RU2333562C1 - Single-phase transformer with rotating magnetic field - Google Patents

Single-phase transformer with rotating magnetic field Download PDF

Info

Publication number
RU2333562C1
RU2333562C1 RU2007120825/09A RU2007120825A RU2333562C1 RU 2333562 C1 RU2333562 C1 RU 2333562C1 RU 2007120825/09 A RU2007120825/09 A RU 2007120825/09A RU 2007120825 A RU2007120825 A RU 2007120825A RU 2333562 C1 RU2333562 C1 RU 2333562C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coil
winding
joined
magnetic field
coils
Prior art date
Application number
RU2007120825/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Андреевич Коробейников
Дмитрий Игоревич Сидоров
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ")
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ")
Priority to RU2007120825/09A priority Critical patent/RU2333562C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2333562C1 publication Critical patent/RU2333562C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention pertains to electrical engineering and can be used as an input organ for protective and automation devices for power supply systems. The single-phase transformer has four primary coils on a toroidal core, ballast resistors and an inductor, multi-phase secondary coils. The beginning of the first coil is joined to the end of the second coil, forming the first input of the device. The end of the first coil is joined to the end of the third coil, the end of the second coil to the end of the fourth coil. The end of the third coil is joined to the ballast inductor, and the beginning of the fourth coil is joined to the ballast resistor, the other ends of which form the second input of the device when joined. To obtain a rotating magnetic field, the first, second, third and fourth coils are on the toroidal magnetic core with shift of 90 degrees from each other. The number of turns in the first and fourth coils is more than twice the second and third coils.
EFFECT: elimination of phase shifting elements when converting single-phase voltage into multi-phase voltage.
1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике, а точнее к трансформаторам с вращающимся магнитным полем, и может быть использовано в качестве входного органа устройств защиты и автоматики систем электроснабжения.The invention relates to measuring and conversion equipment, and more specifically to transformers with a rotating magnetic field, and can be used as an input organ of protection devices and automation of power supply systems.

Известен однофазный измерительный трансформатор (например, типа ASM, серийно производимый компанией «The Talema Group», Индия, каталог продукции, стр.2), в котором первичной обмоткой является сам провод с измеряемым током, вторичная обмотка напряжения намотана на ферромагнитный тороидальный сердечник, а короткозамкнутая обмотка предназначена для расширения диапазона измерения.A known single-phase measuring transformer (for example, type ASM, commercially produced by The Talema Group, India, product catalog, page 2), in which the primary wire is the wire with the measured current, the secondary voltage winding is wound on a ferromagnetic toroidal core, and short-circuit winding is designed to expand the measuring range.

Этот трансформатор близок к предлагаемому трансформатору по своему назначению, но сильно отличается по конструктивному исполнению.This transformer is close to the proposed transformer in its intended purpose, but is very different in design.

Также известен многофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем (патент №2187163, Н01F 30/14), содержащий витой магнитопровод, в пазах которого размещены трехфазная первичная и многофазные вторичные обмотки, и два боковых магнитопровода, примыкающие к торцам среднего магнитопровода через немагнитные прокладки, характеризующийся тем, что магнитопроводы выполнены тороидальными, пазы выполнены на торцах среднего магнитопровода, причем в одни и те же пазы его уложена первичная обмотка, выполненная распределенной двуслойной с укороченным шагом, и вторичная обмотка, выполненная однослойной диаметральной, причем обе обмотки выполнены двухполюсными и уложены в пазы в три слоя.Also known is a multiphase transformer with a rotating magnetic field (patent No. 2187163, H01F 30/14), containing a twisted magnetic circuit, in the grooves of which are placed a three-phase primary and multiphase secondary windings, and two side magnetic circuits adjacent to the ends of the middle magnetic circuit through non-magnetic gaskets, characterized by that the magnetic circuits are made toroidal, the grooves are made at the ends of the middle magnetic circuit, and in the same grooves the primary winding is laid, made of a distributed two-layer with a shortened step, and the secondary winding, made of a single layer diametrical, and both windings are made bipolar and laid in grooves in three layers.

Этот трансформатор близок к заявляемому трансформатору по наибольшему количеству конструктивных признаков, но не может быть использован в качестве входного органа устройств защиты и автоматики систем электроснабжения.This transformer is close to the claimed transformer by the largest number of design features, but cannot be used as an input organ of protection devices and automation of power supply systems.

Техническим результатом изобретения является получение многофазной системы напряжений из однофазного питающего напряжения без использования фазосдвигающих элементов.The technical result of the invention is to obtain a multiphase voltage system from a single-phase supply voltage without the use of phase-shifting elements.

Указанный технический результат достигается тем, что однофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем содержит четыре первичные обмотки, расположенные на тороидальном сердечнике, балластные резистор и индуктивность, многофазные вторичные обмотки, причем начало первой обмотки соединено с концом второй обмотки, образуя при этом первый вход устройства, конец первой обмотки - с концом третьей обмотки, конец второй обмотки - с концом четвертой обмотки, конец третьей обмотки - с балластой индуктивностью, а начало четвертой обмотки - с балластным резистором, другие концы которых образуют при соединении второй вход устройства, а для получения вращающегося магнитного поля первая, вторая, третья и четвертая обмотки расположены друг относительно друга на тороидальном магнитном сердечнике со сдвигом на 90 градусов, при этом количество витков первой и четвертой обмоток больше в два раза, чем второй и третьей.The specified technical result is achieved in that the single-phase transformer with a rotating magnetic field contains four primary windings located on the toroidal core, a ballast resistor and inductance, multiphase secondary windings, the beginning of the first winding connected to the end of the second winding, forming the first input of the device, the end the first winding with the end of the third winding, the end of the second winding with the end of the fourth winding, the end of the third winding with a ballast inductance, and the beginning of the fourth winding with b with a resistor, the other ends of which form the second input of the device when connected, and to obtain a rotating magnetic field, the first, second, third and fourth windings are located relative to each other on a toroidal magnetic core with a 90-degree shift, while the number of turns of the first and fourth windings is greater twice as much as the second and third.

Разработанный трансформатор реализован следующим образом: зажимы 1 и 2 трансформатора подключаются к источнику питания. Далее, зажим 1 подключен к началу катушки 3 и к концу 4 первой обмотки, в свою очередь, конец катушки 3 и начало 4 соединены с началом 5 и концом 6 второй обмотки, причем количество витков первой из них в два раза больше, чем во второй. Таким образом, магнитодвижущие силы двух катушек каждой из обмоток взаимовычитаются. Последовательно с катушками включены балластные индуктивность 8 (в первой ветви) и сопротивление 7 (во второй ветви) для обеспечения необходимого угла фазового сдвига между токами обеих ветвей схемы. Вторичные обмотки могут быть выполнены для любого числа фаз, при их расположении в соответствующих пазах магнитной системы.The developed transformer is implemented as follows: terminals 1 and 2 of the transformer are connected to a power source. Further, the clamp 1 is connected to the beginning of the coil 3 and to the end 4 of the first winding, in turn, the end of the coil 3 and the beginning 4 are connected to the beginning 5 and end 6 of the second winding, and the number of turns of the first one is twice as many as in the second . Thus, the magnetomotive forces of the two coils of each of the windings are mutually subtracted. In series with the coils, ballast inductance 8 (in the first branch) and resistance 7 (in the second branch) are included to provide the necessary phase shift angle between the currents of both branches of the circuit. Secondary windings can be made for any number of phases, when they are located in the corresponding grooves of the magnetic system.

Новизна заявляемого технического решения заключается в том, что вращающееся магнитное поле получено без использования многофазного входного напряжения и фазосдвигающего конденсатора.The novelty of the claimed technical solution lies in the fact that a rotating magnetic field is obtained without using a multiphase input voltage and a phase-shifting capacitor.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение заявленного технического результата, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the claimed technical result, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution meets the inventive step.

Получение вращающегося магнитного поля возможно только при равных и взаимоперпендикулярных векторах магнитодвижущих сил обмоток. Это условие соблюдается при определенном соотношении токов в ветвях системы. Описанное выше свойство выполняется в следующем случае:Obtaining a rotating magnetic field is possible only with equal and mutually perpendicular vectors of the magnetomotive forces of the windings. This condition is met with a certain ratio of currents in the branches of the system. The property described above is satisfied in the following case:

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
и
Figure 00000004
- магнитодвижущие силы взаимоперпендикулярных обмоток.Where
Figure 00000003
and
Figure 00000004
- magnetomotive forces of mutually perpendicular windings.

Так как число витков в катушках каждой обмотки относится как 1 к 2 и они включены встречно, можно записать следующие равенства для относительных магнитодвижущих сил обмоток:Since the number of turns in the coils of each winding refers to 1 to 2 and they are turned on in the opposite, we can write the following equalities for the relative magnetomotive forces of the windings:

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
и
Figure 00000007
- относительные токи обеих ветвей схемы,Where
Figure 00000006
and
Figure 00000007
- relative currents of both branches of the circuit,

Figure 00000008
и
Figure 00000009
- относительные магнитодвижущие силы обмоток.
Figure 00000008
and
Figure 00000009
- relative magnetomotive forces of the windings.

Подставив выражения (2) в равенство (1), получим уравнение, определяющее токи в обеих ветвях схемы:Substituting expressions (2) into equality (1), we obtain an equation that determines the currents in both branches of the circuit:

Figure 00000010
Figure 00000010

Составив уравнение по первому закону Кирхгофа для одного из узлов схемы, получим следующую систему уравнений:Having compiled an equation according to the first Kirchhoff law for one of the nodes of the circuit, we obtain the following system of equations:

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
- суммарный ток трансформатора.Where
Figure 00000012
- total current of the transformer.

Решая записанные уравнения совместно, получим следующие выражения для токов ветвей:Solving the written equations together, we obtain the following expressions for branch currents:

Figure 00000013
Figure 00000013

Откуда фазовый сдвиг между токами равен:Where does the phase shift between currents equal:

Figure 00000014
Figure 00000014

Из приведенных выше выражений видно, что полученное значение угла не зависит ни от каких параметров схемы, кроме соотношения чисел витков первичных обмоток трансформатора. Для обеспечения данного фазового сдвига необходимо лишь выбрать соответствующие значения балластного сопротивления (7) и индуктивности (8), обеспечивающие равенство токов в ветвях.It can be seen from the above expressions that the obtained angle value does not depend on any circuit parameters, except for the ratio of the number of turns of the primary windings of the transformer. To ensure this phase shift, it is only necessary to choose the corresponding values of ballast resistance (7) and inductance (8), ensuring the equality of currents in the branches.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема однофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем. На фиг.2 изображена поясняющая принцип работы устройства векторная диаграмма. Зажимы 1 и 2 - однофазный вход устройства. Трансформатор содержит две группы первичных встречно включенных обмоток (3, 4 и 5, 6), имеющих пространственный сдвиг 90°, а также балластные резистор 7 и дроссель 8. В пазах тороидального сердечника 9 уложена многофазная вторичная обмотка 10-16. Векторная диаграмма содержит относительные значения токов обеих ветвей

Figure 00000015
,
Figure 00000016
, а также созданные этими токами магнитодвижущие силы обеих групп первичных обмоток
Figure 00000017
и
Figure 00000018
.Figure 1 presents a circuit diagram of a single-phase transformer with a rotating magnetic field. Figure 2 shows an explanatory principle of the device vector diagram. Terminals 1 and 2 - single-phase input of the device. The transformer contains two groups of primary counter-connected windings (3, 4 and 5, 6) having a spatial shift of 90 °, as well as a ballast resistor 7 and inductor 8. A multiphase secondary winding 10-16 is laid in the grooves of the toroidal core 9. The vector diagram contains the relative values of the currents of both branches
Figure 00000015
,
Figure 00000016
, as well as the magnetomotive forces created by these currents of both groups of primary windings
Figure 00000017
and
Figure 00000018
.

Работает заявляемый трансформатор с вращающимся магнитным полем следующим образом: на зажим 1 и 2 подается однофазное переменное напряжение частотой 50 Гц. Первичная обмотка (3-6) посредством встречно включенных секций создает систему из двух перпендикулярных и равных по модулю магнитодвижущих сил (

Figure 00000019
и
Figure 00000020
) в магнитной системе 9. Описанные магнитодвижущие силы, в свою очередь, создают вращающееся магнитное поле, которое наводит во вторичных обмотках (10-16), сдвинутых пространственно на угол 60°, электродвижущие силы, также имеющие фазовый сдвиг 60°, в результате, на выходе устройства (зажимы 10-16) получена система напряжений с числом фаз, равным 6.The inventive transformer operates with a rotating magnetic field as follows: a single-phase alternating voltage of 50 Hz is supplied to terminal 1 and 2. The primary winding (3-6) by means of counter-connected sections creates a system of two perpendicular and equal in magnitude magnetomotive forces (
Figure 00000019
and
Figure 00000020
) in the magnetic system 9. The described magnetomotive forces, in turn, create a rotating magnetic field that induces in the secondary windings (10-16) spatially shifted by an angle of 60 °, electromotive forces also having a phase shift of 60 °, as a result, at the output of the device (clamps 10-16), a voltage system with a number of phases equal to 6 was obtained.

Использование вращающегося магнитного поля и многофазного выпрямления в измерительном трансформаторе позволяет резко уменьшить биения выходного напряжения, а также расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства.The use of a rotating magnetic field and multiphase rectification in the measuring transformer can dramatically reduce the runout of the output voltage, and also extends the functionality of the proposed device.

Claims (1)

Однофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем, характеризующийся тем, что содержит четыре первичные обмотки, расположенные на тороидальном сердечнике, балластные резистор и индуктивность, многофазные вторичные обмотки, причем начало первой обмотки соединено с концом второй обмотки, образуя при этом первый вход устройства, конец первой обмотки с концом третьей обмотки, конец второй обмотки с концом четвертой обмотки, конец третьей обмотки - с балластой индуктивностью, а начало четвертой обмотки - с балластным резистором, другие концы которых образуют при соединении второй вход устройства, а для получения вращающегося магнитного поля первая, вторая и третья, четвертая обмотки расположены относительно друг друга на тороидальном магнитном сердечнике со сдвигом на 90°, при этом количество витков первой и четвертой обмоток больше в два раза, чем второй и третьей.A single-phase transformer with a rotating magnetic field, characterized in that it contains four primary windings located on the toroidal core, a ballast resistor and inductance, multiphase secondary windings, the beginning of the first winding connected to the end of the second winding, forming the first input of the device, the end of the first winding with the end of the third winding, the end of the second winding with the end of the fourth winding, the end of the third winding with a ballast inductance, and the beginning of the fourth winding with a ballast, others the ends of which form the second input of the device when connected, and to obtain a rotating magnetic field, the first, second, third, fourth windings are located relative to each other on a toroidal magnetic core with a shift of 90 °, while the number of turns of the first and fourth windings is twice as much than the second and third.
RU2007120825/09A 2007-06-04 2007-06-04 Single-phase transformer with rotating magnetic field RU2333562C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007120825/09A RU2333562C1 (en) 2007-06-04 2007-06-04 Single-phase transformer with rotating magnetic field

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007120825/09A RU2333562C1 (en) 2007-06-04 2007-06-04 Single-phase transformer with rotating magnetic field

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2333562C1 true RU2333562C1 (en) 2008-09-10

Family

ID=39867048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007120825/09A RU2333562C1 (en) 2007-06-04 2007-06-04 Single-phase transformer with rotating magnetic field

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2333562C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2555858C2 (en) * 2013-11-06 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") Differential relay based on transformers with rotary magnetic field
RU191500U1 (en) * 2019-05-15 2019-08-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") ROTATING MAGNETIC FIELD TRANSFORMER
RU2719549C1 (en) * 2019-10-16 2020-04-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Two-phase-six-phase transformer with rotating magnetic field

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЗАДЕРЕЙ Г.П. и др. Многофункциональные трансформаторы в средствах вторичного электропитания. - М.: Радио и связь, 1989, с.88-89, фиг.3.4. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2555858C2 (en) * 2013-11-06 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") Differential relay based on transformers with rotary magnetic field
RU191500U1 (en) * 2019-05-15 2019-08-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") ROTATING MAGNETIC FIELD TRANSFORMER
RU2719549C1 (en) * 2019-10-16 2020-04-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Two-phase-six-phase transformer with rotating magnetic field

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6101113A (en) Transformers for multipulse AC/DC converters
US7193495B2 (en) Magnetically influenced current or voltage regulator and a magnetically influenced converter
US20040135661A1 (en) Magnetically controlled inductive device
EP2320551B1 (en) Thirty-six pulse power transformer and power converter incorporating same
WO2006020386A2 (en) Auto transformer for use with multiple pulse rectifiers
RU2333562C1 (en) Single-phase transformer with rotating magnetic field
RU2629962C2 (en) Three-phase two-phase rotating transformer
RU2638151C2 (en) Three-phase-two-phase stationary transformer with enhanced coupled magnetic flux
RU67793U1 (en) SINGLE-PHASE TRANSFORMER WITH A ROTATING MAGNETIC FIELD
Jazebi et al. Reduction of inrush currents in toroidal transformers by sector winding design
Kulkarni Electromagnetic and Coupled Field Computations for Analysis of Complex Phenomena in Power Transformers
RU206352U1 (en) Short-circuited transformer device for converting a single-phase electrical signal into a six-phase one
RU2823770C1 (en) Three-phase-multiphase transformer converter of number of phases
Bhide et al. Analytical description for zero-sequence characteristics of five-legged core construction in transformers
Sakhno et al. Equivalent circuit of the multiwinding powerful toroidal welding transformer
RU91182U1 (en) VOLTAGE FILTER OF SYMMETRIC COMPONENTS BASED ON A TRANSFORMER WITH A ROTATING MAGNETIC FIELD
JP4648954B2 (en) Zero phase current transformer
RU2656612C1 (en) Three-phase and single-phase transformer
RU2551632C2 (en) Measuring device of differential current protection of buses
RU2122255C1 (en) Method for changing single-phase voltage to three-phase supply and voltage changer implementing it
Leung Design considerations of high voltage and high frequency 3 phase transformer for solid state transformer application
JP4649123B2 (en) Zero phase current transformer
RU2271048C2 (en) Two-phase transformer
Melkebeek et al. Transformers
RU2487456C1 (en) Four-phase converter

Legal Events

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

Effective date: 20090605