Преобразователь электрической энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Трех- и однофазных напряжений и токов

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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторостроению и преобразовательной технике, и предназначено для преобразования электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные.

Цель изобретения - создание преобразовательных устройств для электропитания однофазных потребителей значительной мощности от трехфазной первичной сети с симметричной нагрузкой последней, расширение функциональных возможностей и вариантов конструктивных решений схем электропитания однофазных потребителей.

Предлагаемое в качестве изобретения устройство для преобразования электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные обеспечивает сопряжение режимов работы трехфазной сети и однофазных потребителей, при котором достаточно полно выполняются, прежде всего, требования симметрии трехфазных напряжений и токов. При этом возможно значительное варьирование чисел витков секций обмоток, а также регулирование напряжения путем переключения секций. Более того, благодаря линейности характеристик входящих в состав преобразователей элементов обеспечиваются высокие показатели качества электроэнергии в электрических сетях и у потребителей как однофазных, так и трехфазных напряжений и токов, то есть достигается нормативно необходимая электромагнитная совместимость источников и приемников электроэнергии между собой (например, требования ГОСТ 13109-97).

Это достигается благодаря предлагаемой схеме преобразования электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные, в которой используются трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные, содержащий, по меньшей мере, трехфазную обмотку, с одной стороны, и двухфазную, с другой, блок балластных реактивных элементов (конденсаторов и дросселей), датчики двухфазного тока и блок контроля симметричного режима работы преобразователя и управления реактивными балластными элементами, отличающейся тем, что одна из фаз двухфазной обмотки соединена последовательно с первым балластным элементом и последовательно встречно с второй фазой двухфазной обмотки и вторым балластным элементом, параллельно которым присоединены последовательно соединенные между собой однофазный приемник и третий балластный элемент, при этом блок контроля и управления в зависимости от величины и характера (cos) однофазного приемника изменяет величины реактивных сопротивлений балластных элементов так, что разность реактивных сопротивлений первого и второго балластных элементов вдвое больше активного сопротивления однофазного приемника, а реактивное сопротивление третьего балластного элемента в сумме с реактивным сопротивлением однофазного приемника равно нулю.

Известны трансформаторные преобразователи электрической энергии трехфазных синусоидальных напряжений и токов в двухфазные, содержащие пространственный трехстержневой магнитопровод с расположенными на нем трехфазной входной и двухфазной выходной обмотками [1], [2], [3].

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. Трансформаторы - преобразователи электроэнергии

В сфере электротехники, а также во всех отраслях, где используется электрическая энергия, широкое распространение получили трансформаторы. Данным термином принято называть электромагнитное статическое устройство, предназначенное для преобразования электроэнергии. По сути, это электрический прибор, оснащенный набором индуктивно связанных обмоток (в количестве двух и более) на магнитопроводе или без него. Области применения устройства охватывают электроэнергетику, радиотехническую отрасль, а также сферу электроники.

Изменение напряжения переменного тока - это основная функция, которую выполняют трансформаторы. Трансформаторы широко применяются в источниках питания, стабилизаторах напряжения, осветительных приборах, источниках бесперебойного питания и других радиоэлектронных устройствах. Набор функций и технические возможности зависят от типа трансформатора.

2.1 Классификация трансформаторов

В зависимости от специфики применения различают преобразователи силовые и специальные. К первой категории относятся приборы, применяемые в цепях электрического питания с целью преобразования энергии. Силовые трансформаторы напряжения, которые используются в радиотехнической промышленности, чаще всего работают с сетевым напряжением 220В или 380В. Преобразователи специального назначения могут быть измерительными, сварочными, или выпрямительными. Также существуют автотрансформаторы.

Классификация трансформаторов подразделяет эти устройства на ряд категорий. Так, по количеству фаз преобразователи электроэнергии могут быть:

- Однофазными;

- Двухфазными;

- Трехфазными;

- Многофазными.

2.2 Формула изобретения

1. Трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные, содержащий трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные, реактивные балластные элементы и блок контроля симметричного режима работы преобразователя и управления реактивными балластными элементами, отличающийся тем, что одна из фаз двухфазной обмотки трансформаторного преобразователя электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные соединена последовательно с первым балластным элементом XБD и последовательно встречно с второй фазой двухфазной обмотки и вторым балластным элементом XБQ, параллельно которым присоединены последовательно соединенные между собой однофазный приемник Z H и третий балластный элемент ХБН, при этом блок контроля и управления в зависимости от величины и характера (cos) однофазного приемника изменяет величины реактивных сопротивлений балластных элементов так, что разность реактивных сопротивлений первого и второго балластных элементов вдвое больше активного сопротивления однофазного приемника RH, а реактивное сопротивление третьего балластного элемента X БН в сумме с реактивным сопротивлением Х H однофазного приемника равно нулю: X БD-XБQ=2 RH ХБН+ХН=0.

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

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

Силовые устройства преимущественно являются однофазными или трехфазными.

Классификация также учитывает количество обмоток и схемы их соединения. Различают преобразователи двухобмоточного и многообмоточного типа. Из двух и более обмоток, которыми оснащаются трансформаторы, одна часть является первичными, а другая - вторичными. Первичные обмотки потребляют энергию из электрической сети, а вторичные отдают преобразованную энергию потребителю. Соотношение показателей напряжения на разных обмотках разделяет преобразователи на две группы - повышающие и понижающие. Устройства повышающей разновидности отличаются низким напряжением первичной обмотки и высоким - вторичной. У понижающих трансформаторов первичная обмотка имеет высокое напряжение, а вторичная - низкое.

Исходя из конструктивных особенностей, различают сухие преобразователи электрической энергии и герметизированные (пропитанные лаком или компаундом). Трансформаторы сухого типа используются в тех сферах, где требуется невысокая стоимость готового изделия. Преобразователи этой разновидности устанавливают как в промышленных, так и в жилых помещениях. А охлаждаются они при помощи воздуха.

Широкое применение в целом ряде отраслей получили автотрансформаторы. Отличительная особенность приборов этого типа - наличие электрической связи между первичной и вторичной обмотками. В этих устройствах мощность из одной обмотки в другую передается посредством электрической связи и магнитного поля.

На современном этапе развития электротехнической промышленности важную роль играет оптимизация массогабаритных параметров используемой техники. С учетом актуальных требований наиболее востребованными сейчас являются трансформаторы с магнитопроводом тороидального типа. Эти преобразователи отличаются гораздо лучшими технико-экономическими показателями, чем устройства стержневой и броневой разновидностей.

однофазный трансформатор мощность преобразователь

2.3 Принцип работы трансформаторов

Как известно, преобразователи электрической энергии работают по принципу электромагнитной индукции. Первичная обмотка устройства служит для приема напряжения от внешнего источника, а протекающий в ней переменный ток создает в магнитопроводе устройства переменный магнитный поток. Когда к нагрузке подключается вторичная обмотка трансформатора, магнитный поток направляется в противоположном направлении, а преобразованная электроэнергия поступает к потребителю.

Несмотря на кажущуюся простоту работы, надежность устройства является определяющим фактором. Только высококачественные трансформаторы представлены в ассортименте компании SinPro - признанного лидера в сфере поставок электротехнической продукции. Мы предлагаем широкий выбор готовых изделий для стабилизации напряжения и резервного электропитания, а также изготавливаем сухие тороидальные трансформаторы различной конфигурации под заказ. Качество нашей продукции проверяется на современном тестирующем оборудовании, а доступное ценовое предложение порадует любого потребителя!

Литература

1. Артым А.Д. Усилители класса Д и ключевые генераторы в радиосвязи и радиовещании. - М.: Связь, 1980. - 209 с.

2. Сиверс М.А. и др. Современные методы построения и системный подход при проектировании радиопередающих устройств. - Л.: изд. ЛЭИС, 1985. 64 с.

3. Никитин К.К., Иванилов В.К. Важный случай анализа сквозных токов в ключевых устройствах // Техника средств связи: Сер. СВЭП. - 1992. - Вып. 2. С. 31.

4. Алексанян А.А., Плюснин В.Н., Сиверс М.А. Влияние инерционности транзистора на форму выходного напряжения усилителя класса Д // Радиотехника. - 1978.-№11. - С. 38-42.

5. Агаханян Т.М. Электронные ключи и нелинейные импульсные усилители. М.: Сов. Радио, 1966. - 359 с.

Размещено на Allbest.ru