті такі пристрої можна використовува ти для живлення паралельних дванадцятифазних вентильних схем та рівномірно розподілених пар трифазних навантажень. При цьому пристрій забезпечує суттєве зниження рівня гармонік струму в мережі живлення. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На Фіг.1 зображена одна з можливих конструкцій трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою, що пропонується, з магнітопроводом 7 і котушками з обмотками 2 і 3 на першому та другому крайніх стрижнях магнітопроводу з вільним центральним стрижнем. На Фіг.2,а зображена схема з'єднання обмоток пристрою з трьома обмотками на кожному з крайніх стрижнів, а на Фіг.2,б його векторна діаграма напруги обмоток. На Фіг.3,а показана схема з'єднання обмоток пристрою з чотирма обмотками на кожному з крайніх стрижнів, а на Фіг.3,б його векторна діаграма напруги обмоток. Пристрій на Фіг.3,а є модифікацією пристрою на Фіг.2,а. На Фіг.4,а наведена схема з'єднання обмоток пристрою з чотирма обмотками на кожному з крайніх стрижнів, а на Фіг.4,б його векторна діаграма напруги обмоток. Трифазні автотрансформаторні фазозсувні пристрої на Фіг.2-4, забезпечують заданий електричний кут зсуву a між векторами вхідної і вихідної напруги, мають тристрижневий магнітопровід і обмотки, що намотані з одним напрямком гвинтової лінії. Обмотки цих пристроїв розташовані тільки на двох стрижнях магнітопроводу - першому крайньому 1 і другому крайньому 2, а центральний стрижень 3 залишається вільним, див. Фіг.2,а-4,а. На кожному стрижні симетрично розташовано більше двох обмоток, частина з яких має меншу, а частина - більшу кількість витків і співвідношення цих кількостей витків дорівнює sin(a/2)/sin(60°-a/2). Початок обмоток трифазних автотрансформаторних фазозсувних пристроїв на Фіг.2,а-4,а позначено точками, а стрижні магнітопроводу умовно позначені широкими прямими вертикальними лініями з номерами 1, 2 і 3. Пристрої мають три вводи X1, Х2, Х3 і три виводи Y1, Y2, Y3. Ви хідні напруги на виводах зсун уті відносно вхідних напруг на кут a, що задається, див. Фіг.2,б-4,б. Трифазний автотрансформаторний фазозсувний пристрій, схема з'єднань обмоток якого наведена на Фіг.2,а, має шість обмоток - дві менші обмотки 1,1,м і 1,2,м з меншою кількістю витків і 7 35715 більшу обмотку 1,1,б з більшою кількістю витків, які розташовані на першому крайньому стрижні 1, а також дві менші обмотки 2,1,м і 2,2,м з меншою кількістю витків і більшу обмотку 2,1,б з більшою кількістю витків, які розташовані на другому крайньому стрижні 2. Обмотки фаз на стрижнях магнітопроводу з'єднуються так, що кінець першої меншої обмотки 1,1,м на першому крайньому стрижні з'єднується з першим вводом схеми X1. Початок першої меншої обмотки 1,1,м на першому крайньому стрижні з'єднується з кінцем більшої обмотки 2,1,б на другому крайньому стрижні і з першим виводом схеми Y1. Початок більшої обмотки 2,1,б на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем другої меншої обмотки 2,2,м на другому крайньому стрижні, а також з кінцем більшої обмотки 1,1,б на першому крайньому стрижні і з початком другої меншої обмотки 1,2,м на першому крайньому стрижні. Початок другої меншої обмотки 2,2,м на другому крайньому стрижні з'єднується з третім вводом схеми Х3. Початок першоїменшої обмотки 2,1,м на другому крайньому стрижні з'єднується з другим виводом схеми Y2. Кінець першої меншої 2,1,м обмотки на другому крайньому стрижні з'єднується з початком більшої обмотки 1,1,б на першому крайньому стрижні і з другим вводом схеми Х2. Кінець більшої обмотки 1,1,б на першому крайньому стрижні з'єднується з початком другої меншої обмотки 1,2,м на першому крайньому стрижні, а також з початком більшої обмотки 2,1,б на другому крайньому стрижні і з кінцем другої меншої обмотки 2,2,м на другому крайньому стрижні. Кінець другої меншої обмотки 1,2,м на першому крайньому стрижні з'єднується з третім виводом схеми Y3. Трифазний автотрансформаторний фазозсувний пристрій, схема з'єднань обмоток якого показана на Фіг.3, а, має вісім обмоток - дві менші обмотки 1,1,м і 1,2,м з меншою кількістю витків і дві більші обмотки 1,1,б і 1,2,б з більшою кількістю витків, які розташовані на першому крайньому стрижні 1, а також дві менші обмотки 2,1,м і 2,2,м з меншою кількістю витків і дві більші обмотки 2,1,б і 2,2,б з більшою кількістю витків, які розташовані на другому крайньому стрижні 2. Обмотки фаз на стрижнях магнітопроводу з'єднуються так, що початок першої меншої обмотки 1,1,м на першому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої більшої обмотки 2,1,б на другому крайньому стрижні і з першим виводом схеми Y1. Початок першої більшої обмотки 2,1,б на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем другої меншої обмотки 2,2,м на другому крайньому стрижні, а також з кінцем першої більшої обмотки 1,1,б на першому крайньому стрижні і з початком другої меншої обмотки 1,2,м на першому крайньому стрижні. Початок другої меншої обмотки 2,2,м на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем другої більшої обмотки 1,2,б на першому крайньому стрижні і з третім вводом схеми Х3. Початок другої більшої обмотки 1,2,б на першому крайньому стрижні з'єднується з початком першої меншої обмотки 2,1,м на другому крайньому стрижні і з другим виводом схеми Y2. Кінець першої меншої обмотки 2,1,м на другому крайньому стрижні з'єднується з початком 8 першої більшої обмотки 1,1,б на першому крайньому стрижні і з другим вводом схеми Х2. Кінець першої більшої обмотки 1,1,б на першому крайньому стрижні з'єднується з початком другої меншої обмотки 1,2,м на першому крайньому стрижні, а також з початком першої більшої обмотки 2,1,б на другому крайньому стрижні і з кінцем другої меншої обмотки 2,2,м на другому крайньому стрижні. Кінець другої меншої обмотки 1,2,м на першому крайньому стрижні з'єднується з початком другої більшої обмотки 2,2,б на другому крайньому стрижні і з третім виводом схеми Y3. Кінець другої більшої обмотки 2,2,б на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої меншої обмотки 1,1,м на першому крайньому стрижні і з першим вводом схеми X1. Трифазний автотрансформаторний фазозсувний пристрій, схема з'єднань обмоток якого представлена на Фіг.4,а, має вісім обмоток - дві менші обмотки 1,1,м і 1,2,м з меншою кількістю витків і дві більші обмотки 1,1,б і 1,2,б з більшою кількістю витків, які розташовані на першому крайньому стрижні 1, а також дві менші обмотки 2,1,м і 2,2,м з меншою кількістю витків і дві більші обмотки 2,1,б і 2,2,б з більшою кількістю витків, які розташовані на другому крайньому стрижні 2. Обмотки фаз на стрижнях магнітопроводу з'єднуються так, що початок першої меншої обмотки 1,1,м на першому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої більшої обмотки 1,1,б на першому крайньому стрижні і з першим виводом схеми Y1. Початок першої більшої обмотки 1,1,б на першому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої більшої обмотки 2,1,б на другому крайньому стрижні. Початок першої більшої обмотки 2,1,б на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої меншої обмотки 2,1,м на другому крайньому стрижні і з другим вводом схеми Х2. Початок першої меншої обмотки 2,1,м на другому крайньому стрижні з'єднується з початком другої більшої обмотки 1,2,б на першому крайньому стрижні і з другим виводом схеми Y2. Кінець другої більшої обмотки 1,2,б на першому крайньому стрижні з'єднується з початком другої меншої обмотки 1,2,м на першому крайньому стрижні і з третім вводом схеми Х3. Кінець другої меншої обмотки 1,2,м на першому крайньому стрижні з'єднується з початком другої меншої обмотки 2,2,м на другому крайньому стрижні. Кінець другої меншої обмотки 2,2,м на другому крайньому стрижні з'єднується з початком другої більшої обмотки 2,2,б на другому крайньому стрижні і з третім виводом схеми Y3. Кінець другої більшої обмотки 2,2,б на другому крайньому стрижні з'єднується з кінцем першої меншої обмотки 1,1,м на першому крайньому стрижні і з першим вводом схеми X1. Трифазний автотрансформаторний фазозсувний пристрій призначений для зсуву вхідної і ви хідної фазної напруги на кут a, що задається. Пристрій можна використовува ти для пригнічення вищи х гармонік струму з номерами 5, 7, 17, 19 і т.д. при роботі з 12-пульсними паралельними вентильними схемами та для пригнічення гармонік в трифазних електричних колах з рівномірно розподіленим навантаженням у фазах. Пристрій працює 9 35715 таким чином. У пристрої на крайніх стрижнях тристрижневого магнітопроводу містяться три або чотири обмотки, з'єднані між собою за схемами, що показані на Фіг.2,а-4,а, які мають три входи X1, Х2, Х3 і три виводи Y1, Y2, Y3. Входи підключаються до мережі трифазного змінного електричного струму. При цьому по обмотках течуть струми. Обумовлені цими струмами магніторушійні сили створюють у магнітопроводі пристрою змінні магнітні потоки. Магнітні потоки від кожної з обмоток, проходять через три стрижні магнітопроводу і два його ярма і зчіплюються з усіма обмотками пристрою. Магнітні потоки, у відповідності до закону електромагнітної індукції, наводять в усіх обмотках електрорушійні сили самоіндукції та взаємної індукції. На виходах пристрою отримуємо напруги, які зсунуті по фазі відносно вхідних напруг на кут a, що задається. Вектори 5-ої гармоніки утворять зворотну послідовність чергування фаз, а вектори 7-ої гармоніки - пряму. У результаті, щодо першої гармоніки, вектори 5-ої й 7-ої гармонік будуть обе 10 ртатися із частотою 6w, де w=2pf - кутова часто та напруги мережі, с-1, f - частота мережі, Гц. При запропонованому з'єднанні обмоток вектори напруг кожної фази розщеплюються на два вектори, зміщених один відносно одного на 30 електричних градусів. Вектори 5-ої й 7-ої гармонік струмів однойменних фаз взаємно компенсуються на обмотках пристрою, не проникаючи в первинну мережу. Те ж відбувається з 17-ою й 19-ою гармоніками і т.д. Не пригнічуються гармоніки 11, 13 і т.д. При цьому від вищих гармонік звільняються не струми обмоток пристрою, а лінійні струми мережі живлення. Достоїнством таких пристроїв є те, що вони не генерують у мережу реактивну потужність, що в ряді випадків дуже корисно. Економічний ефект корисної моделі досягається зниженням витрати активних матеріалів, які застосовуються при виготовленні трифазного автотрансформаторного фазозсувного пристрою, в порівнянні з прототипом. 11 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 35715 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601