RU2275733C1

RU2275733C1 - Regulating single-to-three phase converter

Info

Publication number: RU2275733C1
Application number: RU2004127665/09A
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Григораш (RU); Олег Владимирович Григораш; Александр Викторович Ракло (RU); Александр Викторович Ракло; Александр Николаевич Трубин (RU); Александр Николаевич Трубин; Денис Викторович Военцов (RU); Денис Викторович Военцов; Александр Сергеевич Чесовский (RU); Александр Сергеевич Чесовский; Олег Васильевич Гонтарь (RU); Олег Васильевич Гонтарь
Original assignee: Кубанский государственный аграрный университет
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-04-27
Also published as: RU2004127665A

Abstract

FIELD: electrical engineering; power supply systems.

SUBSTANCE: proposed phase converter designed for converting single-phase voltage to three-phase supply has revolving-field transformer whose magnetic system incorporates magnetic circuit with core; it also has phase-shifting capacitor, control reactor with running winding and control winding, and voltage regulation system.

EFFECT: enhanced reliability of phase-converter voltage regulation.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в системах электроснабжения в качестве стабилизированного преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.The invention relates to electrical engineering and is intended for use in power supply systems as a stabilized converter of single-phase voltage to three-phase.

Известный электромашинный преобразователь на общем роторе содержит вентильный двигатель и синхронный генератор (патент РФ №2002112142, Н 02 К 47/04, 2004 г.). Недостатками преобразователя являются низкая надежность работы и КПД.Known electric machine converter on a common rotor contains a valve motor and a synchronous generator (RF patent No. 2002112142, N 02 K 47/04, 2004). The disadvantages of the Converter are low reliability and efficiency.

Наиболее близким по техническому решению является однофазно-трехфазный преобразователь фаз, выполненный на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем в составе трехфазного преобразователя частоты (патент РФ №2217857, Н 02 М 5/27, 5/297, Н 02 Р 7/42, 2003 г.). Магнитная система трансформатора с вращающимся магнитным полем содержит тороидальный магнитопровод с сердечником, при этом первая и вторая первичные обмотки трансформатора расположены на тороидальном магнитопроводе и смещены в пространстве на угол 90° относительно друг друга, кроме того, их начала соединены через фазосдвигающий конденсатор, а три вторичные обмотки трансформатора размещены на сердечнике трансформатора и сдвинуты одна относительно другой на угол 120°, их начала соединены по схеме «звезда», а концы являются выводами для подключения трехфазной нагрузки. Недостатком преобразователя является то, что не обеспечивается стабилизация напряжения при возникновении дестабилизирующих факторов в нагрузке.The closest in technical solution is a single-phase-three-phase phase converter, made on the basis of a transformer with a rotating magnetic field as part of a three-phase frequency converter (RF patent No. 2217857, N 02 M 5/27, 5/297, N 02 P 7/42, 2003 g.). The magnetic system of a transformer with a rotating magnetic field contains a toroidal magnetic circuit with a core, while the first and second primary windings of the transformer are located on the toroidal magnetic circuit and are offset in space by an angle of 90 ° relative to each other, in addition, their beginnings are connected through a phase-shifting capacitor, and three secondary transformer windings are placed on the core of the transformer and are shifted one relative to the other by an angle of 120 °, their beginnings are connected according to the "star" scheme, and the ends are outputs for Connections of three-phase loads. The disadvantage of the Converter is that it does not provide voltage stabilization in the event of destabilizing factors in the load.

Техническим решением поставленной задачи является обеспечение стабилизации напряжения однофазно-трехфазного преобразователя фаз.The technical solution to this problem is to provide voltage stabilization of a single-phase-three-phase phase converter.

Поставленная задача достигается тем, что преобразователь содержит управляющий дроссель с рабочей обмоткой и обмоткой управления и систему стабилизации напряжения, причем начало рабочей обмотки управляющего дросселя соединено со вторым выводом источника питания переменного тока, а ее конец соединен с концом первой первичной обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем, начало которой соединено с первым выводом источника питания переменного тока, обмотка управления управляющего дросселя соединена с первым и вторым выходом системы стабилизации напряжения, входы которой соединены с выходами преобразователя, система стабилизации напряжения содержит трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, усилитель импульсов и транзистор, причем вход трансформаторно-выпрямительного блока является первым входом системы стабилизации напряжения, первый выход трансформаторно-выпрямительного блока соединен с эмиттером транзистора и с первым входом формирователя импульсов, а второй выход трансформаторно-выпрямительного блока соединен с вторым входом формирователя импульсов и первым выходом системы стабилизации напряжения, третий вход формирователя импульсов соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого является вторым входом системы стабилизации напряжения и соединен с входом преобразователя фаз, выход формирователя импульсов соединен с входом усилителя импульсов, первый выход которого соединен с эмиттером, а второй с базой транзистора, вывод коллектора транзистора является вторым выходом системы стабилизации напряжения.The task is achieved in that the converter contains a control inductor with a working winding and a control winding and a voltage stabilization system, with the beginning of the working winding of the control inductor connected to the second output of the AC power source, and its end connected to the end of the first primary winding of the transformer with a rotating magnetic field , the beginning of which is connected to the first output of the AC power source, the control winding of the control inductor is connected to the first and second output s voltage stabilization systems, the inputs of which are connected to the outputs of the converter, the voltage stabilization system contains a transformer-rectifier unit, a pulse shaper, a sawtooth voltage generator, a pulse amplifier and a transistor, the input of the transformer-rectifier unit being the first input of the voltage stabilization system, the first output of the transformer-rectifier the unit is connected to the emitter of the transistor and to the first input of the pulse shaper, and the second output is a transformer-rectifier of the second block is connected to the second input of the pulse shaper and the first output of the voltage stabilization system, the third input of the pulse shaper is connected to the output of the sawtooth generator, the input of which is the second input of the voltage stabilization system and connected to the input of the phase converter, the output of the pulse shaper is connected to the input of the pulse amplifier, the first output of which is connected to the emitter, and the second to the base of the transistor, the collector terminal of the transistor is the second output of the voltage stabilization system Niya.

Новизна технического решения заключается в том, что между источником электроэнергии и первичными обмотками трансформатора с вращающимся магнитным полем подключен управляющий дроссель и в состав преобразователя введена система стабилизации напряжения.The novelty of the technical solution lies in the fact that a control inductor is connected between the source of electricity and the primary windings of the transformer with a rotating magnetic field and a voltage stabilization system is introduced into the converter.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна аналогичная заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of a similar claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизирующего однофазно-трехфазного преобразователя фаз, на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы системы стабилизации напряжения.Figure 1 presents a functional diagram of a stabilizing single-phase-three-phase phase converter, figure 2 is a voltage diagram explaining the principle of operation of the voltage stabilization system.

Преобразователь фаз содержит управляющий дроссель 1 с рабочей обмоткой W_p и обмоткой управления W_y, трансформатор с вращающимся магнитным полем (ТВМП) 2, содержащий первую и вторую первичные обмотки 3 и 4 соответственно, фазосдвигающий конденсатор 5 и три вторичные обмотки 6, 7 и 8, систему стабилизации напряжения 9, содержащую трансформаторно-выпрямительный блок 10, формирователь импульсов 11, генератор пилообразного напряжения 12, усилитель импульсов 13, транзистор 14. На фиг 1 показаны выводы А, В и С для подключения нагрузки.The phase converter contains a control inductor 1 with a working winding W _p and a control winding W _y , a transformer with a rotating magnetic field (TWMP) 2, containing the first and second primary windings 3 and 4, respectively, a phase-shifting capacitor 5 and three secondary windings 6, 7 and 8 , a voltage stabilization system 9, comprising a transformer-rectifier unit 10, a pulse shaper 11, a sawtooth voltage generator 12, a pulse amplifier 13, a transistor 14. FIG. 1 shows terminals A, B, and C for connecting a load.

Стабилизирующий однофазно-трехфазный преобразователь фаз работает следующим образом.The stabilizing single-phase-three-phase phase converter operates as follows.

Входное однофазное напряжение источника питания переменного тока U_BX через рабочую обмотку управляющего дросселя 1 поступает на первичные обмотки 3 и 4 ТВМП 2. При протекании тока в первичных обмотках 3, 4 и фазосдвигающем конденсаторе 5 в магнитопроводе ТВМП создается вращающееся магнитное поле, вызывающее действие переменной ЭДС во вторичных обмотках 6, 7 и 8.The input single-phase voltage of the AC power source U _BX through the working winding of the control inductor 1 is supplied to the primary windings 3 and 4 of the TWMP 2. When current flows in the primary windings 3, 4 and the phase-shifting capacitor 5, a rotating magnetic field is created in the TWMP magnetic circuit, causing the action of a variable EMF in the secondary windings 6, 7 and 8.

Система стабилизации напряжения 9 работает следующим образом. С выхода трансформаторно-выпрямительного блока 10 сигнал напряжения постоянного тока U_ТВБ, пропорциональный величине выходного напряжения преобразователя, поступает на один из входов формирователя импульсов 11. На третий вход формирователя импульсов 11 поступает сигнал U_ГПН от генератора пилообразного напряжения 12, работа которого синхронизирована с входным напряжением источника U_BX. Когда сигнал U_ГПН>U_ТВБ1 (фиг.2, а), формирователь импульсов 11 формирует импульсы управления U_y (фиг.2, б), которые через усилитель импульсов 13 поступают на управляющие электроды транзистора 14. Транзистор 14 открывается на время длительности управляющих импульсов. Угол управления транзистором α₁ (фиг.2, б) соответствует номинальному режиму работы системы стабилизации напряжения.The voltage stabilization system 9 operates as follows. From the output of the transformer-rectifier unit 10, the DC voltage signal U of the _TBB , proportional to the output voltage of the converter, is supplied to one of the inputs of the pulse shaper 11. The signal U of the _load tap- _changer 11 from the sawtooth generator 12 is supplied to the third input of the pulse shaper 11, the operation of which is synchronized with the input source voltage U _BX . When the signal U _GPN > U _TBB1 ( _figure 2, a), the pulse shaper 11 generates control pulses U _y (figure 2, b), which through the pulse amplifier 13 are supplied to the control electrodes of the transistor 14. The transistor 14 opens for the duration of the control pulses. The control angle of the transistor α ₁ (figure 2, b) corresponds to the nominal mode of operation of the voltage stabilization system.

При возникновении дестабилизирующих факторов в нагрузке преобразователя фаз система стабилизации напряжения 9 изменяет время открытого состояния транзистора 14 таким образом, что выходное напряжение преобразователя фаз остается неизменным. К примеру, если напряжение на выходе преобразователя фаз уменьшится, то уменьшится напряжение на выходе трансформаторно-выпрямительного блока 10 (U_ТВБ2<u_ТВБ1, фиг.2, в), уменьшится угол управления транзистором до величины, равной α₂(фиг.2, г). Тогда увеличится время открытого состояния транзистора 14, что приведет к увеличению тока в обмотке управления W_y управляющего дросселя 1 (фиг.1) и уменьшению сопротивления рабочей обмотки W_p и, соответственно, уменьшению падения напряжения на этой обмотке. Поскольку рабочая обмотка W_p управляющего дросселя 1 включена последовательно с первичными обмотками ТВМП 2, то это приведет к увеличению напряжения на первичных обмотках трансформатора, а значит, увеличится напряжение на выходе преобразователя.When there are destabilizing factors in the load of the phase converter, the voltage stabilization system 9 changes the open time of the transistor 14 so that the output voltage of the phase converter remains unchanged. For example, if the voltage at the output of the phase converter decreases, then the voltage at the output of the transformer-rectifier unit 10 _decreases (U _TBB2 <u _TBB1 , Fig.2, c), the control angle of the transistor decreases to a value equal to α ₂ (Fig.2, d). Then the open time of the transistor 14 will increase, which will lead to an increase in the current in the control winding W _{y of the} control inductor 1 (Fig. 1) and to a decrease in the resistance of the working winding W _p and, accordingly, to a decrease in the voltage drop across this winding. Since the working winding W _{p of the} control inductor 1 is connected in series with the primary windings of the TVMP 2, this will lead to an increase in the voltage at the primary windings of the transformer, and therefore, the voltage at the output of the converter will increase.

Использование управляющего дросселя, рабочая обмотка которого включена последовательно с первичными обмотками ТВМП, и системы стабилизации напряжения выгодно отличает предлагаемый преобразователь от известного, так как обеспечивается стабилизация на выходе преобразователя.The use of a control inductor, the working winding of which is connected in series with the primary windings of the TVMP, and a voltage stabilization system distinguishes the proposed converter from the known one, since stabilization at the converter output is provided.

Claims

A single-phase-three-phase phase converter made on the basis of a transformer with a rotating magnetic field, the magnetic system of which contains a toroidal magnetic core with a core, while the first and second primary windings of the transformer are located on the toroidal magnetic core and are offset in space by an angle of 90 ° relative to each other, and their the beginnings are connected through a phase-shifting capacitor, and the three secondary windings of the transformer are placed on the transformer core and are shifted one relative to the other by an angle of 120 °, they are the starters are connected according to the “star” scheme, and the ends are terminals for connecting a three-phase load, characterized in that the phase converter contains a control inductor with a working winding and a control winding and a voltage stabilization system, and the beginning of the working winding of the control inductor is connected to the second output of the AC power source current, and its end is connected to the end of the first and second primary windings of a transformer with a rotating magnetic field, the beginning of the first primary winding of a transformer with a rotating magnet the field is connected to the first output of the AC power source, the control inductor control winding is connected to the first and second output of the voltage stabilization system, the voltage stabilization system contains a transformer-rectifier unit, a pulse shaper, a sawtooth voltage generator, a pulse amplifier and a transistor, and the input is transformer the rectifier unit is the first input of the voltage stabilization system and is connected to the output of the phase converter, the first output is transformer-in The rectifier unit is connected to the emitter of the transistor and to the first input of the pulse shaper, and the second output of the transformer-rectifier block is connected to the second input of the pulse shaper and the first output of the voltage stabilization system, the third input of the pulse shaper is connected to the output of the sawtooth generator, the input of which is the second input of the stabilization system voltage and is connected to the input of the phase converter, the output of the pulse shaper is connected to the input of the pulse amplifier, the first output to connected to the emitter, and the second to the base of the transistor, the collector terminal of the transistor is the second output of the voltage stabilization system.