Перетворювач однофазної напруги в симетричну багатофазну систему напруг

1. Перетворювач однофазної напруги в симетричну багато фазну систему напруг, що має у своєму складі конденсатор як фазозсуваючий елемент, а також вхідні та вихідні затискачі, який відрізняється тим, що додатково містить однофазний трансформатор або автотрансформатор та послідовні з'єднання резистора з конденсатором, при цьому обмотки вказаного трансформатора або автотрансформатора споряджені двома вхідними виводами, з'єднаними з вхідними затискачами, приєднаними до джерела однофазної напруги, та вихідними крайніми та проміжними виводами, при цьому принаймні один вихідний вивід трансформатора або автотрансформатора з'єднаний принаймні з одним вихідним затискачем лінійної фази багатофазної системи напруг, крайні виводи послідовного з'єднання резистора з конденсатором приєднані по одному до одного вихідного виводу C2 2 (11) 1 3 84984 4 ним ротором та обмотками, зсунутими на кут 90° сформатор та послідовні з'єднання резистора з [6]. Цей перетворювач реалізує принцип незворотконденсатором, ності електромагнітних явищ між обмотками. До при цьому обмотки вказаного трансформатора переваг слід віднести властивість перетворювача або автотрансформатора споряджені двома вхідпідтримувати симетрію вихідних багатофазних ними виводами, з'єднаними з вхідними затискачанапруг при зміні величини та фазного кута наванми, приєднаними до джерела однофазної напруги, таження. Недолік перетворювача - значна варта ви хідними крайніми та проміжними виводами, тість, обумовлена виготовленням спеціальної мапри цьому принаймні один вихідний вивід шини. трансформатора або автотрансформатора з'єднаВідомий перетворювач однофазної напруги в ний принаймні з одним вихідним затискачем лінійсиметричну багатофазну систему напруг, виконаної фази багатофазної системи напруг, крайні виний на основі формування додаткових фаз багаводи послідовного з'єднання резистора з тофазної системи напруг з допомогою реактивних конденсатором приєднані по одному до одного елементів та/або інвертора, живлення якого здійсвихідного виводу трансформатора або автотраннюється від однофазної мережі через додатковий сформатора, а точка з'єднання резистора з контрансформатор та випрямляч [14-17]. Додаткова денсатором приєднана до одного вихідного затисфазна напруга при цьому зміщується на кути 60°, кача решти лінійних фаз багатофазної системи 120°, 240°. Такий перетворювач придатний для напруг. живлення трифазних машин змінного струму і неОдин вихідний вихід трансформатора або авпридатний для формування багатофазної системи тотрансформатора приєднаний до затискача нусинусоїдних напруг у блоках керування силовими льової фази багатофазної системи напруг. напівпровідниковими пристроями. Відношення опорів резистора до опору конВідомий перетворювач однофазної напруги в денсатора на робочій частоті знаходиться у межах симетричну багатофазну систему напруг [13] від 0,01 до 5, наприклад, 0,3. прототип, який містить вхідні та ви хідні затискачі, До перетворювача однофазної напруги в сипристрій для зсуву вхідної напруги на сталий кут, метричну трифазну додані додаткові конденсатори наприклад, на 90°, який складається з фазозсувата резистори, кожен з яких ввімкнений по одному ючого конденсатора та підсилювача, два інвертоміж одним вихідним затискачем симетричної багари для зміни фази вхідної та зсунутої на сталий тофазної системи напруг та одним вихідним вивокут напруг на кут 180°, чотири ізольовані помножудом однофазного трансформатора або автотранвачі однофазних напруг і суматори напруг, при сформатора. цьому до вхідних затискачів приєднаний інвертор Відношення активного опору резистора до ревхідної напруги та пристрій для зсуву вхідної наактивного опору конденсатора на основній частоті пруги на сталий кут, ви хід якого приєднаний до джерела однофазної напруги повинне бути однавходу др угого інвертора, при цьому вхідна напруковим для всіх послідовних з'єднань резистора з га, напруга, зсун ута на сталий кут, та інвертовані конденсатором. напруги утворюють чотирифазну систему напруг, Розглянемо графічні матеріали. причому виводи чотирифазної системи напруг по На Фіг.1 подана принципова схема з'єднань одному приєднані до одного з чотирьох ізольоваелементів перетворювача однофазної напруги в них помножувачів однофазних напруг, а кожний симетричну дев'яти фазну систему напруг. вихідний затискач лінійних фаз багатофазної сисНа Фіг.2 показане топографічне зображення теми напруг приєднаний до затискача нульової елементів перетворювача однофазної напруги в фази через два послідовно з'єднані виходи двох симетричну дев'яти фазну систему напруг. ізольованих помножувачів однофазних напруг. До На Фіг.3 представлене векторне зображення переваг прототипу слід віднести підвищену точсиметричної дев'ятифазної системи напруг, яка ність симетрії та зручності регулювання амплітуд має місце на вихідних затискачах перетворювача. та фаз багатофазної системи напруг. Недолік проНа Фіг.1 позначено: Дж - джерело однофазної тотипу - тр уднощі виготовлення такого перетворюнапруги; 1 та 2 - вхідні затискачі перетворювача; вача, через що за ЗО років був виготовлений лише 20-29 - вихідні затискачі перетворювача; 3 - магніодин такий перетворювач, а також низька швидкотопровід однофазного трансформатора; 4 та 5 дія, яка складає 50-70мс при потребі 0,5-1,0мс. вхідна та вихідна обмотки трансформатора відпоУ зв'язку з цим була поставлена задача - змевідно; 6-18-вихідні виводи трансформатора, приншити трудомісткість перетворювача однофазної чому крайні виводи позначені числами 6 та 18; 19 напруги в багатофазну систему напруг та підвищиперетворювач однофазної напруги в дев'яти фазну ти його швидкодію. систему напруг; С2-С9 -конденсатори; R2-R9 - реПоставлена задача вирішена шляхом множензистори. ня кількості джерел однофазної напруги, вектори На Фіг.2 позначено: Х2-Х9 - ємнісні опори коняких колінеарні по відношенню до вхідної напруги, денсаторів С2-С9; R2-R9 - резистивні опори; 0Ф та розміщення цих джерел відносно потенціалу нульова фаза симетричної дев'ятифазної системи нульової фази так, щоб забезпечити симетрію винапруг на ви хідному затискачі 20 та вихідному вихідної багатофазної системи напруг, а саме тим, воді трансформатора 12; 1Ф-9Ф - лінійні фази сищо до перетворювача однофазної напруги в симеметричної дев'ятифазної системи напруг на затистричну багатофазну систему напруг, який має у качах 21-29 відповідно; решта позначень своєму складі конденсатор у якості фазозсуваючоспівпадає з позначеннями Фіг.1. го елементу, а також вхідні та вихідні затискачі, На Фіг.3 позначення співпадають з позначендодані однофазний трансформатор або автотраннями Фіг.2. 5 84984 6 Склад і будова перетворювача однофазної приєднана до вихідного затискача 23 лінійної фази напруги в симетричну багатофазну систему на3Ф. Точка з'єднання конденсатора С2 та резистора пруг. Перетворювач містить вхідні та вихідні затисR2 приєднана до вихідного затискача 22 лінійної качі, однофазний трансформатор або автотрансфази 2Ф. Точка з'єднання конденсатора С4 з резиформатор, а також послідовні з'єднання резистора стором R4 приєднана до вихідного затискача 24 з конденсатором. лінійної фази 4Ф. І так далі. Трансформатор споряджений первинною та Робота перетворювача. вторинною обмотками. Вхідні затискачі приєднані Роботу перетворювача розглянемо на приклапо одному до одного вхідного виводу первинної ді перетворювача однофазної напруги в дев'ятиобмотки трансформатора. фазну систему напруг. Після подачі однофазної У випадку використання автотрансформатора напруги із джерела Дж на затискачі 1 та 2 струми вхідні затискачі приєднані до вхідних виводів обобмотки 4 утворюють змінне магнітне поле в магмотки автотрансформатора. нітопроводі 3 трансформатора (Фіг.1). Таке змінне Вторинна обмотка трансформатора або обмомагнітне поле в наслідок електромагнітної індукції тка автотрансформатора виконані з крайніми та створює напругу в обмотці 5 та її частинах, утвопроміжними виводами. рених виводами 6-18. Вектор напруг на первинній Принаймні один вихідний вивід трансформаобмотці та вектори напруг між будь-якими виводатора або автотрансформатора з'єднаний принайми вторинної обмотки трансформатора є колінеамні з одним вихідним затискачем лінійної фази рними, тобто такими, що розташовуються на одній багатофазної системи напруг. Кожна пара виводів прямій. Отже потенціали виводів 6-18 розташовутрансформатора або автотрансформатора по одються на одному відрізку, обмеженому точками 6 ному приєднана до одного крайнього виводу пота 18. Кожне послідовне з'єднання конденсатора слідовного з'єднання резистора з конденсатором. та резистора має крайні виводи та спільну точку. Точка з'єднання резистора з конденсатором приТак, послідовне з'єднання конденсатора С3 та єднана до одного затискача решти вихідних лінійрезистора R3 (з'єднання C-R) має крайні виводи 6 них фаз багатофазної системи напруг. та 12 відповідно та спільну точку 23. До кожного Один вихідний вивід трансформатора або авпослідовного з'єднання C-R прикладена однофазтотрансформатора приєднаний до затискача нуна напруга. Ця напруга викликає струм в послідовльової фази багатофазної системи напруг. ному з'єднанні C-R. В наслідок цього потенціал Для кращого розуміння суті винаходу розгляспільної точки 23 по фазі випереджає потенціал немо склад і будову перетворювача на прикладі точок вихідних виводів трансформатора, які леперетворювача однофазної напруги в симетричну жать на одній прямій, і є новою фазою 3Ф. С укупдев'ятифазну систему напруг (Фіг.1). У цьому виність таких фаз (1ф-9 ф) утворює дев'яти фазну падку перетворювач містить: вхідні (1, 2) та вихідні систему напруг. (20-29) затискачі. При використанні трансформаДля кращого розуміння суті перетворення одтора останній споряджений первинною (4) та втонієї фази в дев'ять розглянемо топографічне (фаринною (5) обмотками, розміщеними на магнітозорне) зображення елементів перетворювача на проводі (3). Вхідні затискачі (1, 2) приєднані по площині комплексного змінного (Фіг.2). Вектори одному до одного вхідного виводу первинної обнапруг на вторинній (6-18) обмотці є колінеарними мотки (4) трансформатора. і, як це видно з креслення, потенціали вихідних Вторинна обмотка 5 трансформатора виконавиводів від 6 до 18 розташовані на відрізку 6, 18. на з крайніми (6, 18) та проміжними (7-17) виводаЗа нульову фазу 0Ф прийнято потенціал вивоми. ду 12, приєднаному до вихідного затискача 20. На Один вихідний вивід (12) трансформатора топографічному зображенні потенціали точок 12 та приєднаний до затискача (20) нульової фази (0Ф) 20 співпадають. За потенціал першої лінійної фази багатофазної системи напруг. Один вихідний вивід 1Ф прийнятий потенціал вихідного виводу 8, при(8) трансформатора з'єднаний з одним вихідним єднаного до вихідного затискача 21. Оскільки позатискачем (21) лінійної фази (1Ф) дев'ятифазної тенціали виводів 12 та 8 знаходяться на відрізку системи напруг. Кожна пара виводів трансформаміж точками 8 та 18, то потенціал точки 8 фази 1Ф тора по одному приєднана до одного крайнього не потребує фазового зсуву. виводу послідовного з'єднання резистора з конПотенціали всіх інши х лінійних фаз потребуденсатором. Так, пара виводів 6 та 12 приєднана ють фазового зсуву за рахунок послідовного з'єддо крайніх виводів послідовного з'єднання конденнання C-R. Напруги на конденсаторі та сам консатора С3 з резистором R3. Друга пара виводів 7 денсатор на Фіг.2 на топографічному зображенні та 10 приєднана до крайніх виводів послідовного подані у вигляді пунктирних відрізків. Напруги на з'єднання конденсатора С2 з резистором R2. Тререзисторі та сам резистор на Фіг.2 зображені у тя пара виводів 7 та 14 приєднана до крайніх вивигляді неперервних (суцільних) відрізків меншої водів послідовного з'єднання конденсатора С4 з товщини на відміну від зображень обмоток трансрезистором R4. Четверта пара виводів 8 та 16 форматора, які подані у вигляді відрізків більшої приєднана до крайніх виводів послідовного з'єдтовщини. Послідовне з'єднання C2-R2 крайніми нання конденсатора С5 з резистором R5. І так давиводами приєднане до виводів 7 та 10. Одно фалі. зна напруга між цими виводами викликає струм в Точка з'єднання резистора з конденсатором послідовному з'єднанні C-R. Цей струм обумовлює приєднана до одного затискача решти вихідних випередження фази напруги на резисторі R2 і відлінійних фаз дев'яти фазної системи напруг. Так, ставання фази напруги на конденсаторі С2. В реточка з'єднання конденсатора С3 з резистором R3 7 84984 8 зультаті потенціал фази 2Ф є випереджуючим по - в перетворювальній техніці для множення відношенню до потенціалу фази 1Ф. частоти однофазного сигналу; Зазначимо, що кожна наступна за номером - в блоках керування інверторами; фаза, наприклад, 4Ф випереджає попередню фа- у вимірювальній техніці; зу, наприклад, 3Ф на сталий кут, величина якого - у блоках керування стабілізаторів; - у пристроях керування автоматичним вклюдорівнює 2p/9=0,698 радіан, або 40°. Векторна ченням резерву, і т.д. діаграма напруг показана на Фіг.3. Фазні напруги рівні між собою за величиною і зміщені між собою Джерела посилань. 1.Troger R. Anordnung fur Erzeugnung von на однаковий кут (40°). Dreiphasenstrom aus Einphasenstrom und Швидкодію перехідного процесу з'єднання C2umgeckert. Патент Німеччини, №621744, 1931. R2 можна оцінити з допомогою постійної часу t 2.Williamson J.W. Phase converter. Патент США одного послідовного з'єднання резистора R2 з №2748338, 321-57, 1956. конденсатором С2 (Фіг.1, Фіг.2). 3. Бамдас A.M., Кулинич В.А., Шапиро С.В. (1) t=R*C=tg(Ð10,7,2Ф)/w, Статические электромагнитные преобразователи де: Ð10,6,2Φ - кут, показаний на топографіччастоты и числа фаз. М. - Л., Госэнергоиздат, ному зображенні Фіг.2; w - кругова частота,рівна 1961.(стор.108-149) 2pf, де f - частота джерела однофазної напруги, 4. Авторское свидетельство СССР №183275, наприклад, 50Гц. З врахуванням величин активноН02M5/14, 1966. го опору R2 однойменного резистора та реактив5. Синев B.C. Преобразователь однофазного ного опору Х2 конденсатора С2 вираз (1) можна напряжения в трехфазное. Авторское свидетельсподати у вигляді: тво СССР №217514, Опубл. в Бюллетени изобре(2) t=R2/wX2, тений 1968, №16. Отже, щоб забезпечити постійну часу t, рівн у 6. Шидловський А.К., Музиченко О.Д. Симет1мс, при частоті 50Гц відношення R2/X2 повинне руючі пристрої. - Київ, «Те хніка», 1970, (Рис. 60 бути рівним 0,314. рис.62). Для досягнення найбільшої швидкодії всіх по7. Синев B.C. Трехэлементный взаимоиндукслідовних з'єднань резистора з конденсатором тивный преобразователь однофазной системы в відношення активного опору резистора до реактисимметричную трехфазную. - Электричество. вного опору конденсатора на основній частоті 1970, №9, с.72-74. джерела однофазної напруги повинне бути одна8. Адаменко А.И., Кисленко В.И., Преобразоковим для всіх послідовних з'єднань резистора з вание однофазного тока в многофазный. Киев, конденсатором. «Техника», 1971. R2/X2=R3/X3=R4/X4=R5/X5=...=R9/X9=const, (3) 9. Патент Швейцарії №541222, H01F33/02, Симетрія багатофазних напруг на виході пере1973. творювача може бути порушена через дискрет10. Заявка Англії №1362195, H02M5/06, 1974. ність кількості витків трансформатора. Тому в про11. Синев B.C. Преобразователь однофазного цесі настройки перетворювача часто виникає напряжения в трехфазное. Авторское свидетельсзадача додаткової підгонки параметрів послідовтво СССР №354478, Опубл. в Бюлл. изобр. 1972, них з'єднань до вимог симетричності вихідних ба№30. гатофазних напруг. З цією метою до перетворюва12. Синев B.C. Преобразователь однофазного ча однофазної напруги в симетричну трифазну напряжения в трехфазное. Авторское свидетельсдодані додаткові конденсатори та резистори, котво СССР №546069, Опубл. в Бюллетени изобр. жен з яких ввімкнений між затискачем симетричної 1977, №5. 13-Шидловский А.К., Таранов С.Г., багатофазної системи напруг та вихідним виводом Брайко В.В., Музыченко А.Д. и Рудой А.И. Способ однофазного трансформатора або автотрансфорпреобразования однофазного напряжения в мноматора (на кресленнях не показано). гофазную систему напряжений. Авторское свидеПеретворювач однофазної напруги в симетрительство СССР №612360, Н02М5/14, чну багато фазну систему напруг пройшов лабораОпубл.25.06.1878, Бюлл. изобр. №23. торні випробування, які показали задовільні ре14. Hollinger Т. Frequency-independent single зультати. phase to three-phase AS power conversion. Patent Перетворювач однофазної напруги в симетриUSA №4908744, H02M5/00, 363/4. 1990. чну багато фазну систему напруг забезпечує пере15. Divan D.M., Novotn y D.W. Single phase to творення однофазної системи напруг у багато фаthree phase power converter for motor loads. Patent зну систему, наприклад, дев'ятифазну. Кількість USA, №5272 616, H02M5/293, 363/49, 21.12.1993. фаз багатофазної системи напруг може досягати 16. Divan D.M., Sneider R. Single phase to three 27-30 і більше. phase converter. Patent USA, №5969957, H02M3/36, Перетворювач однофазної напруги в симетри363/36, 19.10.1999. чну багато фазну систему напруг може бути засто17. Fowler C.R., Kramer D.A., Quere D., Fin E., сований у низьковольтних електричних колах та Chene G., Chlu S., and all. Conversion of single електричних мережах: phase to multiple phase alternating current. Patent - в блоках керування швидкістю машин змінноUSA №6831849, H02M5/00, 363/148, 14.12.2004. го струм у та постійного струму, які живляться від трифазних мереж; 9 84984 10 11 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 84984 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