Преобразовательный трансформатор

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике. Технический результат состоит в повышении к.п.д. трансформатора, работающего в трехфазных трехпроводных сетях. Преобразовательный трансформатор содержит первичную трехфазную обмотку, подключенную к сети, составной магнитопровод, содержащий внешний в виде полого цилиндра и соосный ему внутренний в виде цилиндра сердечники с пазами и вторичную трехфазную обмотку, подключенную к потребителям. Первичная обмотка выполнена равномерной по типу обмоток электрических машин переменного тока и уложена в пазы внутреннего сердечника. Вторичная трехфазная обмотка выполнена неравномерной в соответствии с правилом, по которому геометрическое место концов векторов э.д.с. каждой катушечной группы представляет собой овал. Обмоточный коэффициент по первой гармонике при любом числе обмоток в фазе для такой обмотки выше обмоточного коэффициента синусных обмоток. Пазы внешнего сердечника смещены по окружности на одно зубцовое деление по отношению к пазам внутреннего сердечника, что позволяет дополнительно улучшить форму выходного напряжения за счет ослабления ряда нежелательных высших гармоник. 3 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в трехфазных инверторах с синусоидальным выходным напряжением.

Известен преобразовательный трансформатор, содержащий три ромбических ленточных неразъемных магнитопровода с обмотками [1]. Данная конструкция отличается отсутствием стыков в магнитопроводах, полной симметричностью магнитных цепей каждой фазы и высоким коэффициентом заполнения окна медью, однако обмотки ее выполнены сосредоточенными, поэтому форма выходного напряжения трансформатора является несинусоидальной, что ограничивает область применения указанной конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является преобразовательный трансформатор, содержащий n трехфазных первичных обмоток и составной магнитопровод, имеющий внешний сердечник, набранный из листов электротехнической стали с пазами, в которых уложены первичные обмотки по заданному правилу, и соосный ему внутренний сердечник, набранный из листов той же стали с пазами, в которых размещены витки вторичной трехфазной обмотки, выполненной по типу якорных обмоток с укороченным на заданную величину и заданным законом распределения числа витков в катушках катушечной группы [2]. При наличии напряжения в первичных трехфазных обмотках в них будут протекать токи, под действием которых в составном магнитопроводе, содержащем внешний и внутренний сердечники, создается круговое вращающееся магнитное поле, основной магнитный поток которого будет пересекать витки вторичной трехфазной обмотки и наводить ЭДС заданной величины, при этом нежелательные высшие гармоники фильтруются за счет конструкции обмотки, поэтому выходное напряжение преобразовательного трансформатора будет иметь квазисинусоидальную форму при рациональных массе, объеме, стоимости и потерях мощности. Однако при использовании данного преобразовательного трансформатора в трехпроводных трехфазных сетях обмоточный коэффициент для первой гармоники является невысоким, хотя фильтрующие свойства обмоток позволяют нейтрализовать все высшие нежелательные гармоники. Указанное обстоятельство объясняется тем, что фазное выходное напряжение формируется из первых гармоник ЭДС первичной обмотки, сдвинутых на углы, близкие к 180° (на угол π-α при q=n и π-2α при q=n-1, где q - число пазов на полюс и фазу; n - число входных однофазных напряжений прямоугольной формы; α=2π/Nл, где Nл - число лучей звезды располагаемых ЭДС. Уменьшение обмоточного коэффициента по первой гармоники предопределяет снижение КПД преобразовательного трансформатора.

Задачей изобретения является повышение КПД преобразовательного трансформатора при заданном качестве выходного напряжения.

Требуемый технический результат достигается тем, что в преобразовательном трансформаторе, содержащем первичную трехфазную обмотку, составной магнитопровод и вторичную трехфазную обмотку, причем указанный магнитопровод содержит внешний в виде полого цилиндра и соосный ему внутренний в виде цилиндра сердечники с пазами, в которых размещены указанные обмотки, при этом вторичная трехфазная обмотка выполнена по типу якорных обмоток с фазной зоной 120° с укороченным шагом y=2τ/3, где τ - полюсное деление сердечника, и заданным законом распределения числа витков в катушках катушечной группы, причем первичная трехфазная обмотка подключена к сети, а вторичная - к потребителям, первичная трехфазная обмотка выполнена равномерной с фазной зоной 180° по типу обмоток электрических машин переменного тока и размещена в пазах внутреннего сердечника, число которых пропорционально z1=2m1p, где m1 - число фаз; р - число пар полюсов; вторичная трехфазная обмотка размещена в пазах внешнего сердечника, число которых пропорционально z2=2m2pq и выполнена с распределением числа витков, относительное значение которых подчиняется уравнению

где w2(i)* - относительное число витков в i-й катушке; w2(i) - число витков в i-й кратных трем, причем пазы внешнего сердечника указанного магнитопровода выполнены со скосом по отношению к пазам внутреннего сердечника, равным bс=2 πτ/z1.

На фиг.1 показано сечение конструкции составного магнитопровода преобразовательного трансформатора. На фиг.2 изображена схема веерной обмотки при Nл=6. На фиг.3 представлена схема веерной обмотки при Nл=12.

Преобразовательный трансформатор содержит (фиг.1) составной магнитопровод (не обозначен), содержащий внешний в виде полого цилиндра сердечник 1 с пазами (не обозначены), расположенными на его внутренней поверхности, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка 2, внутренний в виде цилиндра сердечник 3, в пазах (не обозначены) которого уложена первичная трехфазная обмотка 4, причем внутренний сердечник 3 является соосным внешнему сердечнику 1. Воздушный зазор между указанными сердечниками выбирается из технологических соображений: при малом воздушном зазоре магнитопровод (зубцы) внутреннего сердечника 3 будет насыщаться, а при большом воздушном зазоре увеличивается ток холостого хода. Число пазов внешнего сердечника 1 пропорционально z2=2m2pq2, где m2 - число фаз вторичной обмотки; q2 - число пазов на полюс и фазу вторичной обмотки и зависит от фильтрующих свойств вторичной трехфазной обмотки 2. Для того чтобы получить требуемое количество выходного напряжения на зажимах потребителя, необходимо выполнить вторичную обмотку 2 по типу якорных обмоток с фазной зоной 120° и неравномерным распределением числа витков в катушках катушечных групп, при этом соотношение между числами витков обмоток находится из условия равенства нулю обмоточных коэффициентов для высших гармоник, подлежащих подавлению. Так, например, для схемы с n=12 эти условия имеют вид:

где - относительные значения обмоточных коэффициентов для соответствующих высших гармоник. Подставив значения в условия (1), получим систему из трех уравнений с тремя неизвестными:

и в общем случае при любом n находим

где i=2, 3, 4,…, р'-1; р'=n/3 - число групп гармоник, не кратных трем. Применительно к простейшей схеме вторичной обмотки векторная диаграмма ЭДС основной частоты показана на фиг.2, где изображены векторы =1:0,743:0,395 при q=3, при этом из-за того, что геометрическое место концов векторов ЭДС каждой катушечной группы представляет овал, подобные обмотки получили название веерных. Полное представление о веерной обмотке дает векторная диаграмма, изображенная на фиг.3, где ЭДС начальных и конечных сторон катушек помечены цифрами: 21 и 23 - начала катушек фазы А; 22 и 24 - концы катушек фазы А; 41, 42, 43, 44 - аналогично для фазы В и 61, 62, 63 и 64 - для катушек фазы С, причем число катушек в катушечной группе q'=(Nл/3)-1, при этом Nл - четное число. Сравнительные характеристики синусных и веерных формирователей синусоидального напряжения приведены в таблице.

Наименование параметра Синусные схемы с n Веерные схемы с n
6 9 12 6 9 12
Число лучей звезды ЭДС 12 18 24 12 18 24
Число подавляемых гармоник 2 4 5 1 2 2
Число обмоток
в фазе 5 8 11 3 5 7
всего 15 24 33 9 15 21
Обмоточный коэффициент для
основной гармоники
0,804 0,793 0,790 0,928 0,932 0,913
Относительное значение обмоточного коэффициента
Фильтрующие свойства схемы
1 1 1,15 1,17 1,13
для ν=3 0 0 0 0,5 0,441 0,436
5 0 0 0 0 0 0
7 0 0 0 0 0 0
9 0 0 0 0,5 0,1 0,084
11 1 0 0 1 0 0
13 1 0 0 1 0 0
15 0 0 0 0,5 0,441 0,084
17 0 1 0 0 1 0
19 0 1 0 0 1 0
21 0 0 0 0,5 0,441 0,436
23 1 0 1 1 0 1
25 1 0 1 1 0 1
Коэффициент искажений
фазных напряжений
линейных напряжений
0,153
0,153
0,103
0,103
0,078
0,078
0,238
0,153
0,182
0,103
0,119
0,078

Из данных таблицы следует, что при одинаковом качестве линейного напряжения на выходе преобразовательного трансформатора при синусных и веерных обмотках обмоточный коэффициент для основной гармоники у веерной обмотки больше на 13% при n=6, на 15% при n=9 и на 13% при n=12, чем при тех же условиях для синусной обмотки, поэтому КПД трансформатора с предложенными обмотками будет выше КПД трансформатора с синусными обмотками не менее чем на 10%. Число пазов внутреннего сердечника 3 пропорционально z1=2 m1p, поскольку q1=1 связи с тем, что первичная обмотка 4 выполнена равномерной, для которой выполняется условие

Выполнением скоса пазов внешнего сердечника 1 по отношению к расположению пазов на внутреннем сердечнике на величину на одно зубцовое деление, равное

позволяет ослабить гармоники ЭДС не менее чем в v раз, так как

где в числителе и знаменателе дроби (6) использованы коэффициенты скоса по v-ой и первой гармоникам.

Преобразовательный трансформатор работает следующим образом.

При наличии напряжения на первичной трехфазной обмотке 4 (фиг.1) в ее фазах протекает ток, под действием которого в составном сердечнике, содержащем внешний 1 и внутренний 3 сердечники, возникает круговое вращающееся магнитное поле (КВМП) и основной магнитный поток Ф будет пересекать витки вторичной трехфазной обмотки 2, наводя в них ЭДС, равную

где f - частота напряжения сети.

Благодаря фильтрующим свойствам вторичной обмотки 2 на зажимах потребителей образуется напряжение квазисинусоидальной формы, т.е. из всей совокупности гармоник останутся только гармоники с номерами где

при этом для преобразовательного трансформатора, работающего в трехфазных трехпроводных сетях при любом n, линейное число обмоток равно

Введением скоса пазов между пазами внешнего 1 и внутреннего 3 сердечников добиваются дальнейшего ослабления ЭДС высших гармоник.

Таким образом, применение веерных обмоток в преобразовательном трансформаторе позволяет увеличить его КПД без снижения качества его напряжения.

Источники информации

[1] Проектирование статических преобразователей. Под ред. П.В.Голубева. М.: Энергия, 1974, рис.2.39,б, стр.80.

[2] Патент №2192065 от 08.10.2001 г. Трансформатор инвертора. || Кириллов Н.П. и др.

Преобразовательный трансформатор, содержащий первичную трехфазную обмотку, составной магнитопровод и вторичную трехфазную обмотку, причем указанный магнитопровод содержит внешний в виде полого цилиндра и соосный с ним внутренний в виде цилиндра сердечники с пазами, в которых размещены указанные обмотки, при этом вторичная трехфазная обмотка выполнена по типу якорных обмоток с фазной зоной 120° с укороченным шагом у=2τ/3, где τ - полюсное деление сердечника, и заданным законом распределения числа витков в катушках катушечной группы, причем первичная трехфазная обмотка подключена к сети, а вторичная - к потребителям, отличающийся тем, что первичная трехфазная обмотка выполнена равномерной с фазной зоной 180° по типу обмоток электрических машин переменного тока и размещена в пазах внутреннего сердечника, число которых пропорционально z1=2 m1p, где m1 - число фаз; р - число пар полюсов; вторичная трехфазная обмотка размещена в пазах внешнего сердечника, число которых пропорционально z2=2m2pq2 и выполнена с распределением числа витков, относительное значение которых подчиняется уравнению

где - относительное число витков в i-й катушке; w2(i)* - число витков в i-й катушке; i=2, 3, 4,…, p'-1, р'=n/3 - число групп гармоник, не кратных трем, причем пазы внешнего сердечника указанного магнитопровода выполнены со скосом по отношению к пазам внутреннего сердечника, равным bc=2 πτ/z1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроиндукционной аппаратуре, преимущественно к трансформаторам и линейным реакторам переменного тока, применяемым для преобразования энергии в электрических сетях для регулирования и стабилизации напряжения и тока в электрических, светотехнических и радиотехнических установках, а также в качестве балластных и токоограничивающих сопротивлений.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторам, и может быть использовано в индукционных установках повышенной частоты. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой электротехнике, а более конкретно к трансформаторным агрегатам, предназначенным для питания выпрямителей мощных преобразовательных подстанций алюминиевой промышленности.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторным агрегатам для питания выпрямителей мощных преобразовательных подстанций алюминиевой промышленности.

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторостроению, и может быть использовано в трансформаторных агрегатах с регулированием напряжения, предназначенных для электрифицированных железных дорог переменного тока.

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

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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроэнергетике, электростанциях и подстанциях с трансформаторами. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроэнергетике, электростанциях и подстанциях с трансформаторами. .

Изобретение относится к изготовлению трансформаторов. .

Изобретение относится к электротехнике, к трехфазным трансформаторам и их производству. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника многофазного напряжения в электроприводах

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в измерительных трансформаторах напряжения

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторостроению, и может быть использовано в трансформаторных агрегатах для электрифицированных железных дорог переменного тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании трехфазных высоковольтных трансформаторов

Изобретение относится к электротехнике, к силовым трехфазным трансформаторам, предназначенным для использования в передвижных трансформаторных подстанциях

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении габаритов. Трансформатор (11) содержит по меньшей мере один стержень (22) сердечника, на котором размещены рядом одна с другой три обмотки (32), отводы (28, 30) которых выведены соответственно изолированным образом относительно друг друга. Каждая обмотка (32) образована ближней к сердечнику обмоткой (34) низкого напряжения, вокруг которой намотана соответствующая обмотка (36) высокого напряжения. Отводы (30) обмоток (34) низкого напряжения выведены аксиально, так что боковое расстояние между обмотками (32) по отношению друг к другу минимизировано. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании выпрямителей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока для станков для повышения их быстродействия. Технический результат заключается в улучшении весогабаритных показателей преобразователя, упрощении его конструкции, технологии изготовления и уменьшении его стоимости. Двенадцатифазный трансформаторный преобразователь числа фаз состоит из трехфазного трансформатора, имеющего три катушки первичной обмотки, которые соединены по схеме «звезда» (или «треугольник») и подключены к трехфазной сети с нулевым проводом «0», шесть соединенных между собой катушек вторичной обмотки, имеющих отпайки от витков. Каждая катушка вторичной обмотки трансформатора является стороной «шестиугольника», преобразующего симметричную трехфазную систему напряжений в симметричную шестифазную систему напряжений. Каждая отпайка от витков катушек вторичной обмотки является одним из выходов симметричной двенадцатифазной системы напряжений преобразователя. Напряжение двенадцатифазной системы напряжений зависит от величины напряжения шестифазной системы и связано с ним соотношением: U12=U6Cos30°/Cos15°=0.897U6. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике

Наверх