RU2353014C1 - Преобразовательный трансформатор - Google Patents
Преобразовательный трансформатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2353014C1 RU2353014C1 RU2008116505/09A RU2008116505A RU2353014C1 RU 2353014 C1 RU2353014 C1 RU 2353014C1 RU 2008116505/09 A RU2008116505/09 A RU 2008116505/09A RU 2008116505 A RU2008116505 A RU 2008116505A RU 2353014 C1 RU2353014 C1 RU 2353014C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- grooves
- winding
- windings
- phase winding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике. Технический результат состоит в повышении к.п.д. трансформатора, работающего в трехфазных трехпроводных сетях. Преобразовательный трансформатор содержит первичную трехфазную обмотку, подключенную к сети, составной магнитопровод, содержащий внешний в виде полого цилиндра и соосный ему внутренний в виде цилиндра сердечники с пазами и вторичную трехфазную обмотку, подключенную к потребителям. Первичная обмотка выполнена равномерной по типу обмоток электрических машин переменного тока и уложена в пазы внутреннего сердечника. Вторичная трехфазная обмотка выполнена неравномерной в соответствии с правилом, по которому геометрическое место концов векторов э.д.с. каждой катушечной группы представляет собой овал. Обмоточный коэффициент по первой гармонике при любом числе обмоток в фазе для такой обмотки выше обмоточного коэффициента синусных обмоток. Пазы внешнего сердечника смещены по окружности на одно зубцовое деление по отношению к пазам внутреннего сердечника, что позволяет дополнительно улучшить форму выходного напряжения за счет ослабления ряда нежелательных высших гармоник. 3 ил., 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в трехфазных инверторах с синусоидальным выходным напряжением.
Известен преобразовательный трансформатор, содержащий три ромбических ленточных неразъемных магнитопровода с обмотками [1]. Данная конструкция отличается отсутствием стыков в магнитопроводах, полной симметричностью магнитных цепей каждой фазы и высоким коэффициентом заполнения окна медью, однако обмотки ее выполнены сосредоточенными, поэтому форма выходного напряжения трансформатора является несинусоидальной, что ограничивает область применения указанной конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является преобразовательный трансформатор, содержащий n трехфазных первичных обмоток и составной магнитопровод, имеющий внешний сердечник, набранный из листов электротехнической стали с пазами, в которых уложены первичные обмотки по заданному правилу, и соосный ему внутренний сердечник, набранный из листов той же стали с пазами, в которых размещены витки вторичной трехфазной обмотки, выполненной по типу якорных обмоток с укороченным на заданную величину и заданным законом распределения числа витков в катушках катушечной группы [2]. При наличии напряжения в первичных трехфазных обмотках в них будут протекать токи, под действием которых в составном магнитопроводе, содержащем внешний и внутренний сердечники, создается круговое вращающееся магнитное поле, основной магнитный поток которого будет пересекать витки вторичной трехфазной обмотки и наводить ЭДС заданной величины, при этом нежелательные высшие гармоники фильтруются за счет конструкции обмотки, поэтому выходное напряжение преобразовательного трансформатора будет иметь квазисинусоидальную форму при рациональных массе, объеме, стоимости и потерях мощности. Однако при использовании данного преобразовательного трансформатора в трехпроводных трехфазных сетях обмоточный коэффициент для первой гармоники является невысоким, хотя фильтрующие свойства обмоток позволяют нейтрализовать все высшие нежелательные гармоники. Указанное обстоятельство объясняется тем, что фазное выходное напряжение формируется из первых гармоник ЭДС первичной обмотки, сдвинутых на углы, близкие к 180° (на угол π-α при q=n и π-2α при q=n-1, где q - число пазов на полюс и фазу; n - число входных однофазных напряжений прямоугольной формы; α=2π/Nл, где Nл - число лучей звезды располагаемых ЭДС. Уменьшение обмоточного коэффициента по первой гармоники предопределяет снижение КПД преобразовательного трансформатора.
Задачей изобретения является повышение КПД преобразовательного трансформатора при заданном качестве выходного напряжения.
Требуемый технический результат достигается тем, что в преобразовательном трансформаторе, содержащем первичную трехфазную обмотку, составной магнитопровод и вторичную трехфазную обмотку, причем указанный магнитопровод содержит внешний в виде полого цилиндра и соосный ему внутренний в виде цилиндра сердечники с пазами, в которых размещены указанные обмотки, при этом вторичная трехфазная обмотка выполнена по типу якорных обмоток с фазной зоной 120° с укороченным шагом y=2τ/3, где τ - полюсное деление сердечника, и заданным законом распределения числа витков в катушках катушечной группы, причем первичная трехфазная обмотка подключена к сети, а вторичная - к потребителям, первичная трехфазная обмотка выполнена равномерной с фазной зоной 180° по типу обмоток электрических машин переменного тока и размещена в пазах внутреннего сердечника, число которых пропорционально z1=2m1p, где m1 - число фаз; р - число пар полюсов; вторичная трехфазная обмотка размещена в пазах внешнего сердечника, число которых пропорционально z2=2m2pq и выполнена с распределением числа витков, относительное значение которых подчиняется уравнению
где w2 (i)* - относительное число витков в i-й катушке; w2 (i) - число витков в i-й кратных трем, причем пазы внешнего сердечника указанного магнитопровода выполнены со скосом по отношению к пазам внутреннего сердечника, равным bс=2 πτ/z1.
На фиг.1 показано сечение конструкции составного магнитопровода преобразовательного трансформатора. На фиг.2 изображена схема веерной обмотки при Nл=6. На фиг.3 представлена схема веерной обмотки при Nл=12.
Преобразовательный трансформатор содержит (фиг.1) составной магнитопровод (не обозначен), содержащий внешний в виде полого цилиндра сердечник 1 с пазами (не обозначены), расположенными на его внутренней поверхности, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка 2, внутренний в виде цилиндра сердечник 3, в пазах (не обозначены) которого уложена первичная трехфазная обмотка 4, причем внутренний сердечник 3 является соосным внешнему сердечнику 1. Воздушный зазор между указанными сердечниками выбирается из технологических соображений: при малом воздушном зазоре магнитопровод (зубцы) внутреннего сердечника 3 будет насыщаться, а при большом воздушном зазоре увеличивается ток холостого хода. Число пазов внешнего сердечника 1 пропорционально z2=2m2pq2, где m2 - число фаз вторичной обмотки; q2 - число пазов на полюс и фазу вторичной обмотки и зависит от фильтрующих свойств вторичной трехфазной обмотки 2. Для того чтобы получить требуемое количество выходного напряжения на зажимах потребителя, необходимо выполнить вторичную обмотку 2 по типу якорных обмоток с фазной зоной 120° и неравномерным распределением числа витков в катушках катушечных групп, при этом соотношение между числами витков обмоток находится из условия равенства нулю обмоточных коэффициентов для высших гармоник, подлежащих подавлению. Так, например, для схемы с n=12 эти условия имеют вид:
где - относительные значения обмоточных коэффициентов для соответствующих высших гармоник. Подставив значения в условия (1), получим систему из трех уравнений с тремя неизвестными:
и в общем случае при любом n находим
где i=2, 3, 4,…, р'-1; р'=n/3 - число групп гармоник, не кратных трем. Применительно к простейшей схеме вторичной обмотки векторная диаграмма ЭДС основной частоты показана на фиг.2, где изображены векторы =1:0,743:0,395 при q=3, при этом из-за того, что геометрическое место концов векторов ЭДС каждой катушечной группы представляет овал, подобные обмотки получили название веерных. Полное представление о веерной обмотке дает векторная диаграмма, изображенная на фиг.3, где ЭДС начальных и конечных сторон катушек помечены цифрами: 21 и 23 - начала катушек фазы А; 22 и 24 - концы катушек фазы А; 41, 42, 43, 44 - аналогично для фазы В и 61, 62, 63 и 64 - для катушек фазы С, причем число катушек в катушечной группе q'=(Nл/3)-1, при этом Nл - четное число. Сравнительные характеристики синусных и веерных формирователей синусоидального напряжения приведены в таблице.
Наименование параметра | Синусные схемы с n | Веерные схемы с n | ||||
6 | 9 | 12 | 6 | 9 | 12 | |
Число лучей звезды ЭДС | 12 | 18 | 24 | 12 | 18 | 24 |
Число подавляемых гармоник | 2 | 4 | 5 | 1 | 2 | 2 |
Число обмоток | ||||||
в фазе | 5 | 8 | 11 | 3 | 5 | 7 |
всего | 15 | 24 | 33 | 9 | 15 | 21 |
Обмоточный коэффициент для основной гармоники |
0,804 | 0,793 | 0,790 | 0,928 | 0,932 | 0,913 |
Относительное значение обмоточного коэффициента Фильтрующие свойства схемы |
1 | 1 | 1,15 | 1,17 | 1,13 | |
для ν=3 | 0 | 0 | 0 | 0,5 | 0,441 | 0,436 |
5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
9 | 0 | 0 | 0 | 0,5 | 0,1 | 0,084 |
11 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
13 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
15 | 0 | 0 | 0 | 0,5 | 0,441 | 0,084 |
17 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
19 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
21 | 0 | 0 | 0 | 0,5 | 0,441 | 0,436 |
23 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
25 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
Коэффициент искажений фазных напряжений линейных напряжений |
0,153 0,153 |
0,103 0,103 |
0,078 0,078 |
0,238 0,153 |
0,182 0,103 |
0,119 0,078 |
Из данных таблицы следует, что при одинаковом качестве линейного напряжения на выходе преобразовательного трансформатора при синусных и веерных обмотках обмоточный коэффициент для основной гармоники у веерной обмотки больше на 13% при n=6, на 15% при n=9 и на 13% при n=12, чем при тех же условиях для синусной обмотки, поэтому КПД трансформатора с предложенными обмотками будет выше КПД трансформатора с синусными обмотками не менее чем на 10%. Число пазов внутреннего сердечника 3 пропорционально z1=2 m1p, поскольку q1=1 связи с тем, что первичная обмотка 4 выполнена равномерной, для которой выполняется условие
Выполнением скоса пазов внешнего сердечника 1 по отношению к расположению пазов на внутреннем сердечнике на величину на одно зубцовое деление, равное
позволяет ослабить гармоники ЭДС не менее чем в v раз, так как
где в числителе и знаменателе дроби (6) использованы коэффициенты скоса по v-ой и первой гармоникам.
Преобразовательный трансформатор работает следующим образом.
При наличии напряжения на первичной трехфазной обмотке 4 (фиг.1) в ее фазах протекает ток, под действием которого в составном сердечнике, содержащем внешний 1 и внутренний 3 сердечники, возникает круговое вращающееся магнитное поле (КВМП) и основной магнитный поток Ф будет пересекать витки вторичной трехфазной обмотки 2, наводя в них ЭДС, равную
где f - частота напряжения сети.
Благодаря фильтрующим свойствам вторичной обмотки 2 на зажимах потребителей образуется напряжение квазисинусоидальной формы, т.е. из всей совокупности гармоник останутся только гармоники с номерами где
при этом для преобразовательного трансформатора, работающего в трехфазных трехпроводных сетях при любом n, линейное число обмоток равно
Введением скоса пазов между пазами внешнего 1 и внутреннего 3 сердечников добиваются дальнейшего ослабления ЭДС высших гармоник.
Таким образом, применение веерных обмоток в преобразовательном трансформаторе позволяет увеличить его КПД без снижения качества его напряжения.
Источники информации
[1] Проектирование статических преобразователей. Под ред. П.В.Голубева. М.: Энергия, 1974, рис.2.39,б, стр.80.
[2] Патент №2192065 от 08.10.2001 г. Трансформатор инвертора. || Кириллов Н.П. и др.
Claims (1)
- Преобразовательный трансформатор, содержащий первичную трехфазную обмотку, составной магнитопровод и вторичную трехфазную обмотку, причем указанный магнитопровод содержит внешний в виде полого цилиндра и соосный с ним внутренний в виде цилиндра сердечники с пазами, в которых размещены указанные обмотки, при этом вторичная трехфазная обмотка выполнена по типу якорных обмоток с фазной зоной 120° с укороченным шагом у=2τ/3, где τ - полюсное деление сердечника, и заданным законом распределения числа витков в катушках катушечной группы, причем первичная трехфазная обмотка подключена к сети, а вторичная - к потребителям, отличающийся тем, что первичная трехфазная обмотка выполнена равномерной с фазной зоной 180° по типу обмоток электрических машин переменного тока и размещена в пазах внутреннего сердечника, число которых пропорционально z1=2 m1p, где m1 - число фаз; р - число пар полюсов; вторичная трехфазная обмотка размещена в пазах внешнего сердечника, число которых пропорционально z2=2m2pq2 и выполнена с распределением числа витков, относительное значение которых подчиняется уравнению
где - относительное число витков в i-й катушке; w2 (i)* - число витков в i-й катушке; i=2, 3, 4,…, p'-1, р'=n/3 - число групп гармоник, не кратных трем, причем пазы внешнего сердечника указанного магнитопровода выполнены со скосом по отношению к пазам внутреннего сердечника, равным bc=2 πτ/z1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008116505/09A RU2353014C1 (ru) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | Преобразовательный трансформатор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008116505/09A RU2353014C1 (ru) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | Преобразовательный трансформатор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2353014C1 true RU2353014C1 (ru) | 2009-04-20 |
Family
ID=41017922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008116505/09A RU2353014C1 (ru) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | Преобразовательный трансформатор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2353014C1 (ru) |
-
2008
- 2008-04-29 RU RU2008116505/09A patent/RU2353014C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8928199B2 (en) | Wound rotor brushless doubly-fed motor | |
JP4792066B2 (ja) | 交流励磁同期発電機及び交流励磁同期発電システム | |
US7375996B2 (en) | Reduced rating T-connected autotransformer for converting three phase AC voltages to nine/six phase shifted AC voltages | |
RU2525298C2 (ru) | Трансформатор с трехфазной и круговой обмотками | |
JPWO2014033830A1 (ja) | 電力変換装置 | |
US7750782B1 (en) | Nine-phase autotransformer | |
JP2008178180A (ja) | 整流回路 | |
US8390414B2 (en) | Multi-phase transformer | |
Wang et al. | Performance and design analysis on round-shaped transformers applied in rectifier systems | |
JPH0865976A (ja) | ブラシレス自励三相同期発電機 | |
US20160126857A1 (en) | Autotransformer with wide range of, integer turns, phase shift, and voltage | |
Nakamura et al. | Development of concentric-winding type three-phase variable inductor | |
RU2353014C1 (ru) | Преобразовательный трансформатор | |
JP2008278714A (ja) | 整流回路 | |
RU2567870C1 (ru) | Трансформатор с трехфазной и круговой обмотками | |
CN204334266U (zh) | 一种七次谐波励磁无刷同步发电机 | |
Wada et al. | A study on the characteristic of concentrated-winding induction motor | |
RU2600571C2 (ru) | Трансформатор, содержащий трехфазную и круговую обмотки | |
WO2011124285A1 (en) | Static electric power converter | |
RU2560123C2 (ru) | Трансформатор с трехфазной, круговой силовой и круговой информационной обмотками | |
JP2020022300A (ja) | 6相交流発電機、3相−6相変換トランス、および直流給電システム | |
RU2797578C1 (ru) | Стабилизатор напряжения трехфазного инвертора | |
RU2192065C1 (ru) | Трансформатор инвертора | |
RU2352051C1 (ru) | Преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное | |
RU76756U1 (ru) | Многопульсовый выпрямитель тяговых подстанций |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100430 |