RU2054786C1 - Single-phase-to-three-phase voltage changer - Google Patents
Single-phase-to-three-phase voltage changer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2054786C1 RU2054786C1 RU93028236A RU93028236A RU2054786C1 RU 2054786 C1 RU2054786 C1 RU 2054786C1 RU 93028236 A RU93028236 A RU 93028236A RU 93028236 A RU93028236 A RU 93028236A RU 2054786 C1 RU2054786 C1 RU 2054786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- lead
- load
- capacitor
- key
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электроснабжения трехфазных двигателей и других трехфазных потребителей от однофазных сетей, в частности коммунальных (бытовых). The invention relates to electrical engineering and can be used to power three-phase motors and other three-phase consumers from single-phase networks, in particular utility (household).
Известны преобразователи однофазного напряжения в трехфазное, содержащие два конденсатора, резистор и три установленные на общем магнитопроводе катушки индуктивности, вторая из которых напрямую или через ключ началом присоединена к второй фазе нагрузки, а концом к второму выводу однофазной сети, первый вывод которой присоединен к третьей фазе нагрузки и напрямую, либо через ключ связан с первым выводом образованной первым конденсатором и резистором RC-цепи, которая связана вторым выводом с началом первой катушки индуктивности, соединенной концом с началом второй катушки. При этом начало третьей катушки присоединено к второму выводу однофазной сети, а конец третьей катушки к второму конденсатору, который другим выводом соединен с первой фазой нагрузки [1]
Для известных преобразователей рассматриваемого типа характерно последовательное соединение всех трех катушек индуктивности. В связи с этим разность потенциалов между крайними выводами образованного таким образом индуктивного элемента велика и в определенных режимах нагрузки появляются точки с потенциалами относительно нейтрали сети и корпуса преобразователя, превышающими допустимое значение, особенно применительно к бытовым приборам. Это снижает надежность указанных преобразователей.Known converters of single-phase voltage to three-phase, containing two capacitors, a resistor and three inductors mounted on a common magnetic circuit, the second of which, directly or through a key, is connected to the second phase of the load by the beginning and end to the second terminal of the single-phase network, the first terminal of which is connected to the third phase load, either directly or through a key, is connected to the first terminal formed by the first capacitor and resistor of the RC circuit, which is connected by the second terminal to the beginning of the first inductor, hydrochloric end to the beginning of the second coil. The beginning of the third coil is connected to the second terminal of the single-phase network, and the end of the third coil to the second capacitor, which is connected to the first phase of the load by the other terminal [1]
Known converters of the type in question are characterized by a series connection of all three inductors. In this regard, the potential difference between the extreme terminals of the inductive element formed in this way is large and in certain load conditions there appear points with potentials relative to the neutral of the network and the converter housing that exceed the permissible value, especially with regard to household appliances. This reduces the reliability of these converters.
Важнейшей особенностью преобразователей рассматриваемого типа является создание падений напряжений на элементах его электрической цепи, которые компенсируют искажение симметрии трехфазного выходного напряжения, вызванное изменениями тока и мощности нагрузки. The most important feature of the converters of this type is the creation of voltage drops on the elements of its electric circuit, which compensate for the distortion of the symmetry of the three-phase output voltage caused by changes in the current and load power.
Однако известные преобразователи не обеспечивают достаточно полной компенсации искажений симметрии трехфазной системы напряжений. Причина этого прежде всего в том, что в известных преобразователях характер последовательной установки катушек индуктивности на общем магнитопроводе и их намотки приводит к определенной их взаимной удаленности в пространстве, вызывающей достаточно большое магнитное рассеяние. Поэтому в трехфазной системе выходных напряжений появляются искажения напряжений по модулю и фазе, приводящие к нарушениям симметрии. При этом степень влияния магнитного рассеяния на нарушение симметрии выходного трехфазного напряжения зависит от последовательности сложения напряжений на конденсаторе и катушке индуктивности, так как первое при большинстве реальных нагрузок больше второго. У известных преобразователей конденсатор в одной из фаз нагрузки присоединен непосредственно к выходу после связанной с ним катушки индуктивности, что усиливает вызываемое магнитным рассеянием нарушение симметрии выходного трехфазного напряжения преобразователя. However, the known converters do not provide sufficiently complete compensation for distortion of the symmetry of the three-phase voltage system. The reason for this is primarily due to the fact that in known converters, the nature of the series installation of inductors on a common magnetic circuit and their winding leads to a certain mutual remoteness in space, causing a sufficiently large magnetic scattering. Therefore, in a three-phase system of output voltages, distortions of voltages modulo and phase appear, leading to symmetry breaking. Moreover, the degree of influence of magnetic scattering on the violation of the symmetry of the output three-phase voltage depends on the sequence of addition of the voltages on the capacitor and inductor, since the former at most real loads is greater than the latter. For known converters, a capacitor in one of the load phases is connected directly to the output after the inductance coil connected to it, which enhances the symmetry breaking of the output three-phase voltage of the converter caused by magnetic scattering.
Кроме того, указанные обстоятельства сужают рабочий диапазон трехфазной нагрузки, в котором может быть использован известный преобразователь, так как обеспеченная на его выходе при некоторой фиксированной нагрузке симметрия с увеличением нагрузки нарушается, снижается реализуемый вращающий момент двигателя, что может привести к его остановке и затруднить запуск. И наоборот, при уменьшении нагрузки на валу двигателя симметрия нарушается таким образом, что в одной или двух фазах двигателя резко возрастает ток, повышается напряжение выше номинального значения, что может привести к выходу двигателя из строя. Такие явления возможны, в частности, в процессе работы двигателя обрабатывающего механизма при изменении свойств обрабатываемого материала. In addition, these circumstances narrow the operating range of the three-phase load, in which the known converter can be used, since the symmetry provided at its output at a certain fixed load is violated with an increase in load, the realized engine torque is reduced, which can lead to its stoppage and make it difficult to start . And vice versa, when the load on the motor shaft decreases, the symmetry is broken in such a way that in one or two phases of the motor the current rises sharply, the voltage rises above the nominal value, which can lead to engine failure. Such phenomena are possible, in particular, during the operation of the engine of the processing mechanism when the properties of the processed material change.
Таким образом, известные преобразователи имеют низкие показатели надежности в работе и относительно низкий КПД при использовании в узком диапазоне трехфазной нагрузки, при увеличении же этого диапазона показатели надежности рассматриваемых преобразователей еще более снижаются. Thus, the known converters have low reliability in operation and relatively low efficiency when used in a narrow range of three-phase load, while increasing this range, the reliability indicators of the converters are even more reduced.
В качестве прототипа может быть выбрано решение [2] Ему присущи все описанные недостатки. As a prototype, a solution [2] can be selected. All the described disadvantages are inherent in it.
Целью изобретения является повышение надежности и КПД преобразователя, а также качества (симметрии) трехфазной системы напряжений на выводах трехфазных электроприемников как в узком, так и в достаточно широком рабочем диапазоне трехфазной нагрузки. The aim of the invention is to increase the reliability and efficiency of the converter, as well as the quality (symmetry) of a three-phase voltage system at the terminals of three-phase power receivers both in a narrow and in a fairly wide operating range of a three-phase load.
Для достижения цели у преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, содержащего два входных вывода для подключения однофазной питающей сети, три выходных вывода для подключения трехфазной нагрузки, RC-цепь из последовательно соединенных резистора и первого конденсатора, три установленные на общем магнитопроводе катушки индуктивности, вторая из которых через первый ключ началом соединена с выходным выводом для подключения второй фазы нагрузки, первый входной вывод соединен с выходным выводом для подключения третьей фазы нагрузки, через второй ключ с первым выводом RC-цепи, а через третий ключ с началом первой катушки индуктивности, концом соединенной с началом второй катушки индуктивности, конец которой через четвертый ключ соединен с выходным выводом для подключения второй фазы нагрузки, а также второй конденсатор, второй вывод RC-цепи соединен с началом первой катушки индуктивности, второй конденсатор включен между вторым выводом однофазной сети и началом третьей катушки индуктивности, конец которой соединен с первой фазой нагрузки, причем конец второй катушки индуктивности через пятый ключ соединен с вторым входным выводом; обмотки всех катушек индуктивности расположены концентрически друг другу на одном стержне общего магнитопровода и намотаны одна поверх другой с одинаковой высотой намотки. To achieve the goal, a single-phase to three-phase voltage converter contains two input terminals for connecting a single-phase supply network, three output terminals for connecting a three-phase load, an RC circuit from a series-connected resistor and a first capacitor, three mounted on a common magnetic circuit of the inductor, the second of which through the first switch, the beginning is connected to the output terminal for connecting the second phase of the load, the first input terminal is connected to the output terminal for connecting the third phase of the load ki, through the second key with the first output of the RC circuit, and through the third key with the beginning of the first inductor, the end connected to the beginning of the second inductor, the end of which through the fourth key is connected to the output terminal for connecting the second phase of the load, as well as the second capacitor, the second terminal of the RC circuit is connected to the beginning of the first inductor, the second capacitor is connected between the second terminal of the single-phase network and the beginning of the third inductor, the end of which is connected to the first phase of the load, the end of the second coil and inductance through the fifth switch is connected to the second input terminal; the windings of all inductors are arranged concentrically to each other on one rod of the common magnetic circuit and are wound one on top of the other with the same winding height.
Кроме того, преобразователь может быть снабжен третьим конденсатором, который через дополнительно введенный шестой ключ может быть подключен параллельно второму конденсатору. In addition, the converter can be equipped with a third capacitor, which can be connected in parallel with the second capacitor through an optional sixth key.
Вторая катушка индуктивности может быть выполнена с дополнительным промежуточным выводом, который через дополнительно введенный седьмой ключ может быть подключен к второму выводу однофазной сети. The second inductor can be made with an additional intermediate terminal, which through an additionally entered seventh key can be connected to the second terminal of the single-phase network.
На фиг. 1 принципиальная схема предложенного преобразователя; на фиг.2 расположение катушек индуктивности на магнитопроводе, в разрезе; на фиг.3 и 4 векторные диаграммы напряжений. In FIG. 1 schematic diagram of the proposed Converter; figure 2 the location of the inductors on the magnetic circuit, in section; figure 3 and 4 vector voltage diagrams.
На схеме преобразователя (фиг.1), кроме цифровых обозначений элементов, использованы буквенные обозначения точек или узлов для удобства описания с помощью уравнений и векторных диаграмм. При этом все точки цепи, имеющие одинаковый потенциал, имеют одинаковое буквенное обозначение и изображены соответствующей точкой и буквой на векторных диаграммах, выполненных в виде топографических (см.фиг.3 и 4). On the converter circuit (Fig. 1), in addition to digital designations of elements, letter designations of points or nodes are used for ease of description using equations and vector diagrams. Moreover, all points of the chain having the same potential have the same letter designation and are depicted by the corresponding point and letter on vector diagrams made in the form of topographic diagrams (see Figs. 3 and 4).
Первый вывод однофазной сети 1 обозначен дополнительной буквой С, второй вывод однофазной сети 2 буквой N. На выходе преобразователя имеются три вывода для подключения трехфазной нагрузки: вывод 3, соответствующий первой фазе нагрузки и имеющий буквенное обозначение А, вывод 4 второй фазе В, вывод 5 третьей фазе С. Вывод 5 соединен с первым выводом однофазной сети 1 и поэтому обозначен той же буквой С. The first output of a single-
6,7,8 соответственно первая, вторая и третья катушки индуктивности установлены на стержне 9 общего магнитопровода 10, причем намотаны одна поверх другой и высота намотки всех катушек одинакова (см.фиг.2). 6,7,8, respectively, the first, second and third inductors are mounted on the rod 9 of the common
Преобразователь содержит также первый конденсатор 11, который в соединении (точка Е) с резистором 12 образует RС-цепь. Второй конденсатор 13 включен между вторым выводом 2 (N) однофазной сети и началом (G) третьей катушки 8 индуктивности. При необходимости преобразователь может быть снабжен третьим конденсатором 14. Для коммутации устройство может иметь, например, семь ключей 15-21. Возможен вариант исполнения преобразователя и без ключей, либо с любым другим количеством ключей. Это зависит от требуемой широты рабочего диапазона трехфазной нагрузки. The converter also contains a
Конец третьей катушки 8 индуктивности соединен с первой фазой нагрузки 3, при этом обе точки обозначены буквой А. Первый вывод однофазной сети 1 через ключ 19 или напрямую присоединен к первому выводу RC-цепи, второй вывод которой соединен с началом (F) первой катушки 6 индуктивности. Кроме того, начало F первой катушки 6 может быть через ключ 15 дополнительно связано с первым выводом однофазной сети 1. The end of the
Конец первой катушки 6 и начало второй катушки 7 связаны в общую точку М, которая напрямую или через ключ 21 связана с второй фазой В нагрузки 4. Конец второй катушки 7 может также иметь связь с второй фазой нагрузки через ключ 20. Указанный конец катушки 7 напрямую или через ключ 16 связан с вторым выводом 2 N однофазной сети и имеет одинаковое с ним буквенное обозначение N. Кроме того, этот конец катушки 7 имеет прямую связь и с конденсатором 13, параллельно которому через ключ 17 может быть присоединен конденсатор 14. The end of the
Для повышения напряжения вторая катушка 7 может иметь дополнительный промежуточный вывод 22, который через ключ 18 может быть присоединен к второму выводу N однофазной сети 2. To increase the voltage, the
Каждая комбинация включенных ключей дает определенную ступень нагрузки, что позволяет обеспечить работу преобразователя на достаточно высоком уровне надежности в требуемом диапазоне мощности трехфазной нагрузки. Each combination of keys included gives a certain load level, which allows the converter to operate at a sufficiently high level of reliability in the required three-phase load power range.
При составлении программ замыкания ключей следует иметь в виду, что ни при каком из вариантов не должно быть одновременно замыкания ключей 16 и 18, а также 20 и 21, чтобы не создавалось замыкание накоротко какой-либо из катушек. When compiling key closure programs, it should be borne in mind that under any of the options there should be no closure of
Из условия минимизации конструктивной массы преобразователя могут быть рекомендованы наиболее целесообразные варианты замыкания ключей. Они приведены в следующей таблице. From the condition of minimizing the structural mass of the converter, the most appropriate key closure options can be recommended. They are shown in the following table.
Процесс работы преобразователя можно рассмотреть на какой-либо фиксированной ступени, т.е. на определенной комбинации включенных ключей. Первая ступень особенно характерна тем, что при как угодно малой нагрузке обеспечивается полная симметрия трехфазной системы напряжений на выходе преобразователя. Для иллюстрации сказанного составим уравнения напряжения и для этой ступени, когда замкнуты ключи 16,19,21 при разомкнутых остальных (первая строка вышеприведенной таблицы):
Ik2xLI1-IxI+Ik
(R-Ix+ Ik1xL)I1+(R-Ix+ Ik
где R активное сопротивление резистора;
хс1 емкостное сопротивление первого конденсатора;
хс2 емкостное сопротивление второго конденсатора;
хL индуктивное сопротивление системы из первой и второй катушек индуктивности;
I ток первой фазы трехфазной нагрузки, протекающий, начиная с точки А, через второй конденсатор, третью и вторую катушки индуктивности;
I1 ток, потребляемый из однофазной сети, направленный от точки 2 N к токе 1 С;
k1 коэффициент трансформации между первой катушкой и системой, состоящей из первой и второй катушек;
k2 коэффициент трансформации между системой, состоящей из второй и третьей катушек, и системой, состоящей из первой и второй катушек.The process of operation of the converter can be considered at any fixed stage, i.e. on a specific combination of keys included. The first stage is especially characteristic in that, at an arbitrarily small load, full symmetry of the three-phase voltage system at the converter output is ensured. To illustrate the above, we compose the voltage equations and for this stage, when the
Ik 2 x L I 1 -Ix I + Ik
(R-Ix + Ik 1 x L ) I 1 + (R-Ix + Ik
where R is the resistor resistance;
x s1 capacitance of the first capacitor;
x c2 capacitance of the second capacitor;
x L inductance of the system of the first and second inductors;
I the current of the first phase of the three-phase load, flowing, starting from point A, through the second capacitor, the third and second inductors;
I 1 current consumed from a single-phase network, directed from point 2 N to current 1 C;
k 1 the transformation coefficient between the first coil and the system consisting of the first and second coils;
k 2 is the transformation coefficient between the system consisting of the second and third coils and the system consisting of the first and second coils.
Те слагаемые в уравнениях (1) и (2), которые соответствуют напряжениям взаимной индукции, содержат в качестве множителей произведения указанных коэффициентов трансформации. Those terms in equations (1) and (2) that correspond to mutual induction stresses contain, as factors, the products of the indicated transformation coefficients.
Из теории известно, что трехфазная симметричная система характеризуется совокупностью трех комплексных величин: три равных по модулю и аргументу сопротивления нагрузки, три равных по модулю линейных напряжения, сдвиг фаз между которыми 120о, так что на топографической диаграмме они образуют равносторонний треугольник АВС (см.фиг.3), и три равных по модулю и сдвинутых между собой по фазе тока, также на 120о. Поэтому при решении системы уравнений (1), (2) следует задаться либо симметрией напряжений, либо симметрией токов. Тогда, если при решении неизвестная из этих величин также оказывается симметричной, параметры преобразователя удовлетворяют условиям симметрии выходных напряжений.It is known from theory that a three-phase symmetric system is characterized by a combination of three complex quantities: three equal in magnitude and argument of the load resistance, three equal in absolute value of the linear voltages, the phase shift between them is 120 ° , so that on the topographic diagram they form an equilateral ABC triangle (see. figure 3), and three equal in absolute value and shifted together in phase current, also by 120 about . Therefore, when solving the system of equations (1), (2), one should set either the voltage symmetry or the current symmetry. Then, if, when solving, the unknown of these quantities also turns out to be symmetric, the parameters of the converter satisfy the symmetry conditions of the output voltages.
В данном случае мы задаемся системой токов нагрузки и определяем систему напряжений. Поэтому в уравнениях (1), (2), помимо токов I1 и I, содержится ток Iехр (-60о), направление которого выбрано от точки С к нагрузке, чтобы направление обхода всех трех контуров внутри цепи преобразователя было одинаковое справа налево. При этом в симметричной системе задающих токов ток, направленный из точки С, отстает по фазе на 60о от тока, направленного в точку А, что и отражено в уравнениях (1), (2).In this case, we set the system of load currents and determine the system of voltages. Therefore, in the equations (1), (2), in addition to the currents I 1 and I, contain current Iehr (-60 °), the direction of which is selected from the point C to the load that the direction of all three bypass circuits within the converter circuit had the same right to left. Moreover, in a symmetric system of driving currents, the current directed from point C lags in phase by 60 ° from the current directed to point A, which is reflected in equations (1), (2).
Рекомендуемые параметры цепи преобразователя, при которых будет обеспечена симметрия напряжений:
К1=К2=2/3;
X= XL R;
X= 2/ R. (3)
Подставляя параметры (3) в уравнения (1), (2), решаем систему относительно :
I KI1- I RI+ I RI + I RI exp (-I60°);
R-I R + I R I1+R-I R + I RI exp(-I60°)IRI
После математических упрощающих выкладок получим:
= RI1 exp (I90°)+ RI (4)
UBC= RI1 exp (-I30°)+ RI exp (- I120°) (5)
При делении уравнения (4) на (5) токи и сопротивления сокращаются, получаем условие симметрии трехфазного напряжения на выходе преобразователя независимо от тока нагрузки:
:= exp (-I120°) (6)
Полученное решение исходит из абсолютной магнитной связи между тремя катушками. Практически при предложенном расположении катушек на магнитопроводе (см. фиг.2) степень магнитной связи достигает 0,99, т.е. рассеяние и погрешность решения (6) не превышают 1% чем можно пренебречь.Recommended parameters of the converter circuit, at which voltage symmetry will be ensured:
K 1 = K 2 = 2/3;
X = X L R;
X = 2 / R. (3)
Substituting parameters (3) into equations (1), (2), we solve the system with respect to :
I KI 1 - I RI + I RI + I RI exp (-I60 ° );
Ri R + I R I 1 + Ri R + I R I exp (-I60 ° ) I Ri
After mathematical simplifying calculations we get:
= RI 1 exp (I90 ° ) + RI (4)
U BC = RI 1 exp (-I30 ° ) + RI exp (- I120 ° ) (5)
When dividing equation (4) by (5), the currents and resistances are reduced, we obtain the symmetry condition for the three-phase voltage at the converter output, regardless of the load current:
: = exp (-I120 ° ) (6)
The resulting solution comes from the absolute magnetic coupling between the three coils. In practice, with the proposed arrangement of coils on the magnetic circuit (see Fig. 2), the degree of magnetic coupling reaches 0.99, i.e. scattering and error of solution (6) do not exceed 1% than can be neglected.
Частному случаю рассмотренного режима соответствует векторная топографическая диаграмма напряжений, показанная сплошными линиями на фиг.3. Использованные буквенные обозначения избавляют от дополнительных пояснений. Для сравнения на диаграмме штриховыми линиями показан тот же режим преобразователя-прототипа, которому свойственно достаточно большое магнитное рассеяние, вызванное пространственным удалением катушек индуктивности друг от друга. Поэтому здесь напряжение на третьей катушке NG по модулю и фазе отклоняется на некоторый заметный угол от прямой FN, соответствующей напряжению первой и второй катушек. Этот сдвиг дает основную долю в результирующем смещении точки А1 на диаграмме и превращении треугольника А2ВС в неравносторонний. Кроме того, взаиморасположение второго конденсатора и третьей катушки относительно первой фазы нагрузки дает в прототипе при наличии указанного рассеяния дополнительный достаточно ощутимый сдвиг по фазе векторов G1А. Это связано с тем, что в рабочих режимах преобразователя с активно-индуктивной нагрузкой (к которой относятся двигатели) вектор напряжения на конденсаторе (в нашем случае NG, а в прототипе А1G1) значительно больше вектора напряжения третьей катушки (в нашем случае АG, а в прототипе NG1) и с иной, чем в предложенном решении, последовательностью сложения векторов напряжений (сначала Uс, а затем UL3). Даже при наличии рассеяния (если бы таковое оставалось значительным в предложенном преобразователе) его влияние на положение точки А1 (в нашем решении т.А) было бы более значительным, поскольку вектор G1А1 откладывается уже от сдвинутой в результате рассеяния точки G1. Кроме того, в прототипе потенциал точки G между вторым конденсатором и третьей катушкой выходит за пределы допустимых значений относительно потенциала точки сети С.A special case of the considered mode corresponds to a vector topographic stress diagram shown by solid lines in Fig. 3. Used lettering eliminates additional explanation. For comparison, the diagram in dashed lines shows the same prototype converter mode, which is characterized by a sufficiently large magnetic scattering caused by the spatial distance of the inductance coils from each other. Therefore, here the voltage on the third coil NG modulo and phase deviates by some noticeable angle from the straight line FN corresponding to the voltage of the first and second coils. This shift gives the main share in the resulting displacement of point A 1 on the diagram and the transformation of triangle A 2 BC into non-equilibrium. In addition, the relative position of the second capacitor and the third coil relative to the first phase of the load gives the prototype, in the presence of the indicated scattering, an additional quite noticeable phase shift of the G 1 A vectors. This is due to the fact that in the operating modes of the converter with an active-inductive load (which include engines) vector capacitor voltage (NG in this case, as in the prototype a 1 1 G) significantly more vector third coil voltage (in our case, the AG, and the prototype NG 1) and other than the proposed solution, pos edovatelnostyu summation voltages vectors (first U s, and then U L3). Even if there was scattering (if it remained significant in the proposed transducer), its influence on the position of point A 1 (in our solution T.A) would be more significant, since the vector G 1 A 1 is already deposited from the point G 1 shifted as a result of scattering . In addition, in the prototype, the potential of the point G between the second capacitor and the third coil is outside the acceptable range relative to the potential of the point of the network C.
Решение (6) говорит о симметрии напряжений при любом токе нагрузки, но не содержит информации о модуле (действующем значении) трехфазного напряжения. Физически оно уменьшается с ростом тока нагрузки, и его минимально допустимый уровень практически ограничивает мощность преобразователя на рассматриваемой первой ступени. Согласно нормам, выходное напряжение не должно быть меньше 95% напряжения сети. Для определения максимально допустимого тока нагрузки при этом условии заменим в уравнении (4) произведение RI1 на напряжение однофазной сети UNC и выразим ток нагрузки через потребляемый из сети ток I1, придав ему наиболее неблагоприятный аргумент -45о, при котором напряжение на выходе падает наиболее круто, и введя коэффициент по модулю n.Solution (6) indicates the symmetry of voltages at any load current, but does not contain information about the module (actual value) of the three-phase voltage. Physically, it decreases with increasing load current, and its minimum acceptable level practically limits the power of the converter in the first stage under consideration. According to the norms, the output voltage should not be less than 95% of the mains voltage. To determine the maximum allowable load current under this condition, replace the product RI 1 by the single-phase network voltage U NC in equation (4) and express the load current through the current I 1 consumed from the network, giving it the most unfavorable argument -45 о , at which the output voltage falls most steeply, and introducing a coefficient modulo n.
Тогда
UAB= UI + n exp (-I 45°)
Переходя затем к модулям и подставляя условие UАВ=0,95 UNС, получим n= 0,33, или максимально допустимый ток нагрузки
I=0,33I4 (7)
Значением (7) определена максимальная мощность преобразователя на первой ступени и численное значение сопротивлений (3). Следовательно, если ток нагрузки превышает треть тока однофазной сети, следует переходить на другое положение ключей согласно приведенной выше таблице.Then
U AB = U I + n exp (-I 45 ° )
Moving then to the modules and substituting the condition U AB = 0.95 U NС , we obtain n = 0.33, or the maximum allowable load current
I = 0.33 I 4 (7)
The value (7) determines the maximum power of the converter in the first stage and the numerical value of the resistances (3). Therefore, if the load current exceeds a third of the current of a single-phase network, you should switch to a different position of the keys according to the table above.
Например, для третьей ступени, как видно из таблицы замыкания ключей,
= I RI3= , а другое линейное напряжение на выходе преобразователя
= I RI3- I RI + I RI, (8) где I ток однофазной сети на третьей ступени, причем
I3= I1:
Подставляя условие (6) в уравнение (8), после преобразований получим отношение модулей токов нагрузки и сети при аргументе тока нагрузки -45о:
I=2,3I3=1,33I1.For example, for the third stage, as can be seen from the key closure table,
= I RI 3 = and another line voltage at the output of the converter
= I RI 3 - I RI + I RI, (8) where I is the current of the single-phase network in the third stage, and
I 3 = I 1 :
Substituting condition (6) into equation (8), after transformations, we obtain the ratio of the modules of the load currents and the network with a load current argument of -45 о :
I = 2.3I 3 = 1.33I 1 .
Сравнивая полученный результат с (7), можно сделать вывод, что мощность третьей ступени в 4 раза больше, чем первой, т.е. рассмотренная комбинация замыкания ключей расширяет рабочий диапазон преобразователя в 4 раза. Векторная топографическая диаграмма напряжений для этого случая показана на фиг. 4. Comparing the result with (7), we can conclude that the power of the third stage is 4 times greater than the first, i.e. the considered combination of key closure extends the operating range of the converter by 4 times. A vector topographic stress diagram for this case is shown in FIG. 4.
На четвертой ступени используется промежуточный вывод 22 (см. фиг.1) второй катушки индуктивности, что позволяет повысить напряжение на трехфазном выходе при существенном росте тока нагрузки, например при запуске двигателей, или при пониженном напряжении питающей однофазной сети. At the fourth stage, intermediate terminal 22 (see Fig. 1) of the second inductor is used, which allows increasing the voltage at the three-phase output with a significant increase in the load current, for example, when starting the motors, or at a reduced voltage of the supply single-phase network.
Как видно из соотношений (3), активное, емкостные и индуктивные сопротивления элементов преобразователя связаны между собой пропорциональной зависимостью, а по отношению к расчетной мощности преобразователя обратно пропорциональны. Например, для преобразователя мощностью 1,5 кВт при номинальном напряжении сети 220 В и частоте 50 Гц каждый конденсатор имеет емкость 20 мкФ, сопротивление резистора 65 Ом, индуктивное сопротивление между началом первой катушки F и концом второй катушки N равно 120 Ом. Указанное значение индуктивного сопротивления обеспечивается конструктивно подбором толщины прокладок в немагнитном зазоре магнитопровода. As can be seen from relations (3), the active, capacitive and inductive resistances of the converter elements are interconnected by a proportional relationship, and in relation to the calculated power of the converter is inversely proportional. For example, for a 1.5 kW inverter with a rated voltage of 220 V and a frequency of 50 Hz, each capacitor has a capacitance of 20 μF, a resistor resistance of 65 Ohms, the inductance between the beginning of the first coil F and the end of the second coil N is 120 Ohms. The indicated value of the inductive resistance is provided constructively by selecting the thickness of the gaskets in the non-magnetic gap of the magnetic circuit.
На фиг. 2 изображен ленточный магнитопровод с наилучшим расположением немагнитного зазора, обеспечивающий наименьшее магнитное рассеяние между катушками. In FIG. 2 shows a tape magnetic circuit with the best location of the non-magnetic gap, providing the smallest magnetic scattering between the coils.
Таким образом, предложенный преобразователь обеспечивает более высокий уровень надежности, КПД и качества (симметрии) трехфазной системы напряжений как в узком, так и в достаточно широком рабочем диапазоне трехфазной нагрузки. Thus, the proposed converter provides a higher level of reliability, efficiency and quality (symmetry) of a three-phase voltage system both in a narrow and in a fairly wide operating range of a three-phase load.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93028236A RU2054786C1 (en) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | Single-phase-to-three-phase voltage changer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93028236A RU2054786C1 (en) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | Single-phase-to-three-phase voltage changer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93028236A RU93028236A (en) | 1995-11-10 |
RU2054786C1 true RU2054786C1 (en) | 1996-02-20 |
Family
ID=20142170
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93028236A RU2054786C1 (en) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | Single-phase-to-three-phase voltage changer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2054786C1 (en) |
-
1993
- 1993-06-01 RU RU93028236A patent/RU2054786C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 217514, кл. H 02M 5/14, 1968. 2. Авторское свидетельство СССР N 546069, кл. H 02M 5/14, 1977. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4812829B2 (en) | 12-pulse high-voltage DC transmission | |
CN100474730C (en) | A device and a method for control of power flow in a transmission line | |
US3745440A (en) | Electrical inverter-rectifier circuit and inductor apparatus therefor | |
US7049921B2 (en) | Auto-transformer for use with multiple pulse rectifiers | |
US3711760A (en) | Rectifier-transformer system | |
WO1996006439A2 (en) | Load balancing transformer | |
WO2006014982A2 (en) | Transformer with selectable input to output phase angle relationship | |
US3422343A (en) | Reactive power compensation by phase angle control and tap changer means | |
US3395327A (en) | High voltage direct current transmission system with condition responsive, tunable, harmonic filters | |
US5574418A (en) | Three-phase autotransformer with a balancing function | |
US4156174A (en) | Phase-angle regulator | |
US5449991A (en) | Motor control system and apparatus for providing desired three-phase voltage therein using a main transformer energized through an autotransformer | |
RU2054786C1 (en) | Single-phase-to-three-phase voltage changer | |
US4058761A (en) | Saturated reactors | |
US3454866A (en) | Regulating transformer arrangement with tap changing means | |
JP3598126B2 (en) | Three-phase load voltage phase adjustment transformer | |
EP3934083A1 (en) | Isolated multi-phase dc/dc converter with reduced quantity of blocking capacitors | |
US717488A (en) | Method of transforming alternating currents. | |
RU2006135C1 (en) | Device for balancing open-phase conditions | |
US2285691A (en) | Switching device | |
US2677096A (en) | Power supply apparatus | |
RU182064U1 (en) | A device for balancing voltage in a three-wire high-voltage network | |
US2369038A (en) | Electric transformer | |
RU2061993C1 (en) | Single-phase-to-three-phase voltage changer | |
SU1077029A1 (en) | Inversible phase number converter for a.c.voltage |