RU2255411C1 - Transformer converter - Google Patents

Transformer converter Download PDF

Info

Publication number
RU2255411C1
RU2255411C1 RU2004103068/09A RU2004103068A RU2255411C1 RU 2255411 C1 RU2255411 C1 RU 2255411C1 RU 2004103068/09 A RU2004103068/09 A RU 2004103068/09A RU 2004103068 A RU2004103068 A RU 2004103068A RU 2255411 C1 RU2255411 C1 RU 2255411C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
sections
phase winding
winding
semigroups
Prior art date
Application number
RU2004103068/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
М.А. Ермилов (RU)
М.А. Ермилов
нович Ю.М. Купри (RU)
Ю.М. Куприянович
Original Assignee
Ермилов Михаил Александрович
Куприянович Юрий Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ермилов Михаил Александрович, Куприянович Юрий Михайлович filed Critical Ермилов Михаил Александрович
Priority to RU2004103068/09A priority Critical patent/RU2255411C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2255411C1 publication Critical patent/RU2255411C1/en

Links

Landscapes

  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: electrical and power engineering systems, plants, and pieces of equipment.
SUBSTANCE: two-phase winding of transformer converter has several series-connected groups whose number equals number of regulation stages; each group, in its turn, has six coils whose turn number is correlated by expression
Figure 00000013
where K may vary within
Figure 00000014
Three first and three remaining coils in each group form two half-groups that function as phase members of two-phase winding.
EFFECT: enlarged functional capabilities.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к трансформаторостроению и предназначено для обратимого взаимного преобразования электрической энергии трех- и двухфазных напряжений и токов.The invention relates to electrical engineering and, in particular, to transformer construction and is intended for reversible mutual conversion of electrical energy of three- and two-phase voltages and currents.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и вариантов конструктивных решений.The purpose of the invention is the expansion of functionality and design options.

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].Known transformer converters of electrical energy of three-phase sinusoidal voltages and currents into two-phase, containing a spatial three-core magnetic circuit located on it with a three-phase input and two-phase output windings [1], [2].

Недостатками таких преобразователей являются невозможность регулирования выходного напряжения, а также строго фиксированное соотношение чисел витков секций двухфазной обмотки: в [1] оно составляет cos15°:cos45°:cos75°, а в [2] -

Figure 00000004
The disadvantages of such converters are the inability to control the output voltage, as well as a strictly fixed ratio of the number of turns of sections of the two-phase winding: in [1] it is cos15 °: cos45 °: cos75 °, and in [2] -
Figure 00000004

Предлагаемый в качестве изобретения трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные обеспечивает полное сопряжение параметров симметричных режимов трехфазной и двухфазной сетей, при которых удовлетворяются все требования симметрии независимо от мощности сети и потребителей. При этом возможно значительное варьирование чисел витков секций двухфазной обмотки, а также регулирование напряжения путем переключения ее секций.The transformer converter of electric energy of three-phase voltages and currents into two-phase, proposed as an invention, provides a complete conjugation of the parameters of the symmetrical modes of the three-phase and two-phase networks, in which all symmetry requirements are satisfied regardless of the power of the network and consumers. In this case, a significant variation in the number of turns of sections of a two-phase winding, as well as voltage regulation by switching its sections, is possible.

Это достигается благодаря тому, что в трансформаторном преобразователе, состоящем из, по меньшей мере, трех сердечников (например, А, В, С) одинакового поперечного сечения стержневого или группового типа, трехфазной обмотки, состоящей из, по меньшей мере, трех одинаковых с числом витков Wт фаз (например, А, В, С), расположенных на соответствующих сердечниках магнитопровода, соединенных между собой в звезду или треугольник и присоединенных к трехфазной сети, и двухфазной обмотки, присоединенной к двухфазной сети, двухфазная обмотка выполнена состоящей из нескольких последовательно соединенных групп (например, 1,2,3, n...N), число которых равно числу N ступеней регулирования, каждая группа, в свою очередь, состоит из, в общем случае, шести секций: двух (например, Wad и Waq), размещенных на сердечнике А, двух (например, Wbd и Wbq), размещенных на сердечнике В, и двух (например, Wed и Wcq), размещенных на сердечнике С, секции Wad и Wbd соединены последовательно согласно между собой и последовательно встречно с секцией Wed и образуют полугруппу первой фазы D двухфазной обмотки, секции Wbq и Wcq соединены последовательно согласно между собой и последовательно встречно с секцией Waq и образуют полугруппу второй фазы Q двухфазной обмотки, при этом в любой группе из шести секций (например, “n”-й) числа витков секций должны относиться между собой какThis is achieved due to the fact that in a transformer converter consisting of at least three cores (for example, A, B, C) of the same cross section of a rod or group type, a three-phase winding consisting of at least three identical with the number turns of W t phases (for example, A, B, C) located on the corresponding cores of the magnetic circuit, interconnected in a star or delta and connected to a three-phase network, and a two-phase winding connected to a two-phase network, a two-phase winding is made consisting of several series-connected groups (for example, 1,2,3, n ... N), the number of which is equal to the number N of regulation steps, each group, in turn, consists of, in general, six sections: two (for example , W ad and W aq ) located on core A, two (for example, W bd and W bq ) located on core B, and two (for example, W ed and W cq ) located on core C, sections W ad and W bd are connected in series according to each other and in series with the section W ed and form a semigroup of the first phase D of the two-phase winding, sections W bq and W cq are connected by consequently according to each other and successively counter to the section W aq and form a semigroup of the second phase Q of the two-phase winding, while in any group of six sections (for example, the “n” th), the number of turns of sections should be related to each other as

Figure 00000005
Figure 00000005

причем отношение K=Wcq/Waq может варьироваться произвольно в пределахmoreover, the ratio K = W cq / W aq can vary arbitrarily within

Figure 00000006
Figure 00000006

Трансформаторный преобразователь может быть выполнен, в этом заключается одно из существенных его достоинств, на базе стандартного выпускаемого электротехнической промышленностью трехфазного трансформатора любого типа (группового, стержневого, броневого, бронестержневого и др.). Трехфазная обмотка также стандартная и состоит из трех одинаковых с числом витков Wm фаз, которые расположены на трех различных сердечниках магнитопровода и могут быть соединены в звезду или треугольник.A transformer converter can be made, this is one of its significant advantages, on the basis of a standard three-phase transformer of any type produced by the electrical industry (group, rod, armored, armored, etc.). The three-phase winding is also standard and consists of three phases identical with the number of turns W m , which are located on three different cores of the magnetic circuit and can be connected into a star or a triangle.

Электрическая схема трансформаторного преобразователя (для примера на базе трехстержневого магнитопровода) приведена на фиг.1. Как следует из схемы фиг.1, двухфазная обмотка состоит, в общем случае, из 6N секций, благодаря чему становится возможным одновременно удовлетворить всем требованиям симметричных режимов трехфазной и двухфазной система электроснабжения и обеспечить возможность симметричного регулирования выходного двухфазного напряжения.The electrical circuit of the transformer converter (for example, based on a three-core magnetic circuit) is shown in figure 1. As follows from the circuit of Fig. 1, a two-phase winding consists, in the general case, of 6N sections, which makes it possible to simultaneously satisfy all the requirements of the symmetrical modes of the three-phase and two-phase power supply systems and to provide the possibility of symmetric regulation of the output two-phase voltage.

Необходимыми и достаточными условиями симметричных режимов работы трехфазной и двухфазной систем являются:Necessary and sufficient conditions for the symmetrical modes of operation of three-phase and two-phase systems are:

для трехфазной системы:for a three-phase system:

- равенство напряжений (UA, UB, UC), токов [IA, IB, IC) и намагничивающих сил (FA, FB, Fc) обмоток всех фаз по величине;- equality of voltages (U A , U B , U C ), currents [I A , I B , I C ) and magnetizing forces (F A , F B , F c ) of the windings of all phases in magnitude;

- временной фазовый сдвиг между любой парой векторов напряжений, токов и намагничивающих сил на 1/3 периода (120°);- a temporary phase shift between any pair of vectors of voltages, currents and magnetizing forces by 1/3 of a period (120 °);

для двухфазной системы:for a two-phase system:

- равенство напряжений (UD, UQ), токов (ID, IQ) и намагничивающих сил (FD, FQ) обмоток всех фаз по величине;- equality of voltages (U D , U Q ), currents (I D , I Q ) and magnetizing forces (F D , F Q ) of the windings of all phases in magnitude;

- временной фазовый сдвиг между любой парой векторов напряжений, токов и намагничивающих сил на 1/4 периода (90°);- a temporary phase shift between any pair of vectors of voltages, currents and magnetizing forces by 1/4 of a period (90 °);

совместно для обеих систем, исходя из общей магнитной цепи:together for both systems, based on a common magnetic circuit:

- сумма намагничивающих сил секций, расположенных на каждом отдельном сердечнике магнитопровода, должна быть одинаковой и равной намагничивающей силе холостого хода любой из фаз.- the sum of the magnetizing forces of the sections located on each individual core of the magnetic circuit must be the same and equal to the magnetizing idling force of any of the phases.

Две первых группы условий отражают то, что все электрические величины (напряжения, токи и намагничивающие силы) как в трехфазной, так и в двухфазной системе состоят только из симметричных составляющих прямой последовательности чередования фаз. Третья группа условий соответствует отсутствию в токах, намагничивающих силах и магнитных потоках трехфазной и двухфазной систем их нулевых составляющих.The first two groups of conditions reflect the fact that all electrical quantities (voltages, currents and magnetizing forces) in both a three-phase and a two-phase system consist only of symmetrical components of a direct sequence of phase rotation. The third group of conditions corresponds to the absence of three-phase and two-phase systems of their zero components in currents, magnetizing forces and magnetic fluxes.

Принцип работы трансформаторного преобразователя может быть пояснен следующим образом.The principle of operation of the transformer Converter can be explained as follows.

Под действием симметричных трехфазных напряжений UA, UB, UC в трехфазной обмотке возникают симметричные трехфазные токи IA, IB, IC, а в стержнях магнитопровода - симметричная система намагничивающих сил FA=IAWm, FB=IBWm, FC=ICWm и соответствующих им магнитных потоков ФА, Фв, Фс. Магнитные потоки индуцируют в двухфазной обмотке шесть напряжений Uad, Ubd, Ucd, Uaq, Ubq, Ucq соответственно в секциях Wad, wbd, Wcd, Waq, Wbq, Wcq. С учетом схемы соединения секций (фиг.1) в фазах двухфазной обмотки возникают напряжения UD=Uad+αUbd2Ucd и UQ=-Uaq+αUbq2Ucq. Здесь α=e-j120° и α2=ej120° - операторы поворота векторов напряжений на -(+)120°. При этом соотношение чисел витков секций и соответствующих им напряжений должно обеспечивать условия симметрии в двухфазной системе: UD=jUQ.Under the action of symmetric three-phase voltages U A , U B , U C , symmetric three-phase currents I A , I B , I C arise in the three-phase winding, and a symmetrical system of magnetizing forces F A = I A W m , F B = I in the cores of the magnetic circuit B W m , F C = I C W m and the corresponding magnetic fluxes Ф А , Ф в , Ф с . Magnetic fluxes induce six voltages U ad , U bd , U cd , U aq , U bq , U cq in the sections W ad , w bd , W cd , W aq , W bq , W cq , respectively, in a two-phase winding. Given the connection diagram of the sections (Fig. 1), the phases U D = U ad + αU bd2 U cd and U Q = -U aq + αU bq + α 2 U cq arise in the phases of the two-phase winding. Here α = e -j120 ° and α 2 = e j120 ° are the operators of rotation of the stress vectors by - (+) 120 °. In this case, the ratio of the number of turns of sections and the corresponding voltages should provide symmetry conditions in a two-phase system: U D = jU Q.

При подключении к напряжениям UD и UQ симметричного двухфазного приемника в двухфазной обмотке возникают токи ID и IQ, образующие симметричную систему двухфазных токов ID=jIQ. Под действием этих токов в сердечниках магнитопровода возникают намагничивающие силы: Fa=IDWad+IQWaq, Fb=IDWbd+IQWbq, Fc=-IDWcd+IQWcq. При этом условие симметричного режима работы магнитной цепи трансформаторного преобразователя, то есть отсутствие намагничивающих сил и потоков нулевой последовательности чередования фаз, можно представить как: Fa=αРb=a2Fc.When a symmetrical two-phase receiver is connected to the voltages U D and U Q , currents I D and I Q arise in the two-phase winding, forming a symmetric system of two-phase currents I D = jI Q. Under the action of these currents, magnetizing forces appear in the cores of the magnetic circuit: F a = I D W ad + I Q W aq , F b = I D W bd + I Q W bq , F c = -I D W cd + I Q W cq . In this case, the condition of the symmetric mode of operation of the magnetic circuit of the transformer converter, that is, the absence of magnetizing forces and flows of a zero phase sequence can be represented as: F a = αР b = a 2 F c .

В итоге вся совокупность условий симметричного режима работы трансформаторного преобразователя может быть сведена к следующей системе уравнений:As a result, the whole set of conditions for the symmetrical operation of the transformer converter can be reduced to the following system of equations:

Figure 00000007
Figure 00000007

Поскольку в полученной системе уравнений из шести параметров независимыми являются только четыре, то, приняв любой из в Wad, Wbd, Wcd, Waq, Wbq, Wcq за базовый (например, Waq=1(100%)), a любой другой выразив в долях от базового (например, Wcq=K Waq), можно получить соотношение для всех шести параметров

Figure 00000008
Since in the resulting system of equations of six parameters only four are independent, then, taking any of W ad , W bd , W cd , W aq , W bq , W cq as the base one (for example, W aq = 1 (100%)) , a any other expressing in fractions of the base (for example, W cq = KW aq ), we can obtain the ratio for all six parameters
Figure 00000008

При этом область практически реализуемых значений параметра К находится в пределах

Figure 00000009
а коэффициент трансформации, представляющий собой отношение фазных напряжений холостого хода двухфазной и трехфазной обмоток, равен
Figure 00000010
В частности, при К=0,268 и К=0,5 имеют место варианты известных из [1], [2] соотношений параметров: 0,268:0,732:1:1:0,732:0,268 (КД/Т-=1,55Waq/WT) и 0:0,866:0,866:1:0,5:0,5 (КД/Т=1,5Waq/WT) (одна группа двухфазной обмотки состоит из пяти секций). Двухфазная обмотка, в общем случае, может состоять из любого количества групп, состоящих, в свою очередь, из двух полугрупп по три секции в каждой. Полугруппы соединены между собой последовательно, как показано на схеме фиг.1. Крайние выводы первых полугрупп двухфазной обмотки соединены с фазами D и Q двухфазной сети, а точки соединения последующих полугрупп между собой, включая крайние выводы последних (например, N-х) полугрупп, через N-позиционный трехполюсный переключатель соединяются с нулевой точкой О двухфазной сети. Таким образом, изменяя положение переключателя и, следовательно, число групп, включенных между выводами фаз D и Q и нулевой точкой О, можно ступенчато регулировать фазные напряжения двухфазной сети. При этом, если числа витков секций во всех группах двухфазной обмотки будут удовлетворять указанному выше соотношению, то напряжения двухфазной сети на всех уровнях будут оставаться симметричными.Moreover, the range of practically feasible values of the parameter K is within
Figure 00000009
and the transformation coefficient, which is the ratio of the phase no-load voltages of the two-phase and three-phase windings, is equal to
Figure 00000010
In particular, when K = 0.268 and K = 0.5, there are variants of the known parameter ratios from [1], [2]: 0.268: 0.732: 1: 1: 0.732: 0.268 (K D / T - = 1.55W aq / W T ) and 0: 0.866: 0.866: 1: 0.5: 0.5 (K D / T = 1.5W aq / W T ) (one group of a two-phase winding consists of five sections). A two-phase winding, in the general case, can consist of any number of groups, which, in turn, consist of two semigroups with three sections in each. Semigroups are interconnected in series, as shown in the diagram of figure 1. The extreme terminals of the first semigroups of the two-phase winding are connected to the phases D and Q of the two-phase network, and the connection points of the subsequent semigroups to each other, including the extreme terminals of the last (for example, N-x) semigroups, are connected to the zero point О of the two-phase network via the N-position three-pole switch. Thus, by changing the position of the switch and, therefore, the number of groups included between the terminals of the phases D and Q and the zero point O, it is possible to stepwise adjust the phase voltages of the two-phase network. Moreover, if the number of turns of sections in all groups of the two-phase winding will satisfy the above ratio, then the voltage of the two-phase network at all levels will remain symmetrical.

Наконец, следует отметить, что, поскольку трансформаторный преобразователь по устройству и принципу действия полностью аналогичен обычному трансформатору, то он является обратимым пребразователем и может работать при любом направлении электрической энергии между трехфазной и двухфазной системами электроснабжения и электропотребления.Finally, it should be noted that, since the transformer converter is completely analogous to a conventional transformer in terms of its design and principle of operation, it is a reversible converter and can operate in any direction of electric energy between three-phase and two-phase power supply and power consumption systems.

Источники информацииSources of information

1. Авторское свидетельство СССР №598197, 11.10.1976, кл. Н 02 М 514.1. USSR author's certificate No. 598197, 10/10/1976, cl. H 02 M 514.

2. Патент Франции №2648612, 15.06.1989, кл. Н 01 F 33/00.2. French patent No. 2648612, 06/15/1989, cl. H 01 F 33/00.

Claims (2)

1. Трансформаторный преобразователь трехфазного напряжения и тока в двухфазное, содержащий магнитопровод, состоящий из, по меньшей мере, трех сердечников А, В, С одинакового поперечного сечения, трехфазную обмотку, состоящую из, по меньшей мере, трех одинаковых с числом витков Wt фаз А, В, С, расположенных на соответствующих сердечниках магнитопровода, соединенных между собой в звезду или треугольник и присоединенных к трехфазной сети, и двухфазную обмотку, присоединенную к двухфазной сети, отличающийся тем, что двухфазная обмотка выполнена состоящей из нескольких последовательно соединенных групп 1, 2, 3, n...N, число которых равно числу N ступеней регулирования, каждая группа, в свою очередь, состоит из, по меньшей мере, шести секций: двух Wad и Waq, размещенных на сердечнике А, двух Wbd и Wbq, размещенных на сердечнике В, и двух Wcd и Wcq, размещенных на сердечнике С, секции Wad и Wbd соединены последовательно согласно между собой и последовательно встречно с секцией Wcd и образуют полугруппу первой фазы D двухфазной обмотки, секции Wbq и Wcq соединены последовательно согласно между собой и последовательно встречно с секцией Waq и образуют полугруппу второй фазы Q двухфазной обмотки, при этом в любой группе из шести секций числа витков секций должны относиться между собой как1. A transformer converter of three-phase voltage and current into a two-phase, containing a magnetic circuit consisting of at least three cores A, B, C of the same cross section, a three-phase winding consisting of at least three phases identical to the number of turns W t A, B, C located on the respective cores of the magnetic circuit, interconnected in a star or triangle and connected to a three-phase network, and a two-phase winding connected to a two-phase network, characterized in that the two-phase winding is made consisting of a number of serially connected groups of 1, 2, 3, n ... N, the number of which equals the number N of stages of regulation, each group, in turn, consists of at least six sections: two W ad, and W aq, placed on the core A, two W bd and W bq placed on the core B, and two W cd and W cq placed on the core C, sections W ad and W bd are connected in series with each other and in series with the section W cd and form semigroup first phase of two-phase D winding section W bq and W cq are connected in series in accordance with each other and n hence with opposite W aq section and form a subgroup of the second two-phase winding phase Q, wherein in any group of the six sections of sections of coils must relate to each other as a
Figure 00000011
Figure 00000011
причем K=Wcq/Waq может варьироваться произвольно в пределахmoreover, K = W cq / W aq can vary arbitrarily within
Figure 00000012
Figure 00000012
2. Трансформаторный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что крайние выводы первых полугрупп двухфазной обмотки соединены с фазами D и Q двухфазной сети, а точки соединения последующих полугрупп между собой, включая крайние выводы последних полугрупп, через N-позиционный трехполюсный переключатель соединяются с нулевой точкой двухфазной сети.2. The transformer Converter according to claim 1, characterized in that the extreme terminals of the first semigroups of the two-phase winding are connected to the phases D and Q of the two-phase network, and the connection points of the subsequent semigroups to each other, including the extreme terminals of the last semigroups, are connected to the N-position three-pole switch with zero point of a two-phase network.
RU2004103068/09A 2004-02-05 2004-02-05 Transformer converter RU2255411C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004103068/09A RU2255411C1 (en) 2004-02-05 2004-02-05 Transformer converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004103068/09A RU2255411C1 (en) 2004-02-05 2004-02-05 Transformer converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2255411C1 true RU2255411C1 (en) 2005-06-27

Family

ID=35836784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004103068/09A RU2255411C1 (en) 2004-02-05 2004-02-05 Transformer converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2255411C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101999638B1 (en) Control transformer
CZ298079B6 (en) Transformer with voltage regulating means
WO2016170869A1 (en) Power conversion device
Sawata et al. Fault-tolerant operation of single-phase SR generators
RU2255411C1 (en) Transformer converter
US20130293010A1 (en) Current supply arrangement with a first and a second current supply device, wherein the second current supply device is connected to the first current supply device
AU2006250142B2 (en) Prism-type electrical converter for the generation, transmission, distribution and supply of electric current, and production method thereof
RU2229766C1 (en) Balancing and reactive power correction device
RU2332776C1 (en) Alternating voltage/constant voltage converter with twelvefold pulse frequency
JP2023506524A (en) Power electronics on-load tap changer with reduced number of taps
RU2290739C1 (en) Power supply for single-phase inductive-resistive loads affording balance of three-phase primary network
RU2290740C1 (en) Power supply for split-phase inductive-resistive loads affording symmetry of primary three-phase network
US6208230B1 (en) Transformer for cycloconverter
Galeshi et al. Design Procedure of DC-DC Multi-Port Active-Bridge Converters
RU2295794C2 (en) Three-phase transformer unit
RU2604491C1 (en) Three-phase alternating voltage cascade converter (versions)
RU2609890C2 (en) Method and device for reducing power losses
RU2807035C1 (en) Three-phase balun device
RU2280911C2 (en) Device for converting three- and single-phase supply voltages and currents (alternatives)
RU2749281C1 (en) Three-phase static frequency converter with direct coupling
RU2172054C1 (en) Method and device for on-load voltage regulation
RU2496172C2 (en) Single-phase transformer
RU2014714C1 (en) Device conversion of single-phase voltage into three-phase voltage system
RU2247466C1 (en) Two-channel three-phase voltage inverter
SU1443080A1 (en) Device for rendering symmetric the voltage in three-phase networks

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060206

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20070710

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090206